Інструкція користувача

Стандарт Wi-Fi 4 (802.11n) для мереж Wi-Fi був затверджений IEEE (Інститут інженерів з електротехніки та електроніки) 11 вересня 2009 року.

Основа стандарту 802.11n:

Концепція 802.11n

802.11n містить багато вдосконалень у порівнянні з пристроями 802.11g.

Пристрої 802.11n можуть працювати в діапазонах 2,4 або 5,0 ГГц.

Розширена обробка сигналу та модуляція реалізовані на фізичному рівні (PHY), що додає можливість одночасної передачі через чотири антени.

Більш ефективне використання доступної смуги пропускання реалізовано на підрівні керування доступом до середовища (MAC). Разом ці вдосконалення дозволяють збільшити максимальну теоретичну швидкість передачі даних до 600 Мбіт/с — це більш ніж у десять разів більше, ніж у стандарті 802.11a/g зі швидкістю 54 Мбіт/с (ці пристрої тепер вважаються застарілими).

Насправді продуктивність бездротової локальної мережі залежить від багатьох факторів, таких як середовище передачі, радіочастота, розміщення та конфігурація пристрою. Використовуючи пристрої 802.11n, надзвичайно важливо точно розуміти, які вдосконалення були реалізовані в цьому стандарті, на що вони впливають, і як вони поєднуються та співіснують зі старими бездротовими мережами 802.11a/b/g. Важливо розуміти, які додаткові функції 802.11n реалізовані та підтримуються в нових бездротових пристроях.

Багатоканальний ввід-вивід (MIMO)

Однією з головних переваг стандарту 802.11n є підтримка технології MIMO (Multiple-Input Multiple-Output).

Технологія MIMO дозволяє одночасно приймати/передавати кілька потоків даних через декілька антен замість однієї антени.

Стандарт 802.11n визначає різні конфігурації антен MxN від 1x1 до 4x4 (найпоширенішими сьогодні є конфігурації 3x3 або 2x3). Перше число (M) визначає кількість передавальних антен (T), а друге число (N) визначає кількість приймальних антен (R). Наприклад, точка доступу з двома передавальними та трьома приймальними антенами є пристроєм MIMO 2x3 (або 2T3R).

Чим більше антен використовує пристрій 802.11n для одночасної передачі/прийому, тим вища максимальна швидкість передачі даних. Однак використання кількох антен саме по собі не збільшує швидкість передачі даних або розширення діапазону. Головне в пристроях 802.11n полягає в тому, що вони реалізують вдосконалений метод обробки сигналу, який визначає алгоритм роботи пристрою MIMO при використанні кількох антен.

Конфігурація 4x4 з модуляцією 64-QAM забезпечує до 600 Мбіт/с, конфігурація 3x3 з модуляцією 64-QAM — до 450 Мбіт/с, а конфігурації 2x3 та 1x2 — до 300 Мбіт/с.

З MIMO 2x2 та підтримкою модуляції 256-QAM (TurboQAM) у діапазоні 2,4 ГГц максимальна швидкість з’єднання 802.11n може становити 400 Мбіт/с.

З MIMO 4x4 і підтримкою модуляції 256-QAM (TurboQAM) у діапазоні 2,4 ГГц максимальна швидкість з'єднання 802.11n становитиме вже 800 Мбіт/с (це реалізовано в KeeneticTitan).

Пропускна здатність каналу 40 МГц

Ще однією додатковою особливістю 802.11n є збільшення ширини каналу з 20 до 40 МГц.

Бездротові мережі використовують два частотні діапазони: 2,4 ГГц і 5 ГГц. Бездротові мережі 802.11b/g працюють на частоті 2,4 ГГц, мережі 802.11a — на частоті 5 ГГц, а мережі 802.11n можуть працювати на частотах 2,4 ГГц і 5 ГГц.

У діапазоні 2,4 ГГц для бездротових мереж доступно 13 каналів (в деяких країнах 11 каналів) з інтервалом між каналами 5 МГц. Бездротові пристрої 802.11b/g використовують для передачі сигналу канали 20 МГц. Бездротовий пристрій 802.11b/g використовує один із 13 каналів у смузі 20 МГц в межах частоти 2,4 ГГц, але насправді використовує 5 каналів, що перекриваються.

Наприклад, якщо точка доступу використовує канал 6, вона створює значні перешкоди для каналів 5 і 7, а також заважає каналам 4 і 8. Коли пристрій передає дані, сигнал бездротової мережі відхиляється від центральної частоти каналу на +/- 11 МГц. У деяких випадках спостерігається відхилення радіочастотної енергії від центрального каналу до 30 МГц. Щоб усунути взаємні перешкоди між каналами, їхні смуги повинні бути рознесені щонайменше на 25 МГц. Таким чином, у смузі 20 МГц залишаються лише 3 канали, що не перетинаються: 1, 6 та 11. При ширині каналу 40 МГц канали 3 та 11 не перетинаються.

Бездротові точки доступу, що працюють у діапазоні 2,4 ГГц в одній зоні обслуговування, повинні уникати перекриття каналів для забезпечення якості бездротової мережі.

Одним з основних моментів є сумісність бездротових пристроїв 802.11n з пристроями 802.11a/b/g.

Більшість бездротових локальних мереж 802.11n використовують канали 40 МГц лише в діапазоні 5 ГГц. У мережах, що використовують частотний діапазон 5 ГГц (802.11n), проблема перекриття каналів не існує.

Пристрої 802.11n можуть використовувати ширину каналу 20 або 40 МГц в будь-якому діапазоні частот (2,4 або 5 ГГц). Використання каналу шириною 40 МГц (пристрої 802.11n) подвоює пропускну здатність у порівнянні з каналом шириною 20 МГц (пристрої 802.11b/g).

У діапазоні 5 ГГц доступно 19 каналів, що не перетинаються, які більше підходять для пристроїв 802.11n, що забезпечують найвищу можливу швидкість передачі даних. Сигнали розподіляються без взаємного перекриття каналів з пропускною здатністю 40 МГц.

Однак, коли пристрої 802.11n використовують смугу 40 МГц, їхня робота може створювати перешкоди для існуючих точок доступу 802.11b/g, що призводить до зниження продуктивності всього сегмента мережі.

Режими роботи 802.11n

Існує три режими роботи 802.11n: HT, Non-HT та HT Mixed.

Розглянемо детальніше кожен з режимів.

Таким чином, при практичному застосуванні вдосконалень 802.11n, переваги можуть бути повністю досягнуті лише за відсутності клієнтів 802.11b/g, а бездротова мережа працює в 'чистому' режимі HT.

Індекс модуляції та схеми кодування (MCS)

Точки доступу та станції 802.11n повинні узгоджувати просторові потоки та ширину каналу. Залежно від кількості антен виникає кілька просторових потоків. Повну теоретичну пропускну здатність 802.11n у 600 Мбіт/с можна досягти лише з чотирма передавальними та чотирма приймальними антенами (конфігурація 4x4 або 4T4R).

Стандарт 802.11n визначає індекс MCS (Modulation and Coding Scheme). MCS — це просте ціле число, що присвоюється кожному варіанту модуляції (всього можливі 77 варіантів). Кожна опція визначає тип радіочастотної модуляції, швидкість кодування, короткий захисний інтервал та значення швидкості передачі даних. Поєднання всіх цих факторів визначає фактичну фізичну (PHY) або канальну швидкість передачі даних в діапазоні від 6,5 Мбіт/с до 600 Мбіт/с (цієї швидкості можна досягти, використовуючи всі можливі опції 802.11n).

Деякі значення індексу MCS визначені та наведені в таблиці нижче:

Тип модуляції та швидкість кодування визначають, як дані будуть передаватися ефіром. Наприклад, модуляція BPSK (двійкова фазова маніпуляція) була включена в оригінальний стандарт 802.11, тоді як QAM (квадратурна амплітудна модуляція) була додана в стандарті 802.11a. Новіші методи модуляції (64-QAM) та кодування, як правило, більш ефективні та підтримують вищі швидкості передачі даних, але старі методи та швидкості все ще підтримуються для зворотної сумісності.

Наприклад, щоб досягти максимальної швидкості з’єднання 300 Мбіт/с, і точка доступу, і бездротовий адаптер повинні підтримувати два просторових потоки та подвоєну ширину каналу 40 МГц. На основі швидкостей з’єднання, отриманих з таблиці вище, ви можете точно визначити, скільки потоків і яка ширина каналу використовується. Наприклад, швидкості з’єднання 65 або 130 Мбіт/с вказують на те, що один з пристроїв, точка доступу або адаптер, використовує ширину каналу 20 МГц.

SGI (короткий захисний інтервал) визначає часовий інтервал між переданими символами (найменшою одиницею даних, що передається за один раз). Цей інтервал допомагає прийому даних уникнути затримок через міжсимвольну інтерференцію (ISI) та подолати відлуння (відбиття хвиль). Пристрої 802.11b/g використовують захисний інтервал 800 нс, тоді як пристрої 802.11n мають можливість використовувати паузу лише 400 нс. Коротші інтервали призводять до більшої кількості перешкод і зниження пропускної здатності, тоді як довші інтервали можуть призвести до небажаних простоїв у бездротовому середовищі. Короткий захисний інтервал (SGI) може збільшити швидкість передачі даних до 11 відсотків.

Значення MCS від 0 до 31 визначають тип модуляції та схеми кодування, які будуть використовуватися для всіх потоків. Значення MCS від 32 до 77 описують змішані комбінації, які можна використовувати для модуляцій від двох до чотирьох просторових потоків.

Точки доступу 802.11n повинні підтримувати значення MCS від 0 до 15, тоді як станції 802.11n повинні підтримувати значення MCS від 0 до 7. Усі інші значення MCS, включаючи ті, що пов’язані з каналами шириною 40 МГц, з коротким захисним інтервалом (SGI), є необов’язковими. Визначення значень MCS та SGI для всіх ваших пристроїв 802.11n — це хороший спосіб визначити набір швидкостей передачі даних, які може використовувати ваша бездротова мережа.

Безпека

Стандарт 802.11n використовує ті самі заходи безпеки 802.11i (WPA2), що й раніше використовувалися на пристроях 802.11a/g. VPN можна використовувати для захисту кадрів 802.11n, хоча для забезпечення захисту шлюзи VPN повинні підтримувати вищу пропускну здатність.

Нова система запобігання вторгненням (IPS) у бездротовій мережі працює, як і раніше, і може виявляти та реагувати на небезпечні (шахрайські) точки доступу 802.11n. Зверніть увагу, що можна виявити лише пристрої 802.11n, що працюють у режимі Non-HT або HT Mixed, а не в 'чистому' HT (Greenfield) режимі.