WiFi na 2.4 i 5GHz - Minitar WAP354

Bezdrátové sítě se od svého vzniku v roce 1992 pomalu ale jistě staly součástí našich životů - a jedním dechem můžeme dodat, že tento bonmot platí v České republice dvojnásob. Jsme totiž zemí bezdrátovým sítím doslova zaslíbenou. Důvod je zřejmý - v minulosti, kdy za relativně pomalou přípojku ADSL požadoval monopolní SPT Telecom od zákazníků téměř "výpalné", část uživatelů se přesunula tam, kde žádné kabely Telecomu nebyly potřeba. Vznikaly desítky WiFi sítí a pojítek a naše země se potichu stala nekorunovanou WiFi velmocí.

i Zdroj: PCTuning.cz

Zatímco nad střechami domů ve velkých městech se kříží spousta bezdrátových pojítek, v domech a bytech si nájemníci začali zřizovat malé domácí sítě (zejména proto, že WiFi patří dnes k notebooku stejně, jako ABS k novému autu). Některé české aglomerace dnes v nejpoužívanějším pásmu 2.4GHz vypadají jako stále ucpaná "bezdrátová dálnice D1".

Začátky WLAN

Technologie WLAN (Wireless LAN) se zrodila v roce 1992, kdy bylo shodně americkým FCC a evropským ETSI uvolněno zvláštní bezlicenční radiové subpásmo ISM (Industrial Scientific and Medical - tedy pásmo vyhrazené pro průmyslové, vědecké a lékařské potřeby) kolem kmitočtu 2,45GHz. Poznámka: V něm pracují i další zařízení (z nichž nejzajímavější jsou asi zařízení Bluetooth, pro která později vznikla samostatná norma 802.15), ale také... mikrovlnné trouby a americké bezdrátové telefony.

V roce 1997 došlo ke vzniku první normy – IEEE 801.11, která specifikovala standard bezdrátové sítě v pásmu ISM 2.45GHz a nabízela rychlosti 1 a 2 Mb/s. O tak nízkou rychlost ale nikdo neměl příliš zájem (teoretické 2 Mb/s v době 100Mb/s Ethernetu bylo opravdu málo). Proto se v roce 1999 objevily dvě specifikace na kvalitativně vyšší úrovni. Byly ráznou odpovědí na nízké přenosové rychlosti definované předchozím standardem IEEE 802.11 - jednalo se o 802.11a a 802.11b.

Začínáme na 2.4GHz

802.11b

Standard 802.11b se zrodil o něco dříve, jelikož funkční implementace v pásmu 2,4GHz, které tento standard využívá, je o něco snazší. "b"-čko nabízí přenosovou rychlost maximálně 11Mb/s a v daném frekvenčním pásmu poskytuje tři kanály "bez překryvu". Jistou nevýhodou je absence odpovídajícího zabezpečení přenosů, které následně řeší další normy a taktéž zde není zajištěna kvalita služeb (QoS). Oba nedostatky platí samozřejmě i pro 802.11a.

Systémy pracující se standardem 802.11b využívají techniky DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum - technika přímého rozprostřeného spektra).

802.11g

V roce 2003 se objevil v dnešní době asi nejpoužívanější standard 802.11g. Pracuje ve stejném pásmu jako 802.11b (2,4GHz, 3 kanály bez překryvu), ovšem nabízí rychlost až 54 Mb/s, což na druhou stranu snižuje dosah komunikace. Výhodou je zpětná kompatibilita s 802.11b, která přináší možnost vzájemné spolupráce zařízení obou standardů.

Komunikace na úrovni fyzické vrstvy probíhá s využitím OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, ortogonální multiplex s kmitočtovým dělením), avšak při komunikaci se zařízeními 802.11b se využívá technologie DSSS.

Tech speak - kanály 2.4GHz

Většina sítí znalých uživatelů ví, že pro pásmo 2.4 GHz existuje třináct kanálů, na kterých lze WIFI zařízení provozovat.

V oblasti 2400 až 2483,5MHz (prakticky 2412 - 2472MHz) jsou kanály od sebe vzdálené pouze 5 MHz. Vzhledem k tomu, že jeden kanál má "pracovní šířku" ideálně 20 MHz (až 24 MHz), je evidentní, že kanály se vzájemně překrývají. To znamená, že v praxi lze použít pouze tři nepřekrývající se kanály:

• č. 1: 2412 (od 2400 do 2424 ),
• č. 6: 2437 (od 2425 do 2449 ),
• a kanál č. 11: 2462 (od 2450 do 2474).

Pokud se zároveň použijí v jednom místě jiné kombinace kanálů, frekvence se překrývají a dochází k vzájemnému rušení (jako když v rádiu slyšíte sousední kanál).

Už dávno je zřejmé, že možnosti nejpoužívanějších standardů 802.11b (i novějšího 802.11g) nejsou "nafukovací" a nastala situace, kdy v některých místech už spolehlivé pojítko ve volném pásmu 2.4GHz už není možné zřídit a pokud je to možné, tak poskytovatelé migrují do pásma 5 GHz, které specifikuje standard IEEE 802.11a.

Stěhujeme se na 5GHz

802.11a

i Zdroj: PCTuning.cz

Norma 802.11a specifikuje celkem 237 kanálů od 5005 do 6100MHz. Tak, jako je pásmo 2,4 GHz omezeno pouze na některé kanály, které lze používat bezlicenčně (tj. volně), je i pásmo 5 GHz rozděleno, a to takto:

• USA (FCC): 5.18GHz~5.35GHz; 5.725GHz~5.825GHz
• Europe (ETSI): 5.47GHz~5.725GHz
• China: 5.725GHz~5.85GHz
• Japan 5.15GHz~5.25GHz

I přes tato omezení, je díky větší šířce pásma možno v využít více kanálů bez toho, aby docházelo k jejich překrývání (záleží na použitém subpásmu - globálně je k dispozici 24 nepřekrývajících se kanálů).

Poznámka: je pochopitelné, že rozdílná frekvenční pásma 802.11a a 802.11b znemožňují jejich přímou spolupráci - je však možné používat přístroje, které pracují zároveň v pásmech 2.4 i 5GHz (takovým přístrojem je i testovaný Minitar WAP354).

Standard IEEE 802.11a používá modulaci OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing, která má v jednom širokém frekvenčním pásmu vytvořeno mnoho virtuálních kanálů, kde se data přenášejí najednou, ale pomaleji - výsledkem je celkově rychlejší přenos.

5GHz nově = 802.11h

Nově vyvíjený standard 802.11h je stručně řečeno 802.11a doplněné přesně o již zmíněné chybějící služby DFS a TPC. Zařízení dle standardu 802.11h má být zpětně kompatibilní s 802.11a, můžete jej prostě provozovat v síti s přístupovými body v 802.11a.

Právní a technický rámec provozování WiFi na 5GHz

U bezdrátových sítí v bezlicenčním pásmu je při plánování bezdrátových spojů důležité omezení: Úroveň vysílaného signálu na výstupu z antény nesmí přesáhnout určitou maximální hodnotu. Ta je stanovena Českým telekomunikačním úřadem (ČTÚ) v tzv. Všeobecném oprávnění VO-R/12/08.2005-34.

Výkony u Wi-Fi zařízení jsou udávány stejně jako u většiny VF zařízení v dBm (decibelmiliwatt). Výpočet dBm je dle následujícího vzorce:

PdBm= 10 log (Pw*1000).

Pw je výkon ve wattech. Pokud má tedy zařízení výkon 1 mW, rovná se to výkonu 0 dBm; 17 dBm odpovídá výkonu 50 mW a 20 dBm pak výkonu 100 mW. Obvyklé maximální vysílací výkony u Wi-Fi zařízení jsou 15 – 18dBm. Některé výrobky mají až 26 dBm.

e.i.r.p.

Všechny zde uvedené výkony v mW pak jsou uváděné jako EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power – účinný isotropní vyzářený výkon). EIRP znamená, výkon rádiového signálu vyzářeného anténou vysílače, jako by byl vyzářen z bodového zdroje rovnoměrně ve všech směrech – izotropicky. Pokud se tedy přivede 100mW do všesměrové antény se ziskem 0 dB pak je to 100mW EIRP.

V Evropské unii jsou však povolena jen některá pásma dle tabulky v závislosti na vyzářeném výkonu

Přidělení frekvenčních pásem. Zdroj: ČTÚ