تم تقديم (IEEE 802.11ac) لتحسين سرعة الشبكات المحلية اللاسلكية، بالإضافة إلى سرعة الارتباط بين الهواتف الذكية وأجهزة التلفاز المزودة بتقنية (Wi-Fi) ووحدات تحكم الألعاب ومجموعة من الأجهزة الإلكترونية الأخرى التي تدعم (Wi-Fi)، أمّا معيار (IEEE 802.11ax) هو معيار (Wi-Fi) جديد يتم تطويره لتوفير كفاءة طيفية محسنة وبالتالي أداء أفضل.
ما هو معيار IEEE 802.11ac؟
معيار (IEEE 802.11ac): هو المعيار الذي تم تقديمه لتوفير إنتاجية عالية جداً وبيانات (VHT) تصل إلى (7 جيجابت في الثانية) ضمن نطاق (ISM) يساوي (5.8 جيجا هرتز) على الشبكات المحلية اللاسلكية.
باستخدام سرعات هذا الطلب، ستكون الشبكات المحلية اللاسلكية والاتصالات اللاسلكية العامة قادرةً على العمل دون أن تصبح شبكة المنطقة المحلية أو ارتباط (Wi-Fi) العامل المحدد، كما تم تقديم عدد من الميزات الرئيسية في (IEEE 802.11ac) ولتحقيق أعلى سرعات مذكورة يجب تمكينها قبل تحقيق معدلات بيانات عالية جداً على شبكة (WLAN) أو ارتباط الاتصالات اللاسلكية.
عندما تم إطلاق (802.11ac) لأول مرة، لم يكن بالإمكان تضمين جميع الإمكانات النهائية في المنتجات الأولى، حيث تم تطوير العديد من المنتجات لتلبية أساسيات مسودة المواصفات قبل إطلاقها بشكل صحيح، ولمعالجة هذا الأمر واكتساب الوضوح فصل (Wi-Fi Alliance) الإطلاق إلى مرحلتين: (Wave 1) و(Wave 2)، حيث بدأ (Wi-Fi Alliance) في اعتماد الأجهزة الإلكترونية (Wave 1 802.11ac)، المصنّعة وفقاً لمعيار (IEEE 802.11ac Draft 3.0) من منتصف عام 2013م.
ثم في عام 2016م، بدأ التحالف في اعتماد أجهزة (Wave 2) الإلكترونية وبحلول هذا الوقت تتوفر ميزات إضافية بما في ذلك (MU-MIMO) ودعم عرض القناة (160 ميجاهرتز) ودعم المزيد من قنوات (5 جيجاهرتز) وأربعة تدفقات مكانية باستخدام أربعة هوائيات مقارنةً (بثلاثة في Wave 1 و802.11n)، وعند البحث عن أجهزة إلكترونية عالية الأداء مثل أجهزة توجيه (Wi-Fi)، من الأفضل التحقق من توافقها مع (Wave 2).
تقنيات IEEE 802.11ac Gigabit Wi-Fi:
يستخدم معيار (IEEE 802.11ac Gigabit Wi-Fi) عدداً من التقنيات التي تم استخدامها ضمن معايير (IEEE 802.11) السابقة ويعتمد على هذه التقنيات، مع إضافة بعض التقنيات الجديدة لضمان إمكانية تحقيق الإنتاجية المطلوبة.
- تقنية (OFDM): يستخدم معيار (IEEE 802.11ac) الذي تم استخدامه بنجاح كبير في الأشكال السابقة من (802.11)، حيث ينطبق استخدام (OFDM) بشكل خاص على نقل البيانات عريض النطاق لأنّه يكافح بعض مشاكل الخبو الانتقائي.
- تقنية (MIMO وMU-MIMO): من أجل تحقيق أرقام الاستخدام الطيفي المطلوبة لتحقيق إرسال البيانات ضمن المساحة المتاحة، ويلزم استخدام رقم الاستخدام الطيفي البالغ (7.5 بت في الثانية / هرتز) حيث يلزم وجود (MIMO).
تتيح تقنية (MU-MIMO) النقل المتزامن لإطارات البيانات المختلفة إلى عملاء مختلفين، كما يتطلب استخدام (MU-MIMO) أن تكون المعدات قادرة على الاستفادة من الوعي المكاني لمختلف المستخدمين عن بعد، كما يحتاج إلى أنظمة متطورة في قائمة الانتظار يمكنها الاستفادة من فرص الإرسال إلى العديد من العملاء عندما تكون الظروف مناسبة.
- ترميز تصحيح الخطأ: مكّن التقدم في تكنولوجيا تصنيع الرقائق المصممين من الاستفادة من المستويات الإضافية لقوة المعالجة عند مقارنتها بالتطبيقات السابقة لمعايير (802.11)، وقد مكّن ذلك من استخدام تقنيات تشفير أكثر حساسية تعتمد على تمييزات أدق في الإشارة المستقبلة، بالإضافة إلى رموز تصحيح الأخطاء الأكثر شدة التي تستخدم عدداً أقل من وحدات التحقق لنفس المقدار من البيانات، فقد تم استخدامها ضمن تنسيق (802.11ac).
- زيادة عرض النطاق الترددي للقناة: استخدمت الإصدارات السابقة من معايير (802.11) قنوات (20 ميجا هرتز)، على الرغم من استخدام (802.11n) قنوات واسعة تصل إلى (40 ميجا هرتز) يستخدم معيار (802.11ac) عرض نطاق قناة يصل إلى (80 ميجا هرتز) كمعيار مع خيارات (160 ميجا هرتز) أو كتلتين (80 ميجا هرتز)، ولتحقيق ذلك من الضروري تكييف إمكانيات الضبط التلقائي للراديو، بحيث لا تُستخدم القنوات ذات النطاق الترددي العالي إلّا عند الضرورة للحفاظ على الطيف.
إطار الطبقة المادية في معيار IEEE 802.11ac:
- مجال (L-STF): حقل التدريب القصير هذا يتكون من رمزين في الطول ويتم إرساله للتوافق مع الإصدارات السابقة من (802.11)، كما يتم تكرار المجال على كل نطاق فرعي (20 ميجا هيرتز) مع دوران الطور، حيث يتم تدوير الموجات الحاملة الفرعية بمقدار (90 درجة أو 180 درجة) في بعض النطاقات الفرعية؛ لتقليل نسبة الذروة إلى متوسط القدرة.
- مجال (L-LTF): هذا مجال تدريب طويل قديم ويتكون من رمزين لها العديد من الخصائص، مثل (L-STF) بما في ذلك معايير الإرسال، حيث يتم إرسالها في نطاقات فرعية وتلك الخاصة بدوران الطور.
- مجال (L-SIG): يبلغ طول هذا الحقل رمزاً واحداً ويتم إرساله بتنسيق (BPSK)، مثل (L-STF) و(L-LTF) فهو مجال قديم.
- مجال (VHT-SIG-A): هذا حقل (802.11ac) ويتكون من رمز واحد يتم إرساله في (BPSK) والثاني في (QBPSK) أي يتم تدوير (BPSK) بمقدار 90 درجة، كما يتيح وضع النقل هذا الكشف التلقائي عن إرسال (VHT)، ويحتوي الملف على معلومات لتمكين المتلقي من تفسير حزم البيانات اللاحقة بشكل صحيح، بما في ذلك عرض النطاق الترددي وعدد تدفقات (MIMO) و(STBC) المستخدمة وفاصل الحماية وتشفير (BCC) أو (LDPC) و (MCS) ومعلومات تكوين الحزمة.
- مجال التدريب القصير (VHT-STF): هذا الحقل (802.11ac) هو رمز واحد طويل ويستخدم لتحسين تقدير التحكم في الكسب لعملية (MIMO).
- مجال التدريب الطويل (VHT-LTF): قد تشمل مجالات التدريب الطويلة 1 أو 2 أو 4 أو 6 أو 8 (VHT-LTFs)، ومصفوفة التعيين لـ 1 أو 2 أو 4 (VHT-LTFs) هي نفسها كما في (802.11n) بينما تمت إضافة مجموعات (6 و8 VHT-LTF) لـ (802.11ac).
- مجال (VHT-SIG-B): يوضح هذا الحقل بيانات الحمولة النافعة، بما في ذلك طول البيانات ومخطط تشفير التشكيل للأسلوب متعدد المستخدمين، كما تتكرر البتات لكل نطاق فرعي (20 ميجا هيرتز).
ما هو معيار IEEE 802.11ax؟
معيار (IEEE 802.11ax): هو المعيار المعروف أيضاً باسم (Wi-Fi 6)، وهو معيار جديد في سلسلة (IEEE 802.11) ولقد تم تصميمه؛ لتوفير بعض التحسينات المهمة على (802.11ac) خاصةً فيما يتعلق بالنشر في المناطق الكثيفة والكفاءة الطيفية ووصول المستخدم.
يعمل (IEEE 802.11ax) على تحسين الاستخدام ويعتبر خليفة لـ (802.11ac)، حيث لا يزال (802.11ax) الجديد في مراحله الأولى من التطوير، ولكن من المتوقع أن يوفر ما يصل إلى أربعة أضعاف سرعة (11ac) كما يهدف (802.11ax) إلى حل مشكلة التداخل المتبادل بين نقاط الوصول المختلفة، وفي بعض المناطق المغطاة بكثافة يؤدي هذا إلى إبطاء الشبكات بشكل كبير، حيث أنّ حل هذه المشكلة هو توفير حوامل لمعدلات بيانات أسرع سيكون له تأثير أكبر على الإنتاجية الحقيقية.
(IEEE 802.11ax) هو التحسين التالي لسلسلة (802.11 Wi-Fi) التي تتجاوز (802.11ac)، أمّا الحد الأقصى لمعدل البيانات لـ (ac) هو (7 جيجابت في الثانية) لجهاز (Wave 2) والحد الأقصى لمعدل البيانات لـ (ax) هو (10 جيجابت في الثانية)، وهذا ما يُنظر إليه على أنّه مجرد زيادة صغيرة للجيل التالي من (Wi-Fi)، كما إنّ الهدف من (IEEE 802.11ax) ليس فقط السرعة، ولكن تجربة أفضل بكثير للمستخدمين في جميع البيئات خاصةً حيث توجد مستويات كثافة مستخدم عالية.
نطاقات التردد في معيار IEEE 802.11ax:
كانت المرحلة الأولى من (802.11ax) المعروفة باسم (Wi-Fi 6) تهدف إلى استخدام نطاقي (2.4 و5 جيجا هرتز) على الرغم من أنّ المعيار نفسه لا يعتمد على النطاق، وبدأ تقديم المنتجات التي تستخدم هذه النطاقات في حوالي عام 2020م، حيث يتم إطلاق طيف إضافي حول العالم بسرعة (6 جيجا هرتز) ممّا يوفر المزيد من الطيف للاستخدام بواسطة (Wi-Fi)، وللتمييز بين المنتجات التي يمكنها الوصول فقط إلى نطاقي (2.4 و5 جيجا هرتز) عن تلك الجديدة التي ستكون قادرة على الوصول إلى (6 جيجا هرتز).
أحد المجالات التي يهدف (802.11ax) إلى معالجتها، هو توفير مستويات أعلى بكثير من الأداء في المناطق التي تعمل فيها نقاط وصول (Wi-Fi) متعددة، حيث تتمثل إحدى المشكلات المتعلقة بتشغيل عدة نقاط وصول (Wi-Fi) على مقربة نسبياً في أنّ نقاط وصول (Wi-Fi) المختلفة تسبب تداخلًا مع بعضها البعض، كما يستخدم (802.11ax) تقنية تسمى (BSS coloring)؛ لتمكين نقاط وصول (Wi-Fi) متعددة للعمل على نفس القناة ويقرر بذكاء ما إذا كان بإمكانها الإرسال في نفس الوقت.
مع الإصدارات السابقة من (Wi-Fi)، مثل (802.11ac) و(Wi-Fi 5) وما قبله تستمع أجهزة (Wi-Fi) للإشارات الأخرى قبل إرسال البيانات، وإذا تم سماع إشارة فإنهم ينتظرون فترة عشوائية من الوقت قبل إعادة المحاولة، حيث يُطلق على هذا المخطط اسم (CSMA) ممّا يعني أنّه عند تشغيل عدة نقاط وصول (Wi-Fi) على نفس القناة، يتم تقليل إنتاجية البيانات بشكل كبير.
بالنسبة لـ (802.11ax)، يكون النظام أكثر ذكاءً وعندما يتحقق جهاز توجيه أو جهاز (802.11ax 6) من القناة ويسمع إشارة أخرى، فسيقوم بفحص القوة ولون (BSS) لتحديد ما إذا كانت الإشارة من نقطة وصول (Wi-Fi) على نفس الشبكة، وإذا لم تكن على نفس الشبكة فستقرر ما إذا كان يمكنها الإرسال في نفس الوقت دون التسبب في أي تدخل لا داعي له، وبهذه الطريقة يستطيع موجه (Wi-Fi 6) مشاركة قناة مع شبكات (Wi-Fi) الأخرى، كما يوفر معيار (802.11ax) سيناريوهين مختلفين:
- مُحسَّن للشبكات المُدارة الكثيفة باستخدام نقاط وصول (Wi-Fi) المخطط لها.
- مُحسّن للمناطق الكثيفة غير المدارة مثل المدن، حيث يمكن أن تتداخل أجهزة التوجيه من عدة شبكات.
