Что такое Wi-Fi и откуда он взялся

По данным We Are Social и Hootsuite на начало 2021 года в мире 4,66 миллиарда активных интернет пользователей. Между понятием Wi-Fi и интернет часто ставят знак равно. Но Wi-Fi — это беспроводная технология, благодаря которой возможно выйти в интернет.

Можно находиться на расстоянии 50-100 метров от роутера и выходить из в сеть одновременно с нескольких устройств, что дает явное преимущество перед проводным интернетом. Но Wi-Fi в своем первоначальном виде имел совсем другое предназначение.

Существует несколько версий происхождения самого слова «Wi-Fi»:

1. Сокращение от «Wireless Fidelity» — беспроводная точность.
2. Игра слов с намеком на Hi-Fi от «High Fidelity» — высокая точность, используется в контексте звука.
3. Сокращение от Wireless Fidelity Alliance — название компании производителя.

Преимущества:

• Не нужно прокладывать кабель по квартире.
• Возможен доступ с устройств, в которых нет LAN-порта: телефоны, планшеты, некоторые ноутбуки.
• Мобильность: можно зайти в сеть находясь на расстоянии от места раздачи.
• Проще подключить одновременно несколько устройств.

Недостатки:

• При использовании большого количества подключений в одно и то же время скорость интернета теряется.
• Wi-Fi может влиять на работу Bluetooth, микроволновых печей при использовании той же частоты.
• Если роутер старого поколения, то максимальную скорость заявленную провайдером получить невозможно.
• Преграды, находящиеся между маршрутизатором и пользователем, могут создавать помехи в передаче сигнала.

История изобретения

Прародителем Wi-Fi стала Хеди Ламарр — американская актриса и изобретательница. Во время Второй Мировой войны создала технологию, благодаря которой торпеду стало невозможным отследить или заглушить. Для этого использовалась технология с псевдослучайной сменой частоты (канала передачи). Реализовать задуманное ей помог музыкант Джордж Антейл. Они вместе разработали «прыгающие волны».

До этого данные можно было отправлять только по одной частоте, что могло привести к перехвату управления торпедой. Эта система была рассекречена в 1980 году. Благодаря чему были обнародованы знания, которые позволили изобрести Wi-Fi.

Более привычный формат Wi-Fi придал Джон О’Салливан — ученый и радиоастроном из Австралии. Во время экспериментов по исследованию черной дыры возникла необходимость передачи данных по беспроводной сети. Тут и вспомнили про разработки Хеди Ламарр и создали подобие современного Wi-Fi. Скорость передачи данных первого изобретения не превышала 2 Мбит/с.

Сейчас интернет-соединение Wi-Fi происходит по радиоканалам стандартов IEEE 802.11. IEEE — аббревиатура от IInstitute of Electrical and Electronics Engineers Института инженеров электротехники и электроники. Эта ассоциация была открыта в Нью-Йорке в 1963 году и активно разрабатывает отраслевые стандарты, которых придерживаются и по сей день.

Совершенствование Wi-Fi подключения происходит непрерывно. На май 2021 года уже вышло 6 поколений Wi-Fi.

Эволюция Wi-Fi: от истоков до нашего времени 

1996 год

В этом году разработали первый стандарт IEEE 802.11. В изначальном виде предполагалась передача данных по радиоканалу на скорости до 1 Мбит/с и частоте 2,4 ГГц. Он использовался для настройки спецсредств. Со временем скорость увеличили до 2 Мбит/с. Но это был максимум и остро стоял вопрос о повышении пропускной способности. 

1999 год

В 1999 году на рынок впервые вышла некоммерческая организация под названием Wireless Ethernet Compatibility Alliance (с 2002 года переименована в Wi-Fi Alliance). В этот год были разработаны 2 стандарта: Wi-Fi 1 и Wi-Fi 2.

Wi-Fi 1 с протоколом 802.11a отличался от изначального частотой в 5 ГГц и максимальной скоростью 54 Мбит/с. Но проблема была в том, что он был несовместим с более ранним стандартом работающим на 2,4 ГГц. Чтобы обеспечить работу в обеих частотах пришлось устанавливать двойной приемопередатчик.

В этом же году вышел 802.11b, который позже назвали Wi-Fi 2. Разработчики решили вернуться к частоте 2,4 ГГц. Из-за чего пострадала и скорость передачи данных. Теперь максимум которого можно было добиться — 11 Мбит/с, зато пропала необходимость в дополнительном передатчике.

Начали появляться устройства с поддержкой технологии. Одним из первых был телефон-слайдер Nokia E65.Пользовались этой технологией до 2003 года. Тем не менее современные гаджеты смогут подключиться к роутеру этого поколения и работать без проблем, хоть и с меньшей скоростью.

2003 год

Вышел протокол 802.11g, он же Wi-Fi 3. Инженерам удалось сохранить все ту же частоту, но при этом увеличить максимальную скорость до 54 Мбит/с. Но для телефонов в такой скорости не было необходимости. Большинство из них были ограничены встроенной памятью в 50 Мб. А web-страницы были рассчитаны на экран полноценного монитора.

Стандарт 802.11h позволяет динамический выбор частоты и управление мощностью передачи. При обнаружении помех при работе спутникового телевидения или радара, теперь роутер может переключаться на 5 ГГц.

2004 год 

Главным достижением в разработке 802.11i стало повышение безопасности, новые алгоритмы шифрования и аутентификации.

2007 год

IEEE 802.11-2007 вышел на рынок со скоростью 300 Мбит/c и возможностью менять частоту 2,4 ГГц на 5 ГГц. Но все же рекомендуемой частотой от производителя уже выступает 5 ГГц.

2009 год

Одно из самых масштабных обновлений стандарта — протокол 802.11n, Wi-Fi 4. Проведена модификации PHY и MAC, благодаря чему максимальная скорость поднялась до 600 Мбит/с. Впервые появляется поддержка MIMO — технологии множественного входа и выхода, которая увеличивает максимальную пропускную полосу сети.

2012 год 

802.11ad — первая разработка, перешагнувшая границу в 1 Гбит/с. Максимальная заявленная скорость — 7 Гбит/с, с использованием частоты 60 ГГц. Технология обеспечивает стабильную работу соединения в пределах одного помещения. Если источник сигнала находится за стеной, то интернет не работает.

2013 год

Изобретен 802.11ac Wi-Fi 5 поколения. Работает на скорости 6,77 Гбит/с на частоте 5 ГГц. На роутерах появляются антенны, которые позволяют расширить зону покрытия. Роутеры с поддержкой такого стандарта потребляют больше электричества чем его предшественники. 

2014 год

802.11af также известен как White-Fi. Он использует свободные телевизионные каналы “белые пространства” на частоте 54-698 МГц. Благодаря чему становится возможной передача данных на большие расстояния. Сам стандарт использует частоту 6, 7, 8 МГц и каждая из них предполагает разную скорость — от 24 Мбит/с до 568,9 Мбит/с.

2016 год 

802.11ah прозвали HaLow. Он обеспечивает зону покрытия до 1 км и потребляет меньше мощности сравнительно с предыдущими изобретениями. Появляется возможность передачи данных одновременно по 4 каналам. При условии использования одного канала 16 МГц, максимально возможная скорость 347 Мбит/с.

В 802.11ai разработана технология, позволяющая установить безопасное соединение в течение 100 мс. Становится доступна быстрая начальная настройка соединения FILS.

2018 год

Стандарт 802.11aj также называют “Китайская миллиметровая волна”. Создан на основе 802.11ad. Его используют только в Китае.

В 802.11aq был внедрен метод OFDMA, который позволил устанавливать соединение для большого количества пользователей одновременно.

В этом же году был создан протокол 802.11ay. Производители увеличили пропускную способность в 4 раза и добавили MIMO до 8 потоков.

2019 год

Самый новый выпущенный протокол на момент написания статьи — 802.11ax. У него есть 2 вариации: Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E.

Wi-Fi 6 может похвастаться скоростью интернета — максимально до 11 Гбит/с. Но как показывает практика, добиться ее можно только в лабораторных условиях. Чаще всего при использовании одного канала выходит максимум 4,69 Гб/с. Поддерживает одновременно 2 частоты 2,4 и 5 ГГц.

Поддержка OFDMA позволяет делить сигнал на частоты и выделять группы для обработки отдельных потоков данных. Благодаря чему есть возможность транслировать синхронно данные сразу нескольким клиентам Wi-Fi. Совместная система MU-MIMO и OFDMA позволяет увеличить число возможных подключений до восьми.

Target Wake Time — новая функция, которая позволяет настроить время автоматического включения и выключения. Также роутер сам может отключаться если в течении определенного времени не происходит передача данных. Это позволяет снизить потребление электроэнергии.

Низкая частота позволяет проникать сквозь стены.

Но возникла проблема с тем, что устройств, поддерживающих эту версию на рынке еще не так много. Первыми из них стали Samsung Galaxy Note 10 и Iphone 11. Также далеко не каждый провайдер предоставляет возможность получить такую большую скорость.

Разработчики говорят, что в будущем эта технология поможет использовать стабильный интернет в общественных местах.

Wi-Fi 6E работает на частоте 6 ГГц. На данный момент здесь нет перегруженности, она может обеспечить потоковую передачу даже 8K. Но проблема в том, что такая частота является нелегальной на большинстве рынков. Ранее эти частоты использовали для нужд армии и спецслужб. Поэтому даже если купить поддерживающее устройство, попробовать 6E получится только в США, Великобритании, Евросоюзе, ОАЭ, Чили, Южной Корее и еще в нескольких странах. В обновленном варианте 14 дополнительных каналов на 80 МГц и 7 дополнительных каналов на 160 МГц. 

Продолжение следует

Сейчас в разработке находится еще один протокол беспроводной сети IEEE 802.11be, которому планируется присвоить название Wi-Fi 7. Производители работают над тем, чтобы использовать 3 частоты 2.4, 5 и 6 ГГц с максимальной заявленной скоростью 30 Гбит/с. Существует версия, что выйдет семерка в 2024 году.