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 беспроводной стандарт широкополосной сети, 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.
• Стены, окна, монолитное железобетонное покрытие — все это может мешать передаче сигнала, если находится между пользователем и маршрутизатором.

История изобретения

Прародителем Wi-fi стала Хеди Ламарр — американская актриса и изобретательница. Во время Второй Мировой войны создала технологию, благодаря чему торпеду стало невозможным отследить или заглушить. Помог в этом случайный код, который постоянно менял канал 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 мая 2021 года уже вышло 6 поколений Wi-Fi.

Эволюция Wi-Fi: от истоков до нашего времени 

1996 год

В этом году открыли 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 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.