Все отличия стандартов Wi-Fi: от 802.11b/g/n до Wi-Fi 6E
Всего за два десятилетия Wi-Fi превратился из дорогой роскоши в технологию, без которой большинство из нас не может себя представить. Все мы используем его в повседневной жизни в качестве центральной беспроводной технологии, которая соединяет различные домашние гаджеты с Интернетом. Несмотря на то, что технология Wi-Fi может показаться неизменной, на самом деле за эти годы она претерпела множество внутренних изменений.
Удивительно, но не все последующие версии Wi-Fi были направлены на повышение скорости и дальности действия. Вместо этого многие из них разработаны с учетом конкретных сценариев использования. Некоторые стандарты даже пожертвовали скоростью или дальностью в пользу другого.
В наши дни устройства обычно поддерживают несколько стандартов Wi-Fi и позволяют выбрать тот, который лучше всего подходит для ваших нужд.
Что такое Wi-Fi?
Прежде чем мы сможем говорить о различных стандартах Wi-Fi, используемых сегодня, важно понять, как работает эта технология.
Возможно, вы не задумывались об этом, но Wi-Fi не так уж далек от традиционных технологий беспроводной связи, таких как теле- и радиовещание. Оба полагаются, например, на электромагнитные волны, а не на механические волны, такие как звук, которым требуется среда для перемещения.
Однако ключевое различие между Wi-Fi и другими стандартами беспроводной связи заключается в их частоте передачи. Радиостанции FM и AM вещают на низких частотах, обычно около 100 МГц (мегагерц). Wi-Fi, с другой стороны, работает исключительно в диапазоне гигагерц (ГГц). Более высокие частоты позволяют передавать больше данных за раз, что удобно для передачи интернет-данных и видеопотоков на различные устройства в вашем доме. Но это также имеет определенные недостатки, которые мы обсудим позже.
Как и любая другая широко используемая технология, Wi-Fi определяется набором спецификаций. В частности, стандарт IEEE 802.11. Примечательно, что семейство 802 также стандартизирует другие сетевые протоколы, такие как Ethernet и Bluetooth.
802.11b/g/n: базовый стандарт Wi-Fi
Спустя шесть лет после дебюта Wi-Fi в 1997 году он претерпел несколько постепенных изменений. За исходным стандартом 802.11 IEEE последовали 802.11b, 802.11a и, наконец, 802.11g. Как и следовало ожидать, каждый из них улучшен по сравнению с предыдущим с точки зрения пропускной способности или того, что в наши дни мы просто называем скоростью соединения.
Однако из этих трех стандартов только 802.11b и 802.11g дошли до потребительских устройств. Стандарт 802.11a работает на частоте 5 ГГц, что делает его полностью несовместимым с существующими устройствами. Он действительно нашел применение в корпоративных кругах, но не был распространен где-либо еще из-за высокой стоимости компонентов.
| 802.11b | 802.11g | 802.11n (Wi-Fi 4) | 802.11ac (Wi-Fi 5) | 802.11ax (Wi-Fi 6) | Wi-Fi 6E | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Максимальная скорость | 11 Мбит/с | 54 Мбит/с | 150 Мбит/с | 800 Мбит/с | 1,2 Гбит/с | 2 Гбит/с |
| MIMO | нет | нет | до 4 | до 8 | до 12 | до 12 |
| Частотные диапазоны | 2,4 ГГц | 2,4 ГГц | 2,4 ГГц (5 ГГц опционально) | 2,4 ГГц (5 ГГц опционально) | 2,4 ГГц (5 ГГц опционально) | 6 ГГц |
| Год создания | 1999 г. | 2003 г. | 2009 г. | 2013 г. | 2019 г. | 2021 г. |
Однако, прежде чем обсуждать достоинства Wi-Fi 5 ГГц, стоит сначала вернуться к 802.11n. Выпущенный в 2009 году, он стал последним стандартом, улучшившим полосу частот 2,4 ГГц. Он также добавил поддержку MIMO (несколько входов, несколько выходов) — технологии, которая позволяет устройствам Wi-Fi использовать более одной антенны для повышения скорости передачи данных.
Стандарт 802.11n также представил дополнительную поддержку диапазона частот 5 ГГц. Однако большинство устройств по-прежнему поддерживают только 2,4 ГГц, что, вероятно, позволит сэкономить на добавлении дополнительного радиомодуля.
Несмотря на свой возраст, 802.11n по-прежнему остается наиболее широко используемым стандартом Wi-Fi сегодня, и многие бюджетные устройства, чтобы снизить затраты, имеют на борту именно этот стандарт беспроводной локальной сети. Многие недорогие устройства для умного дома, такие как беспроводные камеры и лампочки, по-прежнему используют исключительно частоту 2,4 ГГц.
Поэтому стандарт 802.11b/g/n, сегодня, считается базовым стандартом Wi-Fi. Большинство маршрутизаторов и устройств просто добавляют поддержку дополнительных стандартов, а не заменяют или полностью отменяют 2,4 ГГц. Для этого также есть практическая причина, о которой мы поговорим в следующем разделе.
802.11ac: приближение к гигабитной скорости
Достигнув практических пределов 2,4 ГГц с 802.11n, был предложен новый стандарт, ориентированный исключительно на 5 ГГц. Названный 802.11ac, он обеспечил еще более высокие скорости — в частности, 866 Мбит/с на канал. При использовании нескольких каналов общая пропускная способность маршрутизатора может превысить 1 Гбит/с.
802.11ac также представил многопользовательский MIMO (MU-MIMO), позволяющий нескольким устройствам обмениваться данными с маршрутизатором одновременно. Последним преимуществом стала меньшая перегрузка сети, так как этот стандарт вмещал больше каналов, чем прежний спектр 2,4 ГГц. Устройства с частотой 5 ГГц также не должны делить частоту с другими стандартами беспроводной связи, такими как Bluetooth, который использует 2,4 ГГц.
Однако более высокая частота имеет довольно серьезный и заметный недостаток — она не очень хорошо справляется с препятствиями.
В то время как сигналы 2,4 ГГц несут лишь незначительные потери (или затухание) при прохождении через препятствия, более высокие частоты гораздо менее устойчивы к стенам и другим поверхностям. А если в вашем доме кирпичные и бетонные стены, ослабление сигналов 5 ГГц может сделать его практически непригодным для использования.
Другими словами, более высокая частота передачи значительно улучшает полосу пропускания, но отрицательно влияет на мощность сигнала. Этот компромисс является причиной того, почему многие маршрутизаторы транслируют сигналы 2,4 ГГц и 5 ГГц одновременно. Ваши устройства могут автоматически переключиться на первый режим, если вы находитесь далеко от маршрутизатора.
Кстати, эта обратная зависимость между скоростью и диапазоном также влияет на сигналы 5G миллиметрового диапазона (mmWave). Поскольку mmWave работает в диапазоне от 30 до 300 ГГц, мощность сигнала уменьшается, если он проходит через препятствия. Вот почему большинство операторов беспроводной связи и производителей смартфонов в настоящее время придерживаются более низких частот 5G (ниже 6 ГГц). Хотя эти частоты предлагают лишь небольшое обновление по сравнению с LTE, они также намного практичнее.
Wi-Fi 6 и Wi-Fi 6E: новый золотой стандарт
Wi-Fi 6, реже 802.11ax, является новейшим стандартом Wi-Fi. Первое серьезное изменение связано с соглашением об именах Wi-Fi. После десятилетий использования неуклюжих названий IEEE 802.11ax упрощает работу, называя себя Wi-Fi 6. Предыдущие версии также получили удобные названия, при этом 802.11ac и 802.11n теперь просто называются Wi-Fi 5 и 4 соответственно.
Как и следовало ожидать, Wi-Fi 6 снова поднимает теоретическую планку пропускной способности, достигнув впечатляющих 9,6 Гбит/с. Однако это не главное. Wi-Fi 6 уделяет большое внимание снижению перегрузки сети с помощью таких методов, как MU-MIMO и формирование луча.
Проще говоря, стандарт Wi-Fi 6 был разработан с учетом плотной городской среды. Он также лучше поддерживает новые приложения, такие как домашняя автоматизация, где к одному маршрутизатору легко могут быть подключены десятки или сотни устройств.
Хотя спецификация была официально доработана в 2019 году, пройдет некоторое время, прежде чем большинство устройств ее поддержат. Тем не менее, внедрение было довольно быстрым по сравнению с предыдущими стандартами. На рынке уже есть несколько маршрутизаторов Wi-Fi 6, и многие смартфоны, ноутбуки и планшеты среднего класса также поддерживают этот стандарт. Samsung Galaxy S10 был первым массовым устройством Android с Wi-Fi 6, а iPhone 11 последовал его примеру позже в том же году.
Wi-Fi 6 изначально использовал те же спектры 2,4 и 5 ГГц, что и предыдущие стандарты. Однако в 2021 году была утверждена новая версия, получившая название Wi-Fi 6E, которая обеспечила поддержку полосы частот 6 ГГц.
Wi-Fi 6E обещает еще более высокие скорости в реальном мире и увеличивает емкость устройства по сравнению с исходным стандартом 2019 года. Samsung Galaxy S21 Ультра был первый смартфон, поддерживающий Wi-Fi 6E.
Менее известные стандарты Wi-Fi
802.11ah
В то время как каждый новый стандарт Wi-Fi пытается выйти за пределы 2,4 ГГц, 802.11ah делает прямо противоположное. Это первый стандарт Wi-Fi с частотой ниже 1 ГГц, а также единственный, в котором приоритет отдается диапазону, а не скорости. Его низкая частота также позволяет ему преодолевать препятствия, не испытывая сильного затухания.
Он получил название Wi-Fi HaLow и предназначен для приложений Интернета вещей, где вам может потребоваться покрытие на больших расстояниях. Сегодня вы вряд ли найдете ему широкую поддержку, но в ближайшие годы он может набрать обороты.
802.11ad
802.11ad — одна из самых первых попыток выйти за пределы 5 ГГц для Wi-Fi, это был долгожданный стандарт примерно в 2016 году. В отличие от скромного скачка Wi-Fi 6E на 6 ГГц, он был нацелен на работу в полосе частот 60 ГГц. Это амбициозное изменение обеспечит теоретическую пропускную способность 7 Гбит/с — почти в 20 раз выше, чем у Wi-Fi 4.
Однако, как и следовало ожидать, частотный диапазон 60 ГГц не совсем практичен для использования на значительном расстоянии. Другими словами, вам нужна прямая видимость между передатчиком и приемником. Wi-Fi 60 ГГц лучше всего подходит для приложений с высокой пропускной способностью, таких как беспроводная виртуальная реальность.
Неудивительно, что очень немногие устройства приняли 802.11ad, и в конечном итоге он ушел в безвестность. Однако концепция передачи данных на частотах выше 60 ГГц сохраняется для некоторых приложений с высокой пропускной способностью и малой задержкой. Например, HTC Vive использует стандарт 802.11ad для работы по беспроводной сети виртуальной реальности (VR). И даже со всей этой пропускной способностью он значительно сжимает поток.
802.11ay
802.11ay, призванный заменить предыдущий стандарт, является последней попыткой Wi-Fi на частоте 60 ГГц. Как и 802.11ad, он практически не терпит препятствий на своем пути, ограничивая его полезность дополнительными приложениями, такими как беспроводная AR/VR и док-станции для ноутбуков. Тем не менее, он улучшает пропускную способность по сравнению с предыдущей спецификацией, предлагая теоретическую максимальную скорость 20-30 Гбит/с.