WiGig چگونه راه وای فای را ادامه می دهد؟

سازمان IEEE که وظیفه آن استانداردسازی است، استانداردی به نام 802.11ad را با نام شناخته شده WiGig تصویب کرد. وای گیگ فناوری بی سیمی است که در بخشی از طیف رادیویی عمل می کند؛ جایی که پهنای باند زیادی موجود است. پیشتر 14 گیگاهرتز از طیف (از 57 گیگاهرتز تا 71 گیگاهرتز) برای استفاده های بدون مجوز (آزاد) در نظر گرفته شده بود. پهنای باند وای گیگ، بخشی جدا از این طیف است که به مشتریان اختصاص داده شده است. وای گیگ توسط Wi-Fi Alliance مدیریت می شود و هدف آن فراهم کردن نرخ انتقال بیشتر و همچنین کاهش شلوغی در باندهای 2.4 گیگاهرتز و 5 گیگاهرتز است.

ویژگی های فنی WiGig

بسیاری از کارشناسان حوزه فناوری بر این باور هستند که استاندارد وای گیگ بواسطه ویژگی ها و مشخصات فنی خاصی که در اختیار دارد این پتانسیل را دارد تا دنیای ارتباط بی سیم را دستخوش تحول کند. از ویژگی های فنی این فناوری به موارد زیر می توان اشاره کرد:

1) محدوده و پوشش

وای گیگ برای فرکانس 60 گیگاهرتز طراحی شده و این در حالی است که استانداردهای فعلی روی فرکانس 2.4 و 5 گیگاهرتز کار می کنند. میزان تضعیف سیگنال وای گیگ با افزایش فاصله، نسبت به سیگنال های رادیویی، 100 برابر بیشتر است. وای گیگ سعی دارد با استفاده از سیگنال های باریک (narrow) در سمت گیرنده و فرستنده با این مشکل مقابله کند. علاوه بر آن محدوده ای که وای گیگ پوشش می دهد تنها 30 فوت (حدود 9 متر) است. از آنجا که سیگنال های وای گیگ نمی تواند از دیوار یا بدن انسان عبور کند، محدوده سلول آن در حد یک اتاق است؛ و خط ارتباطی گیرنده و فرستنده باید یک راست باشد.

2) آنتن چندگانه در انتقال

در حال حاضر وای فای از تکنیک آنتن چندگانه به نام MIMO برای مالتی پلکسینگ فضایی (spatial) استفاده می کند. هدف اینکار افزایش گذردهی در لینک بی سیم است. سیگنال های رادیویی فرستنده به دلیل برخورد با اشیای اطراف و انعکاس، از مسیرهای مختلفی به گیرنده می رسند که به آن چند مسیری یا multipath گفته می شود. MIMO از چند مسیری با پردازش سیگنال استفاده می کند تا چند استریم بین فرستنده و گیرنده ایجاد کند که این مورد استریم های فضایی (SS) نامیده می شود. اطلاعاتی که در هر استریم منتقل می شود با سایر استریم ها متفاوت است. امروزه بیشتر دستگاه ها یک یا دو آنتن دارند.

وای گیگ از آنتن های چندگانه در جهت های مختلف استفاده می کند که به آن beamforming گفته می شود. در حال حاضر، وای فای از beamforming پشتیبانی می کند اما نحوه پیاده سازی در وای گیگ متفاوت خواهد بود. beamforming فعلاً یک گزینه اختیاری در وای فای محسوب می شود و با تعداد کمی از آنتن ها (مثلاً 4 آنتن) پیاده سازی می شود؛ این در حالی است که آنتن های یک اکسس پوینت وای گیگ می تواند تا 64 آنتن هم افزایش پیدا کند. (شکل 1)

3) دسترسی چندگانه

در وای فای امروزی، روش غالب، دسترسی چندگانه CSMA است. در این روش ابتدا دستگاه کانال را بررسی می کند و اگر کانال اشغال بود (دستگاهی دیگر در حال ارسال بود) برای مدت زمانی صبر می کند و مراحل را دوباره انجام می دهد. به این فاصله زمانی، زمان back off گفته می شود. در CSMA برخورد هنگامی اتفاق می افتد که دو دستگاه همزمان بخواهند به یک گیرنده، ارسال کنند. در وای گیگ، به دلیل اینکه گیرنده و فرستنده در یک مسیر مستقیم داده می فرستند، CSMA توان تشخیص آن را ندارد. برای مثال، زمانی که دستگاه A با استفاده از beamforming به دستگاه B ارسال می کند، دستگاه C توانایی تشخیص این انتقال را ندارد؛ بنابراین یک مد دسترسی جدید به نام دوره سرویس یا SP (مخفف Service Period) به وای گیگ اضافه شده که زمان بندی انتقال توسط اکسس پوینت، به دستگاه اختصاص داده شده است.

4) مجموعه سرویس های پایه

امروزه وای فای دو مد عملیاتی دارد: BSS زیرساختی و ad hoc BSS. در BSS زیرساختی، همه دستگاه ها از طریق اکسس پوینت با یکدیگر صحبت می کنند ولی در حالت ad hoc خودشان به صورت مستقیم این کار را انجام می دهند. وای گیگ یک مورد ترکیبی به نام PBSS معرفی کرد که دستگاه ها نه از طریق اکسس پوینت اما با هماهنگی آن ارتباط برقرار می کنند. دستگاه ها همچنین می توانند مستقیم از طریق CSMA یا زمان بندی SP با یکدیگر تماس حاصل کنند. این مورد برای اپلیکیشن هایی (مانند اپلیکیشن های تبلت) طراحی شده که بخواهند ویدئوهای HD را بدون نیاز به اکسس پوینت ارسال کنند و همچنین بتوانند به شبکه ای دیگر از طریق اکسس پوینت متصل شوند.

5) تداخل

اینکه می گوییم وای گیگ سریع ترین وای فای است کمی گمراه کننده می باشد. حداکثر نرخ دیتایی که در 802.11ax پشتیبانی می شود 9.6 گیگابیت است و این مقدار برای وای گیگ 7 گیگابیت می باشد. نرخ ارسال داده ها در حالت واقعی به مراتب کمتر است.

وای گیگ ممکن است به مشکلاتی که در وای فای 2.4 و 5 گیگاهرتز وجود دارد برخورد نکند؛ زیرا از دیوار و موانع مشابه عبور نمی کند. دستگاه های آینده در وای فای باید از سه باند 2.4، 5 و 60 گیگاهرتز پشتیبانی کنند.

اپلیکیشن های امروز

اپلیکیشن هایی با برد کم برای وای گیگ واجب هستند. امروزه به اشتراک گذاری صفحه نمایش دستگاه ها (مثلاً از تبلت به تلویزیون) یک امر متداول است. با سرعت وای فای فعلی و با استفاده از فشرده سازی داده می توان اتصال را حفظ کرد؛ اما دو مشکل در این راه وجود دارد: نخست اینکه کیفیت تصاویر پایین می آید یا گاهی تصویر قطع می شود و دوم تاخیر نمایش در هر دو دستگاه است. وای گیگ به فشرده سازی داده نیازی ندارد و دو مشکل بالا را حل می کند.

مثال دیگری که می توان به آن اشاره کرد هدست های واقعیت مجازی است. این هدست ها اگر با سیم به دستگاه اصلی متصل باشد، محدودیت هایی در حرکت کاربر ایجاد می کند و اگر به صورت بی سیم باشد همان مشکل همیشگی یعنی نرخ داده پایین را دارد. با استفاده از وای گیگ، کاربران هدست واقعیت مجازی، تجربه بهتری در استفاده از آن خواهند داشت. بطورکلی، وای گیگ برای اپلیکیشن هایی که به تحرک و ارتباط بی سیم نیاز دارند (مانند گیمینگ) بسیار کاربردی است.

اپلیکیشن های فردا

وای گیگ می تواند وسیله ای برای تغییر محیط های بی سیم مانند دفاتر کاری باشد. کارمندان در دفاتر معمولاً از لپ تاپ، تبلت یا دستگاه های 2in1 استفاده می کنند که می تواند در خانه یا در بین مسیر در دست داشته باشند. زمانی که آنها پشت میز خود نشسته اند، قصد دارند از صفحه نمایش بزرگتر، شبکه های محلی و همچنین دستگاه های جانبی استفاده کنند. وای گیگ احتمالاً تنها استاندارد بی سیمی است که می تواند تمام ارتباطات مورد نیاز آنها را تامین کند و همزمان دستگاه بی سیم را هم شارژ کند.

بر اساس گفته های مدیران شرکت Dell، یک راه حل جامع برای اجرای ارتباطات بی سیم در یک دفتر، هم به وای گیگ و هم به شارژ به صورت بی سیم نیاز دارد. محصولات جدید این شرکت به نام Latitude 7285 (یک دستگاه 2in1 که هم در تبلت و هم در لپ تاپ می تواند استفاده شود) و Dell Wireless Dock از عملکرد بی سیم پشتیبانی می کنند.

از اتاق های کنفرانس نیز نباید غافل شد. ممکن است کاربران بخواهند به پروژکتور، شبکه محلی دفتر یا هر چیز دیگری متصل شوند. وای گیگ نیاز به کابل و دیگر وسیله ها را برای اتصال از بین می برد. البته کاربران معمولاً زمان زیادی در اتاق کنفرانس حضور ندارند و شارژ به صورت بی سیم اختیاری است. اما باید توجه داشت که تنها وای گیگ پهنای باند لازم را برای تمام ارتباطات پُر تعداد و همزمان دارد.

شاید در آینده دستگاه ها بدون نیاز به هیچ وسیله ای به یکدیگر متصل شوند و تمام ارتباطات با برد کم از وای گیگ کمک بگیرند. چیزی که تا به حال به کمک بلوتوث و وای فای تا حدودی انجام شده است. همانطور که گفتیم شارژ کردن نیز به صورت بی سیم انجام خواهد شد. امروزه، شارژ کردن معمولاً به یک مکان مشخص برای دستگاه نیاز دارد و همچنین یک پد شارژ. روش هایی که قرار است به آن برسیم می تواند دستگاه را در هر مکانی شارژ کند و از آن مهم تر اینکه نحوه شارژ دستگاه ها یکسان می شود. در حال حاضر، هر دستگاه به یک نوع شارژر مخصوص نیاز دارد اما روزی فرا می رسد که همه آنها به صورت مشابه و با یک استاندارد مشخص شارژ شوند.

نکته مهم دیگر در مورد استفاده از وای گیگ بحث حریم خصوصی است که کمتر به آن توجه می شود. وای گیگ برای اپلیکیشن های حیاتی (مثلاً برای بخش مدیریتی یک کارخانه) بسیار جذاب خواهد بود. زیرا پهنای باند قابل توجهی فراهم می کند و در عین حال سیگنال ها حتی از ساختمان هم بیرون نمی روند.

زمانی که وای گیگ به بلوغ برسد حتی می تواند در خانه هوشمند نیز بکار گرفته شود؛ از کنترل قفل های هوشمند گرفته تا خاموش کردن لامپ ها. البته این نکته را هم باید در نظر داشت که در بخش های مختلفی از خانه هوشمند، امواج باید از دیوارها عبور کنند و همچنان وای فای یا فناوری های مشابه در کنار وای گیگ بکار گرفته خواهند شد.

پتانسیل وای گیگ

موفقیت وای گیگ به عامل های مختلفی بستگی دارد. بهبود عملکرد وای گیگ اجازه استفاده از آن را در فاصله ای بیشتر فراهم می کند. همچنین در مسیرهایی که خط مستقیمی بین دستگاه ها نیست، امکان اتصال به وجود می آید. نرخ داده ای که وای گیگ در حال حاضر فراهم می کند بین 2 گیگابیت و 3 گیگابیت بر ثانیه در فاصله 30 فوت است. این پتانسیل وجود دارد که در آینده این نرخ در فاصله ای دورتر افزایش یابد.

وقتی تاریخچه وای فای را بررسی می کنیم، نگاه خوش بینانه ای به آینده وای گیگ داریم. نخستین LAN بی سیم در دهه 1990 معرفی شد. آنها بسیار کند بودند و اصلاً قابل قیاس با سرعت امروزی نبودند، حجیم و در عین حال گران قیمت بودند. اگر به آن دوران برگردیم، شما می توانستید 1000 دلار خرج کنید و یک LAN بی سیم با سرعت 100 کیلوبیت بر ثانیه تحویل بگیرید. اما سرعت رشد و بهبود بخش بی سیم خیره کننده بوده است.

محصولات فعلی پُر سرعت، کوچک و به مراتب ارزان تر هستند. نخستین استاندارد وای فای به نام 802.11b در سال 1999 منتشر شد. حدود 10 سال طول کشید تا شبکه محلی بی سیم به بلوغ برسد. اینکه وای گیگ پهنای باند قابل توجهی فراهم می کند، انگیزه زیادی هم برای بهبود در عملکرد و هم برای کاهش هزینه ایجاد می کند. از طرفی نکته امیدوار کننده دیگری در مورد وای گیگ وجود دارد. واضح است که فناوری امواج میلیمتری نقش بزرگی در شبکه های 5G خواهد داشت.

از طرفی زمانی که یک استاندارد جدید ارتباطی به وجود می آید، باید در دستگاه هایی که قرار است از آن پشتیبانی کنند، تغییرات ایجاد شود. از جمله دستگاه های زیرساختی مانند روترها، HDTV و کامپیوترهای دسکتاپ. همچنین آنتن های ویژه ای باید برای دستگاه هایی مانند گوشی هوشمند و تبلت ساخته شود. دور از انتظار نیست که در سال های آتی میلیاردها دستگاه به فناوری وای گیگ مجهز شوند. این به آن معنا است که وای گیگ بیشتر در معرض توجه قرار خواهد گرفت و مهندسان بسیاری برای بهبود عملکرد آن تلاش خواهند کرد. همچنین شرکت های مختلف بر سر کاهش یک دلار هم با یکدیگر رقابت خواهند کرد. وای گیگ یک شبه بالغ نمی شود اما روزی فرا می رسد که آن را در هر جایی ببینید.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «WiGig چگونه راه وای فای را ادامه می دهد؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقالات وب سایت های Computer World و Network Computing، به عنوان منابع اصلی مورد استفاده قرار گرفته اند.