أساسيات WiFi الجزء الأول: الترددات والقنوات

جرب أداة القضاء على المشاكل

في عام 1947 ، قام الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) ، وهو وكالة تابعة للأمم المتحدة ، بتعيين نطاقات معينة من طيف الترددات الراديوية على أنها ISM. كانت الفكرة هي الحصول على معيار دولي للترددات المخصصة للمعدات الصناعية والعلمية والطبية. ومن المفارقات أن الاتصالات لم تكن الغرض الأصلي.

قبل أن نناقش أي تفاصيل ، أود فقط أن أشير إلى أن هذه المقالة ستعتمد بشكل أساسي على المجال التنظيمي للولايات المتحدة. المجالات التنظيمية المختلفة لها متطلبات محددة فيما يتعلق بالترددات المرسلة وإعدادات الطاقة.

على الرغم من وجود اثني عشر فرقة ISM ، في الوقت الحالي سنركز على اثنتين منها فقط. يشير إليها معظم الناس على أنها نطاقي 2.4 جيجا هرتز و 5 جيجا هرتز.

لنبدأ بنطاق ISM 2.4 جيجا هرتز (2.400 جيجا هرتز -2.500 جيجا هرتز). تعد هذه المجموعة الصغيرة والمزدحمة من الترددات الأكثر استخدامًا على الرغم من حقيقة أن غالبية أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية والأجهزة اللوحية تأتي مزودة بأجهزة راديو مزدوجة في السنوات القليلة الماضية.

والسبب في ذلك هو الفيزياء. القاعدة العامة هي أنه كلما انخفض التردد ، زاد طول الانتشار وكان الاختراق أفضل. فيما يلي مثالان من العالم الحقيقي:

  • أنت تجلس في سيارتك عند إشارة توقف. شخص ما يسحب بجانبك وراديوه يدق بصوت عالٍ. إذا كنت لا تحب ذوقهم في الموسيقى ، فيمكنك فتح نافذتك. يتم تقليل بعض هذا الصوت ، ولكن من المحتمل أنك ستستمر في سماع ذلك الجهير (التردد المنخفض) جيدًا.
  • مثال آخر هو نظام راديو متخصص للغاية يستخدمه الجيش للتواصل مع الغواصات المغمورة. يطلق عليه ELF (التردد المنخفض للغاية) وله طول موجة طويل بحيث يمكن أن يصل طول الهوائي المطلوب إلى أميال.

حسنًا ، نحن نعلم الآن أن الترددات المنخفضة توفر مساحة تغطية أكبر واختراقًا أفضل للإشارة من خلال العقبات. إذا كان النطاق 2.4 جيجا هرتز رائعًا جدًا ، فهل نحتاج حقًا إلى 5 جيجا هرتز؟ الجواب نعم.

حدود 2.4 جيجا هرتز

3 قنوات فقط غير متداخلة. النطاق 2.4 جيجا هرتز مقسم إلى 14 قناة ، معظمها 5 ميجا هرتز. لم يكن التباعد البالغ 5 ميجا هرتز مشكلة في الأيام الأولى لاستخدام اللاسلكي. كانت التكنولوجيا في ذلك الوقت مقتصرة على حوالي 1 ميغابت في الثانية من الإنتاجية. ثم في أواخر التسعينيات ، أصبح معيار 802.11b بتكنولوجيا انتشار الطيف هو المعيار.

الميزة هي أنه يمكن أن يحقق معدل نقل 11Mbps. كان الجانب السلبي هو أنه يستخدم 22 ميجا هرتز من الطيف. لذا ، على سبيل المثال ، إذا كنت تستخدم القناة 6 ، فعلى الأقل ، القنوات 4 ، 5 ، 7 ، 8 غير قابلة للاستخدام. لا يزال هذا القيد ساريًا حتى اليوم ، سواء كنت تستخدم 802.11g أقدم أو أحدث معدات WiFi 802.11n (2.4 جيجا هرتز). هذا هو أحد أهم القيود.

wifi limitations

إنه مزدحم. يسير هذا جنبًا إلى جنب مع القيود السابقة. على الرغم من إصدار معايير 802.11a (5 جيجاهرتز) و 802.11 ب (2.4 جيجاهرتز) ، نظرًا لاختلافات التكلفة ، إلا أن معيار 802.11b فقط شهد اعتمادًا واسع النطاق في ذلك الوقت. والنتيجة هي أنه حتى اليوم ، تستخدم غالبية حركة مرور WiFi نطاق 2.4 جيجا هرتز.

قف في زاوية شارع بوسط المدينة في أي مدينة ذات حجم لائق وقم بتشغيل برنامج مسح WiFi. في جميع الاحتمالات ، سترى 20 إشارة على الأقل ؛ لقد رأيت أكثر من 40 في وسط مدينة واشنطن العاصمة. تذكر الآن أن كل هذه الإشارات الأربعين تعمل على 3 قنوات فقط.

إنه نطاق ISM ، وبحكم التعريف ، مفتوح لأنواع أخرى من الأجهزة. هناك العديد من الأجهزة غير المتصلة بشبكة WiFi التي يمكن أن تتسبب في حدوث تداخل: أفران الميكروويف ، والهواتف اللاسلكية ، وأجهزة Bluetooth ، وشاشات الأطفال ، وكاميرات الفيديو ، وفتحات أبواب المرآب ، إلخ

يمكن أن تؤدي هذه الأشياء إلى تعطيل شبكتك بشدة ويصعب للغاية اكتشافها بدون أجهزة وبرامج متخصصة لمحلل الطيف.

بعد ذلك ، سنتحدث عن النطاق 5 جيجا هرتز

بالإضافة إلى نطاق ISM القياسي (5.725-7.825 جيجا هرتز) ، أضافت لجنة الاتصالات الفيدرالية طيفًا من نطاقات UNII (البنية التحتية للمعلومات الوطنية غير المرخصة) لتحفيز استخدام التكنولوجيا اللاسلكية. لاحظ أيضًا أن الهيئات التنظيمية المختلفة تعمل من خلال عملية إضافة 195 ميجا هرتز من الطيف المتاح في نطاق 5 جيجا هرتز.

5ghz band

حدود 5 جيجا هرتز

كما ناقشنا سابقًا ، لا تنتشر الترددات الأعلى إلى حد بعيد ولا تخترق العقبات أيضًا. لنقارن مع النطاق 2.4 جيجا هرتز في العالم الحقيقي.

  • في الهواء الطلق ، ستغطي إشارات 5 جيجا هرتز حوالي 1/3 إلى المسافة.
  • ستتدهور جودة الإشارة القابلة للاستخدام بشكل كبير بعد التثقيب في جدار داخلي واحد ، بدلاً من حوالي 3 جدران لإشارات 2.4 جيجا هرتز.

هذا يؤدي إلى عيب آخر أقل وضوحا ، التكلفة. سعر نشر شبكة WiFi بسرعة 5 جيجاهرتز (جيد ، ثنائي النطاق) من أي حجم هو 2.5 مرة على الأقل من تكلفة شبكة 2.4 مكافئة فقط. أنت بحاجة إلى المزيد من نقاط الوصول ، عادةً 2.5x إلى 3x. أضف الكابلات والترخيص والصيانة وما إلى ذلك.

بعض القنوات مشتركة الاستخدام. تم تعيين قنوات محددة على أنها DFS ، اختيار التردد الديناميكي. تشترك هذه القنوات ، الموجودة في نطاقي UNII-2 و -2 ، في الطيف مع بعض أنظمة الرادار ، ومعظمها في أوروبا.

لهذا السبب ، يجب تصميم نظام WiFi للبحث عن نبضات الرادار قبل استخدام قنوات معينة. بالطبع إذا تم الكشف عن نبضات الرادار ، فإنه يعطل القنوات المتأثرة على الفور.

مزايا 5 جيجا هرتز

كما ترى في الرسم البياني أعلاه ، هناك أكثر من 3 قنوات. لاحظ أيضًا تباعد القنوات - 20 ميجا هرتز على الأقل. هذا يعني أنه لا توجد قنوات متداخلة ؛ كلها قابلة للاستخدام في وقت واحد.

أقل ازدحامًا. على عكس أجهزة 2.4 جيجا هرتز ، لم يتم توزيع أجهزة 5 جيجا هرتز على نطاق واسع إلا خلال السنوات الخمس أو الست الماضية. هناك أيضًا حقيقة أن ترقية البنية التحتية تستغرق وقتًا. لا يزال هناك عدد كبير من الشركات التي تدير 2.4 شبكة فقط.

مصادر تداخل قليلة جدًا. باستثناء الرادار المذكور أعلاه على ترددات معينة ، فإن فرص التداخل غير WiFi منخفضة للغاية.

قدرة إنتاجية أعلى. من الناحية النظرية ، كلاهما قادر على 600 ميجابت في الثانية. لكن في الممارسة العملية ، ليس هذا هو الحال لأن الكثير من تلك القدرة المحسنة يعتمد على ربط القناة. هذا وضع اختياري حيث يستخدم الجهاز قنوات متجاورة متعددة في وقت واحد. تذكر سابقًا كيف ناقشنا حقيقة أنه لا يوجد سوى 3 قنوات غير متداخلة متوفرة في النطاق 2.4؟

هذه التقنية ستستخدم 2 من هؤلاء 3. لذا ، لن تزعج جيرانك فقط ، فكل تداخل القناة المشتركة والقناة المجاورة من المحتمل أن يجعل أداء شبكتك أسوأ بكثير. للتلخيص ، لا تقم بتمكين ربط القناة في النطاق 2.4.

هناك بعض المعايير الأحدث الصادرة التي تستخدم نطاقات التردد الأخرى. سنناقشهم في مقال قادم.

للحصول على ملف pdf لخريطة الطيف الرسمية للجنة الاتصالات الفيدرالية: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF

آمل أن يحظى هذا المقال بإعجابكم. أعتقد أن المرحلة التالية ستكون مناقشة حول المعايير المختلفة.

إذا كان لديك اقتراح موضوع يتعلق بشبكة WiFi أو الشبكات العامة ، فأخبرني بذلك في التعليقات.