25 лет Wi-Fi
Через 25 лет на Гавайях снова собралась в первоначальном составе рабочая группа, которая в 90-х годах прошлого века разработала стандарт IEEE 802.11, более известный под своим маркетинговым названием Wi-Fi.
В 1985 году Федеральная комиссия по связи США (U.S. Federal Communications Commission) утвердила несколько областей частотного диапазона для нелицензированного использования, т.е. позволила разработчикам создавать оборудование связи для этих частотных диапазонов, которое не требовало лицензирования в этой комиссии. Диапазон свободного использования назвали ISM (промышленность, наука и медицина). Этим заинтересовалась компания NCR, получившая шанс разработать беспроводную связь между ЭВМ (мэйнфреймами). Проект возглавил Вик Хейс (Vic Hayes), инженер этой компании, который и стал «отцом» Wi-Fi.
Однако наиболее важным в этом проекте стало решение о создании промышленного стандарта для беспроводных локальных сетей (WLAN). Группа специалистов для разработки такого промышленного (отраслевого) стандарта как раз и собралась первый раз 25 лет назад, чтобы начать работу над спецификацией IEEE 802.11 под эгидой Института инженеров по электротехнике и электронике - IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), международной некоммерческой ассоциации технических специалистов, давно ставшей мировым лидером в области разработки стандартов радиоэлектроники, электротехники и аппаратного обеспечения вычислительных систем и сетей.
NCR заложила основу открытому стандарту беспроводной связи, но многие годы этой компании приходилось «плестись в хвосте» за самым известным в то время разработчиком ЭВМ - IBM, вспоминает Хейс, ведь NCR, как и другим сторонним компаниям в то время, приходилось постоянно подстраиваться под новые разработки IBM. «Мы устали постоянно следовать за ними».
Кроме исходного импульса, позволившего Wi-Fi стать одним из наиболее успешных примеров реально действующего открытого стандарта, само это название появилось в отраслевой организации, которая сертифицировала продукцию на совместимость стандарту 802.11. Причем сегодня таких устройств набралось около 10 млрд. как для бытового, так и для промышленного использования. Даже операторы сотовой связи со своими собственными частотными диапазонами одновременно используют частотный спектр Wi-Fi для повышения качества обслуживания абонентов. Кстати, Wi-Fi означает Wireless Fidelity (точность беспроводной передачи данных), а аббревиатура вместе с логотипом принадлежит альянсу Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11. Более того, в современном английском языке термины Wi-Fi и WLAN стали синонимами, поскольку большая часть беспроводных локальных сетей (WLAN) действует на основе протокола (стандарта) Wi-Fi.
Компания NCR сначала пыталась стандартизировать WLAN в виде беспроводной версии сетевого протокола Token Bus, благополучно забытого сегодня. Потребовалось пару лет, чтобы понять невозможность и ненужность адаптации Token Bus для беспроводной связи. И, как только это было подтверждено убедительно, появилась рабочая группа 802.11 Wireless LAN Working Group.
Кроме NCR, также нужно отметить сеть беспроводной связи в УКВ-диапазоне между Гавайскими островами - ALOHAnet от 1971 года, где использовалась цифровая пакетная пересылка данных по протоколу ALOHA, ставшему основой не только семейства протоколов IEEE 802.11, но и протоколов Ethernet.
В 1991 году NCR Corporation совместно с AT&T Corporation разработала лицензированный беспроводной стандарт WaveLAN для связи кассовых аппаратов, который также стал одним из краеугольных каменей в разработке 802.11.
«В начале … не было никаких исследований для использования радиосвязи в помещениях» - рассказывает Хейс, поэтому неожиданностью стало отражение сигнала от стен и потолка, с которым не приходилось ранее сталкиваться при передаче радиосигнала на открытой местности. Но работы начались с определения терминов и выработке требований к возможностям связи. Рассматривались две конкурирующие схемы модуляции, причем приняты и утверждены были оба варианта, что привело к появлению совместимых по 802.11, но несовместимых на практике устройств. Позднее, в следующих редакциях, сохранилась только одна из схем модуляции: система связи с широкополосными псевдослучайными сигналами (spread spectrum), которую одобрили все члены рабочей группы.
Первая версия стандарта с называнием 802.11 (без всяких дополнительных букв) была утверждена в июне 1997 года. Она не получила широкого распространения в массовой продукции из-за скорости передачи не более 1…2 Мбит/с. Настоящий технический прорыв наступил двумя года позже, с появлением спецификации 802.11b, в качестве дополнения к основному стандарту, позволившему повысить пропускную способность до 11 Мбит/с. В то время это было сравнимо со многими проводными локальными сетями, где использовался протокол Ethernet с ограничением скорости до 10 Мбит/с.
Далее нужно отметить компанию Apple, рассказывает Хейс, которая включила 802.11b в свои компьютеры MacBook, причем пришлось по требованиям Apple значительно сократить стоимость компонентов. Именно в этом очень помогла компания Lucent Technologies, усилиями которой устройство беспроводной связи по цене менее $100 нашли свой путь в бытовую и офисную область применения.
Появление 802.11b не остановило дальнейшие работы, которые, как и уже готовый вариант, стали выходить в виде дополнений к основному стандарту с маркировкой строчными латинскими буквами. Улучшения в основном касались повышения скорости передачи и уровня защиты. Кроме того, к диапазону 2,4 ГГц были добавлены частоты из области 5 ГГц для расширения спектра и повышения скорости передачи за счет объединения нескольких частотных каналов в один логический.
Текущая версия стандарта 802.11ac имеет теоретический предел пропускной способности примерно 7 Гбит/с при использовании с максимально возможным числом антенн и другими дополнительными функциями. Однако работы не прекращаются и вскоре нас ждут:
- 802.11ah с переходом в область ниже 1 ГГц для повышения дальности действия до 1 км, хотя и со снижением пропускной способности. Рассматриваются несколько типов региональных сетей с низким потреблением энергии для связи устройств класса Интернет-вещей (Internet of Things) с аккумуляторным питанием, например датчиков.
- 802.11ay станет следующим поколением сетей WLAN для нелицензируемого диапазона 60 ГГц. На этих частотах возможна высокая скорость передачи данных на короткие расстояния. Ожидаемая максимальная пропускная способность будет на уровне 20 Гбит/с.
- 802.11ax разрабатывается для устранения проблем снижения характеристик в многолюдных местах, например на стадионах или в университетах. Цель состоит в четырехкратном повышении скорости передачи каждого пользовательского соединения в сравнении с реальным текущим уровнем для таких мест.
- 802.11az только начинает создаваться специальной группой для более точного определения местоположения конкретного пользователя в зоне покрытия беспроводной сети.
Успехи Wi-Fi не особо впечатляют Хейса: «Разумеется, мы мечтали об этом, но уже тогда знали, что предстоит долгий и трудный путь».