Vědecké okénko: Co čekat od standardu Wi-Fi 6?
Vítejte u dalšího dílu seriálu Vědecké okénko. Vědy není nikdy dost a pokusíme se opět rozšířit vaše i naše vědomosti o mobilních zařízeních, které používáte každý den. Dnes se podíváme na vylepšení sítě, kterou používáme téměř všichni. Wi-Fi 6. generace není jen novinkou posledních týdnů, jak se zdá z médií. Organizace Wi-Fi Alliance představila novou specifikaci pro Wi-Fi sítě po několikaletém vývoji loni v říjnu a letos ve třetím čtvrtletí má spustit certifikaci nových zařízení. Díky nedávnému veletrhu MWC se pak stala skoro zaklínadlem každého nového telefonu. Víte ale, co doopravdy přinese?
Jaký má smysl zavádět novou specifikaci, když už nynější standard ac přenáší data často rychleji, než jsou možnosti místního připojení k internetu? Taková otázka zní možná hereticky, ale není zločin si na ni zodpovědět. Wi-Fi 6 přinese některé podstatné změny. Nejde totiž jenom o změnu písmen na číslice a zrychlení.
Nejprve krátké shrnutí, poté si novinky podrobně rozebereme.
- Změna v názvech, a to i zpětně: lepší přehled pro zákazníka
- MU-MIMO a OFDMA: vysílání dat pro více zařízení najednou
- Omezení vysílacího času: nižší spotřeba energie přenosných zařízení
- Nová modulace 1024-QAM: umožní sloučit více dat pro mimořádně vytížené sítě
- Protokol WPA3: lepší bezpečnost i pro nezaheslované sítě
Jak se vyznat v novém číslování?
Použití číslic přinese zákazníkům mnohem snadnější orientaci. Myšlenky na sjednocení bezdrátového přenosu dat v místní síti (LAN) vznikly s uvolněním frekvence 2,4 GHz pro veřejné použití a roku 1997 byl vydán první standard IEEE 802.11, později marketingově známý jako Wi-Fi. Od té doby již k němu bylo vydáno tolik aktualizací a dodatků, že nestačila celá abeceda a před pěti lety se začalo s dvoupísmenným označením (ac, ad, af, ax a vyvjíené ay). Běžný fyzický uživatel by zaplakal, a tak se Wi-Fi Alliance rozhodla ze seznamu vybrat masově používané generace Wi-Fi připojení na frekvencích 2,4 a 5 GHz, které budou nést i číselné označení, takto:
- Wi-Fi 6 = ax
- Wi-Fi 5 = ac
- Wi-Fi 4 = n
Zařízení, která budou přicházet na trh, dostanou při certifikaci číslo, odpovídající nejnovějšímu podporovanému standardu. Navíc je v plánu, aby zařízení zobrazovala při připojení k síti aktuálně používanou generaci. Tři starší generace a, b, g jsou již zastaralé a dál se s nimi nepočítá. Naopak WiGig, tedy připojení v pásmu 60 GHz zůstává zatím doplňkové a do hlavní řady zařazeno nebylo.
Takové ikonky možná budeme vídat v oznamovací liště při připojení k Wi-Fi.
Bude rychlejší, ale o kolik?
Nový standard Wi-Fi 6 slibuje papírově velké zrychlení, a to ze 3,5 Gb/s až na 9,6 Gb/s. Teoretické rychlosti ale mimo laboratoř téměř není možné dosáhnout. Je měřená při využití maximální šířky pásma 160 MHz, tedy využití 8 kanálů při současném připojení přes obě frekvence 2,4 i 5 GHz a v přímé viditelnosti vysílače a koncového zařízení. A teď zpátky do reality. Zrychlení bude znatelné v praxi pouze např. ve velmi zatížených veřejných sítích a pak v případě domácího streamování dat, kdy nejsme omezeni samotnou rychlostí připojení k internetu, která je často i řádově menší. V českých městech je situace dobrá, zatímco v odlehlejších oblastech internet fičí často v jednotkách Mb/s.
Wi-Fi 6 počítá s tím, že počet připojených zařízení bude strmě narůstat. V průměrné americké domácnosti bylo před pěti lety pět Wi-Fi zařízení. Letos je to již devět a nejodvážnější odhady mluví o tom, že se za dalších pět let bude číslo blížit padesátce. Vylepšená technologie MU-MIMO (multiple user, input, output – více klientů, příjmů a vysílání) zvládne současně obsluhovat osm zařízení místo čtyř. Zbrusu novou technologií je OFDMA (orthogonal frequency division multiple access – nezávislý frekvenčně dělený vícenásobný přístup), který umožní v jedné vysílané vlně kódovat data pro více zařízení najednou, což sníží dobu odezvy v síti.
Méně přenosu, více výdrže
Úspora energie je cílem technologie TWT (target wake time – plánovaný čas probuzení). Čím méně je zařízení v síti aktivní, tím víc mu tahle vychytávka ušetří baterii. Router si bude se zařízeními povídat a plánovat časy kontrolních spojení, pokud nepoužívají připojení trvale, jako např. malé senzory po bytě nebo spotřebiče, které zapínáme jen malou část dne.
Lepší směrování aneb Ach ty vlny
Ve Wi-Fi Alliance také řeší palčivý problém, aby dosáhla ta zatracená Wi-Fi aspoň za roh. Jelikož využívá bezlicenčních pásem, musí u nás dodržet evropský maximální vyzářený výkon. Ten činí 0,1 W pro frekvence kolem 2,4 GHz, tedy všechny kanály 1-13, s frekvencí kolem 5 GHz začíná být situace složitější.
Nelekněte se trochy čísel. Limit pro pásmo 5,16-5,24 GHz, tedy kanály 32-48 je 0,2 W a vysílat smíte jen uvnitř budov. V pásmu 5,25-5,34 GHz a kanály 52-68 je limit stejný, navíc musí mít zařízení další regulaci na snížení výkonu. Nejvyšší pásmo 5,48-5,7 GHz má teoreticky nejvyšší výkon, a to až 1 W, v této oblasti ale již operují meteorologické radary. Jako jediné použitelné tedy přichází v úvahu kanály 32-48, čímž se velkorysá nabídka poměrně osekala. S limity se jen tak hnout nedá, a tak jedinou možností zvýšení dosahu je danou porci wattů lépe nasměrovat.
Jednou z metod je využití beamformingu, tedy jakéhosi tvarování paprsku. Zní to trochu sci-fi, princip je jednoduchý. Více menších antén je propojeno tak, že mohou vyzářený výkon díky využití interference rádiových vln nasměrovat lépe na místo, kam má připojení dosáhnout. Interference je obecně negativním jevem, zde se používá zcela záměrně. Podpora pro beamforming se poprvé u Wi-Fi objevila u 5. generace, v mobilních sítích se používá již velmi dlouho.
Ukázka interference vln, pokud dojde k určitému fázovému posunu. V určitých místech bude signál slabší, jinde silnější a to systém využívá. Foto Wikimedia Commons (1), (2), licence CC-BY-SA 3.0.
Další vlnové vylepšení se týká modulace 1024-QAM. 1024 je počet možných stavů nesený jednou vlnou. Číslo modulace se vypočte jako dvě na počet přenesených bitů, v tomto případě tedy 210 = 1024. QAM je zkratka pro kvadraturní amplitudovou modulaci, což je způsob modulace, kdy dvě sinusové vlny v klidu jsou fázově posunuté o 90° neboli lidsky řečeno – jedna je v maximu, když je druhá v nule. Při nesení signálu se pak jednoduše mění amplituda (síla) vlny, frekvence zůstane stejná. Vyšší modulace nabídne vyšší rychlost, nevýhodou je větší složitost (s každým bitem roste dvojnásobně mřížka) a riziko chyb při přenosu.
QAM vypadá jednoduše, dokud jsme v matici o desítkách polí. V tisících už nastupuje počítač a procesor spočítá z výstupu antény odeslaná data.
Wi-Fi zase na pár let bezpečná
Posledním důležitým pokrokem je zavedení protokolu WPA3 a možná ještě větším jeho protlačení v novém standardu. Po objevení závažných bezpečnostních chyb v předchozím WPA2 a slavném útoku KRACK, který umožnil útočníkovi vložit nulové šifrovací klíče, byl protokol již dále neudržitelný a Wi-Fi Alliance přispěchala s novým. WPA3 přináší stejně jako dříve dvě úrovně zabezpečení, a to osobní a firemní.
Pro zákazníka je zajímavější, co přinese osobní verze. Ověření uživatele již nebude metodou PSK, ale SAE (současné ověření rovnosti). Nová metoda má být imunní proti slovníkovým útokům, protože bude vyžadovat určitou interakci zařízení se sítí. Významně posílena bude bezpečnost veřejných sítí, které budou také šifrovat data putující mezi uživateli.
Kdy to bude?
Nový standard tu již je. Teď by to chtělo nějaká zařízení. Pokud jde o smartphony, ty se Snapdragonem 855 mají šestku jistou, podporu lze očekávat u všech letošních špičkových modelů. Wi-Fi routery lze očekávat v průběhu roku, TP-Link jich představil celou řádku na CES, jejich cena začne zhruba na třech tisících Kč. První nálepku Wi-Fi Certified 6, která boom definitivně rozjede, uvidíme letos ve třetím čtvrtletí.
zdroj: Wi-Fi Alliance
Související
Nepřehlédněte
Diskuze
Nejčtenější články
Vědecké okénko: Co čekat od standardu Wi-Fi 6?
Vítejte u dalšího dílu seriálu Vědecké okénko. Vědy není nikdy dost a pokusíme se opět rozšířit vaše i naše vědomosti o mobilních zařízeních, které používáte každý den. Dnes se podíváme na vylepšení sítě, kterou používáme téměř všichni. Wi-Fi 6. generace není jen novinkou posledních týdnů, jak se zdá z médií. Organizace Wi-Fi Alliance představila novou specifikaci pro Wi-Fi sítě po několikaletém vývoji loni v říjnu a letos ve třetím čtvrtletí má spustit certifikaci nových zařízení. Díky nedávnému veletrhu MWC se pak stala skoro zaklínadlem každého nového telefonu. Víte ale, co doopravdy přinese?
Jaký má smysl zavádět novou specifikaci, když už nynější standard ac přenáší data často rychleji, než jsou možnosti místního připojení k internetu? Taková otázka zní možná hereticky, ale není zločin si na ni zodpovědět. Wi-Fi 6 přinese některé podstatné změny. Nejde totiž jenom o změnu písmen na číslice a zrychlení.
Nejprve krátké shrnutí, poté si novinky podrobně rozebereme.
- Změna v názvech, a to i zpětně: lepší přehled pro zákazníka
- MU-MIMO a OFDMA: vysílání dat pro více zařízení najednou
- Omezení vysílacího času: nižší spotřeba energie přenosných zařízení
- Nová modulace 1024-QAM: umožní sloučit více dat pro mimořádně vytížené sítě
- Protokol WPA3: lepší bezpečnost i pro nezaheslované sítě
Jak se vyznat v novém číslování?
Použití číslic přinese zákazníkům mnohem snadnější orientaci. Myšlenky na sjednocení bezdrátového přenosu dat v místní síti (LAN) vznikly s uvolněním frekvence 2,4 GHz pro veřejné použití a roku 1997 byl vydán první standard IEEE 802.11, později marketingově známý jako Wi-Fi. Od té doby již k němu bylo vydáno tolik aktualizací a dodatků, že nestačila celá abeceda a před pěti lety se začalo s dvoupísmenným označením (ac, ad, af, ax a vyvjíené ay). Běžný fyzický uživatel by zaplakal, a tak se Wi-Fi Alliance rozhodla ze seznamu vybrat masově používané generace Wi-Fi připojení na frekvencích 2,4 a 5 GHz, které budou nést i číselné označení, takto:
- Wi-Fi 6 = ax
- Wi-Fi 5 = ac
- Wi-Fi 4 = n
Zařízení, která budou přicházet na trh, dostanou při certifikaci číslo, odpovídající nejnovějšímu podporovanému standardu. Navíc je v plánu, aby zařízení zobrazovala při připojení k síti aktuálně používanou generaci. Tři starší generace a, b, g jsou již zastaralé a dál se s nimi nepočítá. Naopak WiGig, tedy připojení v pásmu 60 GHz zůstává zatím doplňkové a do hlavní řady zařazeno nebylo.
Takové ikonky možná budeme vídat v oznamovací liště při připojení k Wi-Fi.
Bude rychlejší, ale o kolik?
Nový standard Wi-Fi 6 slibuje papírově velké zrychlení, a to ze 3,5 Gb/s až na 9,6 Gb/s. Teoretické rychlosti ale mimo laboratoř téměř není možné dosáhnout. Je měřená při využití maximální šířky pásma 160 MHz, tedy využití 8 kanálů při současném připojení přes obě frekvence 2,4 i 5 GHz a v přímé viditelnosti vysílače a koncového zařízení. A teď zpátky do reality. Zrychlení bude znatelné v praxi pouze např. ve velmi zatížených veřejných sítích a pak v případě domácího streamování dat, kdy nejsme omezeni samotnou rychlostí připojení k internetu, která je často i řádově menší. V českých městech je situace dobrá, zatímco v odlehlejších oblastech internet fičí často v jednotkách Mb/s.
Wi-Fi 6 počítá s tím, že počet připojených zařízení bude strmě narůstat. V průměrné americké domácnosti bylo před pěti lety pět Wi-Fi zařízení. Letos je to již devět a nejodvážnější odhady mluví o tom, že se za dalších pět let bude číslo blížit padesátce. Vylepšená technologie MU-MIMO (multiple user, input, output – více klientů, příjmů a vysílání) zvládne současně obsluhovat osm zařízení místo čtyř. Zbrusu novou technologií je OFDMA (orthogonal frequency division multiple access – nezávislý frekvenčně dělený vícenásobný přístup), který umožní v jedné vysílané vlně kódovat data pro více zařízení najednou, což sníží dobu odezvy v síti.
Méně přenosu, více výdrže
Úspora energie je cílem technologie TWT (target wake time – plánovaný čas probuzení). Čím méně je zařízení v síti aktivní, tím víc mu tahle vychytávka ušetří baterii. Router si bude se zařízeními povídat a plánovat časy kontrolních spojení, pokud nepoužívají připojení trvale, jako např. malé senzory po bytě nebo spotřebiče, které zapínáme jen malou část dne.
Lepší směrování aneb Ach ty vlny
Ve Wi-Fi Alliance také řeší palčivý problém, aby dosáhla ta zatracená Wi-Fi aspoň za roh. Jelikož využívá bezlicenčních pásem, musí u nás dodržet evropský maximální vyzářený výkon. Ten činí 0,1 W pro frekvence kolem 2,4 GHz, tedy všechny kanály 1-13, s frekvencí kolem 5 GHz začíná být situace složitější.
Nelekněte se trochy čísel. Limit pro pásmo 5,16-5,24 GHz, tedy kanály 32-48 je 0,2 W a vysílat smíte jen uvnitř budov. V pásmu 5,25-5,34 GHz a kanály 52-68 je limit stejný, navíc musí mít zařízení další regulaci na snížení výkonu. Nejvyšší pásmo 5,48-5,7 GHz má teoreticky nejvyšší výkon, a to až 1 W, v této oblasti ale již operují meteorologické radary. Jako jediné použitelné tedy přichází v úvahu kanály 32-48, čímž se velkorysá nabídka poměrně osekala. S limity se jen tak hnout nedá, a tak jedinou možností zvýšení dosahu je danou porci wattů lépe nasměrovat.
Jednou z metod je využití beamformingu, tedy jakéhosi tvarování paprsku. Zní to trochu sci-fi, princip je jednoduchý. Více menších antén je propojeno tak, že mohou vyzářený výkon díky využití interference rádiových vln nasměrovat lépe na místo, kam má připojení dosáhnout. Interference je obecně negativním jevem, zde se používá zcela záměrně. Podpora pro beamforming se poprvé u Wi-Fi objevila u 5. generace, v mobilních sítích se používá již velmi dlouho.
Ukázka interference vln, pokud dojde k určitému fázovému posunu. V určitých místech bude signál slabší, jinde silnější a to systém využívá. Foto Wikimedia Commons (1), (2), licence CC-BY-SA 3.0.
Další vlnové vylepšení se týká modulace 1024-QAM. 1024 je počet možných stavů nesený jednou vlnou. Číslo modulace se vypočte jako dvě na počet přenesených bitů, v tomto případě tedy 210 = 1024. QAM je zkratka pro kvadraturní amplitudovou modulaci, což je způsob modulace, kdy dvě sinusové vlny v klidu jsou fázově posunuté o 90° neboli lidsky řečeno – jedna je v maximu, když je druhá v nule. Při nesení signálu se pak jednoduše mění amplituda (síla) vlny, frekvence zůstane stejná. Vyšší modulace nabídne vyšší rychlost, nevýhodou je větší složitost (s každým bitem roste dvojnásobně mřížka) a riziko chyb při přenosu.
QAM vypadá jednoduše, dokud jsme v matici o desítkách polí. V tisících už nastupuje počítač a procesor spočítá z výstupu antény odeslaná data.
Wi-Fi zase na pár let bezpečná
Posledním důležitým pokrokem je zavedení protokolu WPA3 a možná ještě větším jeho protlačení v novém standardu. Po objevení závažných bezpečnostních chyb v předchozím WPA2 a slavném útoku KRACK, který umožnil útočníkovi vložit nulové šifrovací klíče, byl protokol již dále neudržitelný a Wi-Fi Alliance přispěchala s novým. WPA3 přináší stejně jako dříve dvě úrovně zabezpečení, a to osobní a firemní.
Pro zákazníka je zajímavější, co přinese osobní verze. Ověření uživatele již nebude metodou PSK, ale SAE (současné ověření rovnosti). Nová metoda má být imunní proti slovníkovým útokům, protože bude vyžadovat určitou interakci zařízení se sítí. Významně posílena bude bezpečnost veřejných sítí, které budou také šifrovat data putující mezi uživateli.
Kdy to bude?
Nový standard tu již je. Teď by to chtělo nějaká zařízení. Pokud jde o smartphony, ty se Snapdragonem 855 mají šestku jistou, podporu lze očekávat u všech letošních špičkových modelů. Wi-Fi routery lze očekávat v průběhu roku, TP-Link jich představil celou řádku na CES, jejich cena začne zhruba na třech tisících Kč. První nálepku Wi-Fi Certified 6, která boom definitivně rozjede, uvidíme letos ve třetím čtvrtletí.
zdroj: Wi-Fi Alliance
