Беспроводные сети Wi-Fi сегодня встречаются повсюду: дома, на работе, в кафе, отелях и ресторанах. С развитием интернета к Wi-Fi подключаются не только устройства пользователей, но и множество других приборов, которым требуется стабильная скорость передачи данных.
По прогнозам исследователей, к 2025-му году средняя семья в развитых странах будет иметь до 50 устройств, подключенных к Wi-Fi.
С увеличением количества гаджетов возрастает и объем передаваемых данных. Чтобы обеспечить высокую скорость обмена информацией при росте числа подключаемых устройств, была разработана технология MIMO.
Давайте разберемся, что это за технология и какие преимущества она предоставляет.
Что такое MIMO?
Вкратце, MIMO (Multiple Input Multiple Output) — это технология передачи данных несколькими потоками. Она предполагает использование нескольких приемников и передатчиков на одной несущей частоте.
Когда рядом с аббревиатурой MIMO указывается число, например, MIMO 2х2, это означает наличие двух передатчиков и двух приёмников.
Технология MIMO позволяет увеличить скорость передачи данных до 300 Мбит/с, что привело к появлению стандарта 802.11n. Он использует канал шириной 20 МГц, обеспечивая высокую пропускную способность. MU-MIMO может применяться в Wi-Fi сетях стандартов 802.11n и 802.11ac.
Принцип работы
MU-MIMO основывается на нескольких технологиях:
- OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing): разработана для увеличения эффективности использования частотного спектра. Изначально Wi-Fi работал на частоте 2,4 ГГц, разделенной на 14 каналов шириной 20 МГц. Позже был добавлен диапазон 5 ГГц с каналами шириной 40 и 80 МГц. OFDM позволяет использовать не только несущие, но и поднесущие частоты, что улучшает распределение трафика. Однако по OFDM-протоколу передавать данные мог только один пользователь в каждый момент времени.
- OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access): улучшенная версия OFDM, работающая на уровне ресурсных юнитов. Она разбивает блок на несколько компонентов и позволяет обслуживать несколько устройств одновременно.
- Пространственные потоки: маршрутизаторы имеют несколько радиомодулей, каждый из которых передает данные через свою антенну Wi-Fi. Это увеличивает скорость обмена данными пропорционально количеству антенн. На частоте 2,4 ГГц возможно организовать четыре потока, на 5 ГГц – восемь.
- Beamforming: технология формирования направленного сигнала, исходящего от маршрутизатора. Она позволяет нескольким антеннам MIMO управлять направлением радиоволн. Для этого требуются значительные вычислительные мощности, чтобы сигналы не перекрывали друг друга.
Объединение этих технологий и называется Wi-Fi MIMO.
Преимущества и недостатки MIMO
Преимущества:
- Высокая скорость передачи данных;
- Антенны формируют направленный сигнал, увеличивая дальность действия сети;
- Возможность одновременного подключения нескольких устройств к Wi-Fi с высокой скоростью передачи данных.
Недостатки:
- Требуются большие вычислительные мощности;
- Плохо работает при перемещении источника или приемника сигнала.
Типы MIMO
В зависимости от работы с пользователями, беспроводные технологии передачи данных делятся на:
- SU-MIMO (Single User MIMO): поддерживает работу только с одним пользователем (устройство 1х1);
- MU-MIMO (Multi User MIMO): позволяет подключаться к сети нескольким пользователям одновременно, обеспечивая высокую скорость передачи данных.
SU-MIMO и MU-MIMO: в чем различие?
Подробнее рассмотрим различия между SU-MIMO и MU-MIMO.
WiFi-роутеры с поддержкой SU-MIMO могут одновременно обслуживать только один поток данных. Это означает, что один гаджет принимает и отправляет данные по нескольким каналам, в то время как другие устройства вынуждены ожидать своей очереди, оставаясь в режиме бездействия.
В отличие от этого, MU-MIMO обеспечивает передачу информации сразу по нескольким каналам. Это позволяет нескольким пользователям одновременно принимать и отправлять данные.
Данная технология поддерживает до четырёх одновременных подключений, что устраняет необходимость деления подключения между пользователями и значительно увеличивает скорость обмена данными. MU-MIMO идеально подходит для сетей с большим количеством пользователей, поэтому её рекомендуется использовать в офисах, гостиницах, кафе и ресторанах.
Кроме того, информация, передаваемая с помощью этой технологии, труднее поддаётся перехвату, что повышает уровень безопасности.
Определить, поддерживает ли маршрутизатор MU-MIMO, можно по количеству антенн. У роутера, использующего эту технологию, их должно быть как минимум четыре.
Роутеры с MU-MIMO также используют технологию Beamforming, благодаря которой сигналы от маршрутизатора направляются преимущественно в сторону принимающего устройства, а не равномерно во все стороны.
Практические ограничения
Чтобы полностью понять технологию MU-MIMO, важно также знать ее ограничения:
- Диапазон частот: MU-MIMO не работает в диапазоне 2,4 ГГц, ей требуется частота 5 ГГц.
- Ограничение на количество подключений: Число клиентов, которые могут быть подключены одновременно, ограничено. Например, маршрутизатор, рассчитанный на работу с тремя потоками одновременно, не сможет поддерживать множество подключений без снижения скорости.
- Требования к устройствам: Устройства, подключающиеся к маршрутизатору, также должны поддерживать MU-MIMO. Однако им не нужно иметь четыре антенны — достаточно одной. Даже устройства без поддержки MU-MIMO выигрывают от этой технологии, поскольку гаджеты с MU-MIMO передают данные быстрее, и очередь до остальных клиентов доходит быстрее.
- Проблемы с перемещением: Из-за направленной передачи данных Beamforming, технология не очень эффективна с быстро перемещающимися устройствами. Появляются трудности с определением их положения, что делает процесс формирования направленного сигнала сложным и менее эффективным.
Подведение итогов
Технология MU-MIMO значительно улучшает производительность Wi-Fi сетей, обеспечивая одновременное подключение нескольких устройств и увеличение скорости передачи данных. Тем не менее, у нее есть определенные ограничения, такие как необходимость использования частоты 5 ГГц и проблемы с быстро перемещающимися устройствами.
Несмотря на это, MU-MIMO остаётся важным шагом в развитии беспроводных сетей, обеспечивая более эффективное и безопасное соединение для множества пользователей.
