Wi-Fi и связь определяются дуплексированием. Но что такое дуплексирование и как оно влияет на ваше общение?
В современном взаимосвязанном мире эффективность наших цифровых коммуникаций зависит от базовых технологий, которые мы часто упускаем из виду. Одной из таких фундаментальных концепций является "дуплексирование", определяющее способ передачи и приема данных по сетям. Независимо от того, совершаете ли вы телефонный звонок, смотрите прямую трансляцию или используете Wi-Fi, понимание разницы между полнодуплексными, полудуплексными и симплексными системами может дать представление о дизайне и производительности наших повседневных технологий.
Дуплексный и Симплексный: в чем разница?
В области сетевой связи термин "дуплексный" означает способность двух разных точек или устройств осуществлять двустороннюю связь. Это отличается от концепции симплексной связи, которая относится к односторонней связи. В системе дуплексной связи оба пункта-участника могут передавать и получать информацию. Примерами дуплексных систем являются повседневные технологии, такие как телефоны и радиоприемники.
И наоборот, симплексные системы позволяют передавать информацию только одному устройству, в то время как другое принимает. В качестве иллюстративного примера рассмотрим повсеместный инфракрасный пульт дистанционного управления, используемый для различных электронных устройств. Инфракрасный пульт дистанционного управления выполняет исключительно функцию передачи сигналов, лишенный какой-либо обратной связи или возможности приема информации.
Чем отличаются полный и полудуплексный режимы?
Полнодуплексная связь представляет собой значительный прогресс в области обмена данными, позволяющий двум взаимосвязанным элементам передавать и принимать информацию одновременно. Телефонные системы являются наглядным примером этого явления, поскольку оба участника разговора могут говорить и слушать одновременно.
С другой стороны, в полудуплексных системах используется последовательная структура передачи и приема данных. В этих системах процесс передачи и приема информации происходит попеременно. В то время как одна из двух точек передает данные, другая ограничена ролью приема. Радиосвязь по рации использует полудуплексную систему, при которой один участник говорит, а другой слушает, затем наоборот.
По мере развития технологий различие между полнодуплексной и полудуплексной связью служит основой для проектирования и внедрения эффективных систем связи в различных доменах, каждая из которых адаптирована к конкретным требованиям текущего взаимодействия.
Как дуплексирование влияет на маршрутизаторы Wi-Fi
Маршрутизаторы Wi-Fi направляют поток информации между электронными устройствами с поддержкой Wi-Fi (такими как ноутбуки или смартфоны) и Интернетом, используя специальный стандарт IEEE 802.11, работающий в полудуплексном режиме. Wi-Fi является торговой маркой для этого конкретного стандарта IEEE .
Устройства Wi-Fi подключаются к маршрутизатору по беспроводной сети с использованием радиоволн на частоте 2,4 или 5 ГГц. Маршрутизатор планирует и обеспечивает правильные потоки информации между каждым подключенным устройством и Интернетом без столкновений и потерь с помощью процесса, называемого дуплексированием с временным разделением (TDD), чтобы вести себя как полное дуплексирование.
TDD эмулирует полное дублирование, устанавливая или разделяя периоды, которые чередуются между передачей и приемом. Пакеты данных передаются в обе стороны в соответствии с разделениями по времени. Благодаря точному разделению этих периодов устройства, подключенные таким образом, передают и принимают одновременно.
Почему маршрутизаторы не могут работать в режиме полного дуплекса?
Основной проблемой при достижении возможности полного дуплекса по радио является создание собственных помех. Эти помехи, или шум, часто сильнее фактического сигнала. Проще говоря, самопомехи возникают в системе полного дуплекса, когда одна точка передает и принимает одновременно. Это приводит к приему собственной передачи, создавая самопомехи.
В научных кругах набирает обороты идея полнодуплексного маршрутизатора для беспроводной связи, рассматривая, что такое полный дуплекс в контексте сетей. Это эволюция в направлении создания каждого маршрутизатора полнодуплексным. Чтобы сделать это возможным в полнодуплексном маршрутизаторе, исследователи решают проблему самоинтерференции, используя такие методы, как устранение нежелательного шума и применение цифровых усовершенствований.
Несколько студентов Стэнфордского университета создали прототипы работающих полнодуплексных радиостанций в 2010 и 2011 годах. Они также опубликовали техническую документацию [PDF] своей работы. Некоторые из этих студентов создали коммерческий стартап под названием KUMU Networks, целью которого является революционизация беспроводных сетей.
Также можно найти другие работы, такие как IBFD (внутриполосный полный дуплекс) Корнельского университета и STAR (одновременная передача и прием) компании Photonic Systems Inc..
Проводная локальная сеть является полудуплексной или нет?
Проводная часть локальной сети обменивается данными в режиме полного дуплекса с помощью двух пар скрученных проводов, образующих кабельное соединение Ethernet. Каждая пара передает и принимает информационные пакеты исключительно одновременно, тем самым устраняя любые коллизии данных и помехи.
Прогресс в подключении по Wi-Fi
В протокол IEEE 802.11 были внесены изменения для достижения либо большей дальности действия, либо большей пропускной способности передачи данных, либо и того, и другого. С момента своего создания в 1997 году стандарты Wi-Fi были изменены с 802.11 на 802.11b / a, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, а теперь и на 802.11ax.
Интересно, что маршрутизаторы, поддерживаемые технологией MIMO, обеспечивают значительно более высокие скорости передачи данных. В этих маршрутизаторах используется несколько антенн для одновременной передачи и приема нескольких потоков данных, что эффективно повышает общую скорость передачи. Эта функция распространена в стандартах 802.11n и более поздних моделях маршрутизаторов, которые могут похвастаться скоростью 600 мегабит в секунду и выше. Однако из-за их полудуплексной работы эти маршрутизаторы выделяют 50 процентов (300 мегабит в секунду) полосы пропускания для передачи, а оставшиеся 50 процентов - для приема. Важно отметить, что эти показатели не являются фиксированными и могут варьироваться в зависимости от конкретного маршрутизатора и условий.
FDD против TDD: в чем разница?
В контексте беспроводной связи, особенно при рассмотрении дуплексного интернета, существует два преобладающих метода дуплексирования: дуплексирование с частотным разделением (FDD) и дуплексирование с временным разделением (TDD).
FDD обеспечивает полнодуплексный доступ в Интернет, позволяя одновременную передачу и прием данных с использованием двух отдельных частотных диапазонов. Этот подход отражает то, что обычно встречается в системах полнодуплексных маршрутизаторов, где операции отправки и получения выполняются одновременно. Задаваясь вопросом, является ли интернет полным дуплексом, вы можете посмотреть на мобильные сети, такие как 3G и 4G, которые обычно используют этот метод FDD для связи, демонстрируя истинные возможности полного дуплекса.
С другой стороны, TDD напоминает нам о механизме, лежащем в основе дуплексной работы маршрутизатора. TDD чередует периоды передачи и приема в одной полосе частот, во многом аналогично тому, как работают полудуплексные маршрутизаторы. Он ведет себя аналогично полудуплексным системам, где обмен данными происходит последовательно. Создается впечатление одновременной передачи и приема в устройствах, подобных маршрутизаторам Wi-Fi, из-за быстрого чередования этих периодов.
Полнодуплексный Wi-Fi в будущем
Растет коммерческий интерес к технологии полнодуплексного маршрутизатора. Основная причина заключается в том, что достижения в области полудуплексного FDD и TDD становятся все более значительными. Усовершенствования программного обеспечения, улучшения модуляции и улучшения MIMO становятся все сложнее и сложнее. По мере того, как все больше устройств подключаются по беспроводной сети, потребность в повышении спектральной эффективности в конечном итоге станет первостепенной. Полнодуплексные беспроводные соединения успешно продемонстрировали мгновенное удвоение этой спектральной эффективности.
В областях, где аппаратное обеспечение, перенастройка программного обеспечения, изменения в законодательстве и денежные вложения минимальны, переход с полудуплексного режима на полный дуплекс будет становиться все более заметным. Первоначально из-за необходимости увеличения пропускной способности мы можем вскоре найти полнодуплексный Wi-Fi.
