Początki bezprzewodowych sieci WLAN
Przed końcem lat 90. połączenie z siecią najczęściej wymagało kabla Ethernet. Standardy bezprzewodowych sieci lokalnych zaczęły wtedy przechodzić od rozwiązań specjalistycznych do urządzeń przeznaczonych dla domów i biur. 16 września 1999 roku zatwierdził projekty 802.11a i 802.11b. 802.11a opublikowano 30 grudnia 1999 roku, a 802.11b 20 stycznia 2000 roku. Oba rozszerzenia opisywały inne warstwy fizyczne i inne pasma pracy.
Specyfikacje określiły parametry radiowe, które później wykorzystano w punktach dostępowych i kartach sieciowych. 802.11b ułatwił budowę tanich sieci w paśmie 2,4 GHz, a 802.11a oferował większą nominalną szybkość w paśmie 5 GHz. Rozwój tych urządzeń pozwolił użytkownikom przemieszczać się w zasięgu punktu dostępowego i utrzymywać połączenie z siecią.
802.11b: 2,4 GHz i pierwsze wdrożenia masowe
802.11b był pierwszym wariantem Wi-Fi, który upowszechnił się na rynku masowym. Działał w i oferował maksymalną nominalną szybkość PHY 11 Mb/s. Wartość ta była wysoka jak na ówczesne bezprzewodowe sieci lokalne, lecz nie oznaczała takiej samej przepływności danych użytkownika.
O użyteczności 802.11b decydowały szybkość, dostępność komponentów i właściwości pasma. Fale 2,4 GHz zwykle przechodzą przez ściany i omijają przeszkody skuteczniej niż fale o wyższej częstotliwości. Pojedynczy punkt dostępowy mógł obsłużyć dom lub małe biuro. W sprzyjających warunkach historyczne pomiary wskazywały zasięg około 38 m wewnątrz i około 140 m na zewnątrz. Rzeczywisty zasięg zależy od mocy, anten, przeszkód, zakłóceń i regulacji.
Standard wykorzystywał technologię . Dla 1 i 2 Mb/s stosowano odpowiednio DBPSK i DQPSK z sekwencją Barkera, a dla 5,5 i 11 Mb/s CCK. Rozpraszanie wspierało współistnienie i odporność na zakłócenia od urządzeń 2,4 GHz, takich jak kuchenki mikrofalowe i telefony bezprzewodowe. Sama technika radiowa nie zapewnia poufności. Ochronę informacji określają mechanizmy bezpieczeństwa 802.11 oraz konfiguracja sieci.
802.11b miał także ograniczenia pojemności. Dla kanałów o szerokości około 20 lub 22 MHz często stosowano plan z kanałami 1, 6 i 11, lecz liczba kanałów niepokrywających się zależy od domeny regulacyjnej oraz przyjętej szerokości kanału. W gęstych środowiskach sąsiednie sieci współdzieliły medium i mogły wyraźnie zmniejszać wydajność.
802.11a: Warstwa PHY w paśmie 5 GHz
Opublikowany kilka tygodni przed 802.11b, 802.11a przyjął inne parametry radiowe. Działał w i oferował maksymalną nominalną szybkość PHY 54 Mb/s, prawie pięć razy większą niż maksymalna szybkość 802.11b.
802.11a korzystał z . Kanał obejmował 52 podnośne, w tym 48 podnośnych danych i 4 podnośne pilotujące. Taki podział zwiększał efektywność widmową i pomagał ograniczać wpływ wielodrożności, czyli docierania sygnału wieloma drogami wskutek odbić. Standard określał szybkości od 6 do 54 Mb/s, z obowiązkowym wsparciem dla 6, 12 i 24 Mb/s.
Pasmo 5 GHz oferowało większą pulę kanałów niż typowy plan 2,4 GHz. Liczba kanałów dostępnych dla 802.11a i liczba kanałów niepokrywających się zależały od domeny regulacyjnej, podpasma, szerokości kanału oraz wymagań takich jak DFS. W sprzyjającym planie można było uzyskać wiele niezależnych kanałów, lecz wartość 23 nie była uniwersalna.
802.11a napotykał wyzwania związane z upowszechnieniem. Wyższa częstotliwość zwykle oznaczała krótszy zasięg i większe tłumienie przez ściany oraz przeszkody. Komponenty 5 GHz były również droższe w produkcji, więc urządzenia 802.11a często kosztowały więcej niż odpowiedniki 802.11b. Te czynniki sprzyjały wolniejszemu początkowemu upowszechnieniu mimo wyższej nominalnej szybkości.
Porównanie specyfikacji technicznych
| Charakterystyka | 802.11b | 802.11a |
|---|---|---|
| Pasmo częstotliwości | 2,4 GHz ISM | 5 GHz U-NII |
| Maksymalna nominalna szybkość PHY | 11 Mb/s | 54 Mb/s |
| Technika PHY | DSSS | OFDM |
| Szerokość kanału | 22 MHz | 20 MHz |
| Niezachodzące kanały | Typowo 3 w wybranym planie | Zależnie od domeny regulacyjnej |
| Typowy zasięg wewnętrzny | Około 38 m, historyczny szacunek wewnętrzny | Około 15 m, zależnie od wdrożenia |
| Przechodzenie przez ściany | Dobre | Przeciętne |
Znaczenie techniczne i wpływ
Wprowadzenie 802.11a i 802.11b rozpoczęło okres szybkiego rozwoju bezprzewodowych sieci lokalnych. Oba standardy pokazały różne kompromisy między pasmem, zasięgiem, szybkością i kosztem. Ich rozwiązania nadal pomagają opisywać współczesny projekt Wi-Fi:
- Projektowanie dwupasmowe: Współistnienie wariantów 2,4 GHz i 5 GHz w jednej rodzinie standardów wprowadziło kompromis między zasięgiem a dostępnym spektrum.
- OFDM w późniejszych warstwach PHY: OFDM zastosowany w 802.11a stał się podstawą wielu późniejszych wysokowydajnych warstw PHY Wi-Fi. Nie opisuje jednak warstwy PHY 802.11b.
- Kompatybilność wsteczna: Rozwój rodziny 802.11 utrwalał cel współpracy nowych urządzeń ze starszymi wariantami, lecz 802.11a i 802.11b używały różnych pasm i warstw PHY.
- Wykorzystanie spektrum nielicencjonowanego: Oba standardy pokazały, że pasma nielicencjonowane mogą obsługiwać komercyjne sieci lokalne przy zachowaniu wymagań regulacyjnych.
Choć 11 Mb/s i 54 Mb/s są niewielkimi wartościami w porównaniu z dzisiejszym Wi-Fi, w tamtym okresie otwierały drogę do bezprzewodowego udostępniania internetu, gier sieciowych i wczesnych zastosowań urządzeń, które później stały się częścią Internetu Rzeczy. Są to maksymalne szybkości PHY, dlatego rzeczywista przepływność aplikacji była niższa.
802.11a i 802.11b dostarczyły praktycznych metod budowy sieci bezprzewodowych, które mogły trafić do domów, biur i przestrzeni publicznych. Bezpieczeństwo zależało od osobnych mechanizmów 802.11 oraz ich konfiguracji. Rozwiązania te przygotowały rynek na kolejne generacje WLAN, urządzenia mobilne i dużą liczbę połączonych urządzeń.
Wdrożenia rynkowe i praktyczne zastosowanie
Przyjęcie obu standardów odzwierciedlało ich różne kompromisy. 802.11b łączył niższy koszt urządzeń z większym typowym zasięgiem i stał się popularny w zastosowaniach konsumenckich na początku lat 2000. Kawiarnie, lotniska i domy w wielu krajach wdrażały sieci 802.11b, co przyczyniło się do pierwszej szerokiej fali publicznych hotspotów Wi-Fi.
802.11a znalazł natomiast zastosowanie w przedsiębiorstwach, gdzie dodatkowe pasmo i wyższa nominalna szybkość uzasadniały koszt. Sieci firmowe, uczelnie i inne środowiska profesjonalne wykorzystywały 802.11a do szybkiej łączności w paśmie 5 GHz.
Te dwa sposoby wdrażania pokazały powtarzający się wybór między zasięgiem, przystępną ceną, wydajnością i pojemnością. Doświadczenia z obu standardów wpłynęły na późniejsze prace IEEE i dalszy rozwój Wi-Fi.