Em países e cidades com uma infraestrutura de telecomunicações desenvolvida, os usuários estão cada vez mais reclamando do Wi-Fi. Em um ambiente urbano densamente saturado com dispositivos clientes usando Wi-Fi, a qualidade média da comunicação está se deteriorando de ano para ano. Existe alguma maneira de reverter essa tendência?
Atualmente, no mundo, existem mais de
6,5 bilhões de dispositivos conectados à rede por esse padrão sem fio e, até 2020, o número chegará a quase 21 bilhões, ou seja, aproximadamente 2,8 dispositivos por pessoa no planeta. Portanto, a falta de canais sem fio de largura de banda só piorará. No entanto, para resolver esse problema, não basta instalar roteadores mais poderosos. O motivo dos “engarrafamentos virtuais” não é apenas “estradas estreitas”, mas também vários outros fatores.
Hoje, em todas as casas e em muitos apartamentos, há um roteador Wi-Fi e em alguns - alguns. O aumento da velocidade da conexão geralmente está associado a um uso mais denso de larguras de banda. Além disso, as operadoras móveis invadem o alcance do Wi-Fi, acumulando parte do tráfego e, com o advento do 5G, a situação pode piorar.
Ou seja, o Wi-Fi tornou-se vítima de seu próprio sucesso. O que pode ser feito para resolver esse problema, ou pelo menos para mitigá-lo?
Multidão no ar
Embora em diferentes países os reguladores possam impor certos requisitos para licenciar o espectro de frequências Wi-Fi, em geral esse intervalo permanece mais ou menos aberto. Os usuários devem cumprir os requisitos técnicos, incluindo os limites de potência de transmissão, mas nenhuma permissão especial é necessária. Hoje, quase todas as redes Wi-Fi públicas, incluindo as domésticas, operam nas bandas de 2,4 e 5 GHz. Ao mesmo tempo, ondas de 2,4 gigahertz penetram melhor através de paredes e móveis e, de fato, são transmitidas ainda mais em comparação com 5 gigahertz, com a mesma potência de transmissão.
Por exemplo, nos EUA, o regulador alocou uma largura de banda de 84,5 MHz para Wi-Fi. Na estrutura do padrão 802.11b / g / n, a largura do canal é de 20 ou 22 MHz, de modo que apenas três canais podem ser ajustados à banda comum sem sobreposição mútua: 1, 6 e 11. Na Europa, a situação é quase a mesma:
13 canais , dos quais ao mesmo tempo apenas três podem ser usados sem sobreposição mútua. No Japão, um pouco mais fácil: 14 canais e 4 simultâneos sem sobreposição.
Portanto, se você vir mais de três roteadores de 2,4 GHz na lista de redes Wi-Fi ou se houver três deles, mas um usar um canal diferente de 1, 6 e 11, haverá uma sobreposição de canais.
No Wi-Fi de 5 GHz, a situação é diferente: 38 canais não sobrepostos de 10 e 20 MHz de largura estão dispostos no intervalo de 5170 a 5905 GHz (nos EUA - 5180-5825 e 24 canais de 20 MHz, na Europa e no Japão há ainda menos canais ) Parece que várias vezes mais canais que não interferem entre si devem melhorar a qualidade da comunicação na faixa de 5 GHz. Mas aqui a especificidade regional intervém: em diferentes países, alguns dos canais podem não estar acessíveis para uso público, uma vez que radares militares e meteorológicos e televisão por satélite operam nessas frequências. Portanto, devido à complexidade de “ajustar” o tráfego às frequências “problemáticas”, a grande maioria dos roteadores simplesmente os ignora.
Portanto, em cada uma das duas faixas, temos uma série de canais não sobrepostos. Porém, devido à abundância de roteadores e dispositivos clientes, a sobreposição se transformou em uma situação normal. Quando surge um conflito - duas transmissões Wi-Fi se cruzam - todos os participantes ficam em silêncio temporariamente e, depois de alguma pausa, retornam ao ar novamente. A duração das pausas aumenta exponencialmente à medida que o número de colisões aumenta, como resultado, a velocidade e a confiabilidade das conexões Wi-Fi diminuem.
Em áreas densamente povoadas, o congestionamento de éter pode ser tal que a conexão na faixa de 2,4 gigahertz mal se arrasta. Isso levou ao fato de que em vários países, os fornecedores começaram a fechar esse intervalo de vídeo ou voz, e a maioria dos fabricantes de smartphones geralmente não recomenda o uso de Wi-Fi de 2,4 gigahertz. O padrão IEEE 802.11ac geralmente implica operar apenas na faixa de 5 GHz, embora seja compatível com versões anteriores do IEEE 802.11n mais antigo.
O Wi-Fi moderno pode ser comparado a uma estrada movimentada na hora do rush. Mas, como mencionado acima, não se trata apenas do número de conexões do cliente. A transição de 2,4 para 5 GHz foi projetada para resolver o problema de congestionamento de canal, mas ao mesmo tempo tive que sacrificar a cobertura. Isso levou ao fato de que muitos usuários começaram a usar amplificadores de hardware e construir redes de malha para obter um nível de sinal decente em cada sala. Os amplificadores ouvem o éter, recebem um sinal do roteador e o duplicam com maior potência, às vezes em outro canal. Isso leva a um aumento no número de sobreposições de transmissões Wi-Fi nas mesmas faixas de frequência.
Fornecedores e Operadores
Deste ponto de vista, os pontos de acesso Wi-Fi públicos se tornaram um verdadeiro mal. Em 2005, o provedor espanhol Fon Wireless introduziu o conceito de hotspots comunitários, baseados em roteadores privados, e hoje esse fenômeno está ganhando popularidade no mundo. Alguns provedores de serviços da Internet começaram a implantar rapidamente
esses pontos para assinantes, usando os roteadores de seus clientes para isso. Segundo a Juniper Research, em 2017, um
terço dos roteadores domésticos do mundo poderá operar como um ponto de acesso para a comunidade. Parte do espectro de Wi-Fi será alocada para essas necessidades, e os proprietários dos roteadores nem mesmo alertarão sobre isso.
Mas isso não é tudo. O rápido crescimento no número de smartphones levou ao fato de que a largura de banda do espectro alocada para comunicações móveis foi praticamente esgotada. E as operadoras de telecomunicações planejam nos próximos anos transferir uma parte significativa do ônus da transferência de dados móveis para bandas de Wi-Fi não licenciadas. Tecnologias semelhantes são chamadas LTE-U (LTE-Unlicensed) e LAA (Licensed Assisted Access). Elas implicam o uso de 4G LTE e roteadores para transmitir dados no mesmo intervalo de 5 gigahertz que o Wi-Fi. Embora as operadoras de telecomunicações afirmem que isso terá pouco efeito sobre os usuários de Wi-Fi, várias
empresas grandes , incluindo Google e Microsoft, acreditam que LTE-U e LAA definitivamente irão agravar os canais Wi-Fi e reduzir a qualidade da comunicação.
Você tem damas ou vai?
Indo além: no mais recente padrão IEEE 802.11ac, o número de canais foi reduzido para aumentar a velocidade, a fim de transmitir streaming de vídeo em alta definição e economizar baterias para dispositivos móveis que transmitirão dados em alta frequência apenas por tempo limitado. A taxa de transferência máxima aumentou para 1,3 Gb / s. comparado a 450 Mb / s. no 802.11n. Mas isso foi alcançado, entre outras coisas, combinando os canais. No IEEE 802.11ac Wave 3, todo o espectro Wi-Fi disponível geralmente é dividido em apenas dois canais de 160 MHz, ou seja, nesse modo, apenas dois pares de dispositivos podem funcionar simultaneamente sem sobreposição. Se, por exemplo, seu vizinho usar um desses dois canais para assistir a um filme, e o outro vizinho pegar o segundo canal, você não terá mais nada.
De alguma forma, a principal vantagem da faixa de 5 GHz sobre a banda de 2,4 GHz desapareceu repentinamente - um grande número de canais sem sobreposição.
Diante do exposto, nos próximos anos, o Wi-Fi nas grandes cidades corre o risco de passar de uma alternativa rápida à Internet móvel para uma irritantemente lenta. Infelizmente, a ampla adoção do padrão 802.11ac, que oferece canais mais amplos e rápidos, mas com menos canais, só piorará a situação. A propósito, a agência de telecomunicações Ofcom em 2013
publicou um estudo que previa a obtenção de um nível crítico de congestionamento do espectro Wi-Fi até 2020.
DFS como uma medida temporária
Lembra dos radares que têm prioridade de usar parte da faixa de 5 gigahertz? Hoje, esses canais são ignorados pelos dispositivos do consumidor, mas se você começar a usá-los em massa, isso poderá mudar completamente a imagem.
Como sugere o capitão, longe de todos os cantos das grandes cidades existem radares militares e meteorológicos, muitos dos quais também não funcionam 24 horas por dia. Portanto, essa parte do espectro pode ser usada por dispositivos de consumidor, desde que o mecanismo DFS (
Dynamic Frequency Selection ) seja introduzido massivamente: o roteador monitora constantemente a atividade de fontes de sinal prioritárias e, assim que o radar começa a funcionar, ele muda para outro canal ou reduz a potência de transmissão. O DFS implica liberar o canal por 10 segundos pela próxima meia hora, mesmo se um pulso de 1 milissegundo for detectado da fonte prioritária.
A maioria dos dispositivos de consumo lançados nos últimos 3-4 anos - principalmente smartphones, tablets e laptops - pode entender os comandos do DFS, mas, para isso, os roteadores devem ser mestres do DFS. Ou seja, são os roteadores que são responsáveis por monitorar o espectro e liberar os canais adjacentes.
Mas não é tão simples implementar a função principal DFS no roteador: os pulsos do radar podem ser muito difíceis de detectar devido à sua transitoriedade (0,5 ms) e nível de energia extremamente baixo (-62 ..- 64 dB por mlW). Além disso, as ferramentas de detecção de pulso de radar consomem parte da largura de banda do roteador, pois são forçadas a ouvi-lo por 60 segundos antes de usar o canal antes de decidir que é gratuito, bem como a ouvir entre as sessões de troca de dados.
Até o momento, a função principal do DFS é encontrada apenas em roteadores caros, geralmente usados em grandes empresas. Mas gradualmente o DFS penetra em segmentos de preços mais baixos. É verdade que isso também não é uma panacéia: afinal, quando um sinal é detectado a partir de uma fonte prioritária, o roteador é forçado a mudar para um dos canais por padrão, para a parte não DFS do espectro de 5 GHz e lá está "lotado". Além disso, os roteadores modernos geralmente não retornam aos canais DFS até serem reinicializados. Nos sistemas corporativos, isso é feito diariamente, e os roteadores domésticos podem funcionar sem reiniciar por semanas e meses, até que os proprietários percebam que a velocidade do Wi-Fi é muito baixa e é hora de reiniciá-lo.
O fato é que, nas implementações modernas do DFS, o módulo de rádio escuta apenas um canal por vez. E quando o mestre DFS monitora o canal, seu módulo de rádio não deve transmitir nada a outros canais por 60 segundos, para não interferir na escuta atual. Para evitar tais situações, a maioria das implementações do DFS exige uma reinicialização do roteador para retornar ao canal DFS aberto.
Mas se você criar uma tecnologia mais eficiente para detectar fontes prioritárias, os canais atualmente inativos ajudariam a descarregar o espectro Wi-Fi de 5 GHz. Por exemplo, você pode equipar o roteador com um sistema detector - um módulo de rádio adicional para varredura do espectro e um processador separado para detectar pulsos de radar e controlar canais. Ao mesmo tempo, o sistema detector deve ser completamente separado do sistema de recepção / transmissão Wi-Fi, que resolverá a maioria dos problemas inerentes às implementações modernas do DFS, quando um processador é responsável pela transferência de dados e pela busca de fontes de sinal prioritárias. Um módulo de rádio separado permitirá que você verifique regularmente todos os canais e, quando uma fonte prioritária aparecer no canal atual, o roteador saberá se há outro canal DFS aberto no momento, transferindo a conexão para lá e não para o canal público padrão. Da mesma forma, o roteador pode retornar automaticamente ao canal DFS anterior após um limite de meia hora sem interromper a conexão.
Ao mesmo tempo, um processador adicional ajudará a minimizar o número de detecções falsas, aumentando assim a duração do trabalho nos canais DFS. Dada a crescente carga nos processadores de roteadores modernos, o segundo processador não parece um excesso.
Em princípio, tudo isso também é uma medida temporária: quanto mais roteadores começarem a usar agora os canais inativos, mais rapidamente eles serão sobrecarregados. Mas até então, outros intervalos poderiam ser acordados para uso pelas redes Wi-Fi. Ou teremos que aceitar o fato de que em alguns anos o Wi-Fi não funcionará em megacidades, para dizer o mínimo, não rapidamente.