Эволюция скорости передачи данных в сетях Wi-Fi / Хабр

Уязвимости платежей на основе nfc

NFC работает на дистанции не более 10 сантиметров на частоте 13,56 МГц. Технология подразумевает обязательное наличие инициатора и цели. Инициатор генерирует активное поле, а цель считывает его в пассивном режиме.

Над получением доступа к данным, передаваемым по NFC, уже сейчас бьются учёные и хакеры. Исследователям из британского Университета Суррей удалось считать данные, передаваемые с помощью NFC-решений в супермаркете. Для этого использовались портативные гаджеты, которые не вызывали подозрения у покупателей. При этом они находились на расстоянии 45 сантиметров от получателя информации.

Испанские хакеры Рикардо Родригес и Хосе Вилла использовали психологию человека и создали вирус для мобильной операционной системы Android. Они рассудили, что человек часто носит кошелёк с карточками, поддерживающими технологию NFC со смартфоном.

По сути, вирус делает телефон своеобразным ретранслятором сигнала банковской карты. И злоумышленник может оплатить покупку вашей картой, дождавшись, когда вирус отправит информацию о том, что карта готова к осуществлению транзакции. Такой вид взлома получил названием relay-атаки.

Что такое nfc?

Как многие наверняка знают, NFC — технология высокочастотной беспроводной связи с малым (несколько сантиметров, но не больше 10 см) радиусом действия. В основе Near Field Communication (обмена на ближнем расстоянии) лежит радиочастотная идентификация (RFID) — данные, которые хранятся в транспондерах, считываются и записываются при помощи радиосигналов. Активные и пассивные объекты, в свою очередь, идентифицируются автоматически.

Но стандартного определения здесь явно недостаточно. История NFC довольно интересная: технология берет свое начало более 12 лет назад — именно тогда три технологических гиганта (Nokia, Sony и NXP Semiconductor) решили создать форум NFC для развития интерфейса касательного взаимодействия между устройствами.

Несмотря на то, что сам интерфейс был далеко не быстрым (и остается таким по сей день), идея передачи небольших данных с низким энергопотреблением все же взяла свое. RFID заработала по-новому и получила массовое признание. В результате многие производители смартфонов, аксессуаров и других устройств сейчас не обделяют NFC ни один свой новый продукт.

Рабочей частотой для NFC является 13,56 МГц, максимальная скорость обмена данными едва превышает 400 Кбит/с. Однако в данном случае огромную роль играет время установления соединения: чтобы подключить два устройства при помощи этой технологии, понадобится менее десятой доли секунды.

Принцип работы NFC основан на электромагнитной индукции. Суть в том, что при помощи антенны передатчик считывателя постоянно излучает сигнал в форме синусоиды на вышеупомянутой чистоте.

Датчик (или Listening Device) также оснащен рамочной антенной. Когда датчик и считыватель (Polling Device) оказываются на расстоянии, достаточном для работы NFC, и та, и другая катушка образуют воздушный трансформатор. Магнитное поле порождается переменным током в катушке считывателя, после этого ток создается во второй катушке — датчика. Этой энергии запросто хватает для работы последнего, поэтому NFC способна работать с пассивными устройствами.

В это время происходит шунтирование антенны одним из транзисторов устройства-передатчика, откуда возникает модуляция высокочастотного сигнала. Этот сигнал и «ловит» считыватель. В основном для NFC используется Манчестерское кодирование (с коэффициентом амплитудной модуляции 10 %). Также используется модифицированный код Миллера, правда в этом случае скорость едва будет превышать 100 Кбит/с.

В пассивном режиме считыватель создает электромагнитное поле, NFC-метка модулирует его и формирует ответ. Иными словами, метке вовсе не обязательно быть подключенной к источнику питания или иметь встроенный аккумулятор, поэтому ее размеры можно сократить до минимума. Если же мы имеем два устройства с двумя активными сигналами, здесь все проще — они работают, грубо говоря, «по очереди».

Пассивная NFC-метка выглядит примерно так:

В смартфонах антенну NFC, как правило, закрепляют под задней крышкой для более устойчивого сигнала.

После этого ваш смартфон готов выступать сразу в нескольких ипостасях. Он может стать не только платежным средством и ключом, но и также средством идентификации владельца, проездным билетом или просто бонусной картой. Вот основные режимы работы смартфона с NFC на борту.

  • Пиринг — два активных устройства связываются между собой и обмениваются данными. Это могут быть как два смартфона, так и смартфон и сторонний аксессуар. Например, можно быстро установить соединение между телефоном и внешней колонкой или наушниками. Главное, чтобы у девайса была заявлена поддержка NFC: среди таких устройств KR — 8100, Dacom Athlete, Bluedio R Legend и другие.
  • Чтение и запись — смартфон как считывает коды с NFC-метки, так и записывает информацию в ее память.
  • Эмуляция карты — смартфон становится полноценной банковской картой. Достаточно поднести его к терминалу, чтобы совершить оплату, причем в качестве карты могут также выступать, например, умные часы.

3g — это какая скорость

Что касается мобильного Интернета, то он кардинально отличается от проводного. В последнем случае имеется стабильная передача на постоянной скорости независимо от различных факторов. Стандарт 3G, в свою очередь, очень сильно зависит от множества различных условий, например:

  • наличия частотных помех;
  • удаления от базовой станции;
  • загруженности сети;
  • наличия препятствий на пути сигнала (дома, деревья и др.).

В среднем пользователь получает скорость Интернета в сети 3G, которая в реальности в два раза или более ниже заявленной. Это нормальный показатель, поэтому, выбирая мобильную связь с доступом к Глобальной сети в качестве основной, следует быть готовым к этому.

Например, рано утром или поздней ночью, когда большинство абонентов спит, можно получить наибольшую скорость, чем она составляет днем или в вечернее время.

Согласно тестам, которые проводились по Москве и области в 2020 г., получились следующие данные:

  • лидирующие позиции заняли операторы «Теле2» (10,4 Мбит/сек) и МТС — 10,1 Мбит/сек. При этом у МТС зафиксирована наибольшая максимальная скорость 3G, равная 26,1 Мбит/сек, совсем немного уступил первенство по этому показателю «Tele2» — 25,6 Мбит/сек;
  • второе и третье места по средней скорости передачи данных в сетях 3G поделили «МегаФон» и «Билайн» с показателями 8,2 Мбит/сек и 7,6 Мбит/сек соответственно;
  • по быстроте отклика сервера оператора (Ping) в сетях 3G на территории Москвы лидирует МТС со средним значением в 145,17 мс. А вот «Tele2», несмотря на первенство по среднему показателю, показал худший Ping — 168,29 мс.

Единицы измерения

Скорость приема/передачи информации измеряется в битах в секунду
(b/s, б/с, иногда пишут bit/s, бит/с, bps),
или в
байтах в секунду (B/s, Б/с).

На практике из-за высоких скоростей используют приставки начинающиеся с английской или русской буквы
k(к) — кило (* 1 000), М(М) — мега (* 1 000 000),
G(Г) — гига (* 1 000 000 000).

Ширина канала или Скорость линии или Скорость подключения — это теоретическая максимально
возможная скорость обмена между устройствами через установленное
подключение. Это не максимальная скорость работы сетевого адаптера, она может зависеть от различных настроек.

Под скоростью интернета следует понимать пропускную способность, загрузку канала или линиии
в конктерный момент, усредненную во времени, максимальную и минимальную. Скорость интернета не может быть
больше ширины канала.

Например провайдер вам предоставляет интернет со скоростью 100 Мбит/c, эта же скорость в байтах
12,5 МБ/c.

Предположим мы загружаем фильм на 4GB через торрент, при такой скорости, теоретически он должен будет загрузиться
через 5 с половиной минут. 4GB = 4 000 MB, 4 000/ 12,5 = 320 секунд.

Скорость интернета может существенно отличаться от заявленной провайдером. Разберемся в чем может быть причина.

Зарядка

Если к этому моменты вы решили, что все знаете об NFC и устали от этих унылых применений. То вот вам кое-что бомбическое.

Есть такая организация NFC Forum, которая сертифицирует NFC. Вообще у каждой технологии есть такая организация, и хорошо если она одна.

И вот на днях они выложили очередной апдейт стандарта. И знаете что? Теперь NFC поддерживает беспроводную зарядку. Да, по сути, это четвёртый режим работы.

Как спросите вы? Электромагнитная индукция, помните? При помощи нее.

Читайте ещё про NFC:  Бесконтакт: что такое NFC и как программисту с ним работать

К слову Qi-зарядка работает точно по такому же принципу. Только там катушка побольше.

Но есть одна проблема. Катушка у NFC маленькая, а значит и мощность зарядки маленькая — всего 1 Ватт.

Можно ли зарядить смартфон с такой скоростью? Не стоит даже пробовать. Впрочем, функцию для этого и не придумывали.

Основное назначение ровно противоположное — зарядка смартфоном других устройств. Это вроде реверсивной зарядки в Galaxy и других смартфонах. Например, можно подпитать сами беспроводные наушники, а не кейс от них. По сути, перед нами очень дешевая беспроводная зарядка, которая есть в любом смартфоне и которую легко вставить в любое умное устройство.

Кстати 1 Ватт это не то чтобы слишком мало. Для сравнения со всеми iPhone кроме 11 Pro, кладут 5-ваттную зарядку. А мощность обратной беспроводной зарядки в современных флагманах колеблется на отметке 5 или 7 Вт.

Но есть одно но — на текущих моделях эта фича не заработает. Смартфоны с с такой фишкой скорее всего начнут появляться через год-полтора. Так что ждите рекламу этой штуки от Samsung.

Защититься от атак

Бесконтактная технология оплаты, действительно, удобна. Банки даже сделали возможность покупок до 1 000 рублей без ввода PIN-кода. Это один из этапов защиты пользователей.

Лимит на сумму операции как способ защиты используют не только банки, но и платежные провайдеры. Например, процессинговая компания Fondy ограничила для своих клиентов размер единоразового платежа. Так, сумма, которую компания может принять через NFC с помощью приложения, не может превышать 5 000 руб.

Еще один способ защиты от NFC-мошенничества — вместо пластика использовать мобильное приложение, которое привязано к счету карты. Безопасность такого способа оплаты поддерживает технология HCE. С ее помощью мобильное устройство с поддержкой бесконтактных платежей передает данные о платежной операции через канал, защищенный при помощи шифрования.

Данные, которые необходимы для бесконтактного платежа, хранятся в памяти смартфона или планшета. Такая модель работы значительно снижает вероятность симуляции NFC-платежа и перехвата данных злоумышленниками. Если пользователь не активировал мобильное приложение, к которому привязана карта, атака с использованием ретрансляции невозможна. Технологию HCE поддерживают, например, мобильные приложения: Visa QIWI Wallet, Тинькофф, Яндекс.Деньги.

Чтобы обезопасить NFC-платежи пользователю смартфона с технологией HCE важно учесть риски:

  • Получение прав суперпользователя сторонними приложениями на Android-смартфоне, если устройство поддерживает Root-доступ. Пользователю не следует активировать Root-доступ на устройстве, на котором хранятся данные карты и используется приложение для NFC-платежей.
  • Установка вредоносного ПО, от которого поможет защититься бдительность владельца и проверка данных о разработчике мобильного приложения перед установкой на устройство.
  • Потеря или кража телефона, на котором не установлена блокировка по паролю или отпечатку пальца. Чтобы избежать этого риска, владельцу телефона следует хранить устройство в надежном месте и защитить его с помощью блокировки.

Защитить от атак на NFC-карты помогают аксессуары. В интернет-магазинах можно купить кардхолдер или футляр для карт с экранирующей вставкой из алюминия. Цена может варьироваться от 50 до 500 рублей.

Если тратить деньги не хочется, то в кармашек кошелька можно положить листок фольги. Таким образом, создаётся клетка Фарадея, которая не даёт радиоволнам уйти за пределы кошелька. Ещё можно просто держать несколько карт с NFC-технологией в одном месте, чтобы считывающее устройство не могло установить сигнал от конкретной карты. И постарайтесь держать карты подальше от телефонов с NFC-приёмником.

Заботясь о безопасности своей бесконтактной карты не стоит забывать о базовых рекомендациях по хранению паролей, управлению доступом к интернет-банку. Не передавайте персональную информацию третьим лицам, не держите карты и PIN-коды к ним в одном месте, не оплачивайте услуги на малоизвестных или не проверенных сайтах.

Самые популярные карточные NFC решения PayWave и PayPass от платежных систем Visa и MasterCard построены на базе современной безопасной технологии карт с EMV чипом. Возможности атак на них существенно ограничены по сравнению с картами на базе магнитной полосы.

Метки nfc

Это еще один распространенный способ применения NFC в смартфоне. Метки NFC получили большую популярность в торговых и рекламных зонах: их встраивают в афиши, рекламные щиты, помещают на товары в магазинах. Обычно это небольшие стикеры, стоимость которых не превышает 50 рублей.

Вы можете создавать собственные NFC-метки, модернизировать их и затем использовать в повседневной жизни. Как правило, для этого используется сторонний софт вроде NFC TagWriter. Приложение довольно простое и позволяет записать на метку множество типов данных — от контакта и телефонного номера до закладки веб-браузера.

На самом деле NFC-метки — настоящий подарок, когда речь заходит об автоматизации. Например, можно наклеить метку на ноутбук и при помощи приложения Trigger настроить включение точки доступа, выбрав в качестве действия «Беспроводные и локальные сети».

Решение попроще — записать пароль от Wi-Fi на метку, наклеить ее на роутер, и потом всякий раз, когда гости спросят пароль, отправлять их к NFC-метке. Или еще: установить метку около кровати и сделать так, чтобы при прикосновении на смартфоне включался авиарежим (опять же с помощью Trigger).

Полезно будет и автомобилистам — записали на метку алгоритм запуска навигатора, наклеили ее на держатель для смартфона, и всякий раз, когда вы будете устанавливать устройство на это место, навигатор будет запускаться автоматически.

И таких примеров применения NFC-меток еще очень и очень много. Зачастую появление новых кейсов ограничивается вовсе не технологией, а фантазией пользователя.

Прорывной thunderbolt

Интерфейс, согласно данным разработчика Intel, объединяет в один последовательный сигнал PCI Express и DisplayPort. Он предоставляет широкие полосы пропускания: 10, 20 и 40 Гбит/с. Thunderbolt стал главной новинкой в своём классе в минувшем десятилетии и имеет перспективы стать обязательным для поддержки на всех новых устройствах. На макбуках и других топовых ноутбуках такая поддержка есть уже несколько лет.

Новой вехой в развитии передачи данных стало и решение использовать Thunderbolt 3 в качестве порта USB Type-C. Этот разъём обладает рядом важных преимуществ, в том числе симметричность и поддержка нескольких скоростных протоколов. Развитие поддержки этих протоколов различными устройствами подразумевает снижение количества используемых кабелей и адаптеров.

Thunderbolt 3 позволяет использовать более быстрые диски PCIe с подключением к устройству через USB Type-C. Например, для Samsung X5 Portable заявлена скорость до 2800 МБ/с. Такие характеристики достижимы благодаря тому, что задействуются четыре канала PCIe 3.0 и интегрированный мост, коммутирующий их с Thunderbolt 3.

Важный момент при использовании Thunderbolt 3 — количество поддерживаемых каналов PCIe в устройстве. В некоторых ноутбуках она ограничивается двумя, что автоматически нивелирует скорость передачи данных по интерфейсу до уровня Thunderbolt 2 (20 Гбит/с).

Thunderbolt позволяет сделать внешними накопители NVMe SSD по аналогии с подключением по USB SATA-дисков. В такой конфигурации также будет критичным производительность моста Thunderbolt — NVMe.

Скорость установленных подключений, тест скорости

Description SpeedQualcomm Atheros AR9285 Wireless Network Adapter 225000000


Wi-Fi адаптер Qualcomm Atheros AR9285 работает на скорости

225000000 b/s

или

28,1МБ/c

или

225 Мб/с

Аналогичный пример для витой пары:

Description SpeedRealtek PCIe GBE Family Controller 10000000

Адаптер Ethernet Realtek PCIe GBE Family Controller поддерживат ширину канала

10000000 b/s

или

1,25МБ/c

или

10 МБ/с


Ширину канала приема/передачи можно узнать, посмотрев свойства сети

Те же параметры можно увидеть в центре управления сетями и общим доступом, вызвав окно
состояние

В windows 8 и windows 10 очень удобно наблюдать за состоянием сети в диспетчере задач.


Для проверки
скорости приема проще всего установить на загрузку популярный торрент-файл, постараться таким образом
занять весь канал.

Читайте ещё про NFC:  Что такое авторизация и транзакция платежа? — Тинькофф Помощь

Проведя on-line тест скорости, напимер на сайте

, можно
узнать еще и скорость передачи.

Технология доступа в интернет

Традиционно для домашнего интернета необходима сетевая карта, а для подключения используются две технологии,
wi-fi и витая пара. Даже если у вас
в квартире установлен wi-fi роутер, то до шлюза провайдера (который как правило размещается на чердаках, в подъездах
или подвалах домов) все равно идет витая пара. Сам же шлюз подключается уже оптическим кабелем, к нему идет
широкополосный канал, который он делит на абонентов.

Технология должна поддерживаться обеими сторонами обмена, сетевой картой компьютера пользователя и сетевой картой
шлюза провайдера.

Надо учитывать что существует несколько стандартов wi-fi, поддерживающих разные скорости обмена данными:

  • 802.11n: до 300Mbps
  • 802.11g: до 54Mbps
  • 802.11b: до 11Mbps

Сейчас почти все современные wi-fi адаптеры поддерживают стандарт

802.11n: до 300Mbps


Также существует несколько стандартов витой пары Ethernet:

  • Cat 3 Unshielded 10 Mbps 16 MHz
  • Cat 5 Unshielded 10/100 Mbps 100 MHz
  • Cat 5e Unshielded 1000 Mbps / 1 Gbps 100 MHz
  • Cat 6 Shielded or Unshielded 1000 Mbps / 1 Gbps >250 MHz
  • Cat 6a Shielded 10000 Mbps / 10 Gbps 500 MHz
  • Cat 7 Shielded 10000 Mbps / 10 Gbps 600 MHz

На практике чаше всего используется стандарт

Cat 5 Unshielded 10/100 Mbps 100 MHz

Эволюция usb

Ещё в 2000-х, с развитием технологий flash-памяти, стандарт USB стал основным не только для периферийных устройств, но и для носителей информации. Несколько лет скорость передачи 480 Мбит/с, определяемая как предельная в спецификации USB 2.0, была достаточной для работы с самыми быстрыми флэш-накопителями.

Далее спецификация USB 3.0 была переименована в USB 3.1 Gen1 и появилась вторая — USB 3.1 Gen2, поднявшая планку до 10 Гбит/с и включившая в себя кодировку с меньшими ресурсозатратами. Соответствующие им порты на устройствах, например, ноутбуках, маркируются как SuperSpeed (SS) и SuperSpeed (SS ).

Во второй половине 2020-х вышла последняя на данный момент спецификация USB 3.2 в трёх вариантах:

  • USB 3.2 Gen 1, она же SuperSpeed USB (SS);
  • USB 3.2 Gen 2, она же SuperSpeed USB 10 Gbit/s (SS );
  • USB 3.2 Gen 2×2, она же SuperSpeed USB 20 Gbit/s (SS ).

Здесь часто возникает путаница, поддерживаемая «вольным подходом» производителей к обозначению продукции. По сути обозначение USB 3.0 не актуально с момента выхода USB 3.1. Теперь же, согласно рекомендациям организации USB-IF, правильно указывать только спецификацию USB 3.

2 и её идентификатор поколения Gen. Но повсеместно используются маркировки “USB 3.0” и “USB 3.1”, при этом имеется в виду одно и то же. Поэтому иногда проще ориентироваться на обозначение SuperSpeed. Вектор развития стандарта на ближайшее будущее определён в спецификации USB4, опубликованной в прошлом году. В частности, будет единый порт Type-C, скорость до 40 Гбит/с и обратная совместимость вплоть до USB 2.0.

USB позволяет сделать портативным любой SATA-накопитель. Для этого применяются переходники и боксы.

Обычно у них на выходе SS USB, но при выборе обязательно посмотрите бенчмарки этих устройств, чтобы они не порезали скорость диска. Подобные переходники есть внутри любого внешнего диска, чаще всего распаяны на плате. Например, один из лидеров рынка — Samsung SSD T5 перекачивает данные между интерфейсами посредством моста mSATA — SS USB. Он обеспечивает скорость до 540 МБ/с, что равносильно прямому подключению быстрейших SATA SSD.

Эволюция скорости передачи данных в сетях wi-fi

— Зачем вам в Решётах нубук?
— Чтоб безразмерно использовать возможности блюпупа, и коммутироваться с другими абонентами по всему региону Россия с помощью Ви-Фи!
(С) Уральские Пельмени

Впервые рабочая группа IEEE 802.11 была анонсирована в 1990 году и вот уже 25 лет идёт непрекращающаяся работа над беспроводными стандартами. Основным трендом является постоянное увеличение скоростей передачи данных. В данной статье я попробую проследить путь развития технологии и показать, за счёт чего обеспечивалось увеличение производительности и чего стоит ждать в ближайшем будущем. Предполагается, что читатель знаком с основными принципами беспроводной связи: видами модуляции, глубиной модуляции, шириной спектра и т.д. и знает основные принципы работы Wi-Fi сетей. На самом деле существует не так много способов увеличения пропускной системы связи и большинство из них было реализовано на разных этапах совершенствования стандартов группы 802.11.

Рассмотрению будут подвергнуты стандарты, определяющие физический уровень, из взаимно совместимой линейки a/b/g/n/aс. Стандарты 802.11af (Wi-Fi на частотах эфирного телевиденья), 802.11ah (Wi-Fi в диапазоне 0.9 МГц, предназначенный для реализации концепции IoT) и 802.11ad (Wi-Fi для скоростной связи периферийных устройств наподобие мониторов и внешних дисков) несовместимы друг с другом, имеют различные сферы применения и не подходят для анализа эволюции технологий передачи данных на большом интервале времени. Кроме того, вне рассмотрения останутся стандарты, определяющие стандарты безопасности (802.11i), QoS (802.11e), роуминга (802.11r) и т.д., так как они только косвенно влияют на скорость передачи данных. Здесь и далее речь идёт о канальной, так называемой брутто-скорости, которая является заведомо большей, чем фактическая скорость передачи данных из-за большого количества служебных пакетов в радиообмене.

Первым стандартом беспроводной связи был 802.11 (без буквы). Он предусматривал два типа среды передачи: радиочастота 2.4 ГГц и инфракрасный диапазон 850-950 нм. ИК-устройства не были широко распространены и в будущем развития не получили. В диапазоне 2.4 ГГц было предусмотрено два способа расширения спектра (расширение спектра является неотъемлемой процедурой в современных системах связи): расширение спектра методом скачкообразного изменения частоты (FHSS) и методом прямой последовательности (DSSS). В первом случае все сети используют одну и ту же полосу частот, но с различными алгоритмами перестроения. Во втором случае уже появляются частотные каналы от 2412 МГц до 2472 МГц с шагом 5 МГц, сохранившиеся по сей день. В качестве расширяющей последовательности используется последовательность Баркера длиной 11 чипов. При этом максимальная скорость передачи данных составляла от 1 до 2 Мбит/с. В то время даже с учётом того, что в самых идеальных условиях полезная скорость передачи данных по Wi-Fi не превышает 50% канальной, такие скорости выглядели весьма привлекательно в сравнении со скоростями модемного доступа к сети Интернет.

Для передачи сигнала в 802.11 использовалась 2-х и 4-х позиционная манипуляция, что обеспечивало работу системы даже в неблагоприятных условиях сигнал/шум и не требовало сложных приёмо-передающих модулей.
Например, для реализации информационной скорости 2 Мбит/с каждый передаваемый символ заменяется на последовательность из 11 символов.

image

Таким образом чиповая скорость составляет 22 Мбит/с. За один такт передачи передаются 2 бита (4 уровня сигнала). Таким образом скорость манипуляции составляет 11 бод и основной лепесток спектра при этом занимает 22 МГц, величину, которую применительно к 802.11, часто называют шириной канала (на самом деле спектр сигнала является бесконечным).

image

При этом согласно критерию Найквиста (число независимых импульсов в единицу времени ограничено удвоенной максимальной частотой пропускания канала) для передачи такого сигнала достаточно полосы 5.5 МГц. Теоретически устройства формата 802.11 должны удовлетворительно работать и на каналах, отстоящих друг от друга на 10 МГц (в отличии от более поздних реализаций стандарта, требующих вещания на частотах, отстоящих друг от друга не менее, чем на 20 МГц).

Очень быстро скоростей 1-2 Мбит/с стало не хватать и на смену 802.11 пришёл стандарт 802.11b, в котором скорость передачи данных была увеличена до 5.5, 11 и 22 (опционально) Мбит/с. Увеличение скорости было достигнуто путём уменьшения избыточности помехоустойчивого кодирования с 1/11 до ½ и даже 2/3 за счёт внедрения блочных (CCK) и сверхточных (PBCC) кодов. Кроме того, максимальное число ступеней модуляции было увеличено до 8-и на один передаваемый символ (3 бита на 1 бод). Ширина канала и используемые частоты не изменились. Но при уменьшении избыточности и увеличении глубины модуляции неизбежно выросли требования к соотношению сигнал/шум. Так как увеличение мощности устройств невозможно (ввиду экономии энергии мобильных устройств и законодательных ограничений), то это ограничение проявилось в небольшом сокращении зоны обслуживания на новых скоростях. Площадь обслуживания на унаследованных скоростях 1-2 Мбит/с не изменилась. От способа расширения спектра методом скачкообразной перестройки частоты было решено полностью отказаться. Больше в семействе Wi-Fi он не использовался.

Читайте ещё про NFC:  5 основных способов, как узнать баланс карты «Тройка»: посмотреть остаток

Следующий шаг увеличения скорости до 54 Мбит/с был реализован в стандарте 802.11a (данный стандарт начал разрабатываться раньше, чем стандарт 802.11b, но финальная версия была выпущена позже). Увеличение скорости в основном было достигнуто за счёт увеличения глубины модуляции до 64 уровней на один символ (6 бит на 1 бод). Кроме того, была радикально пересмотрена радиочастотная часть: расширение спектра методом прямой последовательности было заменено на расширение спектра методом разделения последовательного сигнала на параллельные ортогональные поденсущие (OFDM). Использование параллельной передачи на 48 подканалах позволило снизить межсимвольную интерференцию за счёт увеличения длительности отдельных символов. Передача данных осуществлялась в диапазоне 5 ГГц. При этом ширина одного канала составляет 20 МГц.

image

В отличие от стандартов 802.11 и 802.11b, даже частичное перекрытие этой полосы может привести к ошибкам передачи. К счастью в диапазоне 5 ГГц расстояние между канали составляет эти самые 20 МГц.

Стандарт 802.11g не стал прорывом в плане скорости передачи данных. Фактически этот стандарт стал компиляцией 802.11a и 802.11b в диапазоне 2,4 ГГц: в нём поддерживались скорости обоих стандартов.

Серьёзное увеличение скорости произошло в стандарте 802.11n (в обоих диапазонах 2,4 и 5 ГГц): до 72 Мбит/с за счёт уменьшения защитных интервалов между передаваемыми символами. Кроме того, для увеличения пропускной способности можно было объединить два канала по 20 МГц и получить 150 Мбит/с. Однако это не лучший способ увеличения скорости: в диапазоне 2,4 МГц может поместиться всего один расширенный канал в 40МГц. Ещё одним способом повышения скорости стала технология MIMO: использование нескольких приёмопередатчиков, работающих на одной и той же частоте. Разделение каналов происходит за счёт пространственного разнесения антенн и математических операций над сигналом, принятым на разные антенны: он будет различаться в силу многолучевого распространения радиоволн. По иронии судьбы именно эффект многолучевого распространения ранее негативно влиял на передачу данных в сети, но инженеры смогли определить недуг в подвиг и заставить этот паразитный фактор работать на увеличение скорости. Стандарт 802.11n поддерживает MIMO 4×4:4 (четыре независимых канала) и обеспечивает скорость до 600 Мбит/с.

image

Однако данная технология требует высокого качества изготовления радио части устройств. Кроме того, данные скорости принципиально не реализуемы на мобильных терминалах (основной целевой группе стандарта Wi-Fi): наличие 4-х антенн на достаточном разнесении не может быть реализовано в малогабаритных устройствах как по соображениям отсутствия места, так и из-за отсутствия достаточного на 4 приёмопередатчика энергии.

В большинстве случаев скорость 600 Мбит/с является не более, чем маркетинговой уловкой и нереализуема на практике, так как фактически её можно добиться только между стационарными точками доступа, установленными в пределах одной комнаты при хорошем соотношении сигнал/шум.

Следующий шаг в скорости передачи был выполнен стандартом 802.11ac: максимальная скорость, предусмотренная стандартом, составляет до 6,93 Гбит/с, однако фактически такая скорость ещё не достигнута ни на одном оборудовании, представленном на рынке. Увеличение скорости достигнуто за счёт увеличения полосы пропускания до 80 и даже до 160 МГц. Такая полоса не может быть предоставлена в диапазоне 2,4 ГГц, поэтому стандарт 802.11ac функционирует только в диапазоне 5 ГГц. Ещё один фактор увеличения скорости – увеличение глубины модуляции до 256 уровней на один символ (8 бит на 1 бод) К сожалению, такая глубина модуляции может быть получена только вблизи точки из-за повышенных требований к соотношению сигнал/шум. Указанные улучшения позволили добиться увеличения скорости до 867 Мбит/с. Остальное увеличение получено за счёт ранее упомянутых потоков MIMO 8×8:8. 867х8=6,93 Гбит/с. Технология MIMO была усовершенствована: впервые в стандарте Wi-Fi информация в одной сети может передаваться двум абонентам одновременно с использованием различных пространственных потоков.

В более наглядном виде результаты в таблице:

image

В таблице перечислены основные способы увеличения пропускной способности: «-» — метод не применим, « » — скорость была увеличена за счёт данного фактора, «=» — данный фактор остался без изменений.

Ресурсы уменьшения избыточности уже исчерпаны: максимальная скорость помехоустойчивого кода 5/6 была достигнута в стандарте 802.11a и с тех пор не увеличивалась. Увеличение глубины модуляции теоретически возможно, но следующей ступенью является 1024QAM, которая является очень требовательной к соотношению сигнал/шум, что предельно снизит радиус действия точки доступа на высоких скоростях. При этом возрастут требования к исполнению аппаратной части приёмопередатчиков. Уменьшение межсимвольного защитного интервала также вряд ли будет направлением совершенствования скорости – его уменьшение грозит увеличением ошибок, вызванных межсимвольной интерференцией. Увеличение полосы канала сверх 160 МГц так же вряд ли возможно, так как возможности по организации непересекающихся сот будут сильно ограничены. Ещё менее реальным выглядит увеличение количества MIMO-каналов: даже 2 канала являются проблемой для мобильных устройств (из-за энергопотребления и габаритов).

Из перечисленных методов увеличения скорости передачи большая часть в качестве расплаты за своё применение забирает полезную площадь покрытия: снижается пропускная способность волн (переход от 2,4 к 5 ГГц) и повышаются требования к соотношению сигнал шум (увеличение глубины модуляции, повышение скорости кода). Поэтому в своём развитии сети Wi-Fi постоянно стремятся к уменьшению площади, обслуживаемой одной точкой в пользу скорости передачи данных.

В качестве доступных направлений совершенствования могут использоваться: динамическое распределение OFDM поднесущих между абонентами в широких каналах, совершенствование алгоритма доступа к среде, направленное на уменьшение служебного траффика и использование техник компенсации помех.

Подводя итог вышесказанному попробую спрогнозировать тенденции развития сетей Wi-Fi: вряд ли в следующих стандартах удастся серьёзно увеличить скорость передачи данных (не думаю, что больше, чем в 2-3 раза), если не произойдёт качественного скачка в беспроводных технологиях: почти все возможности количественного роста исчерпаны. Обеспечить растущие потребности пользователей в передаче данных можно будет только за счёт увеличения плотности покрытия (снижения радиуса действия точек за счёт управления мощностью) и за счёт более рационального распределения существующей полосы между абонентами.

Вообще тенденция уменьшения зон обслуживания, похоже, является основным трендом в современных беспроводных коммуникациях. Некоторые специалисты считают, что стандарт LTE достиг пика своей пропускной способности и не сможет далее развиваться по фундаментальным причинам, связанным с ограниченностью частотного ресурса. Поэтому в западных мобильных сетях развиваются технологии оффлоада: при любом удобном случае телефон подключается к Wi-Fi от того же оператора. Это называют одним из основных способов спасения мобильного Интернета. Соответственно роль Wi-Fi сетей с развитием сетей 4G не только не падает, а возрастает. Что ставит перед технологией всё новые и новые скоростные вызовы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector