Работаю с недавнего времени в техподдержке одного известного в России, но не в Москве, интернет-провайдера. Захотелось максимально доступно рассказать Пикабушникам как самостоятельно настроить свою домашнюю wi-fi сеть и почему же скорость по замерам зачастую отличается от заявленной по тарифу. Если вкратце, потому что Wi-Fi.

Термин «Wi-Fi» изначально был придуман как игра слов для привлечения внимания потребителя «намёком» на Hi-Fi (англ. High Fidelity - высокая точность). Несмотря на то, что поначалу фигурировало словосочетание «Wireless Fidelity» («беспроводная точность»), на данный момент от такой формулировки отказались, и термин «Wi-Fi» никак не расшифровывается. (wiki)

Под аббревиатурой Wi-Fi скрывается множество стандартов, которые принято обобщённо называть IEEE 802.11x. В частности, сегодня наиболее распространены стандарты IEEE 802.11g (до 54 Мбит/с) и IEEE 802.11n (до 600 Мбит/с). В реальных условиях вам очень повезёт, если максимальная скорость передачи данных составит хотя бы половину от заявленной. Дело в том, что, с одной стороны, заявленная максимальная пропускная способность линии связи – это полная пропускная способность, которая используется не только для передачи полезной информации, но и для служебных данных, которых набирается примерно на половину общего объёма полезной информации. С другой же стороны на скорость передачи данных влияет окружающая среда. Например, типичный беспроводной адаптер «пробивает» три-четыре капитальные стены, а иногда (если в стенах много металлических элементов) и того меньше. В условиях прямой видимости можно ожидать дальности связи в несколько десятков метров.

Пока получается скучновато, но я стараюсь найти баланс между информативностью и наглядностью.

Итак, у вас дома наверняка уже есть как минимум одно устройство, поддерживающее передачу данных по wi-fi, например ноутбук или смартфон. Соответственно вам хочется иметь возможность быть "на связи" в любой точке квартиры не будучи связанным проводами и чтобы интернет страницы и видео открывались без тормозов. Для этого нужен интернет, который вам протянет провайдер и wifi точка доступа, которую он же вам может предоставить на условиях аренды или в собственность. О разнице между точкой доступа и wi-fi роутером сейчас говорить не будем, скажу лишь, что скорее всего ваш выбор падет именно на роутер (маршрутизатор).

Простейший роутер с поддержкой стандарта 802.11n можно приобрести за 1,5-2 т.р. (Подобного класса роутер предоставляет обычно и провайдер.) Такое устройство чаще всего может выдать до 64 Мбит/с реальной скорости, если у вас современный ноутбук с wifi адаптером того же 802.11n, а беспроводная сеть нормально настроена. На смартфонах и планшетах адаптеры обычно послабее и реальную скорость которую они могут получить как правило не превышает 30 Мбит/с, чего им, в общем-то, хватает. О том какой стандарт wifi поддерживает ваше устройство информацию можно найти в технических характеристиках на сайте производителя.

На ноутбуках так же или смотрим состояние сетевого подключения. Пуск ->

Панель управления -> Сеть и Интернет -> Центр управления сетями и общим доступом -> Изменение параметров адаптера ->

Правый клик по вашему беспроводному подключению -> Состояние. Тут ищем строку "Скорость", если значение 54 Мбит/с, то нормальной скоростью загрузки по замерам будет 18-22 Мбит/с, а если 150 Мбит/с, то от 40 до 50 Мбит/с.

Вот мы и дошли до сути данного эпоса. Настройка домашней беспроводной сети начинается с расположения роутера.

1. Удостоверьтесь, что разместили маршрутизатор/точку доступа в центральном местоположении по отношению к вашей будущей беспроводной сети для наилучшей производительности. Постарайтесь расположить маршрутизатор/точку доступа как можно выше в помещении, так чтобы сигнал распределялся по всему дому. Если у Вас двух-этажный дом, большая квартира, Вам может понадобится повторитель (репитер, ретранслятор), чтобы расширить рабочий диапазон сигнала.

2. Расположите домашние приборы, такие как беспроводные телефоны, bluetooth-устройства, микроволновые печи и телевизоры, как можно дальше от маршрутизатора/точки доступа. Это значительно снизит различные помехи, которые могут вызывать подобные приборы при их работе на определенной частоте. Здесь еще стоит добавить, что радиосигнал от роутера к устройству идет по прямой и если на пути сигнала окажется телевизор или отражающие поверхности типа стекла или зеркала, это так же негативно повлияет на качество сигнала, а значит на скорость и на радиус покрытия. Есть и еще факторы негативно влияющие на качество wifi соединения, но основные я затронул.

3. Не позволяйте вашим соседям или злоумышленникам подключаться к вашей беспроводной сети. Обезопасьте беспроводную сеть, включив функцию WPA/WPA2 безопасности на маршрутизаторе (пароль на wifi).

Настоятельно рекомендую к ознакомлению всем владельцам роутеров в многоквартирных домах для понимания почему скорость по wifi скачет, ниже заявленной или вообще соединение прерывается. Показано на примере роутера Zyxel, но выбор канала обычно предусмотрен и в настройках роутеров других марок.

Кстати выражаю огромный респект составителям данной базы, потому что лучшего материала я еще не встречал. Очень доступно и интересно об интернет технологиях.

Обычно чтобы зайти в настройки роутера нужно вбить в адресную строку браузера адрес самого роутера. Посмотреть его можно нажав в том же состоянии подключения (см. выше) кнопку Сведения. Строка "Основной шлюз" или "Шлюз по умолчанию". Нужный адрес и данные для входа могут быть так же указаны на самом роутере.

Чаще всего бывают:

192.168.0.1

192.168.1.1

192.168.10.1

192.168.100.1

Стандартные данные для входа в настройки популярных моделей роутеров:

Перезагружать роутер по питанию (выключать из розетки на 10 секунд) после смены канала не обязательно, но возможно придется подождать 30-40 секунд пока роутер и ваше устройство не согласуются работать на новой частоте. Грубо говоря wifi сеть может отвалиться ненадолго или пока ее не подключат на устройстве вручную.

Для более простого определения оптимального канала (чем указано в статье по ссылке) установите на свой смартфон или планшет (Android) приложение Wifi Analyzer, просканируйте им окружающие вас wifi сети. Далее настройте на вашем роутере канал, которому приложение даст максимальный рейтинг и не забудьте сохранить изменения.

Хотелось бы чтобы данный пост прочитало и осмыслило максимальное количество людей, ведь тогда у меня и других сотрудников техподдержки освободится масса времени на то, чтобы помочь тем людям у которых реально могут быть проблемы с соединением, требующие срочного решения. А у Вас будет меньше поводов ругать провайдера за "плохой" интернет. За рейтингом не гонюсь, поэтому добавлю 3 коммента для минусов. Так же буду рад любой обратной связи, дабы повысить свой профессионализм и радовать Клиентов грамотными консультациями. Ну а если появятся подписчики, то буду рад продолжить клепать посты на it-тематику и о работе техподдержки. Спасибо, что дочитали.

Один из главных недостатков стандартов беспроводной связи IEEE 802.11 a/b/g — слишком низкая скорость передачи данных. Действительно, теоретическая пропускная способность протоколов IEEE 802.11 a/g составляет всего 54 Мбит/с, а если говорить о реальной скорости передачи данных, то она не превышает 25 Мбит/с. Конечно, для выполнения многих задач такой скорости сегодня уже оказывается недостаточно, поэтому на повестке дня стоит вопрос о внедрении новых стандартов беспроводной связи, обеспечивающих значительно более высокие скорости.
Идя навстречу постоянно возрастающим потребностям в высокопроизводительных беспроводных локальных сетях, Комитет по стандартам Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE-SA) во второй половине 2003 года инициировал создание исследовательской группы IEEE 802.11n (802.11 TGn). В задачи группы TGn входит разработка нового стандарта беспроводной связи IEEE 802.11n, предусматривающего пропускную способность беспроводного канала связи минимум 100 Мбит/с.
Стандарт IEEE 802.11n находится еще в стадии разработки, однако многие производители беспроводного оборудования уже начали выпуск беспроводных адаптеров и точек доступа, основанных на так называемой технологии MIMO, которая станет одной из основополагающих технологий для спецификации 802.11n. Таким образом, беспроводные устройства на базе технологии MIMO можно считать продуктами pre-802.11n.
В настоящей статье мы рассмотрим особенности технологии MIMO на примере беспроводного маршрутизатора ASUS WL-566gM в сочетании с беспроводным PCMCIA-адаптером ASUS WL-106gM.

История развития стандартов семейства 802.11

Протокол 802.11

Обзор протоколов семейства 802.11b/g логично начать именно с протокола 802.11, который является прародителем всех остальных протоколов, хотя сегодня уже не встречается в чистом виде. В стандарте 802.11, как и во всех остальных стандартах данного семейства, предусмотрено использование частотного диапазона от 2400 до 2483,5 МГц, то есть частотного диапазона шириной 83,5 МГц, разбитого на несколько частотных подканалов.

В основе стандарта 802.11 лежит технология уширения спектра (Spread Spectrum, SS), которая подразумевает, что первоначально узкополосный (в смысле ширины спектра) полезный информационный сигнал при передаче преобразуется таким образом, что его спектр оказывается значительно шире, чем спектр первоначального сигнала. Одновременно с уширением спектра сигнала происходит и перераспределение спектральной энергетической плотности сигнала — энергия сигнала также «размазывается» по спектру.

В протоколе 802.11 применяется технология уширения спектра методом прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS). Суть ее заключается в том, что для уширения спектра первоначально узкополосного сигнала в каждый передаваемый информационный бит встраивается чиповая последовательность, которая представляет собой последовательность прямоугольных импульсов. Если длительность одного чипового импульса в n раз меньше длительности информационного бита, то и ширина спектра преобразованного сигнала будет в n раз больше ширины спектра первоначального сигнала. При этом и амплитуда передаваемого сигнала уменьшится в n раз.

Чиповые последовательности, встраиваемые в информационные биты, называют шумоподобными кодами (PN-последовательностями), что подчеркивает то обстоятельство, что результирующий сигнал становится шумоподобным и его трудно отличить от естественного шума.

Для того чтобы на приемной стороне можно было выделить полезный сигнал на уровне шума, используемые для уширения спектра сигнала чиповые последовательности должны удовлетворять определенным требованиям автокорреляции. Чиповых последовательностей, отвечающих указанным требованиям автокорреляции, существует достаточно много. В стандарте 802.11 применяются последовательности длиной в 11 чипов, называемые кодами Баркера.

В стандарте 802.11 предусмотрено два скоростных режима — 1 и 2 Мбит/с. Скорость следования отдельных чипов последовательности Баркера составляет 11Ѕ106 чип/с, а ширина спектра такого сигнала — 22 МГц. Учитывая, что ширина частотного диапазона равна 83,5 МГц, получаем, что всего в данном частотном диапазоне можно уместить три неперекрывающихся частотных канала. Весь частотный диапазон, однако, принято делить на 11 частотных перекрывающихся каналов по 22 МГц, отстоящих друг от друга на 5 МГц. К примеру, первый канал занимает частотный диапазон от 2400 до 2423 МГц и центрирован относительно частоты 2412 МГц. Второй канал центрирован относительно частоты 2417 МГц, а последний, 11-й канал — относительно частоты 2462 МГц. При таком рассмотрении первый, шестой и 11-й каналы не перекрываются друг с другом и имеют 3-мегагерцевый зазор относительно друг друга. Именно эти три канала могут применяться независимо друг от друга.

Для модуляции синусоидального несущего сигнала при информационной скорости 1 Мбит/с используется относительная двоичная фазовая модуляция (Differential Binary Phase Shift Key, DBPSK).

При информационной скорости 2 Мбит/с для модуляции несущего колебания применяется относительная квадратурная фазовая модуляция (Differential Quadrature Phase Shift Кey), что позволяет повысить информационную скорость вдвое.

Протокол 802.11b

Протокол IEEE 802.11b, принятый в июле 1999 года, является своего рода расширением базового протокола 802.11 и, кроме скоростей 1 и 2 Мбит/с, предусматривает скорости 5,5 и 11 Мбит/с. Для работы на скоростях 5,5 и 11 Мбит/с используются так называемые комплементарные коды (Complementary Code Keying, CCK).

В стандарте IEEE 802.11b речь идет о комплексных комплементарных 8-чиповых последовательностях, определенных на множестве комплексных элементов. Сами элементы 8-чиповой последовательности могут принимать одно из восьми комплексных значений.

Основное отличие CCK-последовательностей от рассмотренных ранее кодов Баркера заключается в том, что существует не строго заданная последовательность (посредством которой можно кодировать либо логический нуль, либо единицу), а целый набор последовательностей. Учитывая, что каждый элемент последовательности может принимать одно из восьми значений, ясно, что можно скомбинировать достаточно большое число разных CCK-последовательностей. Это обстоятельство позволяет кодировать в одном передаваемом символе несколько информационных бит, благодаря чему повышается информационная скорость передачи данных. Так, использование CCK-кодов позволяет кодировать 8 бит на один символ при скорости 11 Мбит/с и 4 бит на символ при скорости 5,5 Мбит/с. При этом в обоих случаях символьная скорость передачи составляет 1,385Ѕ106 символов в секунду (11/8 = 5,5/4 = 1,385), а учитывая, что каждый символ задается 8-чиповой последовательностью, получаем, что в обоих случаях скорость следования отдельных чипов составляет 11Ѕ106 чипов в секунду. Соответственно ширина спектра сигнала при скорости как 11, так и 5,5 Мбит/с составляет 22 МГц.

Протокол 802.11g

Стандарт IEEE 802.11g является логическим развитием стандарта 802.11b и предполагает передачу данных в том же частотном диапазоне, но с более высокими скоростями. Кроме того, стандарт 802.11g полностью совместим с 802.11b, то есть любое устройство 802.11g должно поддерживать работу с устройствами 802.11b. Максимальная скорость передачи в стандарте 802.11g составляет 54 Мбит/с.

В стандарте 802.11g используются технологии OFDM и CCK, а опционально предусмотрено применение технологии PBCC.

Для того чтобы понять суть технологии OFDM, рассмотрим более подробно многолучевую интерференцию, возникающую при распространении сигналов в открытой среде.

Эффект многолучевой интерференции сигналов заключается в том, что в результате многократных отражений от естественных преград один и тот же сигнал может попадать в приемник различными путями. Но разные пути распространения отличаются друг от друга по длине, а потому для различных путей распространения ослабление сигнала будет неодинаковым. Следовательно, в точке приема результирующий сигнал представляет собой интерференцию многих сигналов, имеющих различные амплитуды и смещенных относительно друг друга по времени, что эквивалентно сложению сигналов с разными фазами.

Следствием многолучевой интерференции является искажение принимаемого сигнала. Многолучевая интерференция присуща любому типу сигналов, но особенно негативно она сказывается на широкополосных сигналах, поскольку при использовании широкополосного сигнала в результате интерференции определенные частоты складываются синфазно, что приводит к увеличению сигнала, а некоторые, наоборот, противофазно, вызывая ослабление сигнала на данной частоте.

Говоря о многолучевой интерференции, возникающей при передаче сигналов, отмечают два крайних случая. В первом случае максимальная задержка между сигналами не превышает времени длительности одного символа и интерференция возникает в пределах одного передаваемого символа. Во втором случае максимальная задержка между сигналами больше длительности одного символа, поэтому в результате интерференции складываются сигналы, представляющие разные символы, и возникает так называемая межсимвольная интерференция (Inter Symbol Interference, ISI).

Наиболее отрицательно на искажение сигнала влияет именно межсимвольная интерференция. Поскольку символ — это дискретное состояние сигнала, характеризующееся значениями частоты несущей, амплитуды и фазы, для разных символов меняются амплитуда и фаза сигнала, а следовательно, восстановить исходный сигнал крайне сложно.

По этой причине при высоких скоростях передачи применяется метод кодирования данных, называемый ортогональным частотным разделением каналов с мультиплексированием (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM). Суть этого метода заключается в том, что поток передаваемых данных распределяется по множеству частотных подканалов и передача ведется параллельно на всех таких подканалах. При этом высокая скорость передачи достигается именно за счет одновременной передачи данных по всем каналам, тогда как скорость передачи в отдельном подканале может быть и невысокой.

Благодаря тому что в каждом из частотных подканалов скорость передачи данных можно сделать не слишком высокой, создаются предпосылки для эффективного подавления межсимвольной интерференции.

При частотном разделении каналов необходимо, чтобы отдельный канал был достаточно узким для минимизации искажения сигнала, но в то же время — достаточно широким для обеспечения требуемой скорости передачи. Кроме того, для экономного использования всей полосы канала, разделяемого на подканалы, желательно расположить частотные подканалы как можно ближе друг к другу, но при этом избежать межканальной интерференции, чтобы обеспечить их полную независимость. Частотные каналы, удовлетворяющие вышеперечисленным требованиям, называются ортогональными. Несущие сигналы всех частотных подканалов ортогональны друг другу. Важно, что ортогональность несущих сигналов гарантирует частотную независимость каналов друг от друга, а следовательно, и отсутствие межканальной интерференции.

Рассмотренный способ деления широкополосного канала на ортогональные частотные подканалы называется ортогональным частотным разделением с мультиплексированием (OFDM). Для его реализации в передающих устройствах используется обратное быстрое преобразование Фурье (IFFT), переводящее предварительно мультиплексированный на n-каналов сигнал из временного представления в частотное.

Одним из ключевых преимуществ метода OFDM является сочетание высокой скорости передачи с эффективным противостоянием многолучевому распространению. Конечно, сама по себе технология OFDM не исключает многолучевого распространения, но создает предпосылки для устранения эффекта межсимвольной интерференции. Дело в том, что неотъемлемой частью технологии OFDM является охранный интервал (Guard Interval, GI) — циклическое повторение окончания символа, пристраиваемое в начале символа.

Охранный интервал создает временные паузы между отдельными символами, и если длительность охранного интервала превышает максимальное время задержки сигнала в результате многолучевого распространения, то межсимвольной интерференции не возникает.

При использовании технологии OFDM длительность охранного интервала составляет одну четвертую длительности самого символа. При этом символ имеет длительность 3,2 мкс, а охранный интервал — 0,8 мкс. Таким образом, длительность символа вместе с охранным интервалом составляет 4 мкс.

Говоря о технологии частотного ортогонального разделения каналов OFDM, применяемой на различных скоростях в протоколе 802.11g, мы до сих пор не касались вопроса о методе модуляции несущего сигнала.

Напомним, что в протоколе 802.11b для модуляции использовалась либо двоичная (BDPSK), либо квадратурная (QDPSK) относительная фазовая модуляция. В протоколе 802.11g на низких скоростях передачи также применяется фазовая модуляция (только неотносительная), то есть двоичная и квадратурная фазовые модуляции BPSK и QPSK. При использовании BPSK-модуляции в одном символе кодируется только один информационный бит, а при использовании QPSK-модуляции — два информационных бита. Модуляция BPSK применяется для передачи данных на скоростях 6 и 9 Мбит/с, а модуляция QPSK — на скоростях 12 и 18 Мбит/с.

Для передачи на более высоких скоростях используется квадратурная амплитудная модуляция QAM (Quadrature Amplitude Modulation), при которой информация кодируется за счет изменения фазы и амплитуды сигнала. В протоколе 802.11g применяется модуляция 16-QAM и 64-QAM. Первая модуляция предполагает 16 различных состояний сигнала, что позволяет закодировать 4 бита в одном символе; вторая — 64 возможных состояний сигнала, что дает возможность закодировать последовательность 6 бит в одном символе. Модуляция 16-QAM используется на скоростях 24 и 36 Мбит/с, а модуляция 64-QAM — на скоростях 48 и 54 Мбит/с.

Максимальная скорость передачи данных в протоколах 802.11b/g

Итак, максимальная скорость для протокола 802.11b составляет 11 Мбит/с, а для протокола 802.11g — 54 Мбит/с.

Однако следует четко различать полную скорость передачи и полезную скорость передачи. Дело в том, что технология доступа к среде передачи данных, структура передаваемых кадров, заголовки, прибавляемые к передаваемым кадрам на различных уровнях модели OSI, — всё это предполагает довольно большой объем служебной информации. Вспомним хотя бы наличие охранных интервалов при применении OFDM-технологии. В результате полезная или реальная скорость передачи, то есть скорость передачи пользовательских данных, всегда оказывается ниже полной скорости передачи.

Более того, реальная скорость передачи зависит и от структуры беспроводной сети. Так, если все клиенты сети используют один и тот же протокол, например 802.11g, то сеть является гомогенной и скорость передачи данных в ней выше, чем в смешанной сети, где имеются клиенты как 802.11g, так и 802.11b. Дело в том, что клиенты 802.11b «не слышат» клиентов 802.11g, которые применяют OFDM-кодирование. Поэтому с целью обеспечения совместного доступа к среде передачи данных клиентов, использующих различные типы модуляции, в подобных смешанных сетях точки доступа должны отрабатывать определенный механизм защиты. В результате применения механизмов защиты в смешанных сетях реальная скорость передачи становится еще меньше.

Кроме того, реальная скорость передачи данных зависит и от используемого протокола (TCP или UDP), и от размера длины пакета. Естественно, что протокол UDP предусматривает более высокие скорости передачи. Теоретические максимальные скорости передачи данных для различных типов сетей и протоколов представлены в табл. 1.

Технология MIMO

ехнология OFDM используется в протоколах 802.11g и 802.11a, но только при скоростях до 54 Мбит/с. При более высоких скоростях метод OFDM не позволяет избежать межсимвольной интерференции, поэтому приходится применять другие методы кодирования и передачи данных. К примеру, широко используется технология интеллектуального массива антенн (Smart Antenna). Естественно, в данном случае речь идет не о кодировании данных, а лишь о методе их передачи. С помощью нескольких приемных и передающих антенн можно существенно повысить качество принимаемого сигнала. Дело в том, что при многолучевом распространении сигнала уровень принимаемой мощности является случайной функцией, зависящей от взаимного расположения передатчика и приемника, а также от геометрии окружающего пространства. При применении массива разнесенных антенн всегда можно выбрать антенну с наивысшим соотношением «сигнал/шум». В системах на базе интеллектуальных антенн скорость передачи данных не увеличивается — улучшается только качество канала.

Однако технология использования нескольких передающих и принимающих антенн позволяет повысить также пропускную способность канала связи. Данная технология получила название MIMO (Multiple Input Multiple Output). По аналогии традиционные системы, то есть системы с одной передающей и одной принимающей антенной, называют SISO (Single Input Single Output).

Теоретически MIMO-система с n передающими и n принимающими антеннами способна обеспечить пиковую пропускную способность в n раз бoльшую, чем системы SISO. Это достигается за счет того, что передатчик разбивает поток данных на независимые последовательности битов и пересылает их одновременно, используя массив антенн. Такая техника передачи называется пространственным мультиплексированием.

Рассмотрим, к примеру, MIMO-систему, состоящую из n передающих и m принимающих антенн (рис. 1).

Передатчик в такой системе посылает n независимых сигналов, используя n антенн. На приемной стороне каждая из m антенн получает сигналы, которые являются суперпозицией n сигналов от всех передающих антенн. Таким образом, сигнал R 1 , принимаемый первой антенной, можно представить в виде:

R 1 = h 11 T 1 + h 21 T 2 + ... + h n1 T n .

Записывая подобные уравнения для каждой приемной антенны, получим следующую систему:

Или, переписав данное выражение в матричном виде:

[R ] = [H ]·[T ],

где [H ] — матрица переноса, описывающая MIMO-канал связи.

Для того чтобы на приемной стороне декодер мог правильно восстановить все сигналы, он должен прежде всего определить коэффициенты h ij , характеризующие каждый из m x n каналов передачи. Для определения коэффициентов h ij в технологии MIMO используется преамбула пакета.

Определив коэффициенты матрицы переноса, можно легко восстановить переданный сигнал:

[T ] = [H ] –1 ·[R ],

где [H ] –1 — матрица, обратная к матрице переноса [H ] .

Важно отметить, что в технологии MIMO применение нескольких передающих и принимающих антенн позволяет повысить пропускную способность канала связи за счет реализации нескольких пространственно разнесенных подканалов, при этом данные передаются в одном и том же частотном диапазоне.

Технология MIMO никак не затрагивает метод кодирования данных и, в принципе, может использоваться в сочетании с любыми методами физического и логического кодирования данных. Благодаря этому технология MIMO совместима с протоколами 802.11a/b/g.

Соответственно в точке доступа ASUS WL-566gM используются три внешние антенны, что обеспечивает создание нескольких пространственно разнесенных беспроводных каналов в одном и том же частотном диапазоне. В результате уменьшается количество «мертвых зон» в беспроводной сети, а радиосигналы передаются на большее расстояние, что увеличивает пропускную способность всей сети.

Отметим, что точка доступа, интегрированная в маршрутизатор ASUS WL-566gM, построена на основе чипcета Airgo AGN300, включающего процессор MAC-уровня AGN303BB и двухполосные PHY-контроллеры AGN301RF/AGN302R. Отметим также, что чипсет Airgo AGN300 поддерживает стандарты 802.11a/b/g. В технических характеристиках чипсета Airgo AGN300 указывается, что при использовании стандартных радиоканалов с шириной полосы пропускания 20 МГц максимальная скорость передачи данных составляет 126 Мбит/с. Скорость в 240 Мбит/с достигается при применении Adaptive Channel Expansion (ACE) — технологии объединения нескольких каналов в один. В частности, речь идет об объединении двух соседних каналов в один шириной 40 МГц — именно в этом случае достигается скорость передачи данный в 240 Мбит/с.

Понятно, что для реализации технологии MIMO необходимо, чтобы все клиенты сети были оснащены беспроводными адаптерами, совместимыми с технологией MIMO. Однако поддержка режима MIMO не означает, что данный маршрутизатор не может работать с устройствами стандарта 802.11g/b. Просто если обеспечивается совместимость с данными устройствами, то все клиенты сети, даже поддерживающие технологию MIMO, будут работать по протоколу 802.11g или 802.11b.

В настройках маршрутизатора ASUS WL-566gM можно задать один из трех режимов работы беспроводной точки доступа: Auto, 54G Only, 802.11b Only. В режиме 54G Only и точка доступа, и все беспроводные клиенты сети работают по протоколу 802.11g. Данный режим предназначен для использования в гомогенных сетях, когда все клиенты сети поддерживают протокол 802.11g.

Режим 802.11b Only ориентирован на гетерогенные сети, когда несколько клиентов сети не поддерживают протокол 802.11g и способны взаимодействовать только по протоколу 802.11b. В этом режиме все клиенты сети и точка доступа функционируют по протоколу 802.11b.

В режиме Auto точка доступа должна самостоятельно определять тип беспроводной сети (гомогенная, гетерогенная) и соответствующим образом подстраиваться под сеть.

Как видите, никакого отдельного режима MIMO в настройках точки доступа нет. Впрочем, это ничему не противоречит, поскольку режим MIMO — это способ организации беспроводных каналов связи, который не противоречит протоколу 802.11g. Поэтому мы изначально предполагали, что данный режим будет задействован как в режиме Auto, так и в режиме 54G Only.

Что касается остальных возможностей по настройке беспроводной сети, то они вполне традиционны. Можно активировать или отключить беспроводную сеть, выбрать номер канала беспроводного соединения, задать идентификатор (SSID) беспроводной сети, а также установить скорость беспроводного соединения. Причем при принудительном задании скорости соединения можно установить скорость выше 54 и вплоть до 240 Мбит/с (72, 84, 96, 108, 126, 144, 168, 192, 216 и 240).

Кроме того, предусмотрен режим скрытого идентификатора беспроводной сети (Broadcast SSID).

Методы повышения безопасности беспроводного соединения вполне типичны и включают возможность настройки фильтра по MAC-адресам, режим использования скрытого идентификатора сети, а также различные методы аутентификации пользователей и шифрования данных. Конечно, такие меры, как настройка фильтра по MAC-адресам и использование режима скрытого идентификатора сети, не могут рассматриваться в качестве серьезных препятствий на пути злоумышленников. Просто данные функции являются стандартными для всех беспроводных точек доступа.

Маршрутизатор поддерживает следующие типы протоколов безопасности: WEP, WPA-PSK и WPA-EAP. При использовании протокола безопасности WEP (который, кстати, в силу его уязвимости стоит использовать только в крайнем случае) поддерживаются 64- и 128-битные ключи. Причем возможно создание до четырех ключей с указанием применяемого по умолчанию. Но еще раз подчеркнем, что данный протокол можно использовать только в исключительных случаях, поскольку никакой реальной безопасности он не гарантирует и в какой-то мере эквивалентен открытой системе без шифрования данных.

Протокол безопасности WPA-PSK с общими ключами (Pre-shared key) предполагает применение пароля (ключа) длиной от 8 до 64 символов. При использовании аутентификации по протоколу WPA-PSK применяется шифрование TKIP (Temporary Key Integrity Protocol), или AES или AES и TKIP. Естественно, AES-шифрование является более предпочтительным.

Протокол безопасности WPA-EAP подразумевает аутентификацию пользователей на внешнем RADIUS-сервере (дополнительно необходимо указать IP-адрес RADIUS-сервера и используемый порт). Данный протокол поддерживает шифрование TKIP, AES или AES и TKIP одновременно.

Теперь рассмотрим возможности настройки маршрутизатора ASUS WL-566gM.

Что касается внутренней сети (сегмент LAN), то можно задать IP-адрес и маску подсети маршрутизатора, а также настройку встроенного DHCP-сервера. Возможности настройки внешней сети (сегмент WAN) включают указание и настройку интерфейса подключения к внешней сети (Интернет). Маршрутизатор ASUS WL-566gM предусматривает следующие типы подключения к внешней сети: Dynamic IP Address, Static IP Address, PPPoE, PPTP и BigPond. Собственно, последний тип подключения в России не встречается, и про него можно забыть. Для домашних пользователей актуальна поддержка протокола PPPoE (он обычно используется при подключении по DSL-соединению) или динамическое присвоение IP-адреса. При применении подключения типа PPPoE необходимо задать также имя ISP (Internet Service Provider), указать логин и пароль для доступа в Интернет и адреса DNS-серверов (то есть всю ту информацию, которой вас снабжает провайдер Интернета). При применении динамического присвоения IP-адреса (Dynamic IP Address) потребуется указать лишь Host Name, то есть имя вашего узла в сети.

При применении статического IP-адреса (Static IP Address), кроме присвоения имени ISP, потребуется указать IP-адрес WAN-порта (WAN IP Address), маску подсети (WAN Subnet Mask), шлюз по умолчанию (WAN Gateway), а также адрес DNS-сервера.

Поскольку маршрутизатор ASUS WL-566gM является NAT-устройством, что вполне типично для устройств данного класса, в нем предусмотрены разнообразные меры для обхода ограничений протокола NAT. Так, для доступа к локальной сети из внешней сети маршрутизатор поддерживает создание демилитаризованной зоны (DMZ-зона) и возможность конфигурирования виртуального сервера.

В DMZ-зону можно включить всего один компьютер, указав принадлежность его IP-адреса к DMZ-зоне. В этом случае при указании IP-адреса WAN-порта маршрутизатора все запросы будут перенаправляться на IP-адрес компьютера в DMZ-зоне. Фактически это позволяет получить доступ к ПК во внутренней сети в обход NAT-маршрутизатора, что, конечно же, снижает безопасность, но в некоторых случаях необходимо.

Альтернативой DMZ-зоне является возможность конфигурирования виртуального сервера (технология статического перенаправления портов). Дело в том, что при использовании протокола NAT внутренняя сеть остается недоступной извне и трафик во внутреннюю сеть возможен только в том случае, если запрос создается со стороны внутренней сети. При получении пакета из внутренней сети NAT-устройство создает таблицу соответствия IP-адресов и портов получателя и отправителя пакетов, которая применяется для фильтрации трафика. При создании статической таблицы соответствия портов возможен доступ во внутреннюю сеть по определенному порту из внешней сети даже в том случае, когда запрос на доступ к сети инициализируется извне.

При конфигурировании виртуального сервера пользователи получают доступ извне к определенным приложениям, установленным на виртуальном сервере во внутренней сети. При настройке виртуального сервера задаются IP-адрес виртуального сервера, используемый протокол (TCP, UDP и т.д.), а также внутренний порт (Private Port) и внешний порт (Public Port).

Дополнительно маршрутизатор ASUS WL-566gM поддерживает технологию динамического перенаправления портов. Статическое перенаправление портов позволяет отчасти решить проблему доступа из внешней сети к сервисам локальной сети, защищаемой NAT-устройством. Однако существует и обратная задача — обеспечить пользователям локальной сети доступ во внешнюю сеть через NAT-устройство. Дело в том, что некоторые приложения (например, Интернет-игры, видеоконференции, Интернет-телефония и другие приложения, требующие установления множества сессий одновременно) не совместимы с NAT-технологией. Для того чтобы решить эту проблему, применяется так называемое динамическое перенаправление портов (иногда оно также называется Applications), когда перенаправление портов задается на уровне отдельных сетевых приложений. Если маршрутизатор поддерживает данную функцию, необходимо задать номер внутреннего порта (или интервал портов), связанный с конкретным приложением (Trigger Port), и номер внешнего порта NAT-устройства (Public Port), который будет сопоставляться с внутренним портом.

При активации динамического перенаправления портов маршрутизатор следит за исходящим трафиком из внутренней сети и запоминает IP-адрес компьютера, генерирующего этот трафик. При поступлении данных обратно в локальный сегмент включается перенаправление портов и данные пропускаются внутрь. После завершения передачи перенаправление отключается, и любой другой компьютер может создать новое перенаправление уже на свой IP-адрес.

Маршрутизатор ASUS WL-566gM имеет встроенный SPI-брандмауэр с широкими возможностями настройки: можно активировать или отключить брандмауэр, запретить web-доступ во внутреннюю сеть из внешней сети, указать порт web-доступа из внешней сети, блокировать отклик маршрутизатора на команду Ping из внешней сети, настроить расписание действия фильтра доступа из внутренней сети во внешнюю, блокировать URL-адреса (домены).

Тестирование маршрутизатора ASUS WL-566gM

ТТестирование данного маршрутизатора проходило в три этапа. На первом этапе оценивалась производительность собственно маршрутизатора при передаче данных между сегментами WAN и LAN, на втором — между сегментами WLAN и WAN, а на последнем этапе — между сегментами WLAN и LAN.

Тестирование производительности выполнялось с помощью специального программного обеспечения NetIQ Chariot версии 5.0. Для тестирования использовался стенд, состоящий из ПК и ноутбука ASUS A3A. Для того чтобы оценить преимущество технологии MIMO, тестирование проводилось с применением как встроенного в ноутбук беспроводного адаптера Intel PRO Wireless 2200BG по протоколу 802.11g, так и беспроводного PCMCIA-адаптера ASUS WL-106gM, который совместим с режимом MIMO.

На ноутбуке и ПК была установлена операционная система Microsoft Windows XP Professional SP2.

Тест 1. Скорость маршрутизации WAN—LAN (проводной сегмент)

Первоначально измерялась пропускная способность маршрутизатора при передаче данных между сегментами WAN и LAN, для чего к WAN-порту маршрутизатора подключался ПК, имитирующий внешнюю сеть, а к LAN-порту — ноутбук, имитирующий внутреннюю сеть.

После этого с помощью программного пакета NetIQ Chariot 5.0 измерялся трафик по протоколу TCP между компьютерами, подключенными к маршрутизатору, для чего в течение 5 мин запускались скрипты, эмулирующие передачу и получение файлов соответственно. Инициирование на передачу данных происходило из внутренней LAN-сети. Передача данных от LAN- к WAN-сегменту эмулировалась с применением скрипта Filesndl.scr (передача файлов), а передача в обратном направлении — с помощью скрипта Filercvl.scr (получение файлов). Для оценки производительности в дуплексном режиме эмулировались одновременные передача и получение данных.

При тестировании на беспроводном маршрутизаторе активизировался встроенный Firewall.

Тест 2. Скорость маршрутизации WAN—WLAN (беспроводной сегмент)

На следующем этапе оценивалась скорость маршрутизации при передаче данных между внешним сегментом WAN и внутренним беспроводным сегментом сети (WLAN). Для этого к порту WAN подключался ПК по интерфейсу 10/100Base-TX, а между встроенной точкой доступа и ноутбуком ASUS A3A с беспроводным адаптером устанавливалось беспроводное соединение по протоколу IEEE 802.11g и в режиме MIMO. Взаимодействие по протоколу IEEE 802.11g осуществлялось посредством использования встроенного в ноутбук беспроводного адаптера Intel PRO Wireless 2200BG, а для взаимодействия в режиме MIMO применялся беспроводной PCMCIA-адаптер ASUS WL-106gM.

Измерение скорости маршрутизации производилось точно так же, как и в предыдущем тесте. Как показало тестирование, использование различных режимов шифрования трафика (WEP, TKIP, AES) никак не отражается на скорости передачи данных. Поэтому мы решили не приводить результаты, поскольку они полностью совпадают с соответствующими результатами при отсутствии шифрования.

Тест 3. Скорость маршрутизации LAN—WLAN (беспроводной сегмент)

Для тестирования встроенной в маршрутизатор точки доступа к LAN-порту подключался ПК по интерфейсу 10/100Base-TX, а встроенная точка доступа взаимодействовала с ноутбуком, оснащенным интегрированным беспроводным контроллером. Измерение скорости передачи данных производилось точно так же, как и в предыдущем тесте.

Результаты тестирования

езультаты тестирования беспроводного маршрутизатора представлены в табл. 2.

Как видно из результатов тестирования, скорость маршрутизации, обеспечиваемая устройством, очень высока и ограничивается протокольной скоростью интерфейса Fast Ethernet. Для корпоративных пользователей, подключенных к высокоскоростным каналам Интернета, это означает, что сам по себе маршрутизатор не будет узким местом канала передачи данных, несмотря на то что обеспечивает полный анализ входящих пакетов (SPI-брандмауэр).

Как и следовало ожидать, результаты тестов в режимах передачи трафика WAN>WLAN и LAN>WLAN мало отличаются друг от друга, что вполне закономерно, поскольку процесс маршрутизации пакетов не отражается на производительности устройства. Аналогичным образом трафик в режиме WLAN>WAN совпадает с трафиком WLAN>LAN.

Что касается работы точки доступа в стандартном режиме 802.11g, то по этому поводу у нас никаких замечаний нет. Скорость передачи данных во всех режимах более 20 Мбит/с, что вполне типично для устройств 802.11g.

Использование режима MIMO позволяет увеличить скорость передачи данных в направлении от точки доступа к беспроводному клиенту до 55 Мбит/с и в обратном направлении — до 70-75 Мбит/с. Это, конечно, не заявленные 240 Мбит/с, но все же почти в три раза больше, чем показатели типичных устройств стандарта 802.11g.

В целом можно констатировать, что маршрутизатор ASUS WL-566gM вполне функционален, имеет избыточное (для домашнего пользователя) количество настроек и высокую производительность во всех режимах работы.

Редакция выражает признательность представительству компании ASUSTeK COMPUTER (www.asuscom.ru) за предоставление для обзора беспроводного маршрутизатора ASUS WL-566gM, беспроводного адаптера ASUS WL-106gM и ноутбука ASUS A3A.

Почему при использовании технологии ADSL скорость передачи данных всегда меньше скорости соединения? Почему ADSL-модем соединяется на скорости 12 Мбит/с, а скорость, измеряемая speedtest.net, не превышает 8 Мбит/с?

При использовании технологии ADSL скорость передачи данных всегда меньше скорости соединения как минимум на 13-15% . Это технологическое ограничение, о котором мы далее расскажем подробнее. Оно не зависит ни от провайдера, ни от используемого модема.
В идеальных условиях при скорости соединения 12 Мбит/с можно рассчитывать на максимальную реальную скорость ~ 10 Мбит/с.

В реальности, помимо технологического ограничения, есть еще целый ряд факторов, снижающих скорость передачи. Об этих факторах мы расскажем далее.

Технология ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) - асимметричная технология передачи данных, в которой доступная полоса пропускания канала распределена между входящим (Download ) и исходящим (Upload ) трафиком асимметрично. Таким образом, при подключении ADSL-модема используется скорость к абоненту (Download ) и скорость от абонента (Upload ).
В ADSL-сетях передачи данных скорость подключения измеряется в Мегабитах в секунду (Мбит/с) или Килобитах в секунду (Кбит/с) .
Например: цифры 10240/768 говорят о том, что максимальная входящая скорость подключения к абоненту составит 10240 Кбит/с (скорость, с которой данные будут поступать на ваш локальный компьютер), а максимальная исходящая скорость подключения от абонента составит 768 Кбит/с (скорость, с которой данные будут поступать от вашего локального компьютера на удаленный сервер).
При этом максимальная скорость при скачивании файлов (скорость закачки) составит ~ 1000 Килобайт в секунду (КБ/сек) .
Эта цифра получена по следующей формуле:
скорость подключения (10240) - 15% (1500) / 8 (для перевода килобит в килобайты) .

Дело в том, что интернет-браузеры или менеджеры закачек/загрузок показывают скорость передачи в Килобайтах в секунду .

Например, в браузере Internet Expolrer скорость закачки файла отображается в поле Скорость передачи (Transfer rate): xxx КБ/сек (KB/Sec).

Браузеры и/или менеджеры закачек/загрузок используют эту цифру для оценки скорости передачи, чтобы рассчитать общее время загрузки файла. Но обращаем ваше внимание, что по ряду причин скорость передачи данных отображается неточно. Например, данные могут буферизироваться (при этом таймеры запускаются с небольшой задержкой, что приводит к неправильным показаниям). Также скорость передачи данных может зависеть от производительности компьютера.

Реальную скорость соединения рекомендуем проверить следующим образом. Самый надежный способ для получения более достоверных результатов - замерить скорость скачивания файла с сайта вашего интернет-провайдера.
Нужно скачать какой-нибудь файл с сайта провайдера и посмотреть скорость закачки этого файла.

Многие пользователи часто используют популярные интернет-сервисы для проверки скорости интернет-канала (например, speedtest.net). Мы обращаем ваше внимание, что проверка скорости с помощью интернет-сервисов не гарантирует достоверного измерения. В данном случае точность измерения скорости вашего интернет-канала будет зависеть от выбранного сервера и его загруженности, его местоположения, загруженности вашего интернет-канала и других факторов.

Подробно рассмотрим факторы, которые влияют на реальную скорость соединения:

• В качестве транспортного протокола коммуникационное оборудование (IP ADSL-коммутаторы) использует технологию АТМ (Asynchronous Transfer Mode - асинхронный способ передачи данных). АТМ - сетевая высокопроизводительная технология коммутации и мультиплексирования, основанная на передаче данных в виде кадров (ячейки) фиксированного размера (53 байта).
  Как известно, Интернет использует протокол IP в качестве протокола связи, и в частности протокол TCP/IP. Технология ADSL в качестве транспортного протокола используют ATM, и поэтому данные передаются по вашей ADSL-линии с помощью TCP/IP через ATM. Т.е. IP-кадры упаковываются (инкапсулируются) в АТМ-ячейки и передаются по DSL-линии, а затем принимающим оборудованием снова распаковываются, и получаются обычные IP-кадры.
  Крупные пакеты при этом будут поделены на 48-байтные части. Если пакет не делится без остатка на 48, то к нему добавляется заполнение, чтобы получилось целое число ячеек по 48 байт. После деления пакета на ячейки по 48 байт к каждой из получившихся ячеек добавляется заголовок (5 байт).
  В результате происходит снижение скорости на уровне 10% от скорости передачи данных.
• Использование протокола TCP/IP при передаче данных снижает скорость на уровне 3% от скорости передачи данных, т.к. передаваемую полезную информацию (данные) дополняет служебная (протокольная) информация.

Указанные выше факторы - это и есть, те самые технологические ограничения, о которых шла речь в начале статьи. Эти ограничения и приводят к тому, что скорость передачи данных всегда меньше скорости соединения как минимум на 13-15% .

Но существуют и другие факторы, снижающие скорость передачи данных.

• Теоретически в окне браузера или менеджера закачек/загрузок при загрузке файла вы должны видеть скорость передачи, вычисляемой по формуле скорость подключения - 15% (расходы при использовании TCP/IP и ATM) / 8 (для перевода килобит в килобайты) , но в реальности отображается скорость ниже, и этому есть свои причины:
  
  
  • Настройки компьютера. Например, недостаточно памяти (виртуальной/оперативной), устаревший процессор, нестабильная работа (сбои) операционной системы (синий экран) или программного обеспечения, недостаток свободного места на жестком диске, наличие на компьютере вредоносных программ/вирусов и т.д.
  
  
  • Потери пакетов при передаче данных. Большое количество потерь возможно на плохих линиях (каналах связи) или при использовании предельно допустимой скорости подключения.
    Если происходит потеря пакетов при передаче кадров, то протокол TCP/IP замечает отсутствующий пакет в общем потоке данных, не признает его получения и затем инициирует повторную передачу потерянных данных. Процедура ретрансляции приводит к дополнительным задержкам.
    Таким образом, протокол TCP/IP, помимо важной функции контроля и транспортировки данных, при наличии больших потерь пакетов на линии замедляет скорость передачи данных.
    Для проверки качества соединения с сервером в сети Интернет можно использовать утилиту ping (пинг). В командной строке операционной системы выполните команду ping -t имя_сайта , например ping -t www.download.com . Подождите секунд 30 и затем нажмите Ctrl+C для завершения работы утилиты. В статистике будет указан % потерь пакетов. Если потери пакетов составят свыше 5%, то производительность протокола TCP/IP будет плохой при работе с указанным сайтом.
  
  
  • Перегрузка серверов и шлюзов провайдера. Зависит от структуры сети провайдера (например, много шлюзов) или низкой пропускной способности исходящего канала провайдера. Проблема наблюдается при пиковой нагрузке со стороны пользователей. Слишком большое количество обращений на сервер может превысить максимум его использования в часы пиковой нагрузки и вызовет замедления в работе.
  
  
  • Проблемы с маршрутизацией также могут вызвать снижение скорости. При обнаружении проблем с маршрутизацией пакеты могут перенаправляться по альтернативным маршрутам, что вызовет задержки при передаче данных.
  
  
  • Использование протокола PPPoE может приводить к снижению скорости. PPPoE - это туннелирующий сетевой протокол канального уровня передачи кадров PPP через Ethernet. В основном используется DSL-сервисами. PPPoE ресурсоемкий протокол, и при передаче сетевых данных требования к процессору возрастают. В зависимости от реализации и использования PPPoE можно увидеть снижение максимальной скорости до 5-25%.
  
  
  • Недостаточная (низкая) производительность сервера BRAS (Broadband Remote Access Server). Маршрутизатор широкополосного удаленного доступа (BRAS) маршрутизирует трафик к/от DSL-коммутатора (DSLAM) в сетях интернет-провайдера. BRAS находится в ядре сети провайдера и агрегирует пользовательские подключения из сети уровня доступа. Маршрутизатор производит логическую терминацию туннелей точка-точка (PPP). Это могут быть инкапсулированные туннели PPP через Ethernet (PPPoE) или PPP через ATM (PPPoA). BRAS также является интерфейсом к системам аутентификации, авторизации и учета трафика.
  
  
  • Возможно ограничение скорости по тарифному плану на сервере BRAS. Типовой случай, когда скорость физического соединения одна, а скорость приема данных ограничена оплаченным тарифным планом.
  
  
  • При использовании дополнительного сервиса, например IPTV (цифровое телевидение), поток принимаемого телевидения тоже занимает определенную полосу, как правило около 4 Мбит/с для каналов стандартного разрешения. Максимальная скорость приема данных, при использовании сервиса IPTV, может быть рассчитана по следующей формуле:
    скорость подключения - 15% - скорость потока IPTV .
    Например, скорость подключения (10240) - 15% (1500) - скорость потока IPTV (4000) = 4700 Кбит/с (587 Кбайт/с).
  
  

Современный беспроводной интернет развивается очень стремительно. Еще 3 года назад о массовом распространении 4G на территории почти всей центральной России никто не задумывался, а у крупных операторов это было только в планах. Сейчас высокоскоростной интернет появляется в новых населенных пунктах. Если предыдущие поколения 2G и 3G были устоявшимися стандартами долгое время, то 4G и LTE прогрессируют с каждым годом. В данной статье вы узнаете, какова максимальная скорость у 4G интернета и как ее замерить. Также читайте в соседнем разделе полезный материал о том, и чем они отличаются друг от друга.

Какая скорость должна быть у 4 Джи?

Если брать в расчет сеть 4G LTE, которая является первым поколением новой технологии 4 Джи, то показатели будут гораздо ниже заявленных. Еще в 2008 году были установлены стандарты, согласно которым максимальная скорость в сетях 4G должна была быть следующей:

• 100Мб/с для подвижных абонентов. К ним относятся машины, поезда и так далее;
• 1Гб/с для статичных абонентов (пешеходы и стационарные компьютеры).

Однако в действительности дела обстоят хуже, чем по заявленным стандартам. Эти параметры были заданы создатели технологии в идеальных условиях без помех, нагрузки на сеть и прочих неприятных моментов. На деле для статичных абонентов реальная цифра не превышает 100Мб/с. Однако операторы громко заявляют о 200-300Мб/с. К этой цифре ближе всех подобрались Мегафон и Билайн, которые запустили сеть с поддержкой LTE Advancedили 4G+. Показатели этого стандарта доходят до 150Мб/c при идеальных условиях. Однако ясно дает понять: массового распространения LTE Advanced придется ждать долго. К тому же, растущее число абонентов будет увеличивать нагрузку на сеть, что приведет к снижению среднего показателя.

Lou Frenzel

Electronic Design

Скорость последовательной передачи данных обычно обозначают термином битрейт (bit rate). Однако другой часто используемой единицей является скорость передачи в бодах (baud rate). Хотя это не одно и то же, при определенных обстоятельствах между обеими единицами существует определенное сходство. В статье дается четкое разъяснение различий между этими понятиями.

Общая информация

В большинстве случаев в сетях информация передается последовательно. Биты данных поочередно передаются по каналу связи, кабельному или беспроводному. На Рисунке 1 изображена последовательность бит, передаваемая компьютером или какой-либо другой цифровой схемой. Такой сигнал данных часто называют исходным. Данные представлены двумя уровнями напряжения, например, логической единице соответствует напряжение +3 В, а логическому нулю - +0.2 В. Могут использоваться и другие уровни. В формате кода без возврата к нулю (NRZ) (Рисунок 1) сигнал не возвращается к нейтральному положению после каждого бита, в отличие от формата с возвращением к нулю (RZ).

Битрейт

Скорость передачи данных R выражается в битах в секунду (бит/с или bps). Скорость является функцией продолжительности существования бита или времени бита (T B) (Рисунок 1):

Эту скорость называют также шириной канала и обозначают буквой C. Если время бита равно 10 нс, то скорость передачи данных определится как

R = 1/10 × 10 - 9 = 100 млн. бит/с

Обычно это записывается как 100 Мб/с.

Служебные биты

Битрейт, как правило, характеризует фактическую скорость передачи данных. Однако в большинстве последовательных протоколов данные являются только частью более сложного кадра или пакета, включающего в себя биты адреса источника, адреса получателя, обнаружения ошибок и коррекции кода, а также прочую информацию или биты управления. В кадре протокола данные называются полезной информацией (payload). Биты, не являющиеся данными, называются служебными (overhead). Иногда количество служебных бит может быть существенным - от 20% до 50%, в зависимости от общего числа полезных бит, передаваемых по каналу.

К примеру, кадр протокола Ethernet, в зависимости от количества полезных данных, может иметь до 1542 байт или октетов. Полезных данных может быть от 42 до 1500 октетов. При максимальном числе полезных октетов служебных будет только 42/1542, или 2.7%. Их было бы больше, если полезных байт было бы меньше. Это соотношение, известное также под названием эффективность протокола, обычно выражают в процентах количества полезных данных от максимального размера кадра:

Эффективность протокола = количество полезных данных/размер кадра = 1500/1542 = 0.9727 или 97.3%

Как правило, чтобы показать истинную скорость передачи данных по сети, фактическая скорость линии увеличивается на коэффициент, зависящий от количества служебной информации. В One Gigabit Ethernet фактическая скорость линии равна 1.25 Гб/с, тогда как скорость передачи полезных данных составляет 1 Гб/с. Для 10-Gbit/s Ethernet эти величины равны, соответственно, 10.3125 Гб/с и 10 Гб/с. При оценке скорости передачи данных по сети также могут использоваться такие понятия, как пропускная способность, скорость передачи полезных данных или эффективная скорость передачи данных.

Скорость передачи в бодах

Термин «бод» происходит от фамилии французского инженера Эмиля Бодо (Emile Baudot), который изобрел 5-битовый телетайпный код. Скорость передачи в бодах выражает количество изменений сигнала или символа за одну секунду. Символ - это одно из нескольких изменений напряжения, частоты или фазы.

Двоичный формат NRZ имеет два представляемых уровнями напряжения символа, по одному на каждый 0 или 1. В этом случае скорость передачи в бодах или скорость передачи символов - то же самое, что и битрейт. Однако на интервале передачи можно иметь более двух символов, в соответствии с чем на каждый символ отводится несколько бит. При этом данные по любому каналу связи могут передаваться только с помощью модуляции.

Когда средство передачи не может обработать исходный сигнал, на первый план выходит модуляция. Конечно, речь идет о беспроводных сетях. Исходные двоичные сигналы не могут передаваться непосредственно, они должны переноситься на несущую радиочастоту. В некоторых протоколах кабельной передачи данных также применяется модуляция, позволяющая повысить скорость передачи. Это называется «широкополосной передачей».
Выше: модулирующий сигнал, исходный сигнал

Используя составные символы, в каждом можно передавать по несколько бит. Например, если скорость передачи символов равна 4800 бод, и каждый символ состоит из двух бит, полная скорость передачи данных будет 9600 бит/с. Обычно количество символов представляется какой-либо степенью числа 2. Если N - количество бит в символе, то число требуемых символов будет S = 2N. Таким образом, полная скорость передачи данных:

R = скорость в бодах × log 2 S = скорость в бодах × 3.32 log 1 0 S

Если скорость в бодах равна 4800, и на символ отводится два бита, количество символов 22 = 4.

Тогда битрейт равен:

R = 4800 × 3.32log(4) = 4800 × 2 = 9600 бит/с

При одном символе на бит, как в случае с двоичным форматом NRZ, скорости передачи в битах и бодах совпадают.

Многоуровневая модуляция

Высокий битрейт можно обеспечить многими способами модуляции. Например, при частотной манипуляции (FSK) в каждом символьном интервале для представления логических 0 и 1 обычно используются две различные частоты. Здесь скорость передачи в битах равна скорости передачи в бодах. Но если каждый символ представляет два бита, то требуются четыре частоты (4FSK). В 4FSK скорость передачи в битах в два раза превышает скорость в бодах.

Еще одним распространенным примером является фазовая манипуляция (PSK). В двоичной PSK каждый символ представляет 0 или 1. Двоичному 0 соответствует 0°, а двоичной 1 - 180°. При одном бите на символ скорость в битах равна скорости в бодах. Однако соотношение числа бит и символов несложно увеличить (см. Таблицу 1).

Таблица 1.	Двоичная фазовая манипуляция.
Биты Фазовый сдвиг (градусов)

Например, в квадратурной PSK на один символ приходится два бита. При использовании такой структуры и двух бит на бод скорость передачи в битах превышает скорость в бодах в два раза. При трех битах на один бод модуляция получит обозначение 8PSK, и восемь различных фазовых сдвигов будут представлять три бита. А при 16PSK 16 фазовых сдвигов представляют 4 бита.

Одной из уникальных форм многоуровневой модуляции является квадратурная амплитудная модуляция (QAM). Для создания символов, представляющих множество битов, QAM использует комбинацию различных уровней амплитуд и смещений фаз. Например, 16QAM кодирует четыре бита на символ. Символы представляют собой сочетание различных уровней амплитуды и фазовых сдвигов.

Для наглядного отображения амплитуды и фазы несущей для каждого значения 4-битного кода используется квадратурная диаграмма, имеющая также романтическое название «сигнальное созвездие» (Рисунок 2). Каждая точке соответствует определенная амплитуда несущей и фазовый сдвиг. В общей сложности 16 символов кодируются четырьмя битами на символ, в результате чего битрейт превышает скорость передачи в бодах в 4 раза.

Почему несколько бит на бод?

Передавая больше одного бита на бод можно отправлять данные с высокой скоростью по более узкому каналу. Следует напомнить, что максимально возможная скорость передачи данных определяется пропускной способностью канала передачи.
Если рассмотреть наихудший вариант чередования нулей и единиц в потоке данных, то максимальная теоретическая скорость передачи C в битах для данной полосы пропускания B будет равна:

Или полоса пропускания при максимальной скорости:

Для передачи сигнала со скоростью 1 Мб/с требуется:

B = 1/2 = 0.5 МГц или 500 кГц

При использовании многоуровневой модуляции с несколькими битами на символ максимальная теоретическая скорость передачи данных будет равна:

Здесь N - количество символов в символьном интервале:

log 2 N = 3.32 log10N

Полоса пропускания, требуемая для обеспечения желаемой скорости при заданном количестве уровней, вычисляется следующим образом:

Например, полоса пропускания, необходимая для достижения скорости передачи 1 Мб/с при двух битах на один символ и четырех уровнях, может быть определена как:

log 2 N = 3.32 log 10 (4) = 2

B = 1/2(2) = 1/4 = 0.25 МГц

Количество символов, необходимых для получения желаемой скорости передачи данных в фиксированной полосе пропускания, может быть вычислено как:

3.32 log 10 N = C/2B

Log 10 N = C/2B = C/6.64B

N = log-1 (C/6.64B)

Используя предыдущий пример, количество символов, необходимых для передачи со скоростью 1 Мб/с по каналу 250 кГц, определится следующим образом:

log 10 N = C/6.64B = 1/6.64(0.25) = 0.60

N = log-1 (0.602) = 4 символа

Эти расчеты предполагают, что в канале отсутствуют шумы. Для учета шума нужно применить теорему Шеннона-Хартли:

C = B log 2 (S/N + 1)

C -пропускная способность канала в битах в секунду,
В - полоса пропускания канала в герцах,
S/N -отношение сигнал/шум.

В форме десятичного логарифма:

C = 3.32B log 10 (S/N + 1)

Какова максимальная скорость в канале 0.25 МГц с отношением S/N равным 30 дБ? 30 дБ переводится в 1000. Следовательно, максимальная скорость:

C = 3.32B log 10 (S/N + 1) = 3.32(0.25) log 10 (1001) = 2.5 Мб/с

Теорема Шеннона-Хартли конкретно не утверждает, что для достижения этого теоретического результата должна применяться многоуровневая модуляция. Используя предыдущую процедуру, можно узнать, сколько бит требуется на один символ:

log 10 N = C/6.64B = 2.5/6.64(0.25) = 1.5

N = log-1 (1.5) = 32 символа

Использование 32 символов подразумевает пять бит на символ (25 = 32).

Примеры измерения скорости передачи в бодах

Практически все высокоскоростные соединения используют какие-либо формы широкополосной передачи. В Wi-Fi в схемах модуляции с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) применяются QPSK, 16QAM и 64QAM.

То же самое верно для WiMAX и технологии сотовой связи Long-Term Evolution (LTE) 4G. Передаче сигналов аналогового и цифрового телевидения в системах кабельноого ТВ и высокоскоростного доступ в Интернет основана на 16QAM и 64QAM, в то время как в спутниковой связи используют QPSK и различные версии QAM.

Для систем наземной мобильной радиосвязи, обеспечивающих общественную безопасность, недавно были приняты стандарты модуляции речевой информации и данных с помощью 4FSK. Этот сужающий полосу пропускания способ разработан для сокращения полосы с 25 кГц на канал до 12.5 кГц, и, в конечном счете, до 6.25 кГц. В результате в том же спектральном диапазоне можно разместить больше каналов для других радиостанций.

Телевидение высокой четкости в США использует метод модуляции, называемый eight-level vestigial sideband (8-уровневая передача сигналов с частично подавленной боковой полосой), или 8VSB. В этом методе отводится три бита на символ при 8 уровнях амплитуды, что позволяет передавать 10,800 тыс. символов в секунду. При 3 битах на символ полная скорость будет равна 3 × 10,800,000 = 32.4 Мб/с. В сочетании с методом VSB, который передает только одну полную боковую полосу частот и часть другой, видео- и аудиоданные высокой четкости могут передаваться по телевизионному каналу шириной 6 МГц.