بررسی استانداردی جدید از خانواده 802.11

WiGig چگونه راه وای‌فای را ادامه می‌دهد

03/07/1397 - 11:40

سازمان IEEE که وظیفه آن استانداردسازی است، استانداردی به‌نام 802.11ad را بانام شناخته‌شده WiGig تصویب کرد. وای‌گیگ فناوری بی‌سیمی است که در بخشی از طیف رادیویی عمل می‌کند؛ جایی که پهنای باند زیادی موجود است. پیش‌تر 14 گیگاهرتز از طیف (از 57 گیگاهرتز تا 71 گیگاهرتز) برای استفاده‌های بدون مجوز (آزاد) در نظر گرفته‌شده بود. پهنای باند وای‌گیگ، بخشی جدا از این طیف است که به مشتریان اختصاص داده‌ شده است. وای‌گیگ توسط Wifi Alliance مدیریت می‌شود و هدف آن فراهم کردن نرخ انتقال بیشتر و همچنین کاهش شلوغی در باندهای 2.4 گیگاهرتز و 5 گیگاهرتز است.

ویژگی‌های فنی WiGig

بسیاری از کارشناسان حوزه فناوری بر این باور هستند که استاندارد وای‌گیگ به‌واسطه ویژگی‌ها و مشخصات فنی خاصی که در اختیار دارد این پتانسیل را دارد تا دنیای ارتباط بی‌سیم را دستخوش تحول کند. از ویژگی‌های فنی این فناوری به موارد زیر می‌توان اشاره کرد.

1. محدوده و پوشش

وای‌گیگ برای فرکانس 60 گیگاهرتز طراحی‌شده و این در حالی است که استانداردهای فعلی روی فرکانس 2.4 GHz و 5 GHz کار می‌کنند. میزان تضعیف سیگنال وای‌گیگ با افزایش فاصله، نسبت به سیگنال‌های رادیویی، 100 برابر بیشتر است. وای‌گیگ سعی دارد با استفاده از سیگنال‌های باریک (narrow) در سمت گیرنده و فرستنده با این مشکل مقابله کند. علاوه بر آن محدوده‌ای که وای‌گیگ پوشش می‌دهد تنها 30 فوت (حدود 9 متر) است. ازآنجاکه سیگنال‌های وای‌گیگ نمی‌تواند از دیوار یا بدن انسان عبور کند، محدوده سلول آن در حد یک اتاق است؛ و خط ارتباطی گیرنده و فرستنده باید یک‌راست باشد.

مطلب پیشنهادی

انتقال فایل‌ها از طریق وای‌فای

راهکاری ساده و قدرتمند برای انتقال فایل از گوشی اندرویدی به کامپیوتر

2. آنتن چندگانه در انتقال

در حال حاضر وای‌فای از تکنیک آنتن چندگانه به نام MIMO برای مالتی‌پلکسینگ فضایی (spatial) استفاده می‌کند. هدف این کار افزایش گذردهی در لینک‌ بی‌سیم است. سیگنال‌های رادیویی فرستنده به دلیل برخورد با اشیای اطراف و انعکاس، از مسیرهای مختلفی به گیرنده می‌رسند که به آن چندمسیری یا multipath گفته می‌شود. MIMO از چندمسیری با پردازش سینگال استفاده می‌کند تا چند استریم بین فرستنده و گیرنده ایجاد کند که این مورد استریم‌های فضایی (SS) نامیده می‌شود. اطلاعاتی که در هر استریم منتقل می‌شود با سایر استریم‌ها متفاوت است. امروزه بیشتر دستگاه‌ها یک یا دو آنتن دارند که انتقال‌های 1-SS و 2-SS رایج‌تر از بقیه هستند.
وای‌گیگ از آنتن‌های چندگانه در جهت‌های مختلف استفاده می‌کند که به آن beamforming گفته می‌شود. در حال حاضر، وای‌فای از beamforming پشتیبانی می‌کند اما نحوه پیاده‌سازی در وای‌گیگ متفاوت خواهد بود. Beamforming فعلا یک گزینه اختیاری در وای‌فای محسوب می‌شود و با تعداد کمی از آنتن‌ها (مثلا 4 آنتن) پیاده‌سازی می‌شود؛ این در حالی است که آنتن‌های یک اکسس‌پوینت وای‌گیگ می‌تواند تا 64 آنتن هم افزایش پیدا کند. (شکل 1)

3. دسترسی چندگانه

در وای‌فای امروزی، روش غالب، دسترسی چندگانه CSMA است. در این روش ابتدا دستگاه کانال را بررسی می‌کند و اگر کانال اشغال بود (دستگاهی دیگر در حال ارسال بود) برای مدت زمانی صبر می‌کند و مراحل را دوباره انجام می‌دهد. به این فاصله زمانی، زمان backoff گفته می‌شود. در CSMA برخورد هنگامی اتفاق می‌افتد که دو دستگاه هم‌زمان بخواهند به یک گیرنده، ارسال کنند. در وای‌گیگ به دلیل این‌که گیرنده و فرستنده در یک مسیر مستقیم داده می‌فرستند، CSMA توان تشخیص آن را ندارد. برای مثال، زمانی که دستگاه A با استفاده از beamforming به دستگاه B ارسال می‌کند، دستگاه C توانایی تشخیص این انتقال را ندارد؛ بنابراین یک مد دسترسی جدید به نام دوره سرویس یا SP (سرنام Service Period) به وای‌گیگ اضافه‌شده که زمان‌بندی انتقال توسط اکسس‌پوینت، به دستگاه اختصاص داده‌شده است.

4. مجموعه سرویس‌های پایه

امروزه وای‌فای دو مود عملیاتی دارد: BSS زیرساختی و ad hoc BSS. در BSS زیرساختی، همه دستگاه‌ها از طریق اکسس‌پوینت با یکدیگر صحبت می‌کنند ولی در حالت ad hoc خودشان به‌صورت مستقیم این کار را انجام می‌دهند. وای‌گیگ یک مود ترکیبی به نام PBSS معرفی کرد که دستگاه‌ها نه از طریق اکسس‌پوینت اما با هماهنگی آن ارتباط برقرار می‌کنند. دستگاه‌ها همچنین می‌توانند مستقیم از طریق CSMA یا زمان‌بندی SP با یکدیگر تماس حاصل کنند. این مورد برای اپلیکیشن‌هایی (مانند اپلیکیشن‌های تبلت) طراحی‌شده که بخواهند ویدئوهای HD را بدون نیاز به اکسس‌پوینت ارسال کنند و همچنین بتوانند به شبکه‌ای دیگر از طریق اکسس‌پوینت متصل شوند.

5. تداخل

این‌که می‌گوییم وای‌گیگ سریع‌ترین ‌وای‌فای است کمی گمراه‌کننده است. حداکثر نرخ دیتایی که در 802.11ax پشتیبانی می‌شود 9.6 گیگابیت است و این مقدار برای وای‌گیگ 7 گیگابیت است. نرخ ارسال داده‌ها در حالت واقعی به‌مراتب کمتر است.
وای‌گیگ ممکن است به مشکلاتی که در وای‌فای 2.4 و 5 گیگاهرتز وجود دارد برخورد نکند؛ زیرا از دیوار و موانع مشابه عبور نمی‌کند. دستگاه‌های آینده در وای‌فای باید از سه باند 2.4، 5 و 60 گیگاهرتز پشتیبانی کنند.

مطلب پیشنهادی

جدیدترین استاندارد شبکه‎های بی‎سیم

نسل ششم فناوری وای فای یا استاندارد 802.11ax چگونه شبکه خانگی شما را مدیریت می‎کند؟

اپلیکیشن‌های امروز

اپلیکیشن‌هایی با برد کم برای وای‌گیگ واجب هستند. امروزه، به اشتراک‌گذاری صفحه‌نمایش دستگاه‌ها (مثلا از تبلت به تلویزیون) یک امر متداول است. با سرعت وای‌فای فعلی و با استفاده از فشرده‌سازی داده می‌توان اتصال را حفظ کرد؛ اما دو مشکل در این راه وجود دارد: نخست این‌که کیفیت تصاویر پایین می‌آید یا گاهی تصویر قطع می‌شود و دوم تاخیر نمایش در هر دو دستگاه است. وای‌گیگ به فشرده‌سازی داده نیازی ندارد و دو مشکل بالا را حل می‌کند.
مثال دیگری که می‌توان به آن اشاره کرد هدست‌های واقعیت مجازی است. این هدست‌ها اگر با سیم به دستگاه اصلی متصل باشد، محدودیت‌هایی در حرکت کاربر ایجاد می‌کند و اگر به‌صورت بی‌سیم باشد همان مشکل همیشگی یعنی نرخ داده پایین را دارد. با استفاده از وای‌گیگ، کاربران هدست واقعیت مجازی، تجربه بهتری در استفاده از آن خواهند داشت. به‌طورکلی، وای‌گیگ برای اپلیکیشن‌های که به تحرک و ارتباط بی‌سیم نیاز دارند (مانند گیمینگ)، بسیار کاربردی است.
شرکت‌های زیادی سعی دارند به‌نوعی وای‌گیگ را با محصولات خود مطابقت دهند، مانند Blue Wireless، Intel، Nitero، Peaso، کوال‌کام و Tensorcom. شرکت Dell نیز تغییرات قابل‌توجهی در دستگاه‌های خود داده و بیشتر لپ‌تاپ‌ها را طوری طراحی کرده که از وای‌گیگ پشتیبانی کنند. شرکت‌های دیگری هم در زمینه ساخت روتر فعالیت دارند که دستگاه‌های آن‌ها نیز از وای‌گیگ پشتیبانی می‌کند مانند Acelink، Netgear و TPlink. روترهای وایرلس جدید از 802.11n در 2.4 گیگاهرتز، 802.11ac در 5 گیگاهرتز و 802.11ad در 60 گیگاهرتز پشتیبانی می‌کند.

اپلیکیشن‌های فردا

وای‌گیگ می‌تواند وسیله‌ای برای تغییر محیط‌های بی‌سیم مانند دفاتر کاری باشد. کارمندان در دفاتر معمولاً از لپ‌تاپ، تبلت یا دستگاه‌های 2in1 استفاده می‌کنند که می‌تواند در خانه یا در بین مسیر در دست داشته باشند. زمانی‌که آن‌ها پشت میز خود نشسته‌اند، قصد دارند از صفحه‌نمایش بزرگ‌تر، شبکه‌های محلی و همچنین دستگاه‌های جانبی استفاده کنند. وای‌گیگ احتمالاً تنها استاندارد بی‌سیمی است که می‌تواند تمام ارتباطات مورد نیاز آن‌ها را تأمین کند و هم‌زمان دستگاه بی‌سیم را هم شارژ کند.
بر اساس گفته‌های مدیران شرکت Dell، یک راه‌حل جامع برای اجرای ارتباطات بی‌سیم در یک دفتر، هم به وای‌گیگ و هم به شارژ به‌صورت بی‌سیم نیاز دارد. محصولات جدید این شرکت به نام Latittude 7285 (یک دستگاه 2in1 که هم در تبلت و هم در لپ‌تاپ می‌تواند استفاده شود) و Dell Wireless Dock از عملکرد بی‌سیم پشتیبانی می‌کنند.
از اتاق‌های کنفرانس نیز نباید غافل شد. ممکن است کاربران بخواهند به پروژکتور، شبکه محلی دفتر یا هر چیز دیگری متصل شوند. وای‌گیگ نیاز به کابل و دیگر وسیله‌ها را برای اتصال از بین می‌برد. البته کاربران معمولا زمان زیادی در اتاق کنفرانس حضور ندارند و شارژ به‌صورت بی‌سیم اختیاری است. اما باید توجه داشت که تنها وای‌گیگ پهنای باند لازم را برای تمام ارتباطات پرتعداد و هم‌زمان دارد.

مطلب پیشنهادی

ترفندهای وای‌فای

ده آموزش ساده وای‌فای که هر کاربر عادی باید بداند!

شاید در آینده دستگاه‌ها بدون نیاز به هیچ وسیله‌ای به یکدیگر متصل شوند و تمام ارتباطات با برد کم از وای‌گیگ کمک بگیرند. چیزی که تا به حال به کمک بلوتوث و وای‌فای تا حدودی انجام‌شده است. همان‌طور که گفتیم شارژ کردن نیز به‌صورت بی‌سیم انجام خواهد شد. امروزه، شارژ کردن معمولا به یک مکان مشخص برای دستگاه نیاز دارد و همچنین یک پد شارژ. روش‌هایی که قرار است به آن برسیم می‌تواند دستگاه را در هر مکانی شارژ کند و از آن مهم‌تر اینکه نحوه شارژ دستگا‌ه‌ها یکسان می‌شود. در حال حاضر، هر دستگاه به یک نوع شارژر مخصوص نیاز دارد اما روزی فرامی‌رسد که همه آن‌ها به‌صورت مشابه و با یک استاندارد مشخص شارژ شوند.
نکته مهم دیگر در مورد استفاده از وای‌گیگ بحث حریم خصوصی است که کمتر به آن توجه می‌شود. وای‌گیگ برای اپلیکیشن‌های حیاتی (مثلا بخش مدیریتی یک کارخانه) بسیار جذاب خواهد بود. زیرا پهنای باند قابل‌توجهی فراهم می‌کند و در عین‌حال سیگنال‌ها حتی از ساختمان هم بیرون نمی‌روند.
زمانی‌که وای‌گیگ به بلوغ برسد حتی می‌تواند در خانه هوشمند نیز به‌کار گرفته شود؛ از کنترل قفل‌های هوشمند گرفته تا خاموش کردن لامپ‌ها. البته این نکته را هم باید در نظر داشت که در بخش‌های مختلفی از خانه هوشمند، امواج باید از دیوارها عبور کنند و همچنان وای‌فای یا فناوری‌های مشابه در کنار وای‌گیگ به‌کار گرفته خواهند شد.

پتانسیل وای‌گیگ

موفقیت وای‌گیگ به عامل‌های مختلفی بستگی دارد. بهبود عملکرد وای‌‌گیگ اجازه استفاده از آن را در فاصله‌ای بیشتر فراهم می‌کند. همچنین در مسیرهایی که خط مستقیمی بین دستگاه‌ها نیست، امکان اتصال به وجود می‌آید. نرخ داده‌ای که وای‌گیگ در حال حاضر فراهم می‌کند بین 2گیگابیت و 3 گیگابیت بر ثانیه در فاصله 30 فوت است. این پتانسیل وجود دارد که در آینده این نرخ در فاصله‌ای دورتر افزایش یابد.
وقتی تاریخچه وای‌فای را بررسی می‌کنیم، نگاه خوش‌بینانه‌ای به آینده وای‌گیگ داریم. نخستین LAN بی‌سیم در دهه 1990 معرفی شد. آن‌ها بسیار کند بودند و اصلا قابل قیاس با سرعت امروزی نبودند، حجیم و در عین‌حال گران‌قیمت بودند. اگر به آن دوران برگردیم، شما می‌توانستید 1000 دلار خرج کنید و یک LAN بی‌سیم با سرعت 100 کیلوبیت بر ثانیه تحویل بگیرید. اما سرعت رشد و بهبود بخش بی‌سیم خیره‌کننده بوده است. محصولات فعلی پرسرعت، کوچک و به‌مراتب ارزان‌تر هستند. نخستین استاندارد وای‌فای به نام 802.11b در سال 1999 منتشر شد. حدود 10 سال طول کشید تا شبکه محلی بی‌سیم به بلوغ برسد. اینکه وای‌گیگ پهنای باند قابل‌توجهی فراهم می‌کند، انگیزه زیادی هم برای بهبود در عملکرد و هم برای کاهش هزینه ایجاد می‌کند.
از طرفی نکته امیدوارکننده دیگری در مورد وای‌گیگ وجود دارد. واضح است که فناوری امواج میلی‌متری نقش بزرگی در شبکه‌های 5G خواهد داشت. از طرفی زمانی‌که یک استاندارد جدید ارتباطی به وجود می‌آید، باید در دستگاه‌هایی که قرار است از آن پشتیبانی ‌کنند، تغییرات ایجاد شود. از جمله دستگاه‌های زیرساختی مانند روترها، HDTV و کامپیوترهای دسکتاپ. همچنین آنتن‌های ویژه‌ای باید برای دستگاه‌هایی مانند گوشی هوشمند و تبلت ساخته شود. دور از انتظار نیست که در سال‌های آتی میلیاردها دستگاه به فناوری وای‌گیگ مجهز شوند. این به آن معنا است که وای‌گیگ بیشتر در معرض توجه قرار خواهد گرفت و مهندسان بسیاری برای بهبود عملکرد آن تلاش خواهند کرد. همچنین شرکت‌های مختلف بر سر کاهش یک دلار هم با یکدیگر رقابت خواهند کرد. وای‌گیگ یک‌شبه بالغ نمی‌شود اما روزی فرا می‌رسد که آن را در هر جایی ببینید.