Wi-Fi – tai ne tiesiog įprasta interneto prieigos technologija, o dešimtmečių inžinerinės minties, radijo fizikos eksperimentų ir duomenų perdavimo be laidų sprendimų paieškos rezultatas. Šiandien mes suvokiame jį kaip kažką savaime suprantamo, tačiau už tariamo paprastumo slypi sudėtinga sistema, paremta tiksliais fizikos principais ir standartais. Norint suprasti, kaip veikia Wi-Fi, reikia grįžti prie jo ištakų – į XX amžiaus vidurio mokslines laboratorijas, kur buvo dedami šiuolaikinės radijo ryšio pagrindai.
Belaidis duomenų perdavimas pagrįstas elektromagnetinių bangų naudojimu
Radijo signalai – tai elektrinių ir magnetinių laukų svyravimai, sklindantys erdvėje ir galintys perduoti informaciją. Šiuos svyravimus galima moduliuoti, tai yra uždėti ant jų skaitmeninius duomenis, o tada perduoti ir iššifruoti naudojant imtuvą. Pagrindinės signalo moduliacijos ir radijo perdavimo idėjos buvo suformuluotos XIX amžiaus pabaigoje. Maksvelo, Herco, Markonio ir Popovo darbai tapo kertiniais akmenimis kuriant pirmuosius radijo siųstuvus ir imtuvus, o vėliau – ir plėtojant skaitmeninį belaidį ryšį.
Šiuolaikinis Wi-Fi tapo įmanomas dėka lemiamo JAV Federalinės ryšių komisijos sprendimo 1985 metais, kai buvo atvertos 2,4 GHz, 5 GHz ir 5,8 GHz dažnių juostos nelicencijuotam naudojimui. Tai reiškė, kad bet kuris gamintojas galėjo kurti įrenginius, veikiančius šiais dažniais, be būtinybės gauti licenciją. 1997 metais atsirado IEEE 802.11 standartas – pirmoji Wi-Fi specifikacija, užtikrinanti greitį iki 2 Mbit/s. 1999 metais buvo įkurta Wi-Fi Alliance organizacija, kuri užsiėmė įrenginių sertifikavimu ir technologijos skatinimu su įsimintinu pavadinimu.
Wi-Fi veikia radijo bangomis, dažniausiai 2,4 ir 5 GHz diapazonuose
Siųstuvas moduliuoja nešlio bangą, įterpdamas į ją dvejetainius duomenis, kurie savo ruožtu transformuojami į fazės, amplitudės ar dažnio pokyčius. Imtuvas kitame gale turi būti tiksliai suderintas į tą patį dažnį ir gebėti teisingai interpretuoti priimtą signalą, atkurdamas bitų seką. Signalas sklinda patalpos ar atviros erdvės ribose, silpnėja eidamas per sienas ir kliūtis bei gali patirti interferenciją nuo kitų įrenginių.
Šiuolaikiniai Wi-Fi standartai apima versijas a, b, g, n, ac, ax ir būsimą be (Wi-Fi 7), kiekviena jų siūlo naujus moduliacijos metodus, kanalų išplėtimą ir protingesnį radijo išteklių valdymą. Pavyzdžiui, Wi-Fi 6 naudoja OFDMA technologiją, leidžiančią padalinti kanalą į podnešlius ir vienu metu aptarnauti daug įrenginių su minimalia delsa.
Prisijungimo prie Wi-Fi procesas apima kelis etapus: tinklo skenavimą, ryšio parametrų gavimą, autentifikaciją ir autorizaciją. Saugumo protokolai vystėsi nuo WEP, laikomo itin pažeidžiamu, iki WPA2 ir WPA3, naudojančių patikimą šifravimą ir apsaugą nuo perrinkimo atakų. Wi-Fi realizuotas OSI modelyje keliuose lygmenyse – nuo fizinio, kur vyksta signalo perdavimas oru, iki taikomojo, užtikrinančio prieigą prie žiniatinklio paslaugų.
Wi-Fi ryšio greitis priklauso nuo atstumo iki prieigos taško, kliūčių skaičiaus, vienu metu prisijungusių įrenginių skaičiaus ir radijo triukšmo
Technologijos kaip MU-MIMO (daugelio vartotojų daugelio įėjimų išėjimas), beamforming (kryptinis signalo formavimas), adaptyvus kanalo pasirinkimas ir automatinis kanalo pločio keitimas leidžia sistemai palaikyti aukštą stabilumą ir greitį net esant didelei apkrovai. Mesh tinklai, sudaryti iš kelių tarpusavyje sujungtų prieigos taškų, užtikrina tolygią didelių patalpų ir teritorijų aprėptį, automatiškai nukreipdami srautą tarp mazgų prireikus.
- Po pirkinių populiarioje programėlėje daugeliui žmonių iš banko kortelių „dingo” pinigai
- Hyundai pristato Elexio: pažangiausias elektromobilis su įspūdingu nuvažiuojamu atstumu vienu įkrovimu ir stebinančia kaina
- Šiame mieste atsirado tramvajai be bėgių. Žmonės nežino, kaip jais naudotis
- Ko bijo telefoniniai sukčiai – pasakę šias frazes sukčiai patys padės ragelį
- Kodėl automobilių varikliai tapo neremontuojami: viskas labai paprasta
Wi-Fi naudojimas įvairiose srityse
Wi-Fi naudojamas įvairiausiuose scenarijuose – nuo namų maršrutizatorių iki sudėtingų transporto sistemų.
Lėktuvuose
Prisijungimas prie interneto vyksta dviem pagrindiniais būdais: per palydovinį ryšį arba oro-žemės (air-to-ground) technologiją. Pirmuoju atveju antena ant fiuzeliažo susisiekia su geostacionariniu ar žemos orbitos palydovu. Signalas eina nuo antžeminės stoties į palydovą, tada į lėktuvą ir atgal. Toks ryšys stabilus net 10-12 kilometrų aukštyje, bet turi didelę delsą. Oro-žemės technologija naudoja antžeminių siųstuvų tinklą. Lėktuvas gauna signalą būdamas tiesioginėje antenų matomumo zonoje, kas sumažina delsą ir padidina ryšio stabilumą. Tačiau ši sistema veikia tik virš sausumos ir reikalauja tankios infrastruktūros žemėje.
Tolimojo susisiekimo traukiniuose
Wi-Fi realizuojamas per anteną ant vagono stogo, priimančią LTE ar 5G signalą nuo bazinių stočių išilgai geležinkelio. Toliau signalas perduodamas į traukinio vidų ir paskirstomas maršrutizatoriais per Wi-Fi. Atsižvelgiant į mobiliojo signalo nestabilumą, ypač esant dideliam greičiui, į sistemą įtraukiami buferiniai serveriai turinio kešavimui ir apkrovos balansavimo įrenginiai. Maršruto posūkiuose ir keičiantis celėms reikalingas nenutrūkstamas romingas sesijos išlaikymui be pertrūkių.
Metropolitene
Po žeme mobilusis signalas arba susilpnėja, arba visai dingsta. Todėl operatoriai tiesia šviesolaidines linijas išilgai tunelių, o prieigos taškai įrengiami arba stotyse, arba vagonuose, kur sumontuoti retransliatoriai. Egzistuoja sistemos, kur vagonai gauna internetą stotyse, o tada dalina jį kelionės metu, arba prisijungia prie bėgių infrastruktūros per specialius radijo kanalus.
Miesto sąlygomis
Wi-Fi vis dažniau taikomas viešose vietose – parkuose, skveruose, transporto mazguose. Mesh architektūra čia leidžia užtikrinti nenutrūkstamą aprėptį ir automatinį apkrovos paskirstymą. Įrenginiai automatiškai persijungia tarp taškų neprarasdami ryšio. Tokios sistemos dažnai veikia 5 ar 6 GHz dažniais, kad išvengtų perkrovos 2,4 GHz diapazone, perpildytame buitinių įrenginių.
Pramonėje ir išmaniuose namuose
Pramonėje Wi-Fi naudojamas įrangos kontrolei ir diagnostikai, vaizdo stebėjimui, taip pat logistikoje – objektų judėjimo sekimui ir automatiniam duomenų nuskaitymui iš jutiklių. Išmaniuose namuose per Wi-Fi valdomos kameros, lempos, termostatai, balso asistentai, vis dažniau jie veikia per specialius IoT standartus kaip Wi-Fi HaLow – energetiškai efektyvų protokolą su dideliu veikimo nuotoliu.
Technologijos ribotumai ir ateities perspektyvos
Nepaisant Wi-Fi populiarumo, technologija turi apribojimų: diapazono perkrova, greičio kritimas dideliuose atstumuose, pralaidumo sumažėjimas esant dideliam vartotojų tankiui. Tačiau inžinieriai toliau tobulina protokolus, didina kanalų plotį, diegia dirbtinio intelekto pagrindu veikiančias adaptacijos technologijas ir integraciją su kitais ryšio standartais.
Jau šiandien diskutuojama apie Wi-Fi 7 – standartą, galintį užtikrinti perdavimo greitį iki 30 Gbit/s ir minimalias delsas, būtinas virtualiai realybei, telemedicinai ir autonominių sistemų valdymui realiuoju laiku.
Wi-Fi – tai ne tiesiog priemonė prijungti išmanųjį telefoną prie interneto, o universali technologija, sudaranti šiuolaikinio pasaulio skaitmeninės infrastruktūros pagrindą. Ji tapo komunikacijos, mokymosi, navigacijos, transporto ir valdymo baze. Jos veikimo supratimas leidžia suvokti, kaip sutvarkytas skaitmeninis pasaulis, kuriame gyvename, ir kuria kryptimi jis vystysis toliau.
