Wifi - Trådlöst nätverk

I slutet av nittiotalet skapade standardiseringsorganisationen IEEE (the Institute of Electrical and Electronics Engineers) en första standard för trådlöst nätverk som fick namnet 802.11. Efterhand har vidareutveckling skett och 802.11 finns nu i flera olika versioner, bland annat Wifi 1 (802.11b), Wifi 3 (802.11g), Wifi 4 (802.11n), Wifi 5 (802.11ac) och Wifi 6/6e (802.11ax). Alla trådlösa nätverksprodukter (till exempel USB-nätverkskort, routrar och accesspunkter) bygger på någon av dessa standarder.

Den huvudsakligen skillnaden mellan standarderna ligger i deras teoretiska maxhastighet. Ursprungliga Wifi 1 (802.11b) hade stöd för överföringshastigheter på upp till 11 Mb/s. Det är betydligt långsammare än de 1201 Mb/s per dataström som den senaste standarden Wifi 6/6e (802.11ax) erbjuder. Wifi 5 (802.11ac), som är den mest utbredda standarden idag, erbjuder hastigheter på upp till 433 Mb/s per dataström. 

Wifi 4-routrar och -tillbehör kan ha olika många antenner. Det beror på att de ofta arbetar med flera parallella dataströmmar, vilket innebär att de skickar flera signaler för att därigenom nå högre hastigheter. Tekniken kallas Mimo (Multiple Input Multiple Output) eller Su-mimo (Single User Mimo).

Wifi 4-produkter utan Su-mimo-teknik har enbart en antenn. En sådan router och ett matchande nätverkskort kan skicka data till varandra i upp till 150 Mb/s.

2,4 GHz-bandet är standardfrekvensbandet för trådlösa nätverk. Det är ett mycket trafikerat frekvensband, vilket gör att risken för störningar är överhängande. Störningarna kan orsakas av bland annat mikrovågsugnar, trådlös videoöverföring, Bluetooth-enheter och trådlösa möss. Om den trådlösa nätverksöverföringen störs måste datapaketen skickas om, vilket leder till att överföringshastigheten sjunker.

Till råga på allt störs grannars trådlösa nätverk av varandra. I de flesta routrar går det att vid installationen välja mellan 13 olika kanaler (eller låta routern välja automatiskt). Problemet med dessa kanaler är att flera av dem överlappar varandra. Av historiska skäl är det framförallt kanal 1, kanal 6 och kanal 11 som används, då dessa kanaler inte överlappar varandra. Det skulle gå att effektivisera frekvensanvändningen, men eftersom det skulle kräva att alla ställde om sina routrar är det svårt att genomföra. Det gör att det endast får plats tre nätverk på 2,4 GHz-bandet utan att de stör varandra. Läs mer om kanaler i Kanalplanering.

Det räcker dock med att det finns ett annat trådlöst nätverk i närheten för att den trådlösa prestandan ska sjunka. En router kan antingen använda 20 MHz eller 40 MHz breda kanaler på 2,4 GHz-bandet. Ju större kanalbredd (antal MHz) som det trådlösa nätverket får använda, desto högre hastighet kan det hålla. Det är dock sällan routern kan dra nytta av de 40 MHz breda kanalerna på 2,4 GHz-bandet. Om routern märker att det finns andra nätverk i närheten går den automatiskt ned till 20 MHz kanalbredd för att göra plats för fler trådlösa nätverk. Annars hade det inte ens fått plats tre trådlösa nätverk. Det leder i sin tur till att prestandan sjunker.

Som tur är finns en lösning på problemet. Med Wifi 4- och 5-standarden (läs mer om Wifi 5 nedan) kan de trådlösa nätverken även använda kanaler på 5 GHz-bandet. Där får det plats många fler nätverk och störningarna är mycket färre.

För att kunna använda 5 GHz-bandet måste både routern och nätverkskorten ha stöd för kommunikation över 5 GHz-bandet. Routrar som har stöd för 5 GHz-bandet kallas dual-band-routrar (efter­som de kan arbeta på två frekvensband). Det är mycket ovanligt med routrar som enbart arbetar på 5 GHz-bandet. Detta eftersom många trådlöst anslutna enheter saknar 5 GHz-stöd. 2,4 GHz-bandet har också bättre räckvidd, vilket behandlas längre fram i detta kapitel.

Single-band-routrar har endast ett SSID (trådlöst nätverksnamn). Dual-band-routrar har två sådana: ett för 2,4 GHz-bandet och ett för 5 GHz-bandet. De trådlösa nätverken kan exempelvis heta Kjellnet 2,4 GHz respektive Kjellnet 5 GHz.

De flesta av dagens nya routrar bygger på Wifi 5-standarden, vilken retronymt kallas Wireless AC Wave 1-standarden. Den är tänkt som ett komplement snarare än en ersättning till Wifi 4-standarden. Till skillnad från de äldre standarderna använder Wireless AC-standarden uteslutande 5 GHz-bandet. Trots det är Wireless AC-produkter fullt bakåtkompatibla. De använder nämligen Wireless AC på 5 GHz-bandet och Wireless N på 2,4 GHz-bandet.

Den stora nyheten med Wireless AC är högre hastighet per dataström: upp till 433,3 Mb/s. Precis som med Wireless N går det att kombinera upp till tre dataströmmar, vilket ger hastigheter på upp till 1300 Mb/s.

Den huvudsakliga skillnaden mellan Wifi 5-routrar är hur många parallella dataströmmar de kan arbeta med. För att indikera prestandan använder routertillverkarna benämningar som inleds med bokstäverna AC, eftersom standarden heter 802.11ac, och följs av en siffra. Siffran motsvarar den avrundande, totala databandbredden (summan av databandbredden för de båda frekvensbanden). AC1750 betyder att routern klarar upp till 1300 Mb/s med Wifi 5 på 5 GHz-bandet och 450 Mb/s med Wifi 4 på 2,4 GHz-bandet.

Här följer en lista över vad beteckningarna brukar syfta på.

* Använder Turbo-qam.

Det går att ansluta Wifi 4-klienter till Wifi 5-routrar på 5 GHz-bandet, även om det påverkar prestandan negativt för ansluten Wifi 5-utrustning.

Routrarna som är av typen AC1900 har stöd för en teknik som kallas Turbo-qam. Den gör att de kan överföra upp till 1300 Mb/s på 5 GHz-bandet (precis som AC1750-routrar) och hela 600 Mb/s på 2,4 GHz-bandet (att jämföra med 450 Mb/s för AC1750-routrar). Turbo-qam begåvar Wireless N med några av fördelarna från Wireless AC-tekniken, vilket gör att hastigheten per dataström ökar till 200 Mb/s. AC1900-routrar använder tre parallella dataströmmar, och når därigenom upp till 600 Mb/s på 2,4 GHz-bandet. 

För att dra nytta av Turbo-qam-tekniken måste även klienten som ansluter ha Turbo-qam-stöd. Tekniken är lyckligtvis fullt bakåtkompatibel, vilket gör att vanliga Wireless N-klienter kan ansluta som vanligt till en Turbo-qam-kompatibel router. Då sänks hastigheten per dataström av förklarliga skäl (från 200 Mb/s till 150 Mb/s).

I verkligheten ger AC1900-routrar sällan högre prestanda än AC1750-routrar. Detta efter­som de riktigt höga hastigheterna möjliggörs på 5 GHz-bandet. Där är de två router­typerna lika snabba. AC1900-routrar kan ge högre prestanda vid riktigt långa avstånd, eftersom räckvidden är den stora fördelen med 2,4 GHz-bandet.

Precis som Wifi 4-nätverkskorten förekommer Wifi 5-nätverkskorten i olika utföranden. Det gäller både separata kort som kopplas till datorer och sådana som är inbyggda i bland annat datorer, mobiler och surfplattor.

Wifi 5-nätverkskorten för datorer kan hantera olika många dataströmmar och ­anslutas med olika fysiska gränssnitt. Nätverkskorten benämns ofta utifrån vilken ­router de matchar, till exempel AC1900. Det är dock lite missvisande då nätverkskorten i sig (till skillnad från routrarna) aldrig arbetar på båda frekvensbanden samtidigt. Ett nätverkskort som kan överföra data i upp till 1300 Mb/s är det snabbaste nätverkskortet för både en AC1750- och en AC1900-router.

Alla Wifi 5-nätverkskort är fullt bakåtkompatibla med äldre routrar, vilket gör att de kan ansluta till alla nätverk oavsett frekvensband och trådlös standard. Vissa Wifi 5-nätverkskort har stöd för Turbo-qam, medan andra saknar det.

De vanligaste fysiska gränssnitten för Wifi 5-nätverkskort är USB 2.0, USB 3.0 och PCI-express. Av dessa gränssnitt är USB 3.0 eller PCI-express att föredra, eftersom USB 2.0-gränssnittet i sig är långsammare än många Wifi 5-anslutningar. Om nätverkskortet endast har stöd för en Wireless AC-dataström (upp till 433 Mb/s) går det bra att ansluta det med USB 2.0, men för snabbare nätverkskort blir USB 2.0 en flaskhals. Ett tvåströmsnätverkskort med USB 2.0 kan trots detta bli snabbare än ett enströmsnätverkskort med samma gränssnitt. USB 2.0 har en teoretisk maxhastighet på 480 Mb/s och en verklig hastighet på cirka 320 Mb/s. Ett enströmsnätverkskort ­kommer aldrig upp i 320 Mb/s i verkligheten, vilket däremot ett tvåströmsnätverkskort kan göra.

Den ständigt ökande efterfrågan på högre trådlösa nätverkshastigheter bidrog till att Wifi 5-standarden släpptes innan den var riktigt färdig. Vissa tekniker som var tänkta att användas i Wifi 5-standarden blev uppskjutna för att implementeras vid senare tillfälle. Produkter som använder teknikerna sägs bygga på den andra versionen av Wifi 5-standarden, känd som Wireless AC Wave 2.

En av de nya teknikerna som kom med Wireless AC Wave 2 är Mu-mimo (Multi User Multiple Input Multiple Output). Den är framtagen för att förbättra den verkliga prestandan i trådlösa nätverk med många anslutna enheter. Skillnaden mellan Su-mimo och Mu-mimo kan summeras på följande sätt: Su-mimo höjer hastigheten mellan routern och en ansluten enhet, Mu-mimo höjer hastigheten mellan routern och många anslutna enheter.

Om en Wifi 5-router har stöd för att arbeta med tre parallella dataströmmar och får en motsvarande Wifi 5-dator ansluten till sig, kommer den teoretiska hastigheten mellan routern och datorn att vara upp till 1300 Mb/s. Om två treströmskompatibla Wifi 5-datorer ansluter till routern kommer de att få dela på den teoretiska maxhastigheten. Om en av de två datorerna slösurfar på webben och den andra laddar ned stora filer, kommer surfdatorn att få färre megabit per sekund och den andra datorn att få fler megabit per sekund. Om de två datorerna båda laddar ned filer (och ingen av dem har prioriterats upp i routern) kommer de att få halva teoretiska hastigheten var. Om tre jämnbelastade och treströmskompatibla Wifi 5-datorer ansluter samtidigt kommer de att få en tredjedel av den teoretiska hastigheten var. Så långt är allt som det ska. Problemet uppstår när en långsammare klient ansluter. Utan Mu-mimo-stöd drar då de anslutna klienterna ned hastigheten för varandra.

En router med tre anslutna enströmsklienter hade under optimala förutsättningar ­kunnat skicka 433 Mb/s till var och en av de anslutna klienterna. Problemet är att utan Mu-mimo-stöd kan inte routern göra det. Den får i stället skicka data till var och en av de anslutna klienterna i respektive klients maxhastighet. När routern ska skicka data i 433 Mb/s i stället för 1300 Mb/s tar det tre gånger så lång tid för den att överföra datan. Om de tre enströmskompatibla Wifi 5-klienterna belastar routern jämnt (laddar ned lika mycket data och med samma prioritet) kommer de att få maxhastigheter på upp till 144 Mb/s (433 Mb/s dividerat med tre).

Routrar som har stöd för Wireless AC Wave 2 kan dra nytta av Mu-mimo-tekniken. De kan dessutom uppnå ännu högre trådlösa hastigheter. Wireless AC Wave 2 introducerade nämligen stödet för att arbeta med fyra parallella dataströmmar. Det ger trådlösa hastigheter på upp till 1733 Mb/s.

Mu-mimo-tekniken kommer på sikt att lösa problemet med många trådlösa klienter. Eftersom det redan finns stor efterfrågan på en lösning som fungerar med dagens produkter, har routertillverkarna tagit fram modeller som kallas triple-band-routrar. Precis som det hörs på namnet arbetar dessa routrar med tre band: dels det vanliga 2,4 GHz-bandet och dels två band på det breda 5 GHz-bandet. På Wifi 6e kommer det att vara tre frekvensband fördelat på 2,4GHz, 5GHz och 6GHz.  

Triple-band-routrar med Wifi 5 har vanligtvis stöd för tre parallella dataströmmar på de tre banden. Det gör att de kan överföra upp till 3200 Mb/s. På 2,4 GHz-bandet kan de överföra upp till 600 Mb/s (tack vare Turbo-qam) och på de båda 5 GHz-banden kan de överföra upp till 1300 Mb/s (2600 Mb/s summerat). Denna routertyp kallas AC3200.

*Använder Turbo-qam

Poängen med de dubbla 5 GHz-banden är möjligheten att separera långsamma och snabba klienter. De snabbaste Wifi 5-klienterna får ansluta på det ena 5 GHz-bandet. De långsammare Wifi 5-klienterna och snabbare Wifi 4-klienterna får ansluta på det andra 5 GHz-bandet. 2,4 GHz-bandet fortsätter användas för klienter som ska ansluta på långa avstånd och klienter som saknar stöd för 5 GHz-bandet.

Hur hög hastigheten i ett trådlöst nätverk blir i verkligheten beror på avstånden, väggarna, störningarna och vilket frekvensband som används. Här följer ett exempel för att visa prestandaskillnaden mellan de två banden.