Введение
Покупая новый Wi-Fi роутер, я столкнулся со множеством их характеристик и как следствие классов скорости Wi-Fi: N300, AC2600, AX1800 и другие. По мере изучения параметров я решил написать эту статью, которую можно рассмотреть как памятку по основам Wi-FI. Главная цель этой статьи - рассмотреть основные характеристики и на что они влияют.
Важно: В статье представлена упрощенная информация, некоторые технические детали были сознательно опущены для удобства восприятия. Будут разобраны только с 4 по 7 поколения Wi-Fi.
Характеристики Wi-Fi
Начнем с определения, Wi-Fi - это технология беспроводной передачи данных. Выделяют 7 поколений. Все поколения имеют ряд характеристик, к ним относятся:
частота;
ширина канала;
метод кодирования;
и так далее.
Класс скорости
Класс скорости - это условная характеристика (скорее маркетинговая), которая отражает максимальную теоретическую пропускную способность устройства, применима к Wi-Fi роутерам. Класс скорости состоит из буквенной части и числовой. Буквенная часть указывает на поколение Wi-Fi. Таблица о соответствии представлена ниже.
Числовая часть класса скорости представляет собой максимальную суммарную возможную скорость. Здесь складываются скорости на всех возможных частотах для роутера, с максимально возможным числом потоков и шириной канала. Далее разберем каждую из составляющих.
Буквенная часть |
Поколение |
Стандарт IEEE |
---|---|---|
N |
Wi-Fi 4 |
802.11n |
AC |
Wi-Fi 5 |
802.11ac |
AX |
Wi-Fi 6 |
802.11ax |
AXE |
Wi-Fi 6e |
802.11ax |
BE |
Wi-Fi 7 |
802.11be |
Частота
Wi-Fi работает на частотах:
2.4ГГц, максимальная ширина канала 40МГц;
5ГГц;
6ГГц.
Последняя частота (6ГГц) была добавлена в Wi-Fi 6e (расширенный) и используется в Wi-Fi 7. Тут нужно отметить, что в России частоты 6ГГц не выделены для использования, поэтому Wi-Fi 7 будет работать только на 2.4ГГц и 5ГГц. Сейчас идут процессы по выделению этой частоты для использования.
Важно выделить, что одна частота - это отдельная сеть, кроме 6ГГц, которая расширяет 5ГГц сеть. Исходя из этого можно разделить только 2.4ГГц и 5ГГц сети. Далее представлена таблица для соответствия частот и поколений Wi-Fi:
Поколение |
Частота, ГГц |
Примечание |
---|---|---|
Wi-Fi 4 |
2.4/5 |
Работа на 5ГГц возможна, но редко реализована |
Wi-Fi 5 |
5 |
|
Wi-Fi 6 |
2.4/5 |
|
Wi-Fi 6e |
2.4/5/6 |
|
Wi-Fi 7 |
2.4/5/6 |
Ширина канала
Каналы используемые в Wi-Fi могут быть 20/40/80/160/320 МГц. С увеличением ширины канала увеличивается объем передаваемых данных прямо пропорционально. То есть при увеличении с 20МГц до 80МГц увеличится объем в 4 раза, а при увеличении с 20МГц до 40МГц увеличивается в 2 раза. Но с увеличением ширины канала, увеличивается и величина помех, что негативно сказывается на дальности передачи данных. Таблица с условным соотношением ширины и скорости представлена ниже.
Ширина канала |
Дальность (от 20МГц) |
Скорость (от 20МГц) |
---|---|---|
20МГц |
100% |
1x |
40МГц |
примерно 71% |
2x |
80МГц |
примерно 50% |
4x |
160МГц |
примерно 35% |
8x |
Для каждого поколения Wi-Fi доступна определенная ширина каналов:
Поколение |
Ширина канала, МГц |
Примечание |
---|---|---|
Wi-Fi 4 |
20/40 |
|
Wi-Fi 5 |
20/40/80/160* |
Разделен на Wave 1(2013) и Wave 2(2016). Только в Wave 2 появилась ширина 160МГц. |
Wi-Fi 6 |
20/40/80/160 |
|
Wi-Fi 6e |
20/40/80/160 |
|
Wi-Fi 7 |
20/40/80/160/320 |
Пространственный поток
В Wi-Fi 4 появилась новая технология MIMO (Multiple Input and Multiple Output). Она добавляет пространственные потоки. Пространственные потоки - это отдельные каналы (потоки) передачи данных, которые за счет мультиплексирования передаются одновременно, для этого Wi-Fi роутеры имеют несколько антенн. MIMO 2x2 говорит нам о том, что две антенны используются для приема и две для передачи сигнала. Тем самым мы можем передавать и получать два пространственных потока, что теоретически увеличивает пропускную способность канала в два раза. Обычно Wi-Fi адаптер в телефоне, ноутбуке имеет MIMO 2x2, в силу размера и потребления энергии.
C Wi-Fi 5 был представлен MU-MIMO. И если раньше можно было одновременно взаимодействовать только с одним устройством, то теперь можно работать с несколькими. Например у нас MU-MIMO 16x16, он может передавать все 16 потоков на один приемник, либо разделить между участниками, используя разные схемы. Например, на 4 приемника по 4 поток, на 16 приемников по одному, либо на 2 приемника по 4 потока и на 8 по одному и так далее.
Разницу между MIMO (или SU-MIMO) и MU-MIMO можно увидеть на следующем изображении.
Соотношение пространственных потоков и поколения Wi-Fi представлено в таблице ниже.
Поколение |
Пространственных потоков |
MIMO (Максимум) |
---|---|---|
Wi-Fi 4 |
До 4 |
MIMO 4x4 |
Wi-Fi 5 |
До 8* (чаще всего максимум 4) |
MU-MIMO 4x4 |
Wi-Fi 6 |
До 8 |
MU-MIMO 8x8 |
Wi-Fi 7 |
До 16 |
MU-MIMO 16x16 |
Метод модуляции
Для передачи сигнала в Wi-Fi его необходимо закодировать. Для этого чаще всего используют квадратурную модуляцию (QAM). Чем выше уровень модуляции - тем условно более плотно передаются данные, выше максимальная скорость. Но тут важно чтобы был высокий уровень сигнала и низкий уровень шума. Если уровень сигнала падает, то модуляция переключается на предыдущий уровень, который являет более устойчивым к помехам.
Можно выделить следующие типы модуляции:
16-QAM
64-QAM (максимальный по спецификации для Wi-Fi 4)
256-QAM (максимальный по спецификации для Wi-Fi 5)
1024-QAM (максимальный по спецификации для Wi-Fi 6)
4096-QAM (максимальный по спецификации для Wi-Fi 7)
Для вычисления класса скорости используется максимально доступный тип модуляции.
Ниже представлено наглядное сравнение 256-QAM и 1024-QAM.
Ниже представлены скорости, которые могут служить для ориентира, но не являются точными, так как скорость зависит и от других параметров, о которых не упомянуто в статье:
Модуляция |
Поколение Wi-Fi |
Ориентировочная базовая скорость для 1 пространственного потока и 20МГц ширины канала, МБит/c |
---|---|---|
16-QAM |
4/5/6/7 |
44 |
64-QAM |
4/5/6/7 |
72,2 |
256-QAM |
5/6/7 |
100 |
1024-QAM |
6/7 |
143 |
4096-QAM |
7 |
172 |
Как рассчитывается максимальная суммарная скорость
Максимальная суммарная скорость будет равна округленной сумме скоростей на каждой частоте (2.4ГГц и 5ГГц).
Для точного определения максимальной скорости на определенной частоте есть таблицы для каждого поколения, с привязкой ширины канала, количеством пространственных потоков и так далее. Но мы упростим схему и представим приблизительную формулу:
Vfreq — скорость на определенной частоте,
Vmod — скорость на максимально доступной модуляции для данного поколения Wi-Fi,
Cbw — коэффициент ширины канала,
Csp — коэффициент пространственных потоков.
Примеры
AC1200: AC - 5 поколение Wi-Fi. 1200 - суммарная скорость.
Для частоты 2.4ГГц - Wi-Fi 4 (так как в Wi-Fi 5 нет 2.4) - максимальная скорость будет 300Мбит/c (ширина канала 40МГц (коэффициент 2x), 2 потока (2x) и базовая скорость на модуляции 64-QAM примерно - 72мбит/c):
Для частоты 5ГГц - Wi-Fi 5 - максимальная скорость будет 867Мбит/c (ширина канала 80МГц (4x), 2 потока (2x) и базовая скорость на модуляции 256-QAM примерно - 100 Мбит/c):
AX3000: AX - 6 поколение Wi-Fi. 3000 - суммарная скорость.
Для частоты 2.4 - Wi-Fi 6 - максимальная скорость 574Мбит/c (ширина канала 40МГц (2x), 2 потока (2x) и базовая скорость на модуляции 1024-QAM примерно - 143Мбит/c):
Для частоты 5 - Wi-Fi 6 - максимальная скорость 2402Мбит/c (ширина канала 160МГц (8x), 2 потока (2x) и базовая скорость на модуляции1024-QAM примерно - 143Мбит/c):
N600: N - Wi-Fi 4, только частота 2.4ГГц. Максимальная суммарная скорость - 600Мбит/c.
Для частоты 2.4 - Wi-Fi 4 - максимальная скорость 600Мбит/c (ширина канала 40МГц (2x), 4 потока (4x) и базовая скорость на модуляции 64-QAM примерно - 72мбит/c):
Подведем итоги
Мы разобрали, что такое класс скорости и из чего он состоит, научились его считать, а также рассмотрели основные характеристики Wi-Fi. Теперь мы знаем, что все рассмотренные характеристики увеличивают пропускную способность. Но роутер выбирает в зависимости от уровня сигнала и помех (дальности), какую ширину, модуляцию и схему MIMO использовать. Таким образом разные устройства в одной Wi-Fi сети будут иметь разную максимальную скорость.
Примечание: В данной статье опущены некоторые технические моменты, такие как OFDMA, скорость кодирования и защитные интервалы.
Дополнение: Сигнал Wi-Fi на частоте 2.4 ГГц (длина волны 12.5 см) имеет лучшую проникающую способность и лучше огибает препятствия, чем сигнал на 5 ГГц (длина волны 6 см).
Комментарии (48)
waltersullivan6
29.10.2024 11:26Просто брать роутер самой последней версии вай фай, на данный момент 7
MoonArsenii
29.10.2024 11:26брать роутер
Стоило-бы различать роутеры, свитчи и точки доступа.
последней версии вай фай
Ага, а потом окажется что у вас нет клиентских устройств с новым стандартом, а обновлять клиентов никто не собирается
slonopotamus
29.10.2024 11:26Взял. После чего обнаружил что интел на клиентских девайсах принудительно блокирует работу 6ГГц (гуглить по словам LAR/RDS). Ну и?
VADemon
29.10.2024 11:26Статья хорошая, но здесь в видео мне куда понятнее было что есть и как оно может работать https://www.youtube.com/watch?v=QBiBPbME5tY
Насчет энтерпрайзных AP на днях читал, что (multiuser) MU-MIMO 8x8 смысла вне условных стадионов не имеет, т.к. ему обязательно нужна поддержка клиентов. Еще достаточная удаленность клиентов друг от друга. Про (singleuser) SU-MIMO, что мало какие устройства выше 2x2 поддерживают, в первую очередь из-за энергопотребления.
vikarti
29.10.2024 11:26Тут еще важно что например mesh-точки доступа - часто могут в 4x4.
А поддержка MU-MIMO на клиентах потихоньку приходит с обновлением железа клиентов. и если есть 2 клиента которые в 8x8 не могут но могут в меньше степени - точка может сразу обоих клиентов. Иногда полезно. И дома - тоже.
amiduts Автор
29.10.2024 11:26Насколько могу судить, да, в видео более наглядно представлены те же темы, возможно слегка в более сложной форме. Я специально пытался упростить логику и уйти от таблиц, так как они дают очень много данных за раз, а если не готов их воспринимать - то можно запутаться. В первую очередь я хотел оформить памятку для себя, чтобы можно было быстро вспомнить какие-нибудь детали, а уже потом подумал оформить в статью)
NutsUnderline
29.10.2024 11:26задумка хорошая, но вторая половина "пугает" непонятными графиками, модуляциями и формулами
amiduts Автор
29.10.2024 11:26Да, она и меня пугает формулами, в моменте казалось что будет понятнее через формулы, возможно не лучший способ визуализации был выбран)
NAI
29.10.2024 11:26Очень странно, что нет раздела о количестве каналов на стандарт.
А то есть очень прикольная штука - в 802.11b/g/n у нас есть 13 каналов (20 MГц), и только 3 из них не пересекаются. В 5 ГГц их (двадцаток) уже сильно больше, но из-за того что можно использовать более широкие каналы (40-160) свободных каналов стало меньше
КДПВ
amiduts Автор
29.10.2024 11:26Да, это правда, можно было добавить данный раздел, как и много других. Про Wi-Fi можно вообще очень много материала насобирать и рассказать)
Apleks7
29.10.2024 11:26Несколько Ку: скорость большинства провайдеров за адекватные деньги до 500мгб и то эту скорость сами сайты не выдают. то есть 500 максимум разумного и то для торрентов.
Для домашней сети для передачи данных 1 гбит выше крыши
WiFi достаточно большую скорость дают достаточно новые и дорогие роутеры и мобильные устройства. В большинстве случаях скорость до 100-150 мбит. Во многом из-за того, что стоят заводские настройки. Для роутеров значителен фактор перегрева, большинство требуют дополнительного охлаждения и качественных блоков питания. Для компов сильно зависит от сетевой карты, на чипах интел разница ощущается, особенно для игр. Наверное есть резон заменить антенны на роутере, но руки не доходят. Интересно кто менял?
Steelycrack
Вообще в забавное время живем, тарифы провайдеров в среднем 100-300 мбит, wifi может передавать 3+ гбит, но при этом 2.5 гбит ethernet все еще скорее исключение чем правило и не ясно как такую скорость wifi применять если в роутере нет 2.5 гбит портов. Подключать NAS по wifi вместо кабеля?
kenomimi
Пользователь не хочет тянуть провода, в этом и ответ. Во многих случаях сетевые порты вообще убирают...
В корпоративных и серверных железках уже 10гбит мейнстрим, а то и 40.
AquariusStar
А что сразу интернет? Локальная сеть не при делах что ли? Например, собственные NAS. Передача файлов уже на 1 Гбит/сек уже ощутимо съедает общий трафик. Сам с этим столкнулся. Пришлось перестроить локальную сеть, чтобы 1Гбит/сек не оказался бутылочным горлышком.
Steelycrack
я про локалку и говорю, какой смысл от сверхбыстрого WiFi если узким местом будет кабель?
slonopotamus
Ну можно взять хоть с 10Гбит/с эзернетом
VADemon
https://www.amazon.com/ASUS-GT-BE98-PRO-Triple-level-Subscription-Free/dp/B0CPQYSXCW всего-то 800 баксов за кирпичик 2кг!
Хардкод -- имхо, всё что нужно знать о качестве прошивки. Ну ладно, может там аппаратное ограничение у чипа с NAT.
slonopotamus
Какая разница сколько весит роутер, вы его подмышкой что ли таскаете по несколько часов в день. 10Гбит/с провод есть? Есть. Дальше вы демагогией занимаетесь.
AquariusStar
В продаже точки доступа с седьмой версией вполне есть со скоростным Ethernet. А также можно делать агрегацию портов (если поддерживается), где удваивают количество кабелей и скорость передачи данных. Я так делал в первое время, когда с этим столкнулся. Благо, у меня техническая и физическая возможности позволяли это сделать. Получилось 2 Гбит/сек.
yatanai
Лично я организовал себе локалку в 5Гбит ради стриминга картинки с ПК на автономные VR очки. Чем быстрее картинка передаётся, тем меньше тайминги, всё просто.
И да, эти задержки заметны. Когда ты дёргаешь рукой и она запаздывает ощущается сильнее чем когда дёргаешь мышкой в шутере.
amiduts Автор
У меня в квартире роутер довольно далеко до компьютера, на частотах 5ГГц не очень играть в онлайн игры, часто пинг скачет. Я думаю из-за помех/наложений/роутера/длины волны/?. Но при переходе на 2.4ГГц - связь становится сильно стабильнее, при чем с другим оборудованием в другой квартире - результаты такие же. Может просто мне так "повезло"
lgorSL
5 ГГц заметно хуже проходят сквозь стены.
Это и плюс и минус - с одной стороны сигналы соседей на 5 ГГц меньше забивают эфир, с другой - даже в пределах одной квартиры дальности роутера может не хватать.
VADemon
Если 2.4 ГГц не забит, то им и пользуйтесь. Иначе 5 ГГц + узкий канал (20 МГц), чтобы пробивал и помех не собирал.
yatanai
Там прикол что 5/2.4 по разному отражаются и через объекты проходят. Там надо долго калдовать над расположением роутера, позиции антенн и мощности сигнала, чтоб всё красиво работало. Всё индивидуально
Причём мощность из этого самое не очевидное, мол на высокой мощности искажения от переотражённых сигналов выше, и в итоге получаем битрейт ниже чем на средней мощности, НО НЕ ВСЕГДА. Калдунство
slonopotamus
Какая связь между latency и bandwidth?
VBDUnit
Предположу, что низкая скорость вынуждает кодек использовать для сжатия не только прошлые кадры, но и будущие — а это требует внесения задержки.
VADemon
Если битрейт 100 мбит/с, а кадр вдруг выходит из кодека целиком, а не дробным потоком, то хорошо бы побыстрее пропихнуть этот блок данных на другую сторону. Пример надуманный. Как именно настраиваются современные кодеки под zero latency -- темный лес. К сожалению.
yatanai
Если у меня поток в 400Мбит, то при 400Мбит сети это 1с, а при 800Мбит это 0.5с.
В целом там ещё куча тонкостей из-за чего чисто кратных отношений получить не удаётся, но разница всё же есть. И да, если ставить 30Мбит, то там настолько смешные задержки на передачу что уже не важно какая там у вас сетка стоит
slonopotamus
Если у вас поток в 400Мбит, то при 800Мбит сети это тоже 1с. И при чём здесь latency?
yatanai
Я говорю о времени передачи кадра. Если у меня поток в 400Мбит и сеть в 400Мбит, мы получаем что время на передачу одного кадра при 120Гц у нас около 15-20мс, увеличив пропускную способность сети раза в два мы получаем что время на передачу одного кадра становится 10-15мс.
Не двукратный прирост, но что-то. Я занимаюсь этим всем из спортивного интереса, сейчас у меня общее время на траскод около 20мс при хорошем качестве. Лучше только провод)
Skigh
Вы это объективно замерили? Чем? (У самого PCVR на Quest 3, вроде гигабита + WiFi 6 хватает, но если можно реально улучшить..)
Okeu
Могу ошибаться, но для вайфая это цифры сферические в вакууме в реальности с учетом помех, шумов и накладных расходов реальная скорость будет сильно ниже
amiduts Автор
Да, реальная скорость сильно ниже, как раз например из-за помех, которые в свою очередь складываются из ряда других факторов (дистанции, канала, пространства и тд). Это очень условные цифры, которые теоретически можно достичь
edo1h
Там не только помехи, а то что это разделяемая среда. Чем выше утилизация, чем ниже суммарная пропускная способность. То есть если сосед за стеной смотрит ролик на ютубе на скорости 20Мбит/с, то он отнимает у вас 40, а то 100 мегабит. Это если на том же канале. А если на другом, то всё хуже, механизмы конкурентного доступа не работают. А если у него древний роутер со скоростью 54Мбит/с, то он утилизирует канал фактически на 100%.
А в типичной многоэтажке таких соседей не один.
В новых версиях WiFi, конечно, стараются решить эти проблемы, но это не так просто и долго
Tirarex
В 70% современных материнских платах стоят 2,5гбит порты.
Steelycrack
но не в роутерах, в новые кинетики например впихнули всего по одному 2.5 гбит порту.
Tirarex
Свич от 3к. 4 порта 2.5gbe + 2sfp+ 10gbe. А роутер пусть хоть 100 мегабит по тарифу.
Ryav
Так кабель же используют не только из-за ширины канала (он всё же не маленький), но и из-за низкой latency. Какое значение latency у последних поколений WiFi?
RifleR
Мои тесты wifi 6 версии дают пинг 4 мс до сервера, по сравнению с 1 мс до того же сервера по кабелю.
0o0
на загнивающем западе давно тарифы на оптику гигабит+
есть и 2 и 5 и 8 и 10
роутеры в руках вертел,
иногда wan 10ка, а lan гигабит.
но попадались и честные где 10ку можно в lan получить.
vikarti
У ethernet если железо держит 1 гбит и у вас нет как минимум 950 мбит - у вас проблемы в настройка. С WiFi все совсем не так, там реальная скорость обычно как минимум в 2 раза меньше заявленной даже в почти идеальных ситуациях.
Но кстати уже есть интерресные идеи вроде mesh-сетей где другие точки доступа могут подключатся кабелем но основной вариант - тоже WiFi. Если используется другой диапазон вроде 6 Ghz или "верхнего" поддиапазона 5Ghz и отдельный передатчик, то это даже не сильно снижает скорость сети, если mesh-точка дешевая и еще один приемопередатчик пожалели - получается репитер.
А куда использовать - например VR-шлемы беспроводные вроде Quest'а, стриминг картинки это сотни мегабит даже сжатой.
RifleR
тоже раньше думал, что реально иметь только половину от теоретического максимума, но практические тесты на телефоне рядом с роутером (при конфигурации Wi-Fi 6, диапазон 5 ГГц, ширина канала 80 МГц, MIMO 2х2) показали, что при максимальной теоретической скорости 1200 Мбит можно выжать реальных 850-900 Мбит. Что очень неплохо.
vikarti
А что за телефон и как тест проводился? Speedtest? iperf с устройством в локальной сети? Другие сети WiFi в том же диапазоне были рядом? А другие устройства в этой?
RifleR
iPhone 15 Pro Max. Тестировал разными способами - и Speedtest, и передачей файла с другого устройства по локальной сети. Другое устройство было подключено по Ethernet, чтобы не занимать ресурс Wi-Fi.
да, но очень немного.
да, но они не передавали данные в это время.
kasiopei
WIFI не только для доступа в интернет. Это беспроводной коммутатор. И подключаются к нему много клиентов. Вся эта мегаскорость поделится меж ними. Они не обязательно будут на сервер идти и могут меж собой обмениваться. Плюс надо учитывать что нужен запас чтобы помех компенсировать