Historia standardów Wi-Fi

W zasadzie można powiedzieć, że przez pierwsze 66 230 450 lat działo się niewiele w obszarze Wi-Fi. Dopiero ostatnie około 30 lat to początkowo spokojne działania w tej tematyce, a od kilku lat wręcz eksplozja popularności tej technologii i coraz szybszy jej rozwój. Jak ewoluowało Wi-Fi, jak wygląda teraz i jakie są plany na przyszłość? Sprawdźmy!

Podczas pisania tego artykułu mija 21 lat i prawie 4 miesiące od momentu wydania oryginalnego standardu IEEE 802.11. W tym czasie doczekaliśmy się w sumie ponad 30 aktualizacji standardu, kolejnych rozszerzeń, a także rekomendowanych praktyk. Sześć następnych jest już w przygotowaniu.

Zdecydowana większość z nich jest niezwykle istotna dla całościowego procesu działania Wi-Fi i tworzą spójną całość. Ja natomiast przedstawię Ci historię Wi-Fi bazując tylko na rozszerzeniach dotykających głównie warstwy fizycznej standardu, to jest mających największy wpływ na przepustowość transmisji bezprzewodowej, czyli jednocześnie najbardziej widocznych dla przeciętnego użytkownika końcowego.

Początki nowej technologii

Ewolucja ogólnie rozumianej komunikacji bezprzewodowej leży u podstaw technologii Wi-Fi i liczy sobie co najmniej kilkadziesiąt lat. Za narodziny już typowo technologii Wi-Fi uznaje się początek lat 90. ubiegłego wieku, kiedy rozpoczęto prace nad standardem IEEE 802.11. Pierwsza oficjalna wersja została wydana w roku 1997, a standard przyjął nazwę IEEE 802.11-1997.

Oryginalny standard operował wyłącznie w zakresie 2,4 GHz i oferował dwie prędkości przesyłu danych – 1 Mb/s oraz 2 Mb/s. Te wartości w obecnych czasach nie robią na nikim wrażenia, ale ponad 20 lat temu samo nawiązanie połączenia bezprzewodowego i wysłanie jakichkolwiek danych przy użyciu nowej technologii było ogromnym sukcesem. Należy także pamiętać, że ówczesne zapotrzebowanie na przepustowość transmisji było zdecydowanie mniejsze, niż ma to miejsce obecnie.

Uzyskanie takich prędkości transmisji danych było możliwe przy wykorzystaniu dwóch konkretnych metod transmisyjnych, mianowicie FHSS oraz DSSS. Szczegóły techniczne na temat działania obu tych metod znajdziesz w artykułach publikowanych w ramach cyklu “Fundamenty Komunikacji Bezprzewodowej”.

Jeszcze w roku 1997 rozpoczęto prace nad dwoma pierwszymi rozszerzeniami – IEEE 802.11a i IEEE 802.11b. Oba zostały wydane dokładnie tego samego dnia we wrześniu 1999 roku, i jak na tamte czasy stanowiły ogromny wzrost możliwości dla lokalnej komunikacji bezprzewodowej. Standard IEEE 802.11b mocno czerpie z oryginalnego rozwiązania – działa na częstotliwości 2,4 GHz a transmisja odbywa się przy użyciu metody DSSS. Nowością jest wprowadzenie nowego kodowania o nazwie CCK, co w konsekwencji umożliwia transmisję o prędkości 5,5 Mb/s oraz 11 Mb/s.

Standard IEEE 802.11a to już poważna lista zmian w porównaniu do oryginalnej koncepcji. Przede wszystkim zmienia się częstotliwość, standard ten działa w zakresie 5 GHz. Ma to wiele plusów w porównaniu do częstotliwości 2,4 GHz, wśród których przede wszystkim należy wyróżnić większą ilość dostępnych kanałów, mniej źródeł zewnętrznych interferencji oraz mniejszą ogólną zajętość pasma. Ponadto po raz pierwszy zostaje użyta technologia transmisyjna OFDM, co w połączeniu z nowymi metodami kodowania i modulacji pozwala uzyskać maksymalną prędkość 54 Mb/s.

W roku 2003 opublikowano rozszerzenie IEEE 802.11g. Celem zespołu pracującego nad jego powstaniem było dostarczenie rozwiązania charakteryzującego się takimi parametrami transmisji, jak IEEE 802.11a, lecz przy użyciu częstotliwości 2,4 GHz. Mamy zatem maksymalną prędkość 54 Mb/s przy użyciu techniki OFDM.

Tym samym kończy się pewnego rodzaju era w rozwoju sieci Wi-Fi. Poniższa tabela przedstawia porównanie głównych cech omówionych dotąd standardów.

Jak to wygląda obecnie?

Całkiem dobrze! Kolejne lata to ogromny wzrost zainteresowania szeroko rozumianą mobilnością, a tym samym technologią Wi-Fi. W roku 2009 opublikowano rozszerzenie IEEE 802.11n, które okazało się milowym krokiem w rozwoju komunikacji bezprzewodowej. Standard ten jest dostosowany do pracy na dwóch częstotliwościach – 2,4 GHz oraz 5 GHz. Dodatkowo dostarcza trzy bardzo ważne funkcjonalności:

• MIMO – Multiple Input Multiple Output, czyli możliwość transmisji różnych sygnałów przez różne anteny stacji nadawczej jednocześnie, oraz odbiór tych sygnałów przez różne anteny odbiorcze adresata transmisji.
• Beamforming – specjalne nadawanie tego samego sygnału przez różne anteny stacji nadawczej, manipulując przy tym mocą nadawania i opóźnieniem pomiędzy poszczególnymi antenami, po to aby w miejscu adresata transmisji sygnały te nakładały się na siebie (były w fazie) tworząc tym samym jeden sygnał o wyższej amplitudzie.
• Channel binding – łączenie sąsiednich kanałów w celu utworzenia jednego szerokiego kanału transmisyjnego.

Połączenie tych cech, korzystając z najbardziej rozbudowanego wariantu użycia powyższych funkcjonalności, daje możliwość maksymalnej transmisji danych na poziomie 600 Mb/s.

Lata 2013 i 2016 wiążą się z opublikowaniem kolejnych wersji rozszerzenia o nazwie IEEE 802.11ac, czyli odpowiednio Wave 1 i Wave 2. Wersje te różnią się od siebie nieznacznie – Wave 2 wprowadza technologię MU-MIMO (Multi User MIMO), czyli możliwość jednoczesnej transmisji indywidualnych sygnałów z jednego nadawcy do wielu różnych odbiorców, a także poszerza możliwość łączenia kanałów z 80 MHz do aż 160 MHz. Maksymalna prędkość IEEE 802.11ac Wave 2 dochodzi do prawie 7 Gb/s w najmocniejszej konfiguracji ale przypominam, że niestety jest to wartość tylko teoretyczna, dodatkowo poparta brakiem urządzeń wspierających to rozwiązanie w najsilniejszym zestawie.

Na koniec pozostaje IEEE 802.11ad, czyli wciąż niszowy standard, którego główną cechą jest wprowadzenie po raz pierwszy komunikacji na częstotliwości 60 GHz. Rozwiązanie to oferuje obecnie największą możliwą przepustowość kosztem zasięgu, który na tak dużej częstotliwości wynosi zaledwie kilka metrów w pomieszczeniu bez przeszkód. Główne zastosowanie tego standardu to użycie Wi-Fi jako medium komunikacyjnego pomiędzy domowymi urządzeniami RTV, redukując tym samym ilość kabli. Poniższa tabela przedstawia podsumowanie omówionych przed chwilą standardów.

Melodia przyszłości

Największe oczekiwania co do rozwoju technologii Wi-Fi wiązane są obecnie ze standardami IEEE 802.11ax oraz IEEE 802.11ay, których ukończenie zapowiadane jest na koniec przyszłego roku.

Według założeń IEEE 802.11ax ma działać na dwóch dobrze znanych częstotliwościach, czyli 2,4 GHz oraz 5 GHz. Dodatkowo ma oferować nową technikę transmisyjną o nazwie OFDMA, a także zdecydowanie bardziej wydajną metodę modulacji. Dostawcy sprzętu Wi-Fi przewidują, że standard ten będzie w stanie zaspokoić rosnące wymagania użytkowników na co najmniej kilka następnych lat.

Z kolei IEEE 802.11ay to naturalna kontynuacja IEEE 802.11ad, oferująca czterokrotnie szersze pasmo transmisyjne ale nadal w okolicach częstotliwości 60 GHz. Bardzo wysoka prędkość transmisji na poziomie nawet kilkudziesięciu Gb/s powoduje, że wśród ewentualnych zastosowań wymienia się między innymi alternatywę dla standardu Ethernet, i tym samym dalszą redukcję okablowania w pomieszczeniach biurowych i domowych. Poniższa tabela przedstawia podsumowanie omówionych przed chwilą technologii.

To jednak nie wszytko. Na początku października tego roku organizacja Wi-Fi Alliance ogłosiła rewolucyjną zmianę konwencji nazewnictwa standardów. Mówiąc wprost, przeciętny użytkownik końcowy nie będzie już musiał pamiętać zbitek literowych w postaci ac/ad/ax/ay. Organizacja Wi-Fi Alliance postanowiła na początek wprowadzić numerowanie dla trzech poniższych standardów:

• IEEE 802.11n otrzyma nazwę Wi-Fi 4
• IEEE 802.11ac otrzyma nazwę Wi-Fi 5
• IEEE 802.11ax otrzyma nazwę Wi-Fi 6

Moim zdaniem podejście to jest logiczne i jak najbardziej prawidłowe z komercyjnego punktu widzenia. Wystarczy spojrzeć na inne gałęzi technologiczne – łatwo przyswoić i zapamiętać fakt, że Windows 10 jest nowszym rozwiązaniem od Windows 7, a iPhone 9 to zapewne coś lepszego od iPhone 5. Jakże prawdziwa staje się zatem poniższa rozmowa, która liczy sobie niemal trzy lata:

Ponad 20 lat rozwoju technologii Wi-Fi mamy za sobą. To oczywiście nie koniec, a wręcz dopiero teraz wkraczamy w etap maksymalnego skupienia ludzkości na tej gałęzi technologii. Uważam, że krok w stronę dostosowania nazewnictwa do potrzeb rynku i marketingu jest dobrym rozwiązaniem, a dzięki temu wszystkiemu za 10 lat będę mógł napisać aktualizację tego artykułu, nie będąc otoczonym ani jednym kablem przesyłającym dane.

Kiedy zaczęła się Twoja przygoda z technologią Wi-Fi? Jak zapatrujesz się na jej rozwój w najbliższej przyszłości?