Основы корпоративной WLAN

— локальная сеть, построенная на основе беспроводных технологий. При таком способе построения сетей передача данных осуществляется через радиоэфир с использованием электромагнитных волн.
Специальные стандарты для WLAN-сетей разрабатываются Институтом инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers) более известного под аббревиатурой IEEE. Первый стандарт IEEE 802.11 для беспроводных локальных сетей был принят в 1997 году. Затем IEEE вносит поправки в стандарт и формирует семейство 802.11, включая 802.11, 802.11a, 802.11b, 802.11e, 802.11g, 802.11i, 802.11n, 802.11ac и 802.11ax.
В настоящем курсе описываются концепции беспроводной связи, ключевые технологии WLAN, протоколы 802.11 и технологии Wi-Fi 6.

беспроводной связи;
различия между протоколами 802.11 и поколения Wi-Fi;
основные особенности Wi-Fi 6;
основные технологии WLAN.

это синхронизированные колебания электрического и магнитного полей, которые перпендикулярны друг другу. Электромагнитные волны распространяются в пространстве со скоростью света, а силовые линии их электрического и магнитного полей располагаются под прямым углом друг к другу и к направлению движения волны.

Магнитное поле

Электрическое поле

Направление

Длина волны

Амплитуда

Частота — это количество повторений повторяющегося события в единицу времени.

Период

за единицу времени (например, за 1 секунду).

Длина волны — это пространственный период периодической волны — расстояние, на котором форма волны повторяется. Это расстояние между последовательными соответствующими точками одной и той же фазы на волне, такими как два соседних гребня или впадины.

Длина волны (λ) = Скорость света/Частота = C/f
Более высокая частота означает более короткую длину волны.

Низкая частота

Высокая частота

спектр. На рисунке выше показан спектр электромагнитных волн, который расположен в порядке убывания частоты слева направо.
Частотный диапазон радиоволны называется полосой частот.
WLAN-сети используют радиоволны.

Частотный диапазон

Гамма-луч

Рентгеновский луч

УФ-луч

Видимый свет

Инфракрасный луч

СВЧ-волна

Радиоволна

Гц

100

102

104

106

108

1010

1012

1014

1016

1018

1020

1022

1024

мощность и обеспечивают более сильное прямое излучение, но также быстрее затухают во время передачи и, следовательно, поддерживают меньшее расстояние передачи.
Радиоволна генерируется переменным током колебательного контура и может передаваться и приниматься через антенну. Радиоволна также называется радио, электрической волной или радиочастотной (RF) волной.
Радиоволна — это электромагнитная волна с частотой от 3 Гц до примерно 300 ГГц. Ее также называют радиочастотной волной или радиочастотой. Технология радиосвязи позволяет преобразовать звуковые или другие сигналы и передавать их с помощью радио- и электромагнитных волн.
Технология WLAN передает информацию в пространстве с помощью радиоволн в диапазонах частот 2,4 ГГц (2,4–2,4835 ГГц) и 5​ГГц (5,15–5,35 ГГц, 5,725–5,85 ГГц).

Гамма-луч

Рентген. луч

УФ-луч

Видимый свет

ИФ-луч

СВЧ-волна

Гц

100

102

104

106

108

1010

1012

1014

1016

1018

1020

1022

1024

Радиоволны

волны и первым пересечением нуля. Фаза выражается в градусах или радианах.
Каждый цикл волны составляет 360 градусов.
2π = 360°
57,3°= 1 радиан

0°

90°

180°

270°

360°

на одной частоте имеют одинаковую фазу, эти два сигнала накладываются друг на друга, мощность сигнала при этом увеличивается.

0

Усиление сигнала 

Ослабление сигнала 

Если при поступлении на приемник два радиосигнала на одной частоте имеют разность фаз 180°, происходит ослабление этих двух сигналов, мощность сигнала уменьшается.

звуком и т.п.
Сначала на передатчике выполняется кодирование источника. Информация преобразуется в цифровые сигналы для расчета и обработки схем, а затем в радиоволны посредством кодирования и модуляции каналов.
Передатчик и приемник соединены с помощью интерфейсов и каналов. При проводной связи интерфейсы и кабели на устройствах видны. При беспроводной связи интерфейсы невидимы и подключены к невидимому пространству. Такие интерфейсы называются радиоинтерфейсами.

Источник

Кодиро-вание

Модуляция

Канал
(среда
передачи)

Демодуляция

Декодиро-вание

Получатель

Передатчик

Приемник

сигналы с использованием схемы кодирования.
Информация максимально сжата без искажений.
Для разных типов информации применяются разные схемы кодирования. Например, H.264 предназначен для кодирования видео.

Канальное кодирование

Канальное кодирование — это технология исправления и обнаружения ошибок для повышения надежности передачи канала.
Канальное кодирование применяется для максимального восстановления информации в приемнике, при этом снижается коэффициент битовых ошибок.
Канальное кодирование добавляет избыточную информацию к необработанной информации и, следовательно, увеличивает длину информации.
Отношение количества битов предварительного кодирования (то есть необработанной информации) к количеству битов посткодирования называется эффективностью кодирования или скоростью кодирования.
Канальное кодирование снижает скорость передачи достоверной информации, но увеличивает вероятность успешной передачи достоверной информации. Следовательно, наилучшие характеристики и эффективность можно получить путем выбора правильной схемы кодирования для протоколов связи.

Источник

Кодиро-вание

Модуляция

Канал
(среда
передачи)

Демодуляция

Декодиро-
вание

Получатель

Передатчик

Приемник

Кодирование источника
Канальное кодирование

основной полосы частот преобразуются в сигналы с цифровой модуляцией, которые могут передаваться по каналу. Модуляция подразделяется на амплитудную модуляцию (AM), частотную модуляцию (FM) и фазовую модуляцию (PM).
Демодуляция: преобразует принятые цифровые сигналы полосы частот в цифровые сигналы основной полосы частот.

Цифровой сигнал

AM

FM

PM

Режим модуляции

Демодуляция — процесс, обратный модуляции. В процессе демодуляции полученная модулированная информация восстанавливается в цифровой сигнал на приемнике.

частота, амплитуда или фаза которой модулируются с целью передачи голоса, музыки, изображения или других сигналов.
Несущие — это основа беспроводной связи. На следующем рисунке показана основная (базовая) несущая, которая генерируется передатчиком и не несет никакой информации. Базовая несущая также используется в качестве неизменного сигнала на приемнике.

AP

STA

Бит — это наименьшая единица данных. Передатчик отправляет 0 и 1 определенным образом для передачи данных между двумя местами. Сигналы переменного или постоянного тока не передают данные. Однако в случае колебаний или незначительных изменений сигналов передатчик и приемник анализируют такие сигналы и успешно передают и принимают данные. Преобразованный сигнал может различаться между 0 и 1 и называется сигналом несущей. Процесс настройки сигнала для создания сигнала несущей называется модуляцией.

канал, используемый радиоволнами для передачи информации в пространстве. Учитывая, что радиоволны распространены повсеместно, случайное использование ресурсов спектра может привести к помехам. Следовательно, помимо определения доступных диапазонов частот, протоколы беспроводной связи также должны точно разделять диапазоны частот. Каждый частотный диапазон — это канал.

Перекрывающиеся каналы: перекрывающиеся каналы, например, каналы 1 и 2, создают помехи друг для друга.
Неперекрывающиеся каналы: неперекрывающиеся каналы не создают помех друг для друга. Обычно только каналы 1, 6 и 11 являются неперекрывающимися каналами в полосе частот 2,4 ГГц. Стандарт 802.11b (полоса пропускания: 22 МГц) больше не применяется для WLAN. Каналы 1, 5, 9 и 13 не являются перекрывающимися, если не учитывать проблему совместимости.

каналы.

STA2

STA1

Одно пространство

6

7

14

14 перекрывающихся каналов, каждый с полосой частот 20 МГц (кроме 802.11b). Обычно каналы 1, 5, 9 и 13 являются неперекрывающимися.

Каналы в полосе частот 2,4 ГГц

Полоса частот 5 ГГц имеет больше ресурсов спектра и неперекрывающиеся каналы. Доступные каналы в диапазоне 5 ГГц различаются в зависимости от страны и региона.

Каналы (неперекрывающиеся) в полосе частот 5 ГГц

Частотный диапазон
20 МГц

1
2,412

2
2,417

3
2,422

4
2,427

5
2,432

6
2,437

7
2,442

8
2,447

9
2,452

10
2,457

11
2,462

12
2,467

13
2,472

14
2,484

Канал

36 40 44 48 52 56 60 64

100 104...... 116 120 128 128 132 136 140 144

149 153 157 161 165

5170
МГц

5330
МГц

5490
МГц

5730
МГц

5735
МГц

5835
МГц

5250
МГц

UNII-1

UNII-2

UNII-3

UNII-2 Расширенный

Серые каналы недоступны в некоторых странах.

переменным током колебательного контура и может передаваться и приниматься через антенну. Радиоволна также называется электрической волной или радиочастотной (RF) волной.
Частотный диапазон радиоволны называется полосой частот.
Антенна — это преобразователь, который преобразует направленные волны, передаваемые по линии передачи, в электромагнитные волны, передаваемые в пространстве, или наоборот. Антенна используется с радиоустройством для передачи или приема электромагнитных волн.

потоком.
Пространственный поток отправляется с антенны передатчика. Каждый пространственный поток следует по независимому маршруту к приемнику. Беспроводная система может передавать и принимать пространственные потоки и различать сигналы, предназначенные для различных пространственных направлений.
В большинстве случаев пространственный поток может быть установлен между передающей (TX) антенной и приемной (RX) антенной. Например, если AP имеет четыре антенны и STA имеет четыре антенны, между AP и STA могут быть установлены четыре пространственных потока.
Однако 802.11ac и 802.11ax определяют, что одно радиоустройство поддерживает максимум восемь пространственных потоков. То есть, даже если AP и STA имеют по 12 антенн, между ними может быть установлено только восемь пространственных потоков.

Пространственный
поток

Маршрут передачи

Антенна

AP

Беспроводной адаптер

частот 2,4 ГГц или 5 ГГц и применяются в сценариях, когда станции STA работают в одной полосе частот.

Однодиапазонная точка доступа

Двухдиапазонная точка доступа

Трехдиапазонная точка доступа

Трехдиапазонные точки доступа имеют два радиомодуля, один — для диапазона частот 5 ГГц, другой — для диапазона 2,4 ГГц. Они применяются для электронных классов, в сценариях с высокой плотностью посетителей, а также в торговых центрах и супермаркетах.

Двухдиапазонные точки доступа работают в диапазонах частот 2,4 ГГц и 5 ГГц и применяются в большинстве основных сценариев WLAN.

2,4 ГГц
или
5 ГГц

2,4 ГГц

5 ГГц

5 ГГц

5 ГГц

2,4 ГГц

Один радиомодуль может использовать несколько антенн для обмена данными между точками доступа (AP) и станциями (STA) по нескольким пространственным потокам, повышая скорость передачи данных.

разными амплитудами, частотами или фазами могут представлять разные сообщения.
Помехи — это нарушение приема полезных сигналов.

Инфракрасный пульт
дистанционного управления

Микроволновая
печь

Беспроводной телефон

Помехи от устройств без Wi-Fi

Радиолокационная
станция

Помехи от устройств Wi-Fi

Разрешенная AP

Неразрешенная
AP

Передача сигналов по тому же каналу, что и авторизованная точка доступа

Устройства Wi-Fi, такие как несанкционированные точки доступа и устройства Ad-Hoc, передающие беспроводные сигналы, могут создавать помехи сигналам Wi-Fi.
Если на территории, на которой развернуто большое количество точек доступа, каналы не оптимизированы или имеется недостаточное количество неперекрывающихся каналов, возникают межканальные помехи.

Передача полезных сигналов

данных загрузка канала — это отношение времени использования радиоканала для эффективной передачи пакетов, к общему времени использования канала.
Загрузка канала = Продолжительность, в течение которой канал занят / Общее время использования канала
Помехи WLAN увеличивают выдержку времени в конфликтной ситуации. Когда несколько устройств передают данные одновременно, возникает коллизия (конфликт) радиоинтерфейса. В результате получатель не может нормально анализировать пакеты. Передатчик повторно передает пакеты по истечении времени выдержки, в результате увеличивается время ожидания в режиме незанятости и снижается коэффициент использования канала.

AP1

STA2 также должна использовать канал 1, но должна подождать некоторое время.

STA1

Канал 1

STA2

Канал 1 занят связью между станцией (STA1) и точкой доступа (AP1).

данных, которую позволяет достичь стандарт. Например, 802.11ac Wave 2 обеспечивает теоретическую скорость передачи данных 6,9 Гбит/с.
Скорость внедрения — это максимальная скорость передачи данных, которую может достичь продукт, разработанный поставщиком в соответствии со стандартом.

IEEE 802.11.
Стандарты 802.11 расположены на двух нижних уровнях эквивалентной модели TCP/IP.
Уровень канала данных обеспечивает доступ к каналу, адресацию, проверку кадра данных, обнаружение ошибок и механизмы обеспечения безопасности.
Физический уровень передает битовые потоки по радиоинтерфейсу, например, указывает полосы частот.

доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий (CSMA/CA)

Запрос на отправку (RTS)/Очистка перед отправкой (CTS)

Соединение каналов

Агрегация кадров

Межкадровое пространство (IFS)

Подтверждение блока (BA)

MIMO

(FH или FHSS)
Прямая последовательность (DS или DSSS)
Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM)

передачи и приема информации.
Поднесущая — это подканал, используемый в процессе связи с несколькими несущими.
Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) относится к классу схем модуляции с несколькими несущими. Несколько поднесущих в одном канале модулируются независимо и передаются параллельно, улучшая использование спектра канала.

Входные данные: 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1...
Поднесущая 1: 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1...
Поднесущая 2: 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0...
Поднесущая 3: 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0...

Когда OFDM не включен, один канал позволяет одновременно использовать только одну единственную поднесущую.

Когда включен OFDM, один канал делится на несколько подканалов, и несколько поднесущих могут передаваться параллельно.

на несколько ортогональных подканалов позволяет преобразовать высокоскоростные последовательные цифровые сигналы в низкоскоростные параллельные потоки данных и модулировать их на подканалы для передачи. Несущие, соответствующие ортогональным подканалам, обычно называются поднесущими.
OFDM позволяет использовать ортогональные поднесущие. Когда одна поднесущая достигает пика волны, а другая находится в точке пересечения нуля, они не мешают друг другу.

Поднесущие в системе OFDM перекрываются, но не мешают друг другу, потому что они ортогональны друг другу.
На рисунке слева сигнал передается по трем поднесущим. Пик индивидуальный волны каждой поднесущей используется для кодирования данных, на что указывают красные точки. Когда поднесущая, отмеченная синим цветом, достигает своего пика волны и выравнивается с нулевыми амплитудами двух других поднесущих, они ортогональны друг другу.

Амплитуда

Частота

используются для передачи данных, а 4 подканала используются для опорной фазы.

20 МГц

20 МГц

20 МГц

20 МГц

20 МГц

20 МГц

20 МГц

20 МГц

30 МГц

5150

5350

30 МГц

Частота (МГц)

5320

5260

5240

5220

5200

5280

5300

5180

манипуляция (QPSK)
Квадратурная амплитудная модуляция (QAM)
QAM использует амплитуду и фазу несущей для передачи информации.

По сравнению с 256-QAM, 1024-QAM увеличивает скорость каждого пространственного потока на 25%.

традиционным FDMA, OFDMA значительно улучшает использование спектра. OFDMA обеспечивает одновременную передачу данных нескольким пользователям, что увеличивает эффективность радиоинтерфейса, значительно сокращает задержку работы приложений и снижает вероятность отсрочки и коллизии.
Единица ресурса (RU):
802.11ax делит существующие полосы пропускания 20, 40, 80 и 160 МГц на несколько RU.
802.11ax определяет семь типов RU: 26 тонов, 52 тона, 106 тонов, 242 тона, 484 тона, 996 тонов и 2x996 тонов. Пользователь может передавать данные по нескольким RU одновременно. Например, полоса пропускания 80 МГц может быть разделена максимум на 37 RU, которыми могут одновременно пользоваться 37 пользователей.

Wi-Fi 5 OFDM
Четыре пользователя (станции (STA) на рисунке) занимают ресурсы канала отдельно в разных временных сегментах. В каждом временном сегменте один пользователь занимает все поднесущие для отправки пакетов данных.

Wi-Fi 6 OFDMA
Данные этих четырех пользователей передаются в RU. Следовательно, 802.11ax позволяет нескольким пользователям передавать данные в один и тот же момент времени, когда общие частотно-временные ресурсы остаются неизменными.

t

f

Полоса пропускания канала

Длительность символа

STA1

STA2

STA3

STA4

t

f

RU

и выделяет ресурсы в каждом радиоканале нескольким RU.
Пользовательские данные передаются по RU вместо того, чтобы занимать весь канал. Таким образом, несколько пользователей могут одновременно передавать данные в каждом временном сегменте без очереди или конкуренции, тем самым сокращая время ожидания в очереди и повышая эффективность передачи данных. Следовательно, OFDMA идеально подходит для многопользовательских сценариев, когда передается большое количество небольших пакетов данных, например, в сценариях IoT или для передачи речи.

...

...

Wi-Fi 5
234 абонента

Wi-Fi 6
980 поднесущих (HT80)

делятся на несколько групп в зависимости от типа RU. Каждый пользователь может занимать одну или несколько групп RU для соответствия различным требованиям к полосе пропускания. В следующей таблице указано максимальное количество RU при разной полосе пропускания канала.

STA может передавать данные в один момент времени. Следовательно, для координации процедур передачи и приема данных каждой STA необходим механизм выделения канала. 802.11 предлагает следующие два способа координации на уровне MAC:
Распределённая функция координации (Distributed coordination function, DCF): использует механизм CSMA/CA, чтобы каждая STA могла посоревноваться за канал передачи данных.
Точечная функция координации (Point Coordination Function, PCF): использует централизованный алгоритм управления доступом для того, чтобы STA передавали кадры данных по очереди (способом, похожим на режим Round-Robin) для того, чтобы предотвратить коллизии.

Уровень MAC

PCF

DCF
(CSMA/CA)

(Опционально) Контролируемый доступ

(Обязательно) Свободный доступ

DCF — обязательна, PCF — не обязательна. DCF, ядром которого является CSMA/CA, широко используется в отрасли.

и предотвращением коллизий (CSMA/CA) для предотвращения потери ресурсов передачи при обнаружении коллизий.
CS: перед передачей данных станция проверяет, свободен ли канал, чтобы уменьшить вероятность коллизии.
MA: данные, отправленные одной станцией, могут быть получены несколькими станциями.
CA: разработан, чтобы минимизировать вероятность возникновения коллизий.

для уменьшения коллизий, возникающих в результате проблем скрытых узлов.
Кадр RTS используется для сохранения права на использование канала. STA, которые получают кадр RTS, хранят молчание.
Кадр CTS используется точкой доступа для ответа на кадр RTS. Другие STA, которые получают кадр CTS, хранят молчание.
Ядро RTS/CTS разрешает передатчику резервировать каналы и избегать коллизий последующих больших кадров данных с помощью небольших резервных пакетов (кадры RTS/CTS).

кадра все STA ждут очень короткое время. В течение этого периода STA продолжают прослушивать состояние канала. Этот период известен как IFS.
IFS зависит от типа кадра. Более короткий IFS применяется к кадрам с более высоким приоритетом, отправка которых осуществляется в предпочтительном порядке.
Когда среда передачи становится занятой передачей кадров с более высоким приоритетом, передача кадров с более низким приоритетом должна быть отложена. Это позволяет снизить вероятность коллизий.

SIFS

DIFS

Короткий IFS (SIFS): короткое время ожидания 16 мкс (802.11ax) и высокий приоритет
Разделяет кадры при каждом обмене. В течение этого периода STA должна иметь возможность переключаться из режима передачи в режим приема. Кадры SIFS, включая кадры ACK, CTS и контрольные кадры, имеют наивысший приоритет и требуют немедленного ответа.
Распределенная функция координации IFS (DIFS): длительное время ожидания и низкий приоритет.
Передает кадры данных и кадры управления в режиме DCF.
DIFS — это самое короткое время, в течение которого среда остается свободной. Если среда остается свободной в течение времени, превышающего DIFS, STA может сразу получить доступ к среде.

Межкадровое пространство (IFS)

отправлять первый кадр MAC после DIFS, только если обнаруживает, что канал свободен.

STA

Отсрочка передачи

Время

Время

Время

AP

Другие STA

Отправить кадры

Механизм виртуального контроля несущей

Когда STA обнаруживает поле Duration в заголовке кадра MAC, который передается по каналу, STA настраивает собственный NAV.
NAV определяет время, необходимое для завершения передачи кадра данных, чтобы переключить канал в свободное состояние.

передачи уменьшается до 0, STA3 начинает отправлять данные.

2

3

Окно конкурентного доступа

(После передачи данных временной интервал выбирается случайным образом из 16 временных интервалов после второй отсрочки.)

...

4

DIFS

DIFS

Согласно 802.11, время отсрочки передачи должно быть целым числом, кратным времени временного интервала. Для i-ой отсрочки один временной интервал выбирается случайным образом из временных интервалов 22+i (i ≤ 6). Самое короткое время отсрочки — это окно конкурентного доступа.

Время заморозки

Время заморозки

Время заморозки

(Временной интервал выбирается случайным образом из 8 временных интервалов после первой отсрочки.)

8 временных интервалов

4 временных интервала

5 временных интервалов

Когда таймер отсрочки передачи уменьшается до 0, STA4 начинает отправлять данные.

1

2

3

GI

GI

GI

4

...

1

2

3

GI

GI

GI

4

...

DIFS

1 временной интервал

Окно конкурентного доступа

с AP, но не может напрямую связываться с другими STA, связанными с этой AP.

STA1

AP

RTS

1

STA1 отправляет кадр RTS, чтобы зарезервировать доступ к каналу.

4

STA2 принимает кадр CTS, отправленный AP, и узнает, что текущий канал занят. STA2 хранит молчание и не отправляет данные.

STA1 и STA2 являются скрытыми узлами по отношению друг к другу.

2

1

STA2

После получения кадра RTS точка доступа передает кадр CTS в качестве ответа.

CTS

2

CTS

2

3

Молчание

3

Начинает отправлять данные

3

После получения кадра CTS от AP, STA1 готова к отправке данных.

Поскольку расстояние между STA1 и STA2 слишком велико, STA1 и STA2 не могут обнаружить друг друга.

другими STA, связанными с AP, но не может напрямую связываться с AP.

AP1

STA2

STA1

AP2

CTS

RTS

RTS

1

STA1 передает кадр RTS, чтобы зарезервировать доступ к каналу.

4

STA1 и STA2 являются открытыми узлами по отношению друг другу.

2

После получения кадра RTS точка доступа передает кадр CTS в качестве ответа.

3

STA2 принимает кадр RTS от STA1, а не кадр CTS от AP1.

1

2

1

STA2 передает кадр RTS, чтобы зарезервировать доступ к каналу.

4

RTS

4

RTS

канал, скорость передачи может быть увеличена вдвое.
Для беспроводных технологий увеличение ширины канала может напрямую увеличить пропускную способность. Это напоминает дорогу. Если дорога расширяется, пропускная способность дороги увеличивается.
В стандартах 802.11 полоса пропускания радиоинтерфейса составляет 20 МГц. За счет соединения двух соседних каналов 20 МГц в канал 40 МГц скорость передачи увеличивается вдвое. В 802.11ac и более поздних стандартах восемь каналов можно соединить в канал 160 МГц. Скорость передачи данных превышает 1000 Мбит/с.

149

153

157

161

165

Канал

Пространство

149

Соединенный канал

153

шириной 20 МГц в канал 40 МГц, увеличивая скорость передачи данных. Например, канал 1 и канал 5 могут быть соединены, и канал 9 и канал 13 могут быть соединены.
Один из двух каналов 20 МГц является основным, а другой — вспомогательным. Основной канал используется для передачи пакетов маяка (beacon) и некоторых пакетов данных, а вспомогательный канал используется для передачи других пакетов.

Соединенный канал
40 МГц

Частотный диапазон
20 МГц

1
2,412

2
2,417

3
2,422

4
2,427

5
2,432

6
2,437

7
2,442

8
2,447

9
2,452

10
2,457

11
2,462

12
2,467

13
2,472

14
2,484

Канал

Соединенный канал
40 МГц

Полоса частот 2,4 ГГц поддерживает соединение каналов, чтобы получить максимальную полосу пропускания 40 МГц.

104 108 112 116 120 128 128 132 136 140 144

149 153 157 161 165

20 МГц

40 МГц

80 МГц

160 МГц

160 МГц
(80+80)

5170
МГц

5330
МГц

5490
МГц

5730
МГц

5735
МГц

5835
МГц

802.11a

802.11n

802.11ac/802.11ax

Два соседних канала 20 МГц могут быть соединены в канал 40 МГц. Один из двух каналов 20 МГц является основным, а другой — вспомогательным.
Например, в канале 149 полоса пропускания 40 МГц настраивается за счет соединения с другим каналом. То есть полоса пропускания 40 МГц реализуется при связывании каналов 149 и 153. Канал 149+ указывает, что канал 40 МГц доступен при соединении канала 20 МГц с центральной частотой 149 и канала 20 МГц с центральной частотой 153.
Два соседних канала 40 МГц соединяются в канал 80 МГц, а два соседних канала 80 МГц соединяются в канал 160 МГц.
Основной канал используется для передачи пакетов управления и контроля. Соединенный канал свободен только тогда, когда свободен его основной канал.

Если два соседних канала 20 МГц соединены и центральная частота вспомогательного канала 20 МГц ниже, чем у основного канала, соединенный канал называется xxxplus. В противном случае соединенный канал называется xxxminus.

вход, один выход (SISO)
Между антенной TX и антенной RX существует уникальный путь, по которому передается один сигнал. Каждый сигнал определяется как один пространственный поток.

Антенна TX

Антенна RX

Несколько входов, один выход (MISO)
Между антеннами TX и антенной RX есть два пути. Существует только одна антенна RX, и поэтому антенны TX могут отправлять только одни и те же данные по двум путям. Аналогично системе SIMO.

Антенна TX

Антенна RX

Один вход, несколько выходов (SIMO)
Между антеннами TX и антенной RX есть два пути. Данные отправляются с одной антенны TX, и поэтому передается только один сигнал, что вдвое увеличивает надежность передачи.

Несколько входов, несколько выходов (MIMO)
Между антеннами TX и RX есть два пути, по которым одновременно передаются два сигнала, тем самым удваивая скорость передачи.

Уникальный путь

Путь 1

Путь 2

Путь 1

Путь 2

Антенна TX

Антенна RX

Путь 1

Путь 2

Путь 3

Путь 4

для одновременной связи с несколькими STA.
Механизм CSMA-CA, используемый WLAN, позволяет одновременно занимать только один канал только одной STA. В течение этого периода другие STA не могут связываться с AP. Для оптимизации использования ресурсов канала появляется система MU-MIMO. Если эта функция включена, то STA с поддержкой MU-MIMO, могут формировать группу MU для одновременного приема данных нисходящей линии связи из одного и того же канала радиоинтерфейса. При этом повышается эффективность канала и общая пропускная способность нисходящей линии связи.

20 Мбит/с

20 Мбит/с

20 Мбит/с

1

2

3

SU-MIMO
За один раз AP отправляет данные на одну STA.

MU-MIMO
Точка доступа 3T3R одновременно отправляет данные максимум трем станциям.

выполняется настройка сигналов, передаваемых от каждой антенны, для повышения уровня сигнала на приемнике.

Технология формирования пучка применяется в среде, где на приемнике есть только одна антенна и нет никаких препятствий. Если технология формирования пучка не используется, сигналы, поступающие на приемник, могут быть сдвинуты по фазе.

Благодаря технологии формирования пучка сигналы, поступающие в приемник, имеют положительную фазу и поэтому усиливаются, что также увеличивает отношение сигнал/шум на приемнике.

из одной фиксированной точки доступа и нескольких станций STA.
Если STA1 связана с AP1, BSS AP1 является MYBSS для STA1. STA1 также находится в перекрывающемся базовом наборе служб (OBSS). Это означает, что STA1 может получать пакеты от AP2. В этом случае BSS AP2 является OBSS для STA1. Для STA1 кадры из MYBSS являются кадрами внутри BSS, а кадры из OBSS — кадрами между BSS. Связь в OBSS может вызвать отсрочку STA1, что снижает эффективность передачи.

Эффективность передачи снижена OBSS

Влияние

Конкуренция каналов

Ассоциация

Канал 149

Канал 149

пространственного повторного использования (SR) и уменьшения потребления ресурсов на уровне MAC, вызванных перекрывающимися BSS (OBSS). Окраска BSS улучшает пространственное повторное использование за счет уменьшения помех между BSS, которые влияют на скорость передачи между узлами на физическом (PHY) уровне (т.е., сокращает значение MCS).

потреблением энергии.

Почему TWT?

Реализация TWT

Без TWT: каждая STA в состоянии пробуждения.

TWT: сервис независимого пробуждения

STA1

STA2

Согласуйте время пробуждения Wi-Fi для STA.

AP

STA1

STA2

Маяк

Время

Время

Время

Активатор

Активатор

Спящий режим

Спящий режим

Спящий режим

Спящий режим

TW1

TW2

Гбит/с

802.11e

802.11h

802.11i

QoS

Динамический выбор частоты (DFS)
Управление мощностью передачи (TPC)

Безопасность беспроводной связи

802.11r

Незаметный роуминг

802.11s

Ячеистая сеть

48, 54, Мбит/с
Работа в безлицензионном диапазоне частот 5 ГГц; доступно 23 неперекрывающихся канала
802.11b (2,4 ГГц)
Метод прямой последовательности для расширения спектра (DSSS)
Скорости передачи данных: 1, 2, 5,5, 11, Мбит/с
Полоса пропускания канала: 22 МГц
802.11g (2,4 ГГц)
OFDM
Скорости передачи данных: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Мбит/с и скорости, поддерживаемые 802.11b
Совместимость с станциями 802.11b

защитный интервал)

Усовершенствование OFDM:
Прямая коррекция ошибок (FEC)

MIMO

40 МГц
соединение каналов

Агрегация кадров

Подтверждение блока (BA)

Усовершенствованный физически уровень

Рабочая группа IEEE 802.11 создала группу по разработке стандартов для высокой пропускной способностью (High Throughput, HT) в 2002 году. Официальный выпуск IEEE 802.11n на основе MIMO-OFDM состоялся в 2009 году. 802.1n увеличивает пропускную способность сети по сравнению с двумя предыдущими стандартами — 802.11a и 802.11g. Максимальная скорости передачи данных значительно увеличена.

802.11n вводит множество новых технологий, которые открывают новые возможности для пользователей, способствуют развитию отрасли WLAN и помогают популяризировать Wi-Fi. До сих пор в действующей сети используется большое количество 802.11n STA.

Принципиально новые технологии

количество поднесущих

802.11g

300/450/600 Мбит/с

150 Мбит/с

72,2 Мбит/с

65 Мбит/с

58,5 Мбит/с

54 Мбит/с

Количество поднесущих в канале 20 МГц: 48 -> 52

Скорость кодирования: 3/4 -> 5/6

GI: 0,8 мкс -> 0,4 мкс

Полоса частот: 20 МГц -> 40 МГц
Количество поднесущих: 52 -> 108

Количество пространственных потоков: 1 -> 2/3/4

802.11 официально выпустила стандарт 802.11ac , который также известен как стандарт VHT (очень высокая пропускная способность). Это означает, что скорость передачи данных в WLAN достигает гигабитного уровня. Необходимо отметить, что 802.11ac поддерживает только полосу частот 5 ГГц.

Высокая пропускная способность всегда была целью стандартов Wi-Fi. 802.11ac, основываясь на первоначальных технологиях, реализовал прорыв и обеспечил более высокую пропускную способность. По сравнению с 802.11n, 802.11ac увеличивает максимальное количество поддерживаемых пространственных потоков с четырех до восьми и увеличивает полосу пропускания канала с 40 МГц до 160 МГц. Стандарт 802.11ac также представляет технологию MU-MIMO для поддержки одновременной многопользовательской передачи по нисходящему каналу.

Эффективный MAC-уровень

DL MU-MIMO

160 МГц
Соединение каналов

A-MPDU

RTS/CTS

Усовершенствованный физический уровень

Принципиально новые технологии

рынке как Wi-Fi 6, также известен как стандарт High-Efficiency Wireless (HEW). 802.11ax поддерживает диапазоны частот 2,4 ГГц и 5 ГГц и обратно совместим с 802.11a/b/g/n/ac.
Для достижения более высокой пропускной способности 802.11ax использует большинство технологий 802.11ac и переопределяет технологию множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA). Поддерживает более узкое разнесение поднесущих и использует схему модуляции и кодирования 1024-QAM (MCS). Кроме того, 802.11ax представляет технологию UL MU-MIMO, которая обеспечивает теоретическую скорость точек доступа Wi-Fi 6 выше 10 Гбит/с и улучшает пропускную способность и качество обслуживания (QoS) в сценариях высокой плотности.

Эффективный MAC-уровень

8x8
DL/UL MU-MIMO

DL/UL OFDMA

Окраска базового сервисного набора (BSS)

Два вектора распределения сети (NAV)

Усовершенствованный физический уровень

Принципиально новые технологии

1024-QAM

Целевое время пробуждения (TWT)

скорость кодирования

Символ и GI

До 40 МГц при 2,4 ГГц
До 160 МГц при 5 ГГц

Почему 802.11ax не может использовать технологию короткого защитного интервала (Short GI)?

 

 

 

 

MIMO?

сведениям о стандартах 802.11 и подробной информации о технологиях физического уровня и уровня MAC 802.11.
По завершении этого курса вы получите основные знания о WLAN, особенно о преимуществах Wi-Fi 6.

Huawei Wi-Fi 6 (802.11ax): https://e.huawei.com/en/material/networking/wlan/f3ae84efd98d440eb457b4caf405b509