Wifi dfs channels что это
Что Такое DFS на WiFi Роутере — Алгоритм Службы Каналов Беспроводных Частот
Если заглянуть в описание технических характеристик современных роутеров с поддержкой нового стандарта беспроводной связи WiFi 6, то можно обнаружить работу с таким алгоритмом, как «DFS». Что это за служба и как она используется на wifi маршрутизаторе? Об этом пойдет речь в данной статье.
Что такое DFS?
Dynamic Frequency Selection, или сокращенно DFS, — это технология, позволяющая задействовать для трафика обмена данных по дополнительные частотные каналы. Дословно переводится как «Динамический выбор частот»
То есть алгоритмы DFS призваны улучшить качество беспроводного соединения с роутером. Давайте посмотрим подробнее, каким образом. Если помните, на заре появления беспроводных сетей пользовались WiFi в диапазоне 2.4 ГГц. Я бы и сейчас с удовольствием его использовал, поскольку сигнал на 2.4 GHz обладает гораздо лучшей способностью преодоления препятствий, что особенно важно в многокомнатных квартирах с толстыми перекрытиями.
Однако с повсеместным распространением роутеров и умных беспроводных устройств и комплектов умного дома частоты 2.4 ГГц сильно загрузились. В результате чего скорости wifi стали сильно снижаться. Чтобы это понять, достаточно просто посмотреть в специальной программе количество одновременно работающих сетей в одном диапазоне
Другой стороной проблемы стали ограниченные возможности по передачи больших объемов данных через wifi сеть. То есть не только большое количество гаджетов стали потреблять wifi соединение, но и размеры информации стали слишком велики. Простой пример — раньше мы смотрели видео в разрешении HD, вес которых редко доходил до 1 ГБ. Сегодня же мы смотрим фильмы в 4К, которые весят несколько десятков гигабайт.
Эпоха 5 GHz
Тогда разработчики решили задействовать другой диапазон частот WiFi в 5 ГГц. У него значительно больше пропускная способность и максимальная скорость. Только вот с дальностью сигнала есть проблемы, которые стали решать с помощью усилителей сигнала и комплектами mesh систем роутеров.
Все было хорошо поначалу, но есть одна незадача. Широкому кругу пользователей для работы доступно лишь небольшое количество разрешенных частот в диапазоне 5 ГГц. Остальные зарезервированы для военных нужд — на них обмениваются сигналами радары и радиолокационные станции.
Появление алгоритма DFS каналов на wifi роутере
Но как мы понимаем, количество устройств, которые работают в диапазоне 5 ГГц, тоже неуклонно растет. И объемы трафика становятся от года к году все больше. При это военные радары все-таки размещены не повсеместно, и постоянно отключать свободные и вполне доступные частоты в такой ситуации становится непозволительной роскошью. Поэтому разработчики придумали встроить в роутер алгоритм DFS, который дает следующий выход из положения. При сильной загруженности разрешенных для WiFi 6 частот в диапазоне 5 ГГц маршрутизатор автоматически задействует одну из ранее закрытых. Но при появлении в радиусе приема сигнала от военных радаров служба DFS автоматически отключается, и роутер продолжает раздавать Wi-Fi на стандартной для 5 GHz частоте.
В этом и заключается преимущество современных роутеров с поддержкой WiFi 6 и DFS, то есть динамического выбора каналов беспроводных частот. В пиковые моменты нагрузки при большом количестве одновременно работающих устройств и параллельных соседских сетей роутер делает все возможное, чтобы скорость wifi осталась неизменной. В том числе и переключает их на соседние свободные каналы через алгоритмы Dynamic Frequency Selection. И работает это более эффективно, чем даже если бы выставить ширину wifi канала в 40 или 80 МГц.
Если еще вчера технология DFS использовалась только в топовых wifi роутерах, то сегодня производители все чаще встраивают ее уже в относительно бюджетные модели, например TP-Link Archer AX50, который был у нас на обзоре. Так что при выборе маршрутизатора для дома или офиса обращайте внимание на наличие DFS в характеристиках. Особенно, если стоимость роутера исчисляется несколькими тысячами рублей.
DFS – решение с проблемой ограниченности Wi-Fi частот
Многие из нас заметили, что качество wi-fi начало резко ухудшаться. Причиной этому является всеобщее использование множества гаджетов, что работают в не лицензируемом диапазоне частот. Даже выход на рынок новых спецификаций этого стандарта не способно исправить ситуацию. Статистика говорит о 6,4 миллиардах взаимодействующих с wi-fi устройств по всему миру. С таким количеством в 2020 году ожидается соотношение беспроводных устройств к каждому человеку равным 2,8. Причиной виртуальных пробок помимо самого ошеломляющего количества wi-fi устройств еще являются сети, которые сами создают проблемные ситуации.
Усугубляется ситуация и прочими причинами. Первой из них является огромнейшее количество установленных в каждом многоквартирном доме маршрутизаторов. Второй причиной является то, что запросы у пользователей на скорость передачи информации постоянно увеличиваются. Это приводит к необходимости увеличения полосы пропускания. Так сокращается количество каналов с целью увеличить ширину полосы. Третья причина – это «сбрасывание» сотовыми операторами трафика из мобильных сетей в Wi-Fi, так называемый Wi-Fi Offloading (+р). Рано или поздно это приведет к сложным ситуациям. А если и сравнивать, то можно представить, как все люди, пользовавшиеся ежедневно услугами метро в Киеве, сразу пересели на собственные автомобили.
Как видим, Wi-Fi стал жертвой своего же успеха. Но у инженеров есть ряд идей по исправлению сложившейся ситуации.
Ситуация в диапазонах без лицензии
Для того, чтобы использовать технологии Wi-Fi каждым пользователем должны соблюдаться технические требования, которые предъявлены частотными регуляторами. К одному из требований относится ограничение мощности. Сегодня домашние сети Wi-fi используют в основном только диапазоны 2,4 и 5 ГГц. Именно в диапазоне 2,4 ГГц wi-fi может лучше всего работать. В этом диапазоне частот радиосигналы почти без проблем проходят сквозь стены. К тому же при сравнении с 5 ГГц, сигнал в 2,4 ГГц при такой же мощности явно распространяется дальше.
Каждая страна разрешает использовать разное количество каналов. Как пример, в Европе и Украине можно использовать 13 каналов. А более технически продвинутая Япония разрешает задействовать 14 каналов. То есть у них можно использовать 4 неперекрывающихся канала. Только об этом напишем чуть дальше. Таблица ниже демонстрирует, сколько какая страна разрешает использовать каналов.
Страна
Диапазон частот, ГГц
Количество каналов
Европа (исключая Францию и Испанию)
Юго-Восточная Азия (в их числе Сингапур, Малайзия, Таиланд)
Каждым каналом в 2,4 ГГц-ой области частот под Wi-fi может быть занята ширина в 22 МГц. По этой причине лишь несколько из всех задействованных каналов могут быть использованы одновременно без накладывания друг на друга. В большинстве это 1, 6 и 11-ый. Но рисунок ниже более показательный.
Из-за этого, если в сети действуют больше 3 роутеров с частотой 2.4 ГГц (а в многоэтажных домах их зачастую куда и больше), то все они создают друг другу заметные помехи. Оборудование с автоматическим подбором каналов постарается распределиться по спектру таким образом, чтобы не перекрывать друг друга. Ниже можно увидеть пример подобного распределения при помощи удобной программы с названием Wi-Fi Analuzer.
В случае самостоятельной настройки работы устройства на доступные каналы есть вероятность сделать еще хуже. К примеру, если выбрать из предоставленного рисунка канал 4 или 9. Все из-за того, что маршрутизатор будет одинаково получать помехи от роутеров на соседних каналах, как бы «с обеих сторон».
В полосе на 5 ГГц сигналы распространяются в более коротком диапазоне. Зато предоставленная полоса диапазона 5.80 – 5.825 ГГц имеет целых 24 канала шириной, что не перекрываются. Так обстоят дела именно в США, а вот в Японии и Европе их на 5 меньше. Всё равно их много и дополнительные каналы Wi-fi связи могли бы решить проблему отсутствия свободных. Только вот половина из них выделена для первичного применения метеорологическими и военными радарами.(+р) По этой причине большинство обычных роутеров эти полосы не используют.
Как видите, в любом диапазоне присутствует определенное количество не пересекающихся каналов. Но так как число беспроводных устройств стремительно увеличивается, то проблемы с wi-fi становятся чуть ли не нормой. В wi-fi сети при коллизии, каждое устройство затихает. Через определенное время оно снова пытается произвести передачу данных. Время затихания называют отсрочкой. Если увеличивается количество коллизий, то увеличивается и время ожидания. Так Wi-Fi делается все медленнее и медленнее, а то и совсем ненадежным.
Уже сегодня во многих многоквартирных домах перегруженность каналов достигла своего апогея и сделала диапазон 2.4 ГГц совершенно непригодным для передачи информации с высокой скоростью. За рубежом уже многие провайдеры широкополосных услуг не используют 2.4 ГГц для передач видео материалов и голосовых трансляций. Тот же производитель Apple уже рекомендует не использовать в своих смартфонах частоту 2.4 ГГц.
В последнем и самом быстром варианте Wi-Fi IEEE 802.11ac обеспечивается работа лишь в диапазоне 5 ГГц. Большинство же устройств Wi-Fi поддерживают обе полосы. 2.4 ГГц в основном задействован для поддержки устаревших мобильных устройств.
Результаты переезда в диапазон 5 ГГц
Переход с частоты 2.4 в 5 ГГц ненадолго решил проблемы с перегрузками каналов. К тому же от такого решения пострадал радиус действия wi-fi. И многие стали задействовать специальные решения для расширения зоны. В основном в этом помогают усилители и ретрансляторы. Некоторую популярность обрели и mesh-сети. Они позволили получить равномерное wi-fi покрытие.
Ретранслятор помещается в зону действия роутера. Прослушивает все диапазоны, а после передает полученные сигналы с более высокой мощностью, а иногда даже на другом канале. Результатом их работы стало увеличение количества wi-fi сигналов, что перекрываются в одном диапазоне.
Общедоступные “хот-споты” ситуацию еще ухудшили. Ведь они стали еще более распространенными по всему миру. Любой абонент может развернуть свой спот.
Ситуацию дополнительно ухудшили еще и мобильные операторы. Они исчерпали большинство своего доступного спектра. И в планах у них в ближайшие 3 года перенести передачу мобильных данных где-то на 60% именно в нелицензионный спектр, который используется Wi-fi. Такая технология уже создана и носит название LTE-U (LTE-Unlicensed). В ней будут использованы 4G LTE-базовые станции с целью отправки и приема информации при помощи тех же 5 ГГц-ых частот, что и задействованы в Wi-Fi. Многие предполагают, что это еще сильнее ухудшит положение. Уже начали внедряться пробные LTE-U с задачей по изучению влияния на Wi-Fi.
IEEE 802.11ac снижает количество возможных каналов
IEEE 802.11ac нацелено на удовлетворение увеличивающейся потребности пользователей в скорости. Теперь можно передавать даже видео высочайшего качества. Такая спецификация вай-фая позволяет обеспечить гигабитные скорости соединения. Только вот для того, чтобы информация могла перемещаться с такой высокой скоростью, 802.11ac объединяет каналы. Высокопроизводительная конфигурация IEEE 802.11ac Wave 3 вообще объединяет весь спектр в 2 канала с шириной по 160 МГц. Это приводит к тому, что лишь 2 пары оборудования может быть задействовано на самом широком канале в одно и тоже время, не мешая друг другу. В такой ситуации при имеющихся соседях, которые в этих двух каналах смотрят фильмы, Вы только будете создавать помехи втиснув свой трафик в занятые каналы. Как результат этой ситуации – это то, что дополнительные преимущества диапазона 5 ГГц почти обнулились.
Еще в 2013-ом году телекоммуникационное агентство с названием Ofcom из Британии провело исследование и по его прогнозам в 2020 году wi-fi сети в паре с мобильными интернет-сетями станут критически перегруженными. Да и сами разработчики маршрутизаторов работали только над увеличением скорости передачи. И не подумали о том, что при распространении 802.11ac, который способен предложить более широкие но в тоже время меньшие каналы, еще сильнее повлияет на проблему перегруженности этих каналов.
Решить эту проблему может DFS
В начале статьи мы говорили о том, что первые каналы диапазона 5-ГГц не используются производителями Wi-fi роутеров из-за их занятости военными и радарами. Только вот открытие данных частот для потребителей могло бы сильно повлиять и даже на некоторый период решить проблему перегруженности каналов.
Названный спектр был доступен для wi-fi в 2007 году. Регуляторы обратили внимание на то, что радары и другие системы, работающие в этом диапазоне, находятся далеко не везде, да и работают не круглосуточно. Поэтому можно было бы перевести на эти частоты индустрию Wi-Fi связи, а точнее использовать оборудование с технологией Dynamic Frequency Selection. Динамический выбор частоты DFS позволил бы не мешать сигналам радиолокационного характера.
Суть DFS в том, что когда появляется в канале радиолокационный сигнал, то Wi-Fi трафик сразу переносится на другую полосу. Роутер с DFS должен не менее 60 секунд прослушивать весь спектр и только после объявлять канал свободным для применения. Прослушивание и после должно быть продолжено до тех пор, пока идет трафик Wi-Fi. В том случае, если маршрутизатор обнаруживает радиолокационный импульс, то его передатчик должен мгновенно очистить канал на время в пол часа. Ниже мы демонстрируем рисунок, где отображен диапазон для DFS.
Мобильные устройства, выпущенные в период последних 3-4 лет, в своем абсолютном большинстве снабжены радиопередающими модулями, что могут без проблем выполнять функции в данных полосах частот. И создать ПО для DFS совершенно не проблема. То есть внедрить Dynamic Frequency Selection не является проблемой.
Недавно был выпущен пользовательский роутер с DFS, который носит название Portal. Маршрутизатор снабжен полнофункциональным радиосканером и центральным процессором, позволяющим обнаруживать радары и управлять каналами вместе с выполнением функций стандартного маршрутизатора.
Производитель Ignition Design Labs заявил, что роутер Portal способен обеспечить на 300% больший доступ к радиоволнам по сравнению с любым другим маршрутизатором. Такое устройство станет идеальным при решении проблем в переполненных и ужасно зашумленных средах, где происходит перегруженность из-за множества роутеров.
Portal оборудован двумя отдельными радиотрактами. Первый обнаруживает радиолокационные сигналы (DFS), а второй осуществляет передачу данных по Wi-Fi. Если обнаруживается радиолокационный импульс, то система сама переходит в открытую для каждого часть спектра без перерыва передачи информации. За счет отдельных радиотрактов, роутер способен автоматически после 30 минут ожидания возвращаться назад и перепроверять тот канал без закрытий текущих передач.
К тому же Portal снабжен отдельным CPU, чтобы работать с DFS. Это минимизирует количество обнаружения ложных сигналов от радаров и сводит к минимуму то время, за которое Wi-Fi трафик покидает канал.
Выводы
До этого времени производители устройств для беспроводных сетей занимались в основном лишь вопросами по увеличению скорости передачи данных. И вот они уже задумываются о доступном спектре и об «автоматическом» выборе каналов. Может быть уже в ближайшем будущем технологическое решение DFS сможет собирать данные не тоько о радарах, а и о различных помехах и затем отправлять такие данные на облачные сервера.(+р) Для этого у специалистов есть название и звучит оно «Сетевая самооптимизация».
Такая система позволит найти наилучшие каналы для Wi-Fi устройств в любых местах. Как вариант ситуация следующего характера – Нам известно о том, что в 9 вечера канал 104 сильно перегружается. Тогда система сама переносит трафик одного пользователя на канал 136, а другого на 153-ий. Такое координирование положительно повлияет на Wi-Fi коммуникации.
Всеобъемлющая интеллектуальная система должна быть разработана до того, как Wi-Fi станет синонимом чего-то ненадежного и непригодного для применения.
Если смотреть на долгосрочные перспективы, то пора производителям начать разрабатывать технологии по переносу трафика на совершенно другие типы сетей связи, что никак не совместимы с нынешними спецификациями вай-фай. Для перераспределения спектра уже сегодня рассматриваются частоты 3.5, 4.9 и 5.9 ГГц. Только диапазоны опять же заняты военными и промышленным спектром. А значит, даже при их одобрении нужно будет использовать технологию DFS.
Какой канал выбрать для WiFi
На большинстве точек доступа по умолчанию установлен автоматический выбор канала. Обычно это работает хорошо, но при плотной застройке, возникает множество проблем, точка доступа не может выбрать канал и клиенты порой вообще не могут подключиться. Связано с тем что при большом количестве точек доступа и устройств работающих на одном канале по близости появляются помехи, и канал «перегружен». Помехи создают множество проблем в работе интернета через Wi-Fi: «обрывы» соединения, низкая скорость, – нестабильная работа.
Для чего устанавливать канал вручную
Количество одновременно работающих точек доступа на частотах 2.4 ГГц и 5 ГГц растет. И получается, что одновременно в одном диапазоне на разных каналах WiFi работает множество беспроводных сетей. Они друг другу мешают своими перекрещивающимися сигналами. Причем в
98% случаев маршрутизаторы настроены на выбор канала в автоматическом режиме и делают это не всегда корректно. В результате сигналы смешиваются, создают помехи и мешают друг другу работать. Из-за этого падает качество соединения.
Поэтому, если у вас подобная ситуация и наблюдаются вышеописанные проблемы, есть смысл поискать более свободный канал.
Идеально — попытаться договориться с соседями о распределении каналов и уменьшении мощностей передатчиков для уменьшения помех. Находящиеся поблизости друг от друга точки доступа должны быть разнесены по неперекрывающимся каналам (например, 1, 6, 11), а мощность передатчиков — уменьшена, чтобы покрывать лишь нужную площадь.
Анализ загруженности WiFi сети
Анализ сети это первое что стоит сделать, для этого нам понадобится любое устройство с WiFi модулем и возможностью свободно перемещается, прекрасно подойдут телефоны, планшеты и даже ноутбуки. На данных устройствах необходимо установить программное обеспечение, которое позволит сканировать WiFi сети в нужном диапазоне 2.4 ГГц, 5 ГГц и даже 6 ГГц.
Как выбрать подходящий канал
После сканирования сети, уже имеем некоторое представление о загруженности сети. И стоит внимательно оценить полученные результаты
Беспроводные сети созданные точкой доступа с мощностью ниже -85dBm, можно опустить, большая часть находится достаточно далеко для того что бы использовать эти каналы повторно, с мощностью от -50dBm до -40dBm бороться практически бесполезно, остается отступить от них и выбрать промежуток доступный для использования, на данном примере это 7,8,9 каналы, так же можно рассмотреть 10 и 11 каналы.
Какой выбрать подходящий канал для диапазона 2.4 ГГц
Какой выбрать подходящий канал для диапазона 5 ГГц
DFS каналы и влияние RADAR
Динамический выбор частоты (DFS) – это функция WiFi, которая позволяет использовать частоты 5 ГГц, которые обычно зарезервированы для радаров.
Если включена поддержка DFS, точкам доступа Wi-Fi необходимо будет убедиться, что любой находящийся поблизости радар не использует частоты DFS. Этот процесс называется проверкой доступности канала и выполняется во время процесса загрузки точки доступа, а также во время ее обычных операций.
Если точка доступа обнаруживает, что радар использует определенный канал DFS, он исключит этот канал из списка доступных каналов. Это состояние будет длиться 30 минут, после чего точка доступа снова проверит, можно ли использовать канал для передачи.
Каналы которые в России могут использоваться радарами 100-144, так же 100-128 запрещены к использованию, поэтому при использовании 160МГц на каналах возможно ограничение доступа и снижение скорости за счет уменьшения ширина канала или вообще отсутствие диапазона 5ГГц
Brief introduction of DFS function
What is DFS?
Dynamic Frequency Selection (DFS), refers to a mechanism to allow unlicensed devices, especially those operating out-door to share the 5GHz frequency bands which have been allocated to radar systems without causing interference to those radars.
With DFS function enabled, the devices will monitor the frequency they are using for radar signals. If radar signals are detected on current channel, the devices will vacate that channel and switch to an alternate channel automatically. In addition, the channel which radars are detected will not be used for a period of time.
Which channels require DFS?
Note:
The channels listed above include all DFS channels according to ITU-T Radio Regulations, but the available DFS channels may be different in different countries and regions.
How does DFS Operate?
Before Operation:
If 5GHZ devices with DFS function enabled choose a DFS channel before operation, the devices will detect radar signals for a period of time (about 1 or 10 minutes). And if radar signals are detected on current channel, the devices will vacate that channel and switch to another channel.
During Operation:
When operating on a DFS channel, 5GHZ devices with DFS function enabled will monitor the operating channel for radar signals continuously. If radar signals are detected on the current operating channel, the devices will also abdicate that channel and choose an alternative channel.
How does DFS affect you?
The 5GHz device may choose a DFS channel during its initial state, so client device will not be able to find its wireless network for a while.
If the device is already operating on a DFS channel and radar signals are detected you will encounter disconnection, however the connection can be restored after a while. But you may see the change in the operating channel.
Note:
Неиспользуемые резервы Wi-Fi
В странах и городах с развитой телекоммуникационной инфраструктурой у пользователей всё чаще возникают нарекания на работу Wi-Fi. В урбанистической среде, плотно насыщенной клиентскими устройствами, использующими Wi-Fi, среднестатистическое качество связи год от года ухудшается. Можно ли как-то переломить эту тенденцию?
Сейчас в мире более 6,5 млрд устройств, подключённых к сети посредством этого беспроводного стандарта, а к 2020-му году их количество достигнет почти 21 млрд. Это примерно 2,8 устройств на каждого человека на планете. Так что нехватка пропускной способности беспроводных каналов будет только усугубляться. Однако для решения этой проблемы недостаточно просто установить больше мощных маршрутизаторов. Причиной «виртуальных пробок» является не только «узость дорог», но и ряд других факторов.
Сегодня в каждом доме и многих квартирах есть по Wi-Fi-роутеру, а в некоторых — по несколько Повышение скорости соединения обычно связано с более плотным использованием полос пропускания. Кроме того, мобильны операторы покушаются на Wi-Fi-диапазон, упаковывая в него часть трафика, и с появлением 5G ситуация может ещё больше усугубиться.
То есть Wi-Fi фактически стал жертвой собственного успеха. Что можно сделать для решения этой проблемы, или хотя бы для её смягчения?
Толчея в эфире
Хотя в разных странах регуляторы могут накладывать определённые требования по лицензированию спектра частот Wi-Fi, в целом этот диапазон остаётся более-менее открытым. Пользователи должны соблюдать технические требования, включая ограничения по мощности передачи, но для этого не нужно получить никаких специальных разрешений. Сегодня почти все общественные Wi-Fi-сети, в том числе и домашние, работают в диапазонах 2,4 и 5 ГГц. При этом 2,4-гигагерцовые волны лучше проникают сквозь стены и мебель, да и вообще передаются дальше по сравнению с 5-гигагерцовыми, при одинаковой мощности передачи.
К примеру, в США регулятор выделил для Wi-Fi полосу шириной 84,5 МГц. В рамках стандарта 802.11b/g/n ширина каналов — 20 или 22 МГц, так что в общую полосу можно без взаимного перекрытия уместить только три канала: 1, 6 и 11. В Европе ситуация почти такая же: 13 каналов, из которых одновременно можно использовать только три без взаимных перекрытий. В Японии чуть легче: 14 каналов и 4 одновременных неперекрывающихся.
Так что если в списке Wi-Fi-сетей вы видите более трёх 2,4-гигагерцовых роутеров, или если их три, но какой-то один использует канал, отличный от 1, 6 и 11, то имеет место наложение каналов.
В 5-гигацерцовом Wi-Fi ситуация иная: в диапазон от 5170 до 5905 ГГц уложено 38 неперекрывающихся каналов 10- и 20-мегагерцовой ширины (в США — 5180-5825 и 24 канала 20-мегагерцовой ширины, в Европе и Японии каналов ещё меньше). Казалось бы, в несколько раз больше каналов, которые не мешают друг другу, должны улучшить качество связи в 5-гигагерцовом диапазоне. Но тут вмешивается региональная специфика: в разных странах часть каналов могут быть недоступны для общественного использования, так как на этих частотах работают военные и метеорологические радары, спутниковое телевидение. Поэтому из-за сложности «вписывания» трафика в «проблемные» частоты подавляющее большинство роутеров их просто игнорируют.
Итак, в каждом из двух диапазонов у нас есть ряд неперекрывающихся каналов. Но из-за обилия роутеров и клиентских устройств перекрытие превратилось в нормальную ситуацию. Когда возникает коллизия — пересекаются две Wi-Fi-передачи — все участники временно замолкают, и через какую-то паузу снова возвращаются в эфир. Длительность пауз увеличивается экспоненциально по мере увеличения количества коллизий, в результате скорость работы и надёжность Wi-Fi-соединения снижаются.
В густонаселённых районах загруженность эфира может быть такова, что связь в 2,4-гигагерцовом диапазоне еле ползает. Это привело к тому, что в ряде стран провайдеры начали закрывать этот диапазон для передачи видео или голоса, а большинство производителей смартфонов вообще не рекомендуют пользоваться 2,4-гигагерцовым Wi-Fi. Стандарт IEEE 802.11ac вообще подразумевает работу только в 5-гигагерцовом диапазоне, хотя и обратно совместим с более старым IEEE 802.11n.
Современный Wi-Fi-эфир можно сравнить с загруженным шоссе в час пик. Но, как говорилось выше, дело не только в количестве клиентских подключений. Переход с 2,4 на 5 ГГц был призван решить проблему с перегруженностью каналов, но при этом пришлось пожертвовать покрытием. Это привело к тому, что многие пользователи начали применять аппаратные усилители и строить mesh-сети, чтобы добиться приличного уровня сигнала в каждой комнате. Усилители слушают эфир, получают от роутера сигнал и дублируют его с более высокой мощностью, иногда на другом канале. Это приводит к увеличению количества перекрытий Wi-Fi-передач в тех же частотных диапазонах.
Провайдеры и операторы
С этой точки зрения настоящим злом стали общественные точки Wi-Fi-доступа. В 2005 году испанский провайдер Fon Wireless впервые представил концепцию точек доступа для сообществ (community hotspots), которые создаются на базе частных роутеров, и сегодня это явление набирает популярность в мире. Некоторые интернет-провайдеры начали быстро развёртывать такие точки для подписчиков, используя для этого роутеры своих клиентов. Согласно данным исследовательской компании Juniper Research, в 2017-м треть домашних роутеров в мире смогут работать в режиме точки доступа для сообщества. На эти нужды будет выделяться часть Wi-Fi-спектра, причём владельцев самих роутеров даже не будут об этом предупреждать.
Но это ещё не всё. Стремительный рост поголовья смартфонов привёл к тому, что выделенные для мобильной связи полосы спектра оказались практически исчерпаны. И телеком-операторы планируют в ближайшие годы перенести существенную часть нагрузки по мобильной передаче данных в нелицензируемые Wi-Fi-диапазоны. Подобные технологии называются LTE-U (LTE-Unlicensed) и LAA (Licensed Assisted Access). Они подразумевают использование 4G LTE и роутеров для передачи данных в том же 5-гигагерцовом диапазоне, что и Wi-Fi. И хотя телеком-операторы уверяют, что это слабо скажется на пользователях Wi-Fi, ряд крупных компаний, включая Google и Microsoft, считают, LTE-U и LAA однозначно усугубят загруженность Wi-Fi-каналов и снизят качество связи.
Вам шашечки или ехать?
Идём дальше: в самом свежем стандарте IEEE 802.11ac уменьшено количество каналов в угоду увеличению скорости, чтобы транслировать потоковое видео в высоком разрешении и экономить аккумуляторы мобильных устройств, которые будут передавать данные на высоких частотах только в течение ограниченного времени. Максимальную пропускную способность подняли до 1,3 Гб/с. по сравнению с 450 Мб/с. в 802.11n. Но достигнуто это было в том числе и путём объединения каналов. В IEEE 802.11ac Wave 3 весь доступный Wi-Fi-спектр вообще разбивается всего на два канала по 160 МГц, то есть в это режиме одновременно без перекрывания могут работать только две пары устройств. Если, к примеру, ваш сосед использует один из этих двух каналов для просмотра кино, а другой сосед занял второй канал, то вам ничего не останется.
Как-то внезапно исчезло главное преимущество 5-гигагерцового диапазона перед 2,4-гигагерцовым — большое количество неперекрывающихся каналов.
Учитывая всё вышеописанное, в ближайшие годы Wi-Fi в больших городах рискует превратиться из быстрой альтернативы мобильному интернету в раздражающе медленную. Увы, но широкое распространение стандарта 802.11ac, предлагающего более широкие и быстрые, но малочисленные каналы лишь ухудшит ситуацию. К слову, телекоммуникационное агентство Ofcom ещё в 2013-м опубликовало исследование, в котором предсказан достижение критического уровня перегруженности Wi-Fi-спектра к 2020-му году.
DFS как временная мера
Помните про радары, имеющих приоритетное право использования части 5-гигагерцового диапазона? Сегодня эти каналы игнорируются потребительскими устройствами, но если начать массово их использовать, то это может полностью изменить картину.
Как подсказывает Капитан, далеко не на каждом углу в больших городах встречаются военные и метеорологические радары, многие из которых к тому же не работают круглосуточно. Поэтому эта часть спектра может быть задействована потребительскими устройствами при условии массового внедрения механизма DFS (Dynamic Frequency Selection): роутер постоянно отслеживает активность приоритетных источников сигнала, и как только начинает работать радар, происходит переключение на другой канал или снижение мощности передачи. DFS подразумевает освобождение канала в течение 10 секунд на последующие полчаса даже при обнаружении 1-миллисекундного импульса от приоритетного источника.
Большинство выпущенных в последние 3-4 года потребительских устройств — в первую очередь, смартфонов, планшетов и ноутбуков — могут понимать команды DFS, но для этого роутеры должны быть DFS-мастерами. То есть именно на роутеры ложится ответственность по мониторингу спектра и освобождению каналов смежного использования.
Но не так просто внедрить в роутер функцию DFS-мастера: радарные импульсы могут быть очень труднообнаруживаемы из-за их скоротечности (0,5 мс) и крайне низкого уровня энергии (-62..-64 дБ на млВт). Более того, инструменты обнаружения радарных импульсов съедают часть пропускной способности роутера, поскольку он вынужден перед началом использования канала прослушивать его в течение 60 секунд, прежде чем решить, что тот свободен, а также прослушивать между сеансами обмена данными.
На сегодняшний день функция DFS-мастера встречается только в дорогих роутерах, которые обычно используются в крупных компаниях. Но постепенно DFS проникает и в более низкие ценовые сегменты. Правда, это тоже не панацея: ведь при обнаружении сигнала от приоритетного источника роутер вынужден переходить на один из каналов по умолчанию, в неDFS-часть 5-гигагерцового спектра, а там довольно «тесно». Более того, современные роутеры обычно не возвращаются на DFS-каналы, пока их не перезагрузят. В корпоративных системах это делается ежедневно, а домашние роутеры могут работать без перезагрузки неделями и месяцами, пока владельцы не сообразят, что скорость Wi-Fi слишком низкая и пора перезагрузиться.
Дело в том, что в современных реализациях DFS радиомодуль прослушивает единовременно только один канал. И когда DFS-мастер мониторит канал, его радиомодуль в течение 60 секунд не должен ничего передавать в другие каналы, чтобы не мешать текущему прослушиванию. Во избежание подобных ситуаций большинство DFS-реализаций требуют перезагрузки роутера для возвращения в открытый DFS-канал.
Но если создать более эффективную технологию обнаружения приоритетных источников, то фактически простаивающие сегодня каналы помогли бы разгрузить 5-гигагерцовый Wi-Fi-спектр. Например, можно оснастить роутер детекторной системой — дополнительным радиомодулем для сканирования спектра и отдельным процессором для выявления радарных импульсов и управления каналами. При этом детекторная система должна быть полностью отделена от системы приёма/передачи Wi-Fi, что позволит решить большинство проблем, присущих современным реализациям DFS, когда один процессор отвечает и за передачу данных, и за поиск приоритетных источников сигнала. Отдельный радиомодуль позволит регулярно сканировать все каналы, и когда в текущем канале возникает приоритетный источник, роутер будет знать, есть ли другой открытый в данный момент DFS-канал, перенося соединение туда, а не в публичный канал по умолчанию. Точно также роутер может автоматически возвращаться в предыдущий DFS-канал по истечение получасового лимита без прерывания соединения.
При этом дополнительный процессор поможет минимизировать количество ложных обнаружений, тем самым увеличив длительность работы в DFS-каналах. Учитывая рост нагрузки на процессоры современных роутеров, второй процессор совсем не выглядит излишеством.
В принципе, всё это тоже временная мера: чем больше роутеров начнут использовать ныне простаивающие каналы, тем быстрее они тоже окажутся перегружены. Но к тому времени могут быть согласованы для использования Wi-Fi-сетями и другие диапазоны. Либо нам придётся просто смириться с тем, что через несколько лет в мегаполисах Wi-Fi будет работать, мягко говоря, не быстро.