11.1 Základy RF komunikace a Wi-Fi (802.11)

Bezdrátová komunikace je postavena na přenosu dat pomocí elektromagnetického vlnění v rádiovém spektru (RF - Radio Frequency). Pro Wi-Fi se primárně využívají specifické frekvenční rozsahy v pásmech 2,4 GHz, 5 GHz a nověji i 6 GHz.

RF (Radio Frequency) komunikace

Rádiové vlny mají frekvence zhruba od 20 kHz do 300 GHz. Základem je tzv. nosná vlna (carrier wave), která je modulována pro přenos informace.

Modulace (Modulation)

Proces změny parametrů nosné vlny tak, aby přenášela užitečnou informaci. Demodulace je proces opačný.

  • Analogová modulace: CW (Continuous Wave), AM (Amplitude), FM (Frequency), PM (Phase).
  • Digitální modulace: PSK (Phase-Shift Keying), ASK (Amplitude), FSK (Frequency), QAM (Quadrature Amplitude Modulation).

Standard IEEE 802.11 (Wi-Fi)

Rodina standardů 802.11 definuje fungování bezdrátových sítí. Komunikace probíhá na sdíleném médiu, což znamená, že v jeden okamžik může vysílat pouze jedno zařízení (Half-duplex). K přístupu k médiu se využívá metoda CSMA/CA.

CSMA/CA (Carrier-sense multiple access with collision avoidance)

Mechanismus řízení přístupu k médiu u bezdrátových sítí:

  1. Carrier sense: Stanice naslouchá médiu. Pokud je volné, může začít vysílat.
  2. Hidden node problem: Stanice na sebe nemusí vzájemně "vidět", i když obě vidí na přístupový bod (AP). Mohou tedy začít vysílat současně a dojde ke kolizi.
  3. Collision avoidance: Pokud stanice detekuje, že médium je obsazené (probíhá vysílání jiného uzlu), počká náhodnou dobu před dalším pokusem.
  4. RTS/CTS (Request To Send / Clear To Send): Mechanismus pro řešení problému skrytého uzlu. Před vysíláním dat stanice pošle krátký rámec RTS a AP odpoví CTS, čímž médium "zarezervuje".
Režimy sítě
  • Ad-Hoc Mode: Přímé spojení mezi klienty (bez přístupového bodu).
  • Infrastructure Mode: Všechna komunikace prochází přes přístupový bod (Access Point - AP).

Generace Wi-Fi a pásma

Standard 802.11 prošel mnoha revizemi (od původního 802.11 v roce 1997 po Wi-Fi 7 - 802.11be a připravované Wi-Fi 8 - 802.11bn). Běžná pásma jsou 2,4 GHz, 5 GHz a 6 GHz.

Kanály v pásmu 2,4 GHz

Pásmo 2,4 GHz (ISM Band - Industrial, Scientific, and Medical) je sdílené s mnoha dalšími technologiemi (např. Bluetooth, mikrovlnné trouby). Šířka pásma je rozdělena do kanálů s rozestupem 5 MHz, přičemž běžný Wi-Fi signál zabírá cca 20-22 MHz.

Z tohoto důvodu se kanály vzájemně překrývají. V Evropě a USA se typicky používají 3 nepřekrývající se kanály: 1, 6 a 11.