احتياطيات واي فاي غير مستخدمة

في البلدان والمدن التي لديها بنية تحتية متطورة للاتصالات ، يشكو المستخدمون بشكل متزايد من شبكة Wi-Fi. في بيئة حضرية مشبعة بكثافة مع أجهزة العميل التي تستخدم Wi-Fi ، يتدهور متوسط ​​جودة الاتصال من عام لآخر. هل هناك طريقة لعكس هذا الاتجاه؟

يوجد في العالم الآن أكثر من 6.5 مليار جهاز متصل بالشبكة من خلال هذا المعيار اللاسلكي ، وبحلول عام 2020 سيصل عددهم إلى ما يقرب من 21 مليار جهاز ، أي ما يقرب من 2.8 جهاز لكل شخص على هذا الكوكب. لذا فإن نقص القنوات اللاسلكية للنطاق الترددي سيزداد سوءًا. ومع ذلك ، لحل هذه المشكلة ، لا يكفي فقط تثبيت أجهزة توجيه أكثر قوة. إن سبب "الاختناقات المرورية الافتراضية" ليس فقط "الطرق الضيقة" ، ولكن أيضًا عدد من العوامل الأخرى.

اليوم ، يوجد في كل منزل والعديد من الشقق جهاز توجيه Wi-Fi ، وفي بعضها - قليل. ترتبط زيادة سرعة الاتصال عادةً باستخدام أكثر كثافة لعرض النطاق الترددي. بالإضافة إلى ذلك ، يتعدى مشغلو الهواتف المحمولة على نطاق Wi-Fi ، ويعبئون بعض حركة المرور فيه ، ومع ظهور 5G ، قد يزداد الوضع سوءًا.

أي أن شبكة Wi-Fi أصبحت بالفعل ضحية لنجاحها. ما الذي يمكن فعله لحل هذه المشكلة ، أو على الأقل تخفيفها؟

حشد على الهواء

على الرغم من أن المنظمين في بلدان مختلفة قد يفرضون متطلبات معينة لترخيص طيف تردد Wi-Fi ، إلا أن هذا النطاق بشكل عام يظل مفتوحًا إلى حد ما. يجب على المستخدمين الامتثال للمتطلبات الفنية ، بما في ذلك حدود طاقة الإرسال ، ولكن لا يلزم أذونات خاصة. واليوم ، تعمل جميع شبكات Wi-Fi العامة تقريبًا ، بما في ذلك الشبكات المنزلية ، في نطاقي 2.4 و 5 غيغاهرتز. في الوقت نفسه ، تخترق موجات 2.4 جيجا هرتز بشكل أفضل من خلال الجدران والأثاث ، وفي الواقع تنتقل أكثر مقارنة بـ 5 جيجا هرتز ، بنفس قوة الإرسال.

على سبيل المثال ، في الولايات المتحدة الأمريكية ، خصص المنظم عرض النطاق الترددي 84.5 ميغاهرتز لشبكة Wi-Fi. في إطار معيار 802.11b / g / n ، يبلغ عرض القناة 20 أو 22 ميجاهرتز ، بحيث يمكن احتواء ثلاث قنوات فقط في النطاق المشترك دون تداخل متبادل: 1 و 6 و 11. في أوروبا ، يكون الوضع هو نفسه تقريبًا: 13 قناة ، منها في نفس الوقت يمكن استخدام ثلاثة فقط دون تداخل متبادل. في اليابان ، أسهل قليلاً: 14 قناة و 4 قنوات متداخلة غير متزامنة.



لذلك إذا رأيت أكثر من ثلاثة موجّهات بتردد 2.4 غيغاهرتز في قائمة شبكات Wi-Fi ، أو إذا كان هناك ثلاثة منها ، لكن أحدهم يستخدم قناة أخرى غير 1 و 6 و 11 ، فهناك تداخل بين القنوات.

في شبكة Wi-Fi 5 جيجاهرتز ، يختلف الوضع: يتم وضع 38 قناة غير متداخلة بعرض 10 و 20 ميجاهرتز في النطاق من 5170 إلى 5905 جيجاهرتز (في الولايات المتحدة الأمريكية - 5180-5825 و 24 قناة 20 ميجاهرتز ، في أوروبا واليابان ، هناك قنوات أقل ) يبدو أن قنوات عدة مرات لا تتداخل مع بعضها البعض يجب أن تحسن جودة الاتصال في نطاق 5 غيغاهرتز. ولكن هنا تتدخل الخصوصية الإقليمية: في بلدان مختلفة قد لا تكون بعض القنوات متاحة للاستخدام العام ، حيث تعمل رادارات الجيش والأرصاد الجوية والتلفزيون الفضائي عند هذه الترددات. لذلك ، نظرًا لتعقيد حركة المرور "الملائمة" في ترددات "المشكلة" ، فإن الغالبية العظمى من أجهزة التوجيه تتجاهلها ببساطة.

لذلك ، في كل من النطاقين ، لدينا سلسلة من القنوات غير المتداخلة. ولكن بسبب وفرة أجهزة التوجيه وأجهزة العملاء ، تحول التداخل إلى وضع طبيعي. عندما ينشأ صراع - يتقاطع إرسالان لشبكة Wi-Fi - يصمت جميع المشاركين مؤقتًا ، ويعودون إلى الهواء مرة أخرى بعد توقف قليل. تزداد مدة التوقفات بشكل كبير مع زيادة عدد التصادمات ، ونتيجة لذلك ، تنخفض سرعة وموثوقية اتصالات Wi-Fi.

في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية ، يمكن أن يكون ازدحام الأثير لدرجة أن الاتصال في نطاق 2.4 غيغاهرتز بالكاد يزحف. أدى ذلك إلى حقيقة أنه في عدد من البلدان ، بدأ مقدمو الخدمة في إغلاق هذا النطاق للفيديو أو الصوت ، ومعظم مصنعي الهواتف الذكية لا ينصحون عمومًا باستخدام 2.4 جيجا هرتز Wi-Fi. يشير معيار IEEE 802.11ac بشكل عام إلى العمل فقط في نطاق 5 جيجاهرتز ، على الرغم من أنه متوافق مع الإصدارات السابقة مع IEEE 802.11n الأقدم.

يمكن مقارنة خدمة الواي فاي الحديثة بطريق سريع مزدحم في ساعة الذروة. ولكن ، كما ذكر أعلاه ، لا يتعلق الأمر فقط بعدد اتصالات العملاء. تم تصميم الانتقال من 2.4 إلى 5 غيغاهرتز لحل مشكلة ازدحام القناة ، ولكن في نفس الوقت اضطررت للتضحية بالتغطية. أدى ذلك إلى حقيقة أن العديد من المستخدمين بدأوا في استخدام مضخمات الأجهزة وبناء شبكات شبكية من أجل تحقيق مستوى إشارة لائق في كل غرفة. تستمع مكبرات الصوت إلى الأثير ، وتتلقى إشارة من جهاز التوجيه وتكررها بقوة أعلى ، وأحيانًا على قناة أخرى. هذا يؤدي إلى زيادة في عدد التراكبات لإرسالات Wi-Fi في نفس نطاقات التردد.

الموفرون والمشغلون

من وجهة النظر هذه ، أصبحت نقاط وصول Wi-Fi العامة شرًا حقيقيًا. في عام 2005 ، قدم الموفر الإسباني Fon Wireless لأول مرة مفهوم النقاط الساخنة للمجتمع ، والتي تعتمد على أجهزة التوجيه الخاصة ، واليوم تكتسب هذه الظاهرة شعبية في العالم. بدأ بعض مزودي خدمة الإنترنت في نشر هذه النقاط بسرعة للمشتركين ، باستخدام أجهزة توجيه عملائهم لهذا الغرض. وفقًا لـ Juniper Research ، في عام 2017 ، سيتمكن ثلث أجهزة التوجيه المنزلية في العالم من العمل كنقطة وصول للمجتمع. سيتم تخصيص جزء من طيف Wi-Fi لهذه الاحتياجات ، ولن يحذر أصحاب أجهزة التوجيه أنفسهم من ذلك.

لكن هذا ليس كل شيء أدى النمو السريع في عدد الهواتف الذكية إلى حقيقة أن نطاق النطاق الترددي المخصص للاتصالات المتنقلة قد استنفد عمليا. ويخطط مشغلو الاتصالات في السنوات القادمة لنقل جزء كبير من عبء نقل بيانات الهاتف المحمول إلى نطاقات Wi-Fi غير المرخصة. تقنيات مشابهة تسمى LTE-U (LTE-Unlicensed) و LAA (وصول مساعد مرخص). إنها تعني استخدام 4G LTE وأجهزة التوجيه لنقل البيانات في نفس نطاق 5 جيجا هرتز مثل Wi-Fi. على الرغم من أن مشغلي الاتصالات يدعون أن هذا لن يكون له تأثير يذكر على مستخدمي Wi-Fi ، إلا أن عددًا من الشركات الكبيرة ، بما في ذلك Google و Microsoft ، تعتقد أن LTE-U و LAA ستؤدي بالتأكيد إلى تفاقم قنوات Wi-Fi وتقليل جودة الاتصال.

هل لديك لعبة الداما أم تذهب؟

الذهاب إلى أبعد من ذلك: في أحدث معيار IEEE 802.11ac ، تم تخفيض عدد القنوات لزيادة السرعة من أجل بث دفق الفيديو عالي الدقة وتوفير البطاريات للأجهزة المحمولة التي ستنقل البيانات على ترددات عالية فقط لفترة محدودة. زيادة الإنتاجية القصوى إلى 1.3 جيجابت / ثانية. مقارنة ب 450 ميجا بت / ثانية. في 802.11n. ولكن تم تحقيق ذلك ، من بين أمور أخرى ، من خلال الجمع بين القنوات. في IEEE 802.11ac Wave 3 ، ينقسم طيف Wi-Fi المتوفر بالكامل عمومًا إلى قناتين فقط بقوة 160 ميجاهرتز ، أي أنه في هذا الوضع ، يمكن أن يعمل زوجان فقط من الأجهزة في وقت واحد دون تداخل. إذا استخدم جارك ، على سبيل المثال ، إحدى هاتين القناتين لمشاهدة فيلم ، وجار الجار الآخر إلى القناة الثانية ، فلن يتبقى لك شيء.

بطريقة أو بأخرى ، اختفت فجأة الميزة الرئيسية لنطاق 5 غيغاهرتز عبر النطاق 2.4 غيغاهرتز فجأة - عدد كبير من القنوات غير المتداخلة.

بالنظر إلى كل ما سبق ، في السنوات القادمة ، تخاطر شبكة Wi-Fi في المدن الكبرى بالتحول من بديل سريع للإنترنت عبر الهاتف المحمول إلى بديل بطيء بشكل مزعج. للأسف ، فإن اعتماد معيار 802.11ac على نطاق واسع ، والذي يقدم قنوات أوسع وأسرع ، ولكن أقل ، سيزيد الوضع سوءًا. بالمناسبة ، نشرت وكالة الاتصالات Ofcom في عام 2013 دراسة توقعت تحقيق مستوى حرج من ازدحام طيف Wi-Fi بحلول عام 2020.

DFS كإجراء مؤقت

هل تتذكر الرادارات التي لها الحق في استخدام جزء من نطاق 5 جيجا هرتز؟ اليوم ، يتم تجاهل هذه القنوات من قبل الأجهزة الاستهلاكية ، ولكن إذا بدأت في استخدامها بشكل كبير ، فقد يؤدي ذلك إلى تغيير الصورة تمامًا.

كما يقترح الكابتن ، بعيدًا عن كل ركن في المدن الكبيرة ، هناك رادارات عسكرية وأرصاد جوية ، والعديد منها لا يعمل أيضًا على مدار الساعة. لذلك ، يمكن استخدام هذا الجزء من الطيف من قبل الأجهزة الاستهلاكية بشرط أن يتم تنفيذ آلية DFS ( اختيار التردد الديناميكي ) على نطاق واسع: يراقب جهاز التوجيه باستمرار نشاط مصادر الإشارة ذات الأولوية ، وبمجرد أن يبدأ الرادار في العمل ، فإنه يتحول إلى قناة أخرى أو يقلل من قوة الإرسال. يشير DFS إلى تحرير القناة لمدة 10 ثوانٍ للنصف ساعة التالية ، حتى إذا تم اكتشاف نبضة 1 مللي ثانية من مصدر الأولوية.



يمكن لمعظم الأجهزة الاستهلاكية التي تم إصدارها في آخر 3-4 سنوات - الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة بشكل أساسي - فهم أوامر DFS ، ولكن لهذا السبب ، يجب أن تكون أجهزة التوجيه هي DFS الرئيسية. أي أن الموجهات هي المسؤولة عن مراقبة الطيف وإطلاق القنوات المجاورة.

ولكن ليس من السهل تنفيذ وظيفة DFS الرئيسية في جهاز التوجيه: قد يكون من الصعب للغاية الكشف عن نبضات الرادار بسبب زوالها (0.5 مللي ثانية) ومستوى طاقة منخفض للغاية (-62 ..- 64 ديسيبل لكل مللي واط). علاوة على ذلك ، تستهلك أدوات كشف نبضات الرادار جزءًا من عرض النطاق الترددي للموجه ، حيث إنها مضطرة للاستماع إليها لمدة 60 ثانية قبل استخدام القناة قبل أن تقرر أنها مجانية ، وكذلك الاستماع بين جلسات تبادل البيانات.

حتى الآن ، تم العثور على وظيفة DFS الرئيسية فقط في أجهزة التوجيه باهظة الثمن ، والتي يتم استخدامها عادةً في الشركات الكبيرة. لكن DFS تدريجيًا تخترق قطاعات السعر الأقل. صحيح ، هذا ليس أيضًا حلاً سحريًا: بعد كل شيء ، عندما يتم الكشف عن إشارة من مصدر أولوية ، يضطر جهاز التوجيه إلى التبديل إلى إحدى القنوات افتراضيًا ، إلى الجزء غير DFS من طيف 5 GHz ، وهناك "مزدحمة" تمامًا. علاوة على ذلك ، لا تعود أجهزة التوجيه الحديثة عادةً إلى قنوات DFS حتى يتم إعادة تشغيلها. في أنظمة الشركات ، يتم ذلك يوميًا ، ويمكن أن تعمل أجهزة التوجيه المنزلية دون إعادة التشغيل لأسابيع وشهور ، حتى يدرك المالكون أن سرعة Wi-Fi منخفضة جدًا وحان وقت إعادة التشغيل.

والحقيقة هي أنه في تطبيقات DFS الحديثة ، تستمع وحدة الراديو لقناة واحدة فقط في كل مرة. وعندما يراقب DFS الرئيسي القناة ، يجب ألا ترسل وحدة الراديو الخاصة بها أي شيء إلى القنوات الأخرى لمدة 60 ثانية ، حتى لا تتداخل مع الاستماع الحالي. لتجنب مثل هذه المواقف ، تتطلب معظم تطبيقات DFS إعادة تشغيل جهاز التوجيه للعودة إلى قناة DFS المفتوحة.

ولكن إذا قمت بإنشاء تقنية أكثر كفاءة للكشف عن المصادر ذات الأولوية ، فإن القنوات الخاملة اليوم ستساعد في تفريغ طيف Wi-Fi 5 جيجا هرتز. على سبيل المثال ، يمكنك تجهيز جهاز التوجيه بنظام كاشف - وحدة راديو إضافية لمسح الطيف ومعالج منفصل للكشف عن نبضات الرادار وقنوات التحكم. في الوقت نفسه ، يجب فصل نظام الكاشف تمامًا عن نظام استقبال / إرسال Wi-Fi ، والذي سيحل معظم المشاكل الكامنة في تطبيقات DFS الحديثة ، عندما يكون معالج واحد مسؤولًا عن كل من نقل البيانات والبحث عن مصادر الإشارة ذات الأولوية. ستسمح لك وحدة راديو منفصلة بفحص جميع القنوات بانتظام ، وعندما يظهر مصدر أولوية في القناة الحالية ، سيعرف جهاز التوجيه ما إذا كانت هناك قناة DFS أخرى مفتوحة حاليًا ، ونقل الاتصال هناك ، وليس إلى القناة العامة الافتراضية. وبالمثل ، يمكن لجهاز التوجيه العودة تلقائيًا إلى قناة DFS السابقة بعد نصف ساعة دون مقاطعة الاتصال.

في الوقت نفسه ، سيساعد معالج إضافي على تقليل عدد عمليات الكشف الكاذبة ، وبالتالي زيادة مدة العمل في قنوات DFS. بالنظر إلى الحمل المتزايد على معالجات الموجهات الحديثة ، لا يبدو المعالج الثاني فائضًا.

من حيث المبدأ ، يعد كل هذا أيضًا إجراءً مؤقتًا: فكلما زاد عدد أجهزة التوجيه التي تستخدم قنوات خاملة الآن ، زادت سرعة تحميلها أيضًا. ولكن بحلول ذلك الوقت ، يمكن الاتفاق على نطاقات أخرى للاستخدام من قبل شبكات Wi-Fi. أو سيتعين علينا فقط أن نتصالح مع حقيقة أنه في غضون بضع سنوات لن تعمل شبكة Wi-Fi في المدن الكبرى ، بعبارة ملطفة ، وليس بسرعة.