Wi-Fi : Βασικές έννοιες και τρόπος λειτουργίας

Πώς λειτουργεί το Wi-Fi; Τι είναι τα ραδιοκύματα, το Tri-Band, οι συχνότητες και ένα σωρό άλλοι όροι; Διαβάστε τις βασικές έννοιες που αφορούν το Wi-Fi με κατανοητά παραδείγματα.

Όταν θα πρέπει να συνδέσετε δύο ηλεκτρονικές συσκευές ασύρματα τότε τα πράγματα γίνονται πιο περίεργα. Δεν έχετε πια να κάνετε με χειροπιαστά καλώδια αλλά με αόρατα κύματα, με συχνότητες και άλλες ακαταλαβίστικες ορολογίες. Καλώς ήρθατε στο κόσμο του Wi-Fi.

Και επειδή ακριβώς το Wi-Fi λειτουργεί “αόρατα” το κάνει δύστροπό, παράξενο και όταν υπολειτουργεί η επίλυσή του είναι μία σπαζοκεφαλιά. Επιπλέον λόγω αυτής της σύγχυσης το μάρκετινγκ των κατασκευαστών hardware αποθρασύνεται και “προσφέρει” απίστευτες ταχύτητες και δυνατότητες, διαφημίζοντας πρακτικά το αδύνατον.

Πάμε να αναλύσουμε τα βασικά για το Wi-Fi. Συγχωρήστε μας για την “βαριά” φυσική που θα ακολουθήσει.

Τι είναι η συχνότητα

Το Wi-Fi χρησιμοποιεί ηλεκτρομαγνητικά κύματα, μετρημένα σε Hertz, για τη μετάδοση δεδομένων από το ένα μέρος στο άλλο. Μοιράζεται την ίδια αρχή με κάθε άλλη τεχνολογία που χρησιμοποιεί ηλεκτρομαγνητικά κύματα, συμπεριλαμβανομένου του ραδιοφώνου, της τηλεόρασης, και γενικά των ασύρματων μεταδόσεων.

Ένα μέρος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, με όρια συχνότητας από περίπου 3 kHz μέχρι 300 GHz ονομάζονται ραδιοκύματα ή ραδιοσυχνότητες και σε αυτό ανήκει και το Wi-Fi.

Για να κατανοήσουμε τις ραδιοσυχνότητες Wi-Fi, πρέπει να γνωρίζουμε τι συνιστά ένα Hertz. Ο Heinrich Hertz είναι ένας Γερμανός φυσικός που απέδειξε την ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στα τέλη του 19ου αιώνα και προς τιμή του ονομάστηκαν Χερτζ (Hz).

Το Hertz είναι ο αριθμός των κορυφών κυμάτων (ή των κύκλων) μίας ταλάντωσης σε χρόνο ενός δευτερολέπτου. Την κυματική ταλάντωση μπορείτε να την φανταστείτε όπως το παρακάτω σχήμα και το πόσο συχνά κορυφώνεται ένα κύμα ανά δευτερόλεπτο αυτή είναι και η συχνότητά του.

Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα, τόσο πιο κοντά είναι η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών κορυφών κυμάτων, κάτι που μεταφράζεται σε μικρότερο μήκος κύματος, δηλαδή ένα κύμα καταλαμβάνει  μικρότερη απόσταση χώρου.

Συνέπεια αυτού: Όσο μεγαλύτερη συχνότητα, τόσο μικρότερο μήκος κύματος, τόσο περισσότερες πληροφορίες μπορείτε να μεταβιβάσετε σε ένα δευτερόλεπτο (στην ραδιοφωνική μετάδοση) άρα τόσο πιο γρήγορη ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων έχετε.

Αλλά μεγαλύτερη συχνότητα σημαίνει ότι το κύμα δεν μπορεί να φτάσει τόσο μακριά όσο σε μία χαμηλότερη συχνότητα. Και δεν περνάνε τα κύματα εύκολα από εμπόδια και τοίχους.

Η κάλυψη του σήματος εξαρτάται επίσης από την ισχύ εκπομπής του σταθμού. Οι παραδοσιακοί μεταδότες Wi-Fi (routers ή access points) χρησιμοποιούν πολύ υψηλές συχνότητες που μετρώνται σε Gigahertz (GHz).

Παρένθεση : Η πολλαπλάσια κλίμακα είναι η εξής:

• 1 Hertz (Hz)
• 1 KiloHertz (KHz)  = 1.000 Hertz
• 1 MegaHertz (MHz) = 1.000.000 Hertz
• 1 GigaHertz (GHz) = 1.000.000.000 Hertz

Το κύμα του Wi-Fi είναι στις ζώνες συχνοτήτων 2,4 GHz, 5 GHz και 6 GHz. Επιπλέον, σύμφωνα με τον κανονισμό, δεν χρησιμοποιούν περισσότερο από 1 watt (ή 30 dBM ) ισχύος εκπομπής.

Ως αποτέλεσμα, γενικά, ένας μόνος μεταδότης Wi-Fi μπορεί να καλύψει μόνο ένα μέτριο σπίτι των 100-120 m2.

Το Wi-Fi είναι επίσης διαθέσιμο και σε δύο άλλες μοναδικές συχνότητες: τη ζώνη των 60 GHz ( 802.11ad ), η οποία έχει εξαιρετικά υψηλό εύρος ζώνης σε εξαιρετικά μικρή εμβέλεια, και την επερχόμενη ζώνη των 900 MHz ( Wi-Fi HaLow ), η οποία καλύπτει ακόμα και χιλιόμετρα αλλά έχει εξαιρετικά χαμηλό εύρος ζώνης.

Τα ραδιοκύματα ανήκουν στην κατηγορία των μη ιοντιζουσών ακτινοβολιών καθώς δεν είναι ικανά να διασπάσουν χημικούς δεσμούς ή να αποσπάσουν ηλεκτρόνια από άτομα, προκαλώντας ιοντισμό της ύλης όπως η ραδιενέργεια (ακτίνες X, ακτίνες γ).

Σε αντίθεση με τον ιοντισμό, που είναι επικίνδυνος γιατί μπορεί να οδηγήσει σε αλλοιώσεις του γενετικού υλικού και να προκαλέσει επιβλαβή αποτελέσματα στην υγεία (όπως ο καρκίνος), η κυριότερη βιολογική επίδραση των ραδιοκυμάτων, υπό ορισμένες συνθήκες, είναι η αύξηση της θερμοκρασίας των ιστών που εκτίθενται σε αυτά.

Είναι σημαντικό να γίνεται ο διαχωρισμός μεταξύ ιοντίζουσας και μη ιοντίζουσας ακτινοβολίας, γιατί μόνο έτσι γίνονται αντιληπτοί οι πραγματικοί κίνδυνοι που ενδεχομένως προκαλεί η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Πως λειτουργούν τα κύματα στον αέρα

Τα ραδιοφωνικά σήματα είναι παρόμοια με τους κυματισμούς του νερού, όταν ένα βότσαλο χτυπά την επιφάνεια του νερού. Αφού ο αέρας είναι αόρατος μπορείτε να οπτικοποιήσετε τον τρόπο μεταβίβασης των κυμάτων ενός Wi-Fi, ή οποιαδήποτε ασύρματης ραδιοφωνικής μετάδοσης, ρίχνοντας μία πέτρα σε μια ακίνητη λίμνη και παρακολουθώντας τους κυματισμούς που δημιουργούνται να κινούνται κυκλικά, καθώς απομακρύνονται από το σημείο πρόσκουσης.

Αντιστοιχήστε στο μυαλό σας:

• Το μέγεθος της πέτρας και το πόσο δυνατά την πετάτε ισούται με τη «ραδιοφωνική ισχύς».
• Το πλήθος των κυμάτων που περνάνε από ένα σημείο σε χρόνο ενός δευτερολέπτου ισούται με την συχνότητα.

Για παράδειγμα, 5 GHz σημαίνει ότι περνάνε από ένα σημείο της λίμνης 5.000.000.000 κορυφές κυμάτων σε ένα δευτερόλεπτο!.

Τώρα, αν ρίξετε άλλο βότσαλο σε διαφορετικό σημείο της λίμνης, αυτό θα ήταν το σήμα Wi-Fi του γείτονά σας. Ή ένας φούρνος μικροκυμάτων.

Δείτε τι συμβαίνει όταν οι δύο κυματισμοί συγκρούονται. Αυτές είναι παραμορφώσεις σήματος, όταν το σήμα Wi-Fi πέφτει, αποσυνδέεται ή υποβαθμίζεται.

Σκεφτείτε ότι η λίμνη δεν ήταν ποτέ εντελώς γαλήνια. Ο άνεμος, τα έντομα, τα ψάρια, τα υπολείμματα, το ιξώδες του υγρού κ.λπ., είναι πάντα εκεί για να επηρεάσουν τους κυματισμούς.

Ομοίως, ορατά και αόρατα πράγματα γύρω μας μπορούν να επηρεάσουν αρνητικά τα σήματα Wi-Fi. Το θέμα είναι ότι ανά πάσα στιγμή, υπάρχουν περισσότερα πράγματα στον αέρα που εμποδίζουν τα σήματα Wi-Fi ενός router, από αυτά που δεν το κάνουν. Και υπάρχει πάντα κάτι στον αέρα!.

Οι παραμορφώσεις και οι υποβαθμίσεις του σήματος αποτελούν μέρος της ραδιομετάδοσης. Καθώς τα ραδιοκύματα ταξιδεύουν στον αέρα, η ακεραιότητά τους υποβαθμίζεται από την απόσταση και άλλους παράγοντες.

Ζώνες Wi-Fi και Πλάτος Καναλιών

Όταν αναφέρεται ότι ένα Wi-Fi εκπέμπει, για παράδειγμα, στην συχνότητα των 2,4GHz δεν είναι ακριβώς έτσι. Έχοντας ονομαστικά τα 2,4GHz ως κεντρική συχνότητα εκπομπής, είναι φτιαγμένο να εκπέμπει σε μία γκάμα συχνοτήτων που ξεκινά από τα 2,4 GHzκαι φτάνει μέχρι λίγο πιο πάνω.

Οι πραγματικές συχνότητες εκπομπής ονομάζονται “Κανάλια” (Channels) και μπορεί συνολικά μία ζώνη να έχει ακόμα και 24 κανάλια, όπως στο πρότυπο Wi-Fi 5 στα 5GHz.

Το πόσο πολύ, πόσο λίγο και με τι βήμα αλλάζουν αυτά τα κανάλια εξαρτάται από το πρότυπο του Wi-Fi. Το βήμα αλλαγής ονομάζεται “Πλάτος ζώνης” (Channel Width) και μπορεί να είναι ανά 5MHz, 20MHz, ή 40 MHz κλπ.

Για παράδειγμα, η συχνότητα εκπομπής Wi-Fi 2,4GHz στο πρότυπο Wi-Fi 4 έχει 14 κανάλια που ορίζονται στην περιοχή των 2,4 GHz, σε απόσταση 5 MHz μεταξύ τους εκτός από ένα χώρο 12 MHz πριν από το κανάλι 14 (δείτε πιο πάνω φωτογραφία).

Διαβάστε: Επιλέξτε το καλύτερο WiFi κανάλι

Η φύση των ζωνών Wi-Fi και οι ταχύτητές τους

Όπως αναφέρθηκε, το Wi-Fi χρησιμοποιεί γενικά τρεις δημοφιλείς συχνότητες, που ονομάζονται «ζώνες», και είναι οι 2,4 GHz, 5 GHz και 6 GHz. Είναι μακριά η μία με την άλλη και ως εκ τούτου, όπως προείπαμε παραπάνω, διαφέρουν ως προς το εύρος ζώνης και την απόσταση κάλυψης (εμβέλεια).

2,4 GHz: Μεγαλύτερη απόσταση κάλυψης αλλά χαμηλότερο εύρος ζώνης. Αυτή είναι η αρχική ζώνη Wi-Fi.

5 GHz: Αυτή η ζώνη έχει μεσαία απόσταση κάλυψης και καλό εύρος ζώνης. Πάνω από 10 φορές από αυτό των 2,4 GHz. Απόκτησε εξέχουσα θέση με το Wi-Fi 5 και ήταν το στήριγμα από το Wi-Fi 6.

6 GHz: Αυτή είναι η ζώνη με την μικρότερη απόσταση κάλυψης και το υψηλότερο εύρος ζώνης, περίπου διπλάσιο από αυτό των 5 GHz, ανάλογα με τα πρότυπα Wi-Fi. Παρουσιάστηκε για πρώτη φορά με το Wi-Fi 6E και βελτιώθηκε πολύ με το Wi-Fi 7, το οποίο είναι το πρώτο πρότυπο Wi-Fi που ενσωματώνει και τις τρεις ζώνες.

Διαβάστε: Ποιες οι διαφορές στις ζώνες 2,4 GHz και 5 GHz στο Wi-Fi του router σας

Γενικά, ένας μεταδότης σήματος Wi-Fi περιλαμβάνει τις δύο πρώτες ζώνες (Dual-band) ή και τις τρεις ζώνες (Tri-band). Μπορείτε επίσης να βρείτε Tri-band ή Quad-band, όπου τα 5GHz ή τα 6GHz χωρίζονται σε δύο εκπομπές για να αυξηθεί το bandwidth.

Παρένθεση 1: Μην μπερδεύετε τον όρο “ζώνη” με το όρο “εύρος ζώνης” (ή αλλιώς bandwidth). Το πρώτο είναι η συχνότητα και το δεύτερο είναι ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων, ο ρυθμός bit ή η απόδοση.

Παρένθεση 2: Ακόμα και σε tri-band router μια σύνδεση πραγματοποιείται γενικά σε μία ζώνη κάθε φορά. Ακόμα και στο W-Fi 7. Το πιο σημαντικό, σε μια σύνδεση Wi-Fi, είναι ότι συχνά ο πελάτης αποφασίζει την ταχύτητα σύνδεσης.

Η μέγιστη θεωρητική ταχύτητα για κάθε ζώνη φαίνεται στον παρακάτω πίνακα:

Άλλες τεχνολογίες και ορολογία

Dual-Band, Tri-band, Quard-Band
Οι παραπάνω όροι αναφέρονται σε μηχανήματα που μπορούν να εκπέμπουν σε διάφορες συχνότητες και όχι μόνο σε μία. Έτσι:

• Dual-band είναι ένας δρομολογητής Wi-Fi που μπορεί να εκπέμπει στα 5 GHz και στα 2,4 GHz ταυτόχρονα.
• Tri-band είναι ένας δρομολογητής Wi-Fi που μπορεί να εκπέμπει στα 6 GHz, στα 5 GHz και στα 2,4 GHz.
• Δεύτερη περίπτωση Tri-band είναι όταν ένας δρομολογητής Wi-Fi  εκπέμπει ταυτόχρονα στα 5 GHz, σε μία πρόσθετη ζώνη των 5 GHz και στα 2,4 GHz. Αναφέρεται και ως (1×2,4GHz) + (2x5GHz)
• Quad-band όταν έχει τέσσερις ξεχωριστές ζώνες: μια ζώνη 2,4 GHz, μια ζώνη 5 GHz, μια ζώνη 6 GHz και μια πρόσθετη ζώνη στα 5 GHz (1×2,4GHz) + (2x5GHz)+(1x6GHz)

Ο δρομολογητής τριών ζωνών που προσθέτει μια δεύτερη ζώνη 5 GHz είναι κάτι σαν την προσθήκη μιας λωρίδας κυκλοφορίας σε έναν αυτοκινητόδρομο. Με μια δεύτερη ζώνη 5 GHz, μπορείτε να ανοίξετε το προσωπικό σας δίκτυο σε ακόμη περισσότερες ταυτόχρονες συνδέσεις. Φυσικά είναι ακριβότερος.

Η Multi-Link Operation – MLO (λειτουργία πολλαπλών συνδέσμων) επιτρέπει σε μια συσκευή να συνδέεται ταυτόχρονα σε πολλές μπάντες, επιτρέποντας μεγαλύτερες ταχύτητες αθροίζοντας το εύρος ζώνης, σε πολλές μπάντες που χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα.

Η σύνδεση σε πολλές ζώνες με αυτόν τον τρόπο επιτρέπει επίσης την απρόσκοπτη εναλλαγή, μια διαδικασία που εκχωρεί αυτόματα δεδομένα στην πιο κατάλληλη ζώνη, για να μειώσει την καθυστέρηση.

Από την μεριά του δέκτη οι δύο ζώνες που λαμβάνονται (π.χ. από ένα έξυπνο τηλέφωνο), θα συνδεθεί ταυτόχρονα με τη ζώνη 5 GHz και 6 GHz και θα έχει μεγαλύτερη ταχύτητα.

MIMO, MU-MIMO
Το MIMO, γνωστό και ως SU-MIMO, είναι η τεχνική όπου μόνο ένας χρήστης ή ασύρματη συσκευή μπορεί να επικοινωνεί με το δρομολογητή κάθε φορά.

Το MU-MIMO σημαίνει πολλαπλός χρήστης, πολλαπλή είσοδος, πολλαπλή έξοδος. Μπορείτε να σκεφτείτε το MU-MIMO ως ένα διαμεσολαβητή WiFi, που βοηθά τον δρομολογητή σας να επικοινωνεί με πολλές συσκευές ταυτόχρονα για να μειώσει δραστικά τους χρόνους αναμονής και να επιταχύνει το δίκτυό σας. Βασικά, το MU-MIMO διαιρεί το διαθέσιμο εύρος ζώνης δικτύου σε ξεχωριστές ροές που μοιράζονται τη σύνδεση εξίσου.

Έτσι έχουμε τα δεδομένα να μετακινούνται σε ένα κανάλι μιας συγκεκριμένης ζώνης χρησιμοποιώντας ροές, συχνά διπλής ροής (2×2), τριών ροών (3×3) ή τετραπλής ροής (4×4). Όσο περισσότερες ροές, τόσο περισσότερα δεδομένα μπορούν να ταξιδεύουν κάθε φορά.

Εάν μια ζώνη Wi-Fi είναι αυτοκινητόδρομος και τα κανάλια είναι λωρίδες, στον ίδιο δρόμο, μπορείτε να βάλετε πολλές παρακείμενες τυπικές λωρίδες (κανάλια) για να φιλοξενήσετε περισσότερα οχήματα (μεγαλύτερος αριθμός ροών) που μεταφέρουν περισσότερα αγαθά (δεδομένα) ανά ταξίδι (σύνδεση).

Μια σύνδεση Wi-Fi πραγματοποιείται γενικά σε ένα μόνο κανάλι (λωρίδα) μιας ζώνης (δρόμος) κάθε φορά. Η πραγματική μετάδοση δεδομένων είναι πάντα αυτή με την χαμηλότερη δυνατότητα. Ένα ποδήλατο μπορεί να μεταφέρει μόνο ένα άτομο με σχετικά χαμηλή ταχύτητα, ακόμη και όταν χρησιμοποιείται σε μια εξαιρετικά ευρεία λωρίδα ενός ανοιχτού αυτοκινητόδρομου.

Μάρκετινγκ και Wi-Fi

Οι πωλητές των διαφόρων εξαρτημάτων χρησιμοποιούν πάντα τους πιο ρόδινους αριθμούς για να σχηματίσουν μία γλώσσα μάρκετινγκ που ουσιαστικά υπόσχεται το αδύνατο. Και μάλιστα ευρίσκουν δικές τους κανόνες μέτρησης, ορολογίες και χαρακτηριστικά για εντυπωσιασμό.

Βασίζονται στο γεγονός ότι οι καταναλωτές θα αγόραζαν κάτι λόγω ενός εντυπωσιακού χαρακτηριστικού και θα έκαναν υποθέσεις για τα υπόλοιπα, χωρίς να το ψάξουν περαιτέρω.

Παράδειγμα η ναυαρχίδα της Netgear, το σύστημα mesh της σειράς Wi-Fi 7, Orbi 970 που είναι γεμάτo με παραπλανητική ασάφεια.

Δώστε προσοχή και θα σημειώσετε μερικά κόλπα που χρησιμοποίησε ο πωλητής για να δημιουργήσει ψευδείς υποθέσεις στους καταναλωτές για να τους παρασύρει να αγοράσουν το προϊόν.

Ο πωλητής ισχυρίζεται ότι το υλικό μπορεί να προσφέρει “ταχύτητα έως 27 Gbps” και “έως 10.000 τετραγωνικά πόδια (περίπου 930 τετραγωνικά μέτρα) σε κάλυψη Wi-Fi.

Τι έχουν κάνει εκεί στην Netgear; Έχουν πάρει την μέγιστη δυνατή εμβέλεια της ζώνης των 2,4 GHz, η οποία είναι εξαιρετικά αργή, που σε ανοικτό εξωτερικό χώρο μπορεί να καλύψει τα 930 m2 και την έχουν συνδυάσει σε μία πρόταση με το εύρος ζώνης όλων των συχνοτήτων συνολικά!

Όταν ένας μεταδότης Wi-Fi έχει περισσότερες από μία μπάντες (Dual-band, Tri-band ή Quad-band) καθεμία από τις μπάντες έχει το δικό της εύρος ζώνης και γενικά λειτουργεί ανεξάρτητα από άλλες.

Στην περίπτωση του Orbi 970, ο οποίος είναι Quad-band, η Netgear συνδυάζει το εύρος ζώνης των καλύτερων σεναρίων αυτών των ζωνών, δηλαδή 1147Mbps (2,4GHz) + 8647Mbps (5GHz-1) + 5765Mbps (5GHz-2) + 11530Mbps (6 GHz),  για να λάβετε το συνολικό εύρος ζώνης των 27089 Mbps και να το στρογγυλοποιήσετε για να σχηματίσετε τον αριθμό των 27 Gbps για να εμφανιστεί ως η “ταχύτητα” του υλικού (έως 27Gbps)!.

Όχι πως οι άλλοι κατασκευαστές είναι ειλικρινέστεροι. Η ναυαρχίδα σε router της ASUS, το μοντέλο RT-BE96U, με κάποιο αντίστοιχο μαγικό τρόπο αποδίδει το Wi-Fi του έως 19Gbps.

Όταν αγοράζετε νέο μηχάνημα Wi-Fi, έχετε υπόψη ότι σχεδόν όλα όσα ισχυρίζονται οι κατασκευαστές είναι ψευδή και πάντα να μειώνετε τους αριθμούς που αναφέρονται μετά από ένα “έως” κατά τουλάχιστον 60%.

Η ταχύτητα Wi-Fi σας είναι, στην καλύτερη περίπτωση, τόσο γρήγορη όσο ζητάει το μηχάνημα λήψης. Εάν πρόκειται για μηχάνημα λήψης 2×2 MIMO, Wi-Fi 7, θα έχετε γενικά περίπου 3Gbps πραγματικής ταχύτητας (στα καλύτερα σενάρια) και συχνά πολύ χαμηλότερη.