2,4 против 5 ГГц: научные обоснования проблем подключения в устройствах Интернета вещей

Wi-Fi прошел долгий путь с момента своего появления 26 лет назад. Изначально он поддерживал жалкие 2 Мбит/с на частоте 2,4 ГГц. Технологии развиваются, и сегодня, по оценкам, используется 18 миллиардов устройств с поддержкой Wi-Fi и ежегодно поставляется более 4 миллиардов новых устройств.

Были добавлены новые функции и диапазоны частот, последней из которых является полоса 6 ГГц, которая поддерживает максимальную скорость соединения 9,6 Гбит/с. Это в 48 000 раз превышает первоначальную скорость в 1997 году.

Чем быстрее, тем лучше, верно? Тем не менее, 2,4 ГГц сегодня остается самым популярным диапазоном, а большинство продуктов для умного дома поддерживают только 2,4 ГГц. Чтобы понять почему, давайте изучим науку, лежащую в основе групп. Поскольку продукты с частотой 6 ГГц все еще находятся на начальной стадии коммерческой доступности, мы сосредоточимся на сравнении 2,4 и 5 ГГц.

Несомненно, диапазон 5 ГГц передает гораздо больше беспроводного трафика. Это становится очевидным, просто взглянув на рисунок выше. Скорость может быть важна для передачи видео с камеры наблюдения, но дальность может быть решающим фактором для интеллектуального устройства открывания гаражных ворот, расположенного далеко от маршрутизатора. Преимущество частоты 2,4 ГГц заключается в том, что она имеет больший радиус действия и лучшее покрытие.

Причина в том, что более низкие частоты беспроводной связи проходят через стены и мебель лучше, чем более высокие. Например, сигнал 2,4 ГГц падает на 70 процентов при прохождении через гипсокартон по сравнению с 90 процентами для 5 ГГц. Для кирпичной стены падение составляет 63 процента на частоте 2,4 ГГц и 83 процента на частоте 5 ГГц.

Более низкие частоты также имеют более длинные волны, что позволяет им легче огибать объекты. Это означает меньше мертвых зон Wi-Fi и лучшее покрытие дома.

Еще одним преимуществом 2,4 ГГц является то, что это оригинальный диапазон. Обратная совместимость поддерживается посредством последовательных итераций Wi-Fi, и благодаря своей долгой истории и связанной с этим экономии за счет масштаба чипсеты и модули 2,4 ГГц более экономичны, чем чипы 5 ГГц. Если вы менеджер по продукту для умного дома, это зачастую не составляет труда.

Однако диапазон 2,4 ГГц — это перегруженное пространство, используемое не только Wi-Fi, но также устройствами Bluetooth и микроволновыми печами. Он часто страдает от перегрузок и помех, что приводит к проблемам с подключением продуктов для умного дома, что может привести к проблемам с технической поддержкой и плохому восприятию бренда.

Полоса частот Wi-Fi разделена на каналы, аналогично телевизионным каналам в диапазоне UHF/VHF и радиостанциям в диапазонах AM/FM. В США и Канаде широко используются каналы Wi-Fi 1–11, ограничены 12–13, а 14 не используется.

Важным моментом на рисунке выше является то, что каналы 2,4 ГГц перекрывают друг друга. Сеть, работающая на канале 1, отправляет и получает данные, используя те же частоты, что и сеть на канале 3.

Они будут в некоторой степени мешать друг другу. Помехи снижают качество беспроводного сигнала, что снижает радиус действия, пропускную способность и производительность сети.

Что еще хуже, большинство маршрутизаторов по умолчанию используют каналы 1, 6 или 11 (на рисунке выше они выделены синим цветом). Это связано с тем, что они не перекрываются и, следовательно, не мешают друг другу. Но в большом многоквартирном доме или кондоминиуме вас легко могут охватить десять или более сетей Wi-Fi.

Помните, что частота 2,4 ГГц имеет больший радиус действия, поэтому Wi-Fi соседа с большей вероятностью покроет ваш дом. Некоторые из них будут использовать канал так же, как и вы, поскольку существует только три непересекающихся канала.

Для сравнения, в диапазоне 5 ГГц имеется 21 непересекающийся канал, поэтому вероятность возникновения помех намного ниже.

Когда на вашем канале большой трафик данных и все замедляется, это называется перегрузкой. Wi-Fi — это общая среда, а это означает, что когда одно устройство разговаривает, никто другой не может. Чем загружен канал, тем сложнее получить разговорный слот, что приводит к плохому качеству или зависанию видео и даже к потере данных.

Кроме того, интеллектуальные устройства с более низким уровнем или качеством сигнала Wi-Fi (например, находящиеся на границе покрытия или радиуса действия сети) разговаривают медленнее, чем устройства, расположенные рядом с маршрутизатором, и эффективно используют большую полосу пропускания. Возможно, ваша домашняя сеть может передавать потоковое видео на два устройства, расположенные рядом с маршрутизатором, но только на одно устройство, расположенное на границе покрытия.