En países y ciudades con una infraestructura de telecomunicaciones desarrollada, los usuarios se quejan cada vez más de Wi-Fi. En un entorno urbano densamente saturado de dispositivos de clientes que utilizan Wi-Fi, la calidad de comunicación promedio se deteriora de año en año. ¿Hay alguna forma de revertir esta tendencia?
Ahora en el mundo hay más de
6.5 billones de dispositivos conectados a la red a través de este estándar inalámbrico, y para 2020 su número alcanzará casi 21 billones, esto es aproximadamente 2.8 dispositivos por persona en el planeta. Por lo tanto, la falta de canales inalámbricos de ancho de banda solo empeorará. Sin embargo, para resolver este problema, simplemente instalar enrutadores más potentes no es suficiente. La razón de los "embotellamientos virtuales" no es solo "carreteras estrechas", sino también una serie de otros factores.
Hoy en día, en cada casa y en muchos apartamentos hay un enrutador Wi-Fi, y en algunos, algunos. Aumentar la velocidad de conexión generalmente se asocia con un uso más denso de los anchos de banda. Además, los operadores móviles invaden el rango de Wi-Fi, concentrando parte del tráfico en él, y con la llegada de 5G, la situación puede empeorar.
Es decir, el wifi se ha convertido en una víctima de su propio éxito. ¿Qué se puede hacer para resolver este problema, o al menos mitigarlo?
Multitud en el aire
Aunque en diferentes países los reguladores pueden imponer ciertos requisitos para la licencia del espectro de frecuencia de Wi-Fi, en general este rango sigue siendo más o menos abierto. Los usuarios deben cumplir con los requisitos técnicos, incluidos los límites de potencia de transmisión, pero no se requieren permisos especiales. Hoy en día, casi todas las redes públicas de Wi-Fi, incluidas las domésticas, operan en las bandas de 2.4 y 5 GHz. Al mismo tiempo, las ondas de 2.4 gigahercios penetran mejor a través de paredes y muebles, y de hecho se transmiten aún más en comparación con los 5 gigahercios, con la misma potencia de transmisión.
Por ejemplo, en los EE. UU., El regulador asignó un ancho de banda de 84.5 MHz para Wi-Fi. En el marco del estándar 802.11b / g / n, el ancho del canal es de 20 o 22 MHz, por lo que solo pueden encajar tres canales en la banda común sin solapamiento mutuo: 1, 6 y 11. En Europa, la situación es casi la misma:
13 canales , de los cuales al mismo tiempo solo se pueden usar tres sin superposición mutua. En Japón, un poco más fácil: 14 canales y 4 sin superposición simultánea.
Entonces, si ve más de tres enrutadores de 2.4 GHz en la lista de redes Wi-Fi, o si hay tres de ellos, pero uno usa un canal que no sea 1, 6 y 11, entonces hay una superposición de canales.
En Wi-Fi de 5 GHz, la situación es diferente: 38 canales no superpuestos de 10 y 20 MHz de ancho se colocan en el rango de 5170 a 5905 GHz (en los EE. UU. - 5180-5825 y 24 canales de 20 MHz, en Europa y Japón hay aún menos canales ) Parece que varias veces más canales que no interfieren entre sí deberían mejorar la calidad de la comunicación en el rango de 5 GHz. Pero aquí interviene la especificidad regional: en diferentes países, algunos de los canales pueden no ser accesibles para uso público, ya que los radares militares y meteorológicos y la televisión por satélite operan a estas frecuencias. Por lo tanto, debido a la complejidad de "ajustar" el tráfico a las frecuencias "problemáticas", la gran mayoría de los enrutadores simplemente los ignoran.
Entonces, en cada uno de los dos rangos, tenemos una serie de canales no superpuestos. Pero debido a la abundancia de enrutadores y dispositivos cliente, la superposición se convirtió en una situación normal. Cuando surge un conflicto, dos transmisiones de Wi-Fi se cruzan, todos los participantes se quedan temporalmente en silencio y, después de una pausa, vuelven al aire nuevamente. La duración de las pausas aumenta exponencialmente a medida que aumenta el número de colisiones, como resultado, la velocidad y la confiabilidad de las conexiones Wi-Fi disminuyen.
En áreas densamente pobladas, la congestión de éter puede ser tal que la conexión en el rango de 2.4 gigahercios apenas se arrastra. Esto llevó al hecho de que en varios países los proveedores comenzaron a cerrar este rango para la transmisión de video o voz, y la mayoría de los fabricantes de teléfonos inteligentes generalmente no recomiendan el uso de Wi-Fi de 2.4 gigahercios. El estándar IEEE 802.11ac generalmente implica operar solo en el rango de 5 GHz, aunque es compatible con las versiones anteriores de IEEE 802.11n.
El Wi-Fi moderno se puede comparar con una carretera concurrida en la hora pico. Pero, como se mencionó anteriormente, no se trata solo de la cantidad de conexiones de clientes. La transición de 2.4 a 5 GHz fue diseñada para resolver el problema de la congestión del canal, pero al mismo tiempo tuve que sacrificar la cobertura. Esto llevó al hecho de que muchos usuarios comenzaron a usar amplificadores de hardware y construir redes de malla para lograr un nivel de señal decente en cada habitación. Los amplificadores escuchan el éter, reciben una señal del enrutador y lo duplican con mayor potencia, a veces en otro canal. Esto lleva a un aumento en el número de superposiciones de transmisiones Wi-Fi en los mismos rangos de frecuencia.
Proveedores y Operadores
Desde este punto de vista, los puntos de acceso público a Wi-Fi se han convertido en un verdadero mal. En 2005, el proveedor español Fon Wireless introdujo por primera vez el concepto de puntos de acceso comunitarios, que se basan en enrutadores privados, y hoy este fenómeno está ganando popularidad en el mundo. Algunos proveedores de servicios de Internet comenzaron a implementar rápidamente
dichos puntos para los suscriptores, utilizando los enrutadores de sus clientes para esto. Según Juniper Research, en 2017, un
tercio de los enrutadores domésticos del mundo podrán operar como un punto de acceso para la comunidad. Parte del espectro de Wi-Fi se asignará a estas necesidades, y los propietarios de los enrutadores ni siquiera lo advertirán.
Pero eso no es todo. El rápido crecimiento en el número de teléfonos inteligentes ha llevado al hecho de que el ancho de banda del espectro asignado para las comunicaciones móviles se ha agotado prácticamente. Y los operadores de telecomunicaciones planean en los próximos años transferir una parte significativa de la carga de la transferencia de datos móviles a bandas de Wi-Fi sin licencia. Tecnologías similares se denominan LTE-U (LTE-sin licencia) y LAA (acceso asistido con licencia). Implican el uso de 4G LTE y enrutadores para transmitir datos en el mismo rango de 5 gigahercios que el Wi-Fi. Aunque los operadores de telecomunicaciones afirman que esto tendrá poco efecto en los usuarios de Wi-Fi, varias
grandes empresas , incluidas Google y Microsoft, creen que LTE-U y LAA definitivamente agravarán los canales de Wi-Fi y reducirán la calidad de la comunicación.
¿Tienes damas o vas?
Yendo más allá: en el último estándar IEEE 802.11ac, la cantidad de canales se ha reducido para aumentar la velocidad con el fin de transmitir transmisión de video de alta definición y ahorrar baterías para dispositivos móviles que transmitirán datos a altas frecuencias solo por un tiempo limitado. El rendimiento máximo aumentó a 1.3 Gb / s. en comparación con 450 Mb / s. en 802.11n. Pero esto se logró, entre otras cosas, combinando los canales. En IEEE 802.11ac Wave 3, todo el espectro de Wi-Fi disponible generalmente se divide en solo dos canales de 160 MHz, es decir, en este modo solo dos pares de dispositivos pueden funcionar simultáneamente sin superponerse. Si, por ejemplo, su vecino usa uno de estos dos canales para mirar una película, y el otro vecino toma el segundo canal, entonces no le quedará nada.
De alguna manera, la principal ventaja del rango de 5 GHz sobre la banda de 2.4 GHz desapareció repentinamente: una gran cantidad de canales no superpuestos.
Teniendo en cuenta todo lo anterior, en los próximos años, el Wi-Fi en las grandes ciudades corre el riesgo de pasar de una alternativa rápida a Internet móvil a una molestamente lenta. Lamentablemente, la adopción generalizada del estándar 802.11ac, que ofrece canales más amplios y rápidos, pero con menos canales, solo empeorará la situación. Por cierto, la agencia de telecomunicaciones Ofcom en 2013
publicó un estudio que predijo el logro de un nivel crítico de congestión del espectro de Wi-Fi para 2020.
DFS como medida temporal
¿Recuerda los radares que tienen prioridad para usar parte del rango de 5 gigahercios? Hoy, estos canales son ignorados por los dispositivos de consumo, pero si comienzas a usarlos masivamente, esto puede cambiar completamente la imagen.
Como sugiere el Capitán, lejos de todos los rincones de las grandes ciudades hay radares militares y meteorológicos, muchos de los cuales tampoco funcionan las 24 horas. Por lo tanto, esta parte del espectro puede ser utilizada por dispositivos de consumo, siempre que el mecanismo DFS (
Dynamic Frequency Selection ) se introduzca de forma masiva: el enrutador monitorea constantemente la actividad de las fuentes de señal prioritarias y, tan pronto como el radar comienza a funcionar, cambia a otro canal o reduce la potencia de transmisión. DFS implica liberar el canal durante 10 segundos durante la siguiente media hora, incluso si se detecta un pulso de 1 milisegundo desde la fuente de prioridad.
La mayoría de los dispositivos de consumo lanzados en los últimos 3-4 años, principalmente teléfonos inteligentes, tabletas y computadoras portátiles, pueden entender los comandos DFS, pero para esto, los enrutadores deben ser maestros DFS. Es decir, son los enrutadores los responsables de monitorear el espectro y liberar los canales adyacentes.
Pero no es tan fácil implementar la función maestra DFS en el enrutador: los pulsos de radar pueden ser muy difíciles de detectar debido a su transitoriedad (0.5 ms) y un nivel de energía extremadamente bajo (-62 ..- 64 dB por mlW). Además, las herramientas de detección de pulso de radar consumen parte del ancho de banda del enrutador, ya que se ve obligado a escucharlo durante 60 segundos antes de usar el canal antes de decidir que es gratuito, así como a escuchar entre sesiones de intercambio de datos.
Hasta la fecha, la función maestra DFS se encuentra solo en enrutadores caros, que generalmente se usan en grandes empresas. Pero gradualmente DFS penetra en segmentos de precios más bajos. Es cierto, esto tampoco es una panacea: después de todo, cuando se detecta una señal de una fuente prioritaria, el enrutador se ve obligado a cambiar a uno de los canales de forma predeterminada, a la parte no DFS del espectro de 5 GHz, y allí está bastante "lleno". Además, los enrutadores modernos generalmente no vuelven a los canales DFS hasta que se reinician. En los sistemas corporativos, esto se hace a diario, y los enrutadores domésticos pueden funcionar sin reiniciar durante semanas y meses, hasta que los propietarios se den cuenta de que la velocidad de Wi-Fi es demasiado baja y es hora de reiniciar.
El hecho es que en las implementaciones modernas de DFS, el módulo de radio solo escucha un canal a la vez. Y cuando el maestro DFS monitorea el canal, su módulo de radio no debe transmitir nada a otros canales durante 60 segundos, para no interferir con la escucha actual. Para evitar tales situaciones, la mayoría de las implementaciones de DFS requieren un reinicio del enrutador para volver al canal DFS abierto.
Pero si crea una tecnología más eficiente para detectar fuentes prioritarias, entonces los canales que están inactivos hoy ayudarían a descargar el espectro de Wi-Fi de 5 GHz. Por ejemplo, puede equipar el enrutador con un sistema detector: un módulo de radio adicional para escanear el espectro y un procesador separado para detectar pulsos de radar y controlar canales. Al mismo tiempo, el sistema de detección debe estar completamente separado del sistema de recepción / transmisión de Wi-Fi, lo que resolverá la mayoría de los problemas inherentes a las implementaciones modernas de DFS, cuando un procesador es responsable de la transmisión de datos y de buscar fuentes de señal prioritarias. Un módulo de radio separado le permitirá escanear regularmente todos los canales, y cuando aparezca una fuente prioritaria en el canal actual, el enrutador sabrá si hay otro canal DFS actualmente abierto, transfiriendo la conexión allí y no al canal público predeterminado. Del mismo modo, el enrutador puede volver automáticamente al canal DFS anterior después de un límite de media hora sin interrumpir la conexión.
Al mismo tiempo, un procesador adicional ayudará a minimizar el número de detecciones falsas, aumentando así la duración del trabajo en los canales DFS. Dada la creciente carga en los procesadores de los enrutadores modernos, el segundo procesador no parece un exceso.
En principio, todo esto también es una medida temporal: cuanto más enrutadores comiencen a utilizar canales inactivos, más rápido también se sobrecargarán. Pero para entonces, se podrían acordar otros rangos para su uso por redes Wi-Fi. O simplemente tendremos que aceptar el hecho de que en pocos años el Wi-Fi no funcionará en megaciudades, por decirlo suavemente, no rápidamente.