Эволюция технологии беспроводных сетей WI-FI

Развитие технологии беспроводной передачи данных и организации сетей Wi-Fi. Принципы построения и отличительные особенности поколений стандартов Wi-Fi. Введение технологии OFDMA с целью решения проблем перегрузки сетей и повышения их общей эффективности.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 07.12.2024
Размер файла 22,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Эволюция технологии беспроводных сетей WI-FI

Какабьян К.С.

Аннотация

Статья посвящена изучению развития технологии беспроводной передачи данных и организации сетей Wi-Fi. В ней рассматриваются основные принципы построения беспроводных сетей, а также отличительные особенности поколений стандартов Wi-Fi. Определены преимущества и недостатки данной технологии.

Ключевые слова: Wi-Fi, беспроводные сети, беспроводные технологии, стандарты, перспективы, развитие, безопасность, совместимость.

Abstract

This article is dedicated to the study of the development of wireless data transmission technology and the organization of Wi-Fi networks. It discusses the fundamental principles of building wireless networks, as well as the distinguishing features of Wi-Fi standard generations.. The advantages and disadvantages of this technology are identified.

Keywords: Wi-Fi, wireless networks, wireless technologies, standards, prospects, development, security, compatibility.

Технология беспроводной передачи данных Wi-Fi, созданная в 1998 году в лаборатории радиоастрономии CSIRO инженером Джоном О'Салливаном существенно изменила нашу жизнь. В настоящее время данная технология эффективно применяется для объединения устройств в локальные сети, а также обеспечения их подключения к сети Интернет.

По сетям Wi-Fi передаётся более половины всего пользовательского трафика. В то время как поколения сотовых технологий претерпевают резкие изменения каждое десятилетие, для пользователей Wi-Fi повышение пропускной способности, а также внедрение различных услуг и функций происходит плавно, непрерывно и практически незаметно, как правило с сохранением обратной совместимости с физическим оборудованием.

Эволюция технологии Wi-Fi была вызвана необходимостью более быстрой и надежной беспроводной связи. Каждое последующее поколение сетей Wi-Fi вносит новые передовые разработки и улучшения, чтобы соответствовать растущим требованиям пользователей.

Первое поколение, известное как 802.11b, было представлено в 1999 году и обеспечивало максимальную скорость передачи данных до 11 Мбит/с. Затем последовали второе и третье поколения 802.11a и 802.11g, которые предлагали более высокие скорости до 54 Мбит/с, а также улучшенную дальность и лучшую устойчивость к помехам. Четвертое поколение, 802.11n, принесло с собой значительные улучшения в технологии Wi-Fi. Была введена технология Multiple Input, Multiple Output (MIMO), позволяющая одновременную передачу и прием нескольких потоков данных, что повышает производительность. Пятое поколение, 802.11ac, дальше развивало достижения предыдущих поколений, предлагая еще более высокие скорости, увеличенную пропускную способность и лучшую масштабируемость. Были введены более широкие полосы пропускания каналов, до 160 МГц, и поддержка технологии MU-MIMO - многопользовательской версии MIMO, которая позволяет нескольким устройствам одновременно взаимодействовать с точкой доступа.

Шестое поколение, 802.11ax или Wi-Fi 6 (6E), принесло значительные улучшения с целью решения проблем перегруженных сетей и повышения общей эффективности сети. Была введена технология OFDMA, позволяющая более эффективно использовать каналы для одновременного взаимодействия с группой устройств. Седьмое поколение, 802.11be или Wi-Fi 7, является последним существующим стандартом Wi-Fi. В настоящее время находится в разработке. Оно использует вновь доступную полосу частот 6 ГГц, обеспечивая расширение спектра и уменьшение помех радиосигналов. Наиболее часто используемые стандарты перечислены в таблице ниже.

Таблица 1

Основные характеристики стандартов Wi-Fi

Версия стандарта

Максимальная скорость передачи данных

Частота

Диапазон частот

Модуляция

Дальность передачи

802.11a

54 Мбит/с

5 ГГц

20 МГц

OFDM

35 м

802.11b

11 Мбит/с

2.4 ГГц

22 МГц

DSSS

35 м

802.11g

54 Мбит/с

2.4 ГГц

20 МГц

OFDM

38 м

802.11n

600 Мбит/с

2.4/5 ГГц

20/40 МГц

MIMO-OFDM (64-QAM)

70 м

802.11ac

6,77 Гбит/с

5 ГГц

20/40/80/160 МГц

DL MU-MIMO / OFDM (256-QAM)

35 м

802.11ax

9,6 Гбит/с

2.4/5 ГГц

20/40/80/160 МГц

UL/DL MU-MIMO ODFMA (1024- QAM)

30 м

Одним из доказательств развития Wi -Fi является резкое увеличение пропускной способности: от 2 Мбит/с в версии 1997 г. до 9,6 Гбит/с в новейшем стандарте 802.11ax, также известном как Wi-Fi 6. Ключевым фактором, обуславливающим прирост производительности стандарта Wi-Fi 802.11ax, является применение технологии OFDMA (Orthogonal frequency - division multiple access). OFDMA является эффективным способом разделения доступной полосы пропускания на множество поднесущих, которые могут использоваться для передачи данных между многочисленными устройствами одновременно. Таким образом, стандарт 802.11ax может обслуживать большее число устройств и обеспечивать более высокую пропускную способность. Также стоит отметить, что стандарт Wi-Fi 802.11ax поддерживает более широкие каналы до 160 МГц. Увеличение ширины канала позволяет передавать больше данных в каждый временной интервал и значительно повышает скорость передачи данных. Однако следует отметить, что использование более широких каналов также требует большей ширины полосы пропускания и может быть ограничено доступным спектром в конкретной области.

Помимо основного направления высокоскоростных беспроводных локальных сетей, эволюция Wi-Fi включает в себя несколько интересных проектов. Например, Wi-Fi HaLow (802.11ah) был первой попыткой вывести Wi-Fi на рынок беспроводного Интернета вещей (IoT); Wi-Fi миллиметрового диапазона (802.11ad/ay) поддерживает скорости передачи данных до 275 Гбит/с, но только на очень малых расстояниях.

Новые приложения, а также услуги, связанные с видеопотоками в высоком разрешении, виртуальной и дополненной реальностью (VR/AR), играми, облачными вычислениями, удалённым офисом, и поддержкой большого количества пользователей с интенсивным трафиком в беспроводных сетях требуют высокой производительности.

Wi-Fi также является товарным знаком некоммерческой организации Wi-Fi Alliance, сертифицирующей устройства на совместимость с данной технологией. В мире в настоящее время насчитывается более 16 миллиардов Wi-Fi устройств, подключенных к сети Интернет. И это число будет только расти. К устройствам, которые используют технологии Wi-Fi относятся персональные компьютеры и ноутбуки, смартфоны и планшеты, телевизоры, принтеры, цифровые аудиоплееры, цифровые камеры, устройства «умного дома», автомобили и БПЛА.

С течением времени скорость и диапазоны Wi-Fi только увеличиваются. По состоянию на 2023 год, на близком расстоянии, некоторые версии Wi-Fi, работающие в диапазоне 5 ГГц, могут достичь скорости свыше 1 Гбит /с. (на одну антенну).

Стандарты протоколов в основном различаются радиодиапазонами и достигаемой скоростью передачи информации. Wi-Fi наиболее часто использует диапазон 2.4 гигагерц (X = 120 мм) УВЧ и 5 гигагерц (X = 60 мм). Эти диапазоны в свою очередь подразделяются на несколько каналов. Каналы могут быть разделены между сетями, но только один передатчик может беспрепятственно передавать информацию по каналу в любой момент времени. стандарт технология беспроводной сеть wifi

Диапазоны Wi-Fi имеют относительно высокую абсорбцию. Наилучшее качество соединения обеспечивается на минимальном расстоянии при условии прямой видимости устройства - приёмника и точки доступа.

Многие распространенные препятствия, такие как стены, перекрытия, бытовая техника и т.д., могут значительно уменьшить радиус действия и снизить скорость подключения, но иногда это также помогает свести к минимуму конфликты между различными сетями, работающими на одном канале, порождающие помехи.

Точка доступа часто имеет эффективный радиус действия около 20 метров в помещении в то время, как производители современных точек доступа гарантируют расстояние приёма до 150 метров на открытом воздухе. Покрытие точки доступа может быть рассчитано как на одну комнату, ограниченную стенами, которые блокируют радиоволны, так и на большое многокилометровое пространство. В последнем случае следует использовать множество точек доступа с бесшовным роумингом между ними.

Обычно схема сети Wi-Fi содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с - наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID, приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения.

Однако стандарт не описывает всех аспектов построения беспроводных локальных сетей Wi-Fi. Поэтому каждый производитель оборудования решает эту задачу по-своему, применяя те подходы, которые он считает наилучшими с той или иной точки зрения и наиболее подходящими для организации конкретной сети.

Преимущества Wi-Fi

• Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. М еста, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.

• Позволяет предоставить доступ к сети мобильным устройствам.

• Устройства Wi-Fi широко распространены. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации.

• Мобильность. Клиент не привязан к одному месту и может пользоваться интернетом в комфортной обстановке.

• В пределах зоны Wi-Fi в сеть Интернет могут выходить несколько пользователей с компьютеров, ноутбуков, телефонов и т.д.

• Излучение от устройств Wi-Fi в момент передачи данных на порядок (в 10 раз) меньше, чем у сотового телефона.

Недостатки Wi-Fi

В диапазоне 2.4 ГГц работает множество устройств, таких как устройства, поддерживающие Bluetooth, и др., также микроволновые печи, что ухудшает электромагнитную совместимость.

• Реальная скорость зависит от доли служебного трафика, которая зависит уже от наличия между устройствами физических преград (мебель, стены), наличия помех от других беспроводных устройств или электронной аппаратуры, взаимного расположения устройств относительно друг друга и т.п.

• Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения различаются в разных странах. Во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США. В Японии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, включая РФ, РБ и Италию, требуют регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений, либо регистрации клиентов Wi-Fi у оператора точки.

• Стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из -за слабой стойкости алгоритма).

Новые устройства поддерживают более совершенные протоколы шифрования данных WPA, WPA2 и WPA3, что делает возможным применение более безопасной схемы связи, которая доступна в новом оборудовании. Эти схемы содержат более надёжные алгоритмы аутентификации и авторизации, чем те, которые обычно используются пользователями. Многие организации применяют дополнительное шифрование трафика (например, создают VPN-туннель с обфускацией пакетов) для защиты от вторжения извне. На данный момент основным методом взлома WPA2 является атака повторного воспроизведения, или деаутентификация клиентов точки с перехватом рукопожатий и их последующей расшифровкой.

Технология Wi-Fi является прекрасной альтернативой традиционной витой паре (технология Ethernet), т.к. основное её преимущество заключается в мобильности. Однако на данный момент она может обеспечить сравнимую с Ethernet скорость передачи данных только на близком расстоянии в непосредственной близости к передатчику. При текущем темпе развития WiFi имеет все шансы превзойти Ethernet и по этому параметру.

Новый стандарт седьмого поколения Wi-Fi - 802.11be ожидается к внедрению в 2024 году. По заявлениям разработчиков его скорость может превысить 30 Гбит/с, что в три раза превышает максимальную скорость предыдущего поколения - 9,6 Гбит/с. Также сетевое оборудование, использующее этот стандарт сможет одновременно обслуживать большее количество устройств и будет надежно защищено от атак деаутентификации новыми методами обеспечения безопасности. Один из основных аспектов безопасности в стандарте 802.11be -- это расширенные методы аутентификации. Будут внедрены новые протоколы аутентификации, такие как EAP-TLS (Extensible Authentication Protocol Transport Layer Security), который использует сертификаты для проверки и идентификации устройств и пользователей. Это обеспечивает более надежную аутентификацию и защиту от несанкционированного доступа.

Для обеспечения конфиденциальности данных, передаваемых по сети, в стандарте 802.11be используются современные методы шифрования. Ожидается, что будет поддерживаться шифрование WPA3 (Wi-Fi Protected Access 3), которое предлагает более сильную защиту данных по сравнению с предыдущими стандартами. WPA3 использует протоколы шифрования, такие как AES-CCMP (Advanced Encryption Standard - Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol).

Дополнительные меры безопасности включают в себя механизмы контроля доступа и управления, такие как проверка целостности данных и доступ с различными уровнями привилегий. Эти механизмы позволяют контролировать доступ к сети, предотвращая несанкционированное использование сетевых ресурсов.

Список использованных источников

1. Информационный портал о Wi-Fi: [Электронный ресурс].

2. Группа стандартов Wi-Fi: [Электронный ресурс].

3. Шубин, В.И. Беспроводные сети передачи данных / В.И. Шубин, О.С. Красильникова. - М.: Вузовская кни га, 2013. - 104 с.

4. Научно-практический журнал «Хайтек» [Электронный ресурс].

Размещено на Allbest.Ru

...

Подобные документы

  • Исследование и анализ беспроводных сетей передачи данных. Беспроводная связь технологии wi–fi. Технология ближней беспроводной радиосвязи bluetooth. Пропускная способность беспроводных сетей. Алгоритмы альтернативной маршрутизации в беспроводных сетях.

    курсовая работа [825,8 K], добавлен 19.01.2015

  • Что такое ТСР? Принцип построения транкинговых сетей. Услуги сетей тракинговой связи. Технология Bluetooth - как способ беспроводной передачи информации. Некоторые аспекты практического применения технологии Bluetooth. Анализ беспроводных технологий.

    курсовая работа [139,1 K], добавлен 24.12.2006

  • Принципы построения телефонных сетей. Разработка алгоритма обработки сигнальных сообщений ОКС№7 в сетях NGN при использовании технологии SIGTRAN. Архитектура сетей NGN и обоснованность их построения. Недостатки TDM сетей и предпосылки перехода к NGN.

    дипломная работа [8,4 M], добавлен 02.09.2011

  • Принцип действия беспроводных сетей и устройств, их уязвимость и основные угрозы. Средства защиты информации беспроводных сетей; режимы WEP, WPA и WPA-PSK. Настройка безопасности в сети при использовании систем обнаружения вторжения на примере Kismet.

    курсовая работа [175,3 K], добавлен 28.12.2017

  • Знакомство с современными цифровыми телекоммуникационными системами. Принципы работы беспроводных сетей абонентского радиодоступа. Особенности управления доступом IEEE 802.11. Анализ электромагнитной совместимости группировки беспроводных локальных сетей.

    дипломная работа [2,8 M], добавлен 15.06.2011

  • Принципы построения радиосистемы "Стрелец". Модуль беспроводной передачи данных по технологии ZigBee, преимущества и недостатки его применения, принцип действия и оценка возможностей. Описание структурной и принципиальной электрической схемы устройства.

    дипломная работа [1,4 M], добавлен 24.04.2015

  • Ассоциативный процессор и его отличие от фон-Неймановской адресации. Разница между аналоговыми и цифровыми ЭВМ. Векторные и конвейерные архитектуры. Сигнал в одномодовое и многомодовое оптоволокно. Современные технологии беспроводных сетей.

    шпаргалка [71,1 K], добавлен 16.04.2014

  • Характеристика типовых топологий сетей. Состав линии связи и виды компьютерных сетей. Принцип и стандарты технологии Ethernet. Структура MAC-адреса и модель взаимодействия открытых систем (OSI). Состав сетевого оборудования и процесс маршрутизации.

    отчет по практике [322,5 K], добавлен 23.05.2015

  • Основные термины в технологии защиты потоков SDH и суть одного из методов обеспечения быстрого восстановления работоспособности синхронных сетей. Требования, предъявляемые к линейным кодам волоконно-оптических систем передачи, кодирование сигнала.

    контрольная работа [436,0 K], добавлен 09.07.2009

  • Роль и общие принципы построения компьютерных сетей. Топологии: шинная, ячеистая, комбинированная. Основные системы построения сетей "Token Ring" на персональных компьютерах. Протоколы передачи информации. Программное обеспечение, технология монтажа сети.

    курсовая работа [925,9 K], добавлен 11.10.2013

  • Преимущества технологии WiMAX. Описание услуг, предоставляемых беспроводной сетью на ее базе. Особенности используемого оборудования на существующей сети и его физические параметры, принципы работы и условия эксплуатации. Архитектура сетей WiMAX.

    реферат [163,9 K], добавлен 14.01.2011

  • Монтаж и настройка сетей проводного и беспроводного абонентского доступа. Работы с сетевыми протоколами. Работоспособность оборудования мультисервисных сетей. Принципы модернизации местных коммутируемых сетей. Транспортные сети в городах и селах.

    отчет по практике [1,5 M], добавлен 13.01.2015

  • Характеристика современного состояния цифровых широкополосных сетей передачи данных, особенности их применения для передачи телеметрической информации от специальных объектов. Принципы построения и расчета сетей с использованием технологий Wi-Fi и WiMax.

    дипломная работа [915,0 K], добавлен 01.06.2010

  • Общие понятия и базовые аспекты построения беспроводных локальных сетей, особенности их структуры, интерфейса и точек доступа. Описание стандартом IEEE 802.11 и HyperLAN/2 протокола управления доступом к передающей среде. Основные цели альянса Wi-Fi.

    курсовая работа [507,2 K], добавлен 29.11.2011

  • Характеристика и разновидности беспроводных сетей, их назначение. Описание технологии беспроводного доступа в интернет Wi-Fi, протоколы безопасности. Стандарты связи GSM, механизмы аутентификации. Технология ближней беспроводной радиосвязи Вluetooth.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 31.03.2013

  • Исследование обычной схемы Wi-Fi сети. Изучение особенностей подключения двух клиентов и их соединения. Излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных. Описания высокоскоростных стандартов беспроводных сетей. Пространственное разделение потоков.

    лекция [139,5 K], добавлен 15.04.2014

  • Роль компьютерных сетей, принципы построения. Протоколы передачи информации в сети ArcNet, используемые топологии и средства связи. Программное обеспечение, технология развёртки. Операционные системы компьютерных сетей. Инструкция по технике безопасности.

    курсовая работа [504,6 K], добавлен 11.10.2013

  • Понятие беспроводной связи, организация доступа к сети связи, к интернету. Классификация беспроводных сетей: спутниковые сотовые модемы, инфракрасные каналы, радиорелейная связь, Bluetooth. WI-FI - технология передачи данных по радиоканалу, преимущества.

    реферат [350,6 K], добавлен 06.06.2012

  • Эволюция беспроводных сетей. Описание нескольких ведущих сетевых технологий. Их достоинства и проблемы. Классификация беспроводных средств связи по дальности действия. Наиболее распространенные беспроводные сети передачи данных, их принцип действия.

    реферат [71,2 K], добавлен 14.10.2014

  • История появления сотовой связи, ее принцип действия и функции. Принцип работы Wi-Fi - торговой марки Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11. Функциональная схема сети сотовой подвижной связи. Преимущества и недостатки сети.

    реферат [464,8 K], добавлен 15.05.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.