Nozioni di base sul WiFi, parte 1: frequenze e canali

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Nel 1947, l'International Telecommunication Union (ITU), un'agenzia delle Nazioni Unite, designò alcune bande dello spettro RF come ISM. L'idea era di avere uno standard internazionale di frequenze riservate alle apparecchiature industriali, scientifiche e mediche. Ironia della sorte, le telecomunicazioni non erano lo scopo originale.

Prima di discutere qualsiasi dettaglio, voglio solo notare che questo articolo si baserà principalmente sul dominio normativo degli Stati Uniti. Diversi domini normativi hanno requisiti specifici per quanto riguarda le frequenze trasmesse e le impostazioni di potenza.

Sebbene ci siano dodici bande ISM, per ora ci concentreremo solo su due di esse. La maggior parte delle persone si riferisce a loro come le bande a 2,4 GHz e 5 GHz.

Cominciamo con la banda ISM a 2,4 GHz (2,400 GHz-2,500 GHz). Questo piccolo e affollato insieme di frequenze è di gran lunga il più utilizzato nonostante il fatto che la maggior parte dei laptop, smartphone e tablet sia dotata di doppia radio negli ultimi anni.

La ragione di ciò è la fisica. La regola generale è che minore è la frequenza, maggiore è la propagazione e migliore è la penetrazione. Ecco 2 esempi dal mondo reale:

  • Sei seduto in macchina a un semaforo. Qualcuno si ferma accanto a te con la radio che squilla forte. Se non ti piacciono i loro gusti musicali, potresti alzare il finestrino. Parte di quel suono è ridotto, ma probabilmente sentirai ancora quel basso (bassa frequenza) molto bene.
  • Un altro esempio è un sistema radio molto specializzato utilizzato dai militari per comunicare con i sottomarini sommersi. Si chiama ELF (Extremely Low Frequency) e ha una lunghezza d'onda così lunga che l'antenna richiesta può essere lunga miglia.

Ok, quindi ora sappiamo che le frequenze più basse offrono un'area di copertura più ampia e una migliore penetrazione del segnale attraverso gli ostacoli. Se la banda a 2,4 GHz è così grande, abbiamo davvero bisogno di 5 GHz? La risposta è si.

Limitazioni a 2,4 GHz

Solo 3 canali non sovrapposti. La banda a 2,4 GHz è divisa in 14 canali, la maggior parte dei quali a 5 MHz di distanza. Quella spaziatura di 5 MHz non era un problema nei primissimi giorni di utilizzo wireless. La tecnologia all'epoca era limitata a circa 1 Mbps di velocità effettiva. Poi, alla fine degli anni '90, l'802.11b con la sua tecnologia a spettro esteso è diventato lo standard.

Il vantaggio è che potrebbe raggiungere un throughput di 11 Mbps. Lo svantaggio era che utilizzava 22 MHz di spettro. Quindi, se, ad esempio, stai utilizzando il canale 6, almeno i canali 4,5,7 e 8 sono inutilizzabili. Questa limitazione si applica ancora oggi, indipendentemente dal fatto che si utilizzi apparecchiature WiFi 802.11g più vecchie o più recenti 802.11n (2,4 GHz). Questa è una delle limitazioni più significative.

wifi limitations

È sovraffollato. Questo va di pari passo con la precedente limitazione. Sebbene gli standard 802.11a (5 GHz) e 802.11b (2,4 GHz) siano stati rilasciati, a causa delle differenze di costo, solo l'802.11b ha visto l'adozione diffusa all'epoca. Il risultato è che ancora oggi la maggior parte del traffico WiFi utilizza la banda a 2,4 GHz.

Posizionati all'angolo di una strada del centro di una città di dimensioni decenti ed esegui il software di scansione WiFi. Con ogni probabilità, vedrai almeno 20 segnali; Ne ho visti più di 40 nel centro di Washington DC. Ora ricorda che tutti e 40 questi segnali funzionano su soli 3 canali.

È una banda ISM e, per definizione, aperta ad altri tipi di dispositivi. Esistono molti dispositivi non WiFi che possono causare interferenze: forni a microonde, telefoni cordless, dispositivi Bluetooth, baby monitor, videocamere, apriporta di garage, ecc.

Queste cose possono interrompere gravemente la rete e sono estremamente difficili da rilevare senza hardware e software specializzati per analizzatori di spettro.

Successivamente, parleremo della banda 5GHz

Oltre alla banda ISM standard (5,725-7,825 GHz), la FCC ha aggiunto lo spettro delle bande UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) per stimolare l'uso della tecnologia wireless. Si noti inoltre che le varie agenzie di regolamentazione stanno lavorando al processo di aggiunta di 195 MHz di spettro disponibile nella gamma di 5 GHz.

5ghz band

Limitazioni a 5 GHz

Come abbiamo discusso in precedenza, le frequenze più alte non si propagano così lontano né penetrano anche negli ostacoli. Facciamo un confronto con la banda a 2,4 GHz nell'uso reale.

  • All'aria aperta, i segnali a 5 GHz copriranno da 1/3 a ½ della distanza.
  • La qualità del segnale utilizzabile si ridurrà notevolmente dopo aver perforato 1 parete interna, rispetto a circa 3 pareti per segnali a 2,4 GHz.

Ciò porta ad un altro svantaggio meno evidente, il costo. Il prezzo da pagare per implementare una rete WiFi a 5 GHz (beh, dual band) di qualsiasi dimensione è almeno 2,5 volte il costo di una rete equivalente solo a 2,4. Hai bisogno di molti più punti di accesso, in genere da 2,5x a 3x. Aggiungi il cablaggio, la licenza, la manutenzione, ecc.

Alcuni canali sono ad uso condiviso. I canali specifici sono designati come DFS, Dynamic Frequency Selection. Questi canali, situati nelle bande UNII-2 e -2 estese, condividono lo spettro con alcuni sistemi radar, principalmente in Europa.

Per questo motivo, il sistema WiFi deve essere progettato per eseguire la scansione degli impulsi radar prima di utilizzare i canali particolari. Ovviamente se vengono rilevati impulsi radar, disabilita immediatamente quei canali interessati.

Vantaggi a 5 GHz

Come puoi chiaramente vedere nella tabella sopra, ci sono molti più di 3 canali. Notare anche la spaziatura dei canali: almeno 20 MHz. Ciò significa che nessun canale si sovrappone; tutti sono utilizzabili contemporaneamente.

Molto meno affollato. A differenza dei dispositivi a 2,4 GHz, i dispositivi a 5 GHz sono stati ampiamente distribuiti solo negli ultimi cinque o sei anni. C'è anche il fatto che ci vuole tempo per aggiornare un'infrastruttura. Esiste ancora un numero significativo di aziende che gestiscono solo reti 2.4.

Pochissime fonti di interferenza. Ad eccezione del suddetto radar su determinate frequenze, le possibilità di interferenze non WiFi sono estremamente basse.

Capacità di throughput più elevata. Teoricamente entrambi sono in grado di raggiungere 600 Mbps. Tuttavia, in pratica, non è così perché gran parte di quella capacità potenziata dipende dal legame del canale. Questa è una modalità opzionale in cui il dispositivo utilizza più canali adiacenti contemporaneamente. Ricordi prima come abbiamo discusso del fatto che ci sono solo 3 canali non sovrapposti disponibili nella banda 2.4?

Questa tecnica userebbe 2 di quelle 3. Quindi, non solo irritereste veramente i vostri vicini, ma tutte le interferenze co-canale e canale adiacente probabilmente renderebbero la vostra rete molto peggiore. Per riassumere, NON abilitare il channel bonding nella banda 2.4.

Ci sono alcuni standard più recenti che fanno uso di altre gamme di frequenza. Ne discuteremo in un prossimo articolo.

Per un pdf della mappa dello spettro ufficiale della FCC: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF

Spero che questo articolo ti sia piaciuto. Penso che la prossima sarà una discussione sui diversi standard.

Se hai un suggerimento su un argomento relativo al WiFi o al networking generale, fammelo sapere nei commenti.