WiMax срещу WiFi

Свързването на компютрите в обща мрежа от много време насам е логичната следваща стъпка в тяхната еволюция. Недостатък на това свързване обаче се явява вездесъщото окабеляване, способно да се превърне в кошмар от вплетени един в друг проводници. Алтернативата на този кошмар представлява безжичната Wi-Fi мрежа, благодарение на която става възможно вързването на различните компютри в мрежа без нужда от кабели и проводници. В последно време като наследник на Wi-Fi се сочи WiMax, за която се очаква да предложи по-голям обхват, съчетан с по-висока скорост. Това всъщност далеч не е така – WiMAX използва лицензирани честоти от платения спектър, които се придобиват чрез даването им на търг. Логично тяхното използване се заплаща от интернет доставчика и използването им единствено за изграждане на локална безжична мрежа е неоправдано от икономическа гледна точка. На практика Wi-Fi и WiMAX са две технологии със съвсем различна цел. Докато Wi-Fi служи да улесни изграждането на локална домашна мрежа например, WiMAX служи на фирмата, доставяща интернет до тази мрежа, за да извърши последната крачка, без при това да се налага прокарването на скъпо окабеляване.

Какво се крие зад името Wi-Fi? 

Безжичната компютърна мрежа обединява в себе си няколко стандарта, първият от които съществува още от „далечната“ 1997 г. Целият пакет протоколи за безжична комуникация носи името 802.11, като според различните поколения може да е вариант а, b, g или n. Използваните за допълнително означение букви логично обозначават следващото (по-усъвършенствано) ниво в развитието на протокола независимо дали става въпрос за чисто хардуерен или софтуерен ъпгрейд.

Първото поколение протокол за изграждане на безжична мрежа е обявен през 1997 г. от IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Неговите спецификации са следните: максимална дистанция на връзката до 20 метра в сграда и до 100 метра при пряка видимост, средна скорост на трансфер 0.9 Mbit/s, максимална скорост на трансфер 2 Mbit/s, работна честота 2.4 GHz. Протоколът носи техническото наименование IEEE 802.11, а модулацията на сигнала става чрез използването на Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM).
Предимствата на този метод са доста на брой, сред които по-основните са следните: добра устойчивост на лош сигнал или наличие на силни смущения в него;добра устойчивост на интерференция; ниска чувствителност към грешки във времевата синхронизация на отделните пакети; възможност да се използва при честоти с малък диапазон и др. Естествено OFDM си има и своите недостатъци, които всъщност са в основата на това да се премине към по-усъвършенствани методи в WiMAX – при OFDM сигналът се влияе в изключително силна степен от доплеровия ефект, получаващ се при движение на приемника. На това се дължи и един от най-големите недостатъци на WiFi като цяло – употребата на безжична мрежа по време на движение с по-висока скорост е почти невъзможно, особено при наличието на по-големи разстояния. В допълнение към това OFDМ също така е в силна зависимост от честотната модулация на сигнала и при евентуални проблеми в нея използването му става почти невъзможно. Опроводяването на приемника и неговата антена при OFDM изискват доста сложни схеми, което води до още един сериозен недостатък – лоша енергоефективност, което превръща 802.11a в неподходящ избор за преносими компютри.
Алтернатива на OFDM се използва при 802.11b, където намира приложение друга модулационна техника, принадлежаща към spread spectrum семейството – Direct-Sequence Spread Spectrum (DSSS).

Причината за въвеждането на DSSS се корени в променената работна честота на ревизията – от 5 GHz тя е намалена до 2.4 GHz, което предизвиква проблеми с интерференция на сигнала както от други уреди, използващи този спектър, така и от сградите в градовете. За разлика от OFDM, DSSS се справя изключително успешно със съвместяването на повече от един потребител в един и същ честотен канал, без при това те да си пречат взаимно. Недостатък обаче се явява сравнително ниската скорост на трансфер, дължаща се на принципа на действие на DSSS модулацията.

През 2003 г. IEEE предлага ревизия на стандарта 802.11, означена с префикса „g“. Новият протокол 802.11g наследява същата OFDM модулация на сигнала, но за разлика от 802.11a тук се използва съвсем друг честотен спектър. Докато при стандарта 802.11а от 1999 г. работната честота е 5 GHz, при 802.11g (а и 802.11b) тя е редуцирана до 2.4 GHz. Комбинира нето на OFDM модулационна технология с по-ниска честота на сигнала има като резултат максимална скорост на трансфер на данните от около 54 Mbit/s, комбинирана с добра проникваща способност на сигнала с честота 2.4 GHz.

WiFi 802.11n

Малко по-специално внимание ще обърнем на една от ревизиите на WiFi, носеща кодовото наименование 802.11n. Това допълнение към протокола за безжична връзка все още не е изцяло стандартизирано, но това не пречи на производителите да го вграждат и предлагат на своите клиенти. Последното се дължи на факта, че скоростта на трансфер на 802.11n надхвърля значително досега достиганите нива от предишните ревизии.
Тази впечатляващо по-висока скорост на трансфер се постига чрез употребата на малко по-различна технология на предаване на данните, носеща името Multiple Input and Multiple Output (MIMO). Тайната за постигането на значително повишената скорост на трансфер се крие в използването на изцяло нов (макар и все пак стар като идея) начин за изпращане на сигналите. При MIMO както за предаване на информацията, така и за приемането й се използват антени, съставени от няколко елемента, всеки от които сам по себе си действа като антена.
Сама по себе си технологията на MIMO представлява стъпка в изключително различна посока – докато при 802.11a/b/g предаването и приемането на сигнала се влияе негативно от отразените в предмети и стени собствени копия, при MIMO тези отражения се използват. Формирането на сигнала тук става чрез разделянето на предаваните с висока честота пакети на по-малки модули, всеки от които се предава от различен модул на антената към всеки от модулите на приемащата антена.
Математически изразено уравнението, съставящо отделните сигнали, всъщност е изключително просто:
y = Hx + n
Тук x и y са съответно изпратеният и получен сигнал, а Н обозначава коефициента на матрицата, с която е „разложен“ оригиналният сигнал за получаването на подсигнала, изпращан от съответната антена. С n се обозначава теоретично изчисленатото за условията на работа ниво на шум в сигнала, чрез което се компенсира неговата промяна. След като всеки от фрагментите бъде приет от миниантените на приемника, чрез обработката им с матричния коефициент предаденият пакет се събира в първоначалната си форма.

Благодарение на този метод технологията MIMO успява да се справи с проблема, който дълго време е причиназа ниската скорост на безжичните мрежи – отразените от стени и предмети сигнали. За да се преодолее той, е необходимо пакетите в сигнала да се предават с по-ниска скорост, чрез което приемащият хардуер успява да разграничи и декодира всеки пакет. Алтернативен вариант е добавянето на повече информация за всеки от предадените пакети, по този начин гарантираме приемането му в отсрещния край, тъй като имаме повече базови точки за сравнение на приетия пакет.
Независимо от избрания метод крайният резултат е сериозно снижаване на скоростта на трансфер на полезната информация – нещо, с което MIMO и в частност 802.11n успяват да се справят отлично, демонстрирайки завидни скорости. Причината за отделянето на толкова внимание на 802.11n и в частност на MIMO е, че същата тази технология намира приложение за предаване на данни и в WiMax.
Worldwide Interoperability for Microwave Access – WiMAX.
Макар доста производители да се опитват да представят WiMAX като бъдещето на безжичната мрежа, това хем е така, хем не е точно така. На практика WiMAX се различава прекалено много от WiFi, за да стане възможно посевместното му използване от много потребители. Разликите са не само технологично в начина на предаване на сигнала, но също така в кодирането на информацията, контрола на грешките и ауторизацията на всеки клиент.
При WiFi потребителите споделят общия ресурс на базата, към която са се свързали, което означава, че ако даден клиент иска да изпрати или получи пакет, той трябва да се съобразява с тези, изпратени или получени преди него, и да изчака своя ред. За съжаление потребителите, намиращи се по-близо до базата, с която комуникират, ще имат преимущество над тези, които са по-далеч, тъй като техните пакети ще пристигат по-изчистени от гледна точка на наличието на грешки поради шум и смущения. Това ще им дава приоритет над клиентите, намиращи се на по-голямо разстояние или в по-лоша позиция от гледна точка на осъществяването на връзка.
WiMAX подхожда по съвсем различен начин към всеки потребител, свързал се с базовата станция. Най-просто казано, станцията запазва собствен канал за всеки потребител, който се е „закачил“ към нея, с което му осигурява сигурна връзка независимо от разстоянието, натовареността или метеорологичните условия. Що се отнася до последното, тези условия са от доста голямо значение при WiMAX, тъй като за разлика от WiFi тук обхватът при определени условияможе да надхвърли дори 100 км. Ако трябва да направим директна аналогия с уреди, познати от всекидневието ни, сравнението между WiMAX и WiFi е като съпоставянето на GSM с класически безжичен телефон. И двата варианта използват определен дял от радио-спектъра, но при WiMAX (съответно GSM) този дял е лицензиран и за него се заплаща. Също както при WiMAX в GSM мрежите същинската връзка между двойката база-клиент се предхожда от различни протоколи, чиято цел е осигуряването на качествена връзка, независеща от приоритетите на другите потребители. Подобна аналогия изяснява доста добре разликата между двата варианта, както и защо е малко вероятно WiMAX да навлезе в посевместна употреба като заместник на WiFi.

И все пак... WiMAX?

Реално погледнато, в настоящия момент единствената реална полза от WiMAX е в т.нар. last mile връзка – когато доставчикът на интернет връзка е изградил своята инфраструктура, а за финал остава преодоляването на последната крачка до клиента. За разлика от WiFi WiMAX е изключително подходящ за тази цел не само поради значително по-големия обхват, който предлага, но и поради споменатата по-горе разлика, гарантираща отделно приоритизиране на всяка връзка. Благодарение на своята същност WiMAX има потенциала да намери приложение не само в областта на осигуряване на интернет връзка, но също така и в изграждането на безжична мрежа в много райони от света, където изграждането на хардуерна такава не е оправдано икономически.
За момента на нашия пазар има няколко WiMAX варианта, като ще разгледаме предлагания от фирма Max Telecom. Устройството е изключително миниатюрно, като единственото, което трябва да се направи при инсталацията, е да се включи то към захранващата мрежа, след което да се свърже чрез LAN кабел с компютъра. От страна на софтуера инсталацията изисква единствено да се превключи присвояването на IP адрес да става автоматично. Устройвството има собствен екран, на който отчита силата и качеството на сигнала, който получава като по този начин може да се следи състоянието му по всяко време.

 Тестването му показа следните резултати: скорост на download от 385 до 489 Kbps, което е едно доста добро приближение до обещаните 512 Kbps (най-ниския клас услуга). Освен 512 Kbps имаме избор между още два тарифни плана – 1024 Kbps и 1536 Kbps. Що се отнася до скоростите на upload, техните стойности не бяха толкова близко до очакваните – измерените им нива бяха от 247 до 361 Kbps. Впрочем за измерването както на download, така и на upload стойностите използвах наличните свободно достъпни в интернет сайтове, извършващи тази услуга. За да гарантираме обективността на получените резултати, извърших по 3 измервания за всеки канал (D/U), поради което се получават и наблюдаваните разлики „от-до“ в скоростта на трансфер.
Що се отнася до закъснението на сигнала при устройството, то е доста по-високо от това на класическа кабелна LAN връзка. Изпращането на ping към сайт в БГ пространството (ABV.BG) отнемаше средно около 96 мс, като тези стойности скачаха значително в момента, в който се зареждаше някакъв сайт. Времето за ping-ване на сайт извън БГ пространството беше малко по-високо – средно около 130 мс за Google, като отново важи забавянето, в случай че на заден фон се отваря сайт.