Радар Wi-Fi, что это такое и как он работает

Обновлено: 19.05.2024

Сегодня большинство людей используют Wi-Fi каждый день. Wi-Fi используется большинством людей на своих смартфонах. Вы можете найти Wi-Fi дома, в офисе, в библиотеке, в парке, ресторане и т. д. Несмотря на то, что большинство людей пользуются Wi-Fi, они плохо понимают, что это такое на самом деле.

Wi-Fi — это беспроводное сетевое соединение, похожее на вышки сотовой связи. Для работы Wi-Fi должен быть маршрутизатор Wi-Fi или подобное устройство. Маршрутизатор создает «пузырь», в котором устройства могут обмениваться данными с маршрутизатором. При общении через маршрутизатор устройства могут взаимодействовать друг с другом. Существует способ подключения устройств Wi-Fi друг к другу без использования маршрутизатора Ad-Hoc, но маршрутизатор используется чаще всего.

Роутер Wi-Fi обычно имеет порты Ethernet, позволяющие компьютерам и устройствам напрямую подключаться к «беспроводной сети», а также друг к другу. Маршрутизатор также обычно подключается к интернет-модему, чтобы разрешить всем устройствам доступ к Интернету из сети Wi-Fi. Некоторые маршрутизаторы могут иметь встроенный модем, подключенный к кабелю, который позволяет устройствам Wi-Fi обмениваться данными с Интернетом.

Стандарт Wi-Fi известен как стандарт 802.11 IEEE. Wi-Fi был представлен в 1997 году тем, что сейчас известно как Wi-Fi Alliance. Wi-Fi обычно использует диапазон 2,4 ГГц или 5,0 ГГц. Первоначальные сети Wi-Fi в 1997 году работали со скоростью 2 Мбит/с.

Название Wi-Fi — это игра слов от слова "hi-fi", придуманного компанией Interbrand. В соответствии со стандартом IEEE термин Wi-Fi расшифровывается как Wireless Fidelity.

Центральный маршрутизатор сети Wi-Fi иногда называют точкой доступа Wi-Fi или базовой станцией.

Оборудование Wi-Fi

Существует множество типов оборудования, используемого для создания беспроводной сети. Эти различные аппаратные средства необходимо понимать.

Беспроводные адаптеры используются для добавления возможности подключения устройства к сети Wi-Fi. Эти адаптеры могут быть встроены в систему или добавлены в систему через порт USB.

Беспроводной мост – это устройство, которое соединяет беспроводную сеть с проводной сетью. Два беспроводных моста могут соединить вместе две беспроводные сети. Мост позволяет двум беспроводным сетям взаимодействовать друг с другом по проводному соединению.

Расширитель/ретранслятор беспроводного диапазона – это устройство, которое обменивается данными с беспроводным маршрутизатором, а также создает вокруг него еще один «пузырь», чтобы «расширить» «пузырь» маршрутизатора и сделать его больше.

Это оборудование работает с устройствами Wi-Fi, имеющими встроенное соединение Wi-Fi.

Устройства Wi-Fi

Существует множество распространенных устройств Wi-Fi, которые могут подключаться к беспроводной сети. К таким устройствам относятся компьютеры, смартфоны, игровые приставки, принтеры, планшеты, фотоаппараты и т. д. В открытой сети Wi-Fi любое беспроводное устройство может подключиться к сети и, как правило, получить доступ в Интернет. Некоторые сети Wi-Fi защищены паролем или другим типом безопасности, чтобы ограничить их использование. Без пароля вы не сможете подключить свое устройство к защищенной сети.

ПРИМЕЧАНИЕ. Сеть Wi-Fi менее безопасна, чем кабельная сеть, поскольку все пакеты данных буквально витают в воздухе в пределах досягаемости маршрутизатора Wi-Fi.

Имейте в виду, что если кто-то имеет доступ к портам Ethernet на маршрутизаторе, он может подключиться через порт Ethernet с помощью кабеля Ethernet и не требовать использования пароля.

Также существует USB-накопитель Wi-Fi. Например, USB-накопитель можно вставить в телевизор. Любое устройство в беспроводной сети может копировать файлы или удалять файлы на USB-накопителе. USB-накопитель можно оставить в телевизоре или другом устройстве, и с его помощью можно заменять файлы, не отключая накопитель и не подключая его к компьютеру.

Имейте в виду, что все сообщения между каждым устройством и маршрутизатором передаются в «пузыре» вокруг устройства Wi-Fi, а также маршрутизатора.

Помехи

«Пузырь», в котором взаимодействуют все устройства, может время от времени создавать помехи, которые снижают производительность.

микроволновые печи
камеры наблюдения
Устройства Bluetooth
радионяни
устройства дистанционного управления

беспроводные телефоны
камеры наблюдения

Чтобы предотвратить потерю производительности, мешающие устройства необходимо переместить или заменить на устройство, использующее другой диапазон. Некоторые устройства могут даже позволить вам изменить диапазон, что может помочь.

ПРИМЕЧАНИЕ. Диапазон 5 ГГц имеет меньшую длину волны и поэтому легче поглощается стенами и другими препятствиями.

Помехи также могут исходить от других маршрутизаторов Wi-Fi. Если у вас дома есть маршрутизатор, а у вашего ближайшего соседа также есть маршрутизатор Wi-Fi, два «пузыря» могут мешать друг другу, если они находятся в одном диапазоне.

Полосы — это диапазоны частот, в которых работают маршрутизатор и устройства. Конкретная частота для диапазона 2,4 ГГц может варьироваться от 2,412 до 2 ГГц.484 ГГц. Маршрутизаторы и устройства работают от определенного канала. Канал похож на радиостанцию. Если два канала находятся в непосредственной близости с одинаковыми частотами, вы будете слышать обе станции одновременно. Маршрутизатор Wi-Fi и устройства работают на каналах, которые также могут мешать друг другу. В основном канал 1 мешает каналам 2, 3, 4 и 5. Канал 6 мешает каналам 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9 и 10. Канал 11 будет мешать каналам 7, 8, 9 и 10. Конечно. , каждый канал будет мешать другому маршрутизатору на том же канале. Поскольку большинство Wi-Fi-маршрутизаторов по умолчанию используют канал 1, вам следует использовать канал 6 или 11, если у вас есть ближайший Wi-Fi-маршрутизатор, вызывающий помехи.

Вы можете спросить: "Как узнать, какой канал использует ближайший Wi-Fi-маршрутизатор?". Ответ — установить программу под названием «wifi-radar». В системе Debian используйте команду:

sudo apt-get установить Wi-Fi-радар

Для системы Red Hat используйте команду:

sudo yum установить Wi-Fi-радар

После установки вы можете запустить программу. Вам нужно будет ввести пароль root для правильной работы программы. Вам также понадобится адаптер Wi-Fi, встроенный или USB-ключ. Я запустил Wi-Fi-Radar в своей системе Linux Mint, и результаты показаны на рис. 1.

Вы можете видеть мою сеть под названием «NachoNet». Существует также повторитель под названием «NachoNet_RPT». Моя сеть работает на канале 1. Сеть моих соседей, ‘insight_wifi_2bff’, работает на канале 6. Между нашими двумя сетями Wi-Fi не должно быть помех, которые могли бы вызвать проблемы с производительностью.

Если бы я увидел сеть, которая также была на канале 1, я бы перевел свою сеть на канал 11, чтобы избежать сетей каналов 1 и 6.

Существуют не только разные диапазоны для сети Wi-Fi, но и разные улучшения.

Улучшения Wi-Fi

В стандарт 802.11 было внесено множество улучшений, позволяющих использовать разные скорости передачи данных.

В настоящее время существует около 13 различных улучшений, но некоторые из них не используются или их разработка не завершена.

Исходное расширение — Wireless-A или просто «A». Скорость варьируется от 1,5 до 54 Мбит/с.

Wireless-B имеет скорость 11 Мбит/с.

Wireless-G может обеспечить пропускную способность около 54 Мбит/с.

Распространенным усовершенствованием сети является Wireless-N, обеспечивающий пропускную способность 54–600 Мбит/с.

Wireless-AC обеспечивает скорость 433 Мбит/с на поток с количеством потоков до 8.

Wireless-AD имеет высокую скорость 7 Гбит/с.

Последнее усовершенствование — Wireless-AF с общей пропускной способностью 426,7–568,9 Мбит/с.

Каждое улучшение работает с различными протоколами безопасности.

Протокол безопасности

Для обеспечения конфиденциальности беспроводной сети можно использовать дополнительный метод безопасности.

Первый метод – это защита, эквивалентная проводным сетям (WEP). WEP имеет два разных типа аутентификации: открытая система и общий ключ.

С аутентификацией Open System любое устройство может подключиться к маршрутизатору, а данные шифруются с помощью ключа, предоставленного пользователем. Если ключ неверный, фреймы данных не будут совместимы или непонятны.

Общий ключ выполняется в четыре этапа. Первый шаг — это когда клиент запрашивает аутентификацию. Маршрутизатор отправит клиенту незашифрованную текстовую строку. Затем клиент будет использовать строку и зашифровать ее с помощью введенного ключа. Зашифрованные данные отправляются на маршрутизатор, где ключ используется для расшифровки сообщения и извлечения открытого текста. Если открытый текст совпадает с тем, что было отправлено изначально, аутентификация подтверждается.

Второй метод обеспечения конфиденциальности – защищенный доступ Wi-Fi (WPA). Потоки, отправляемые на маршрутизатор, будут зашифрованы по мере их отправки на маршрутизатор. Строка вводится на каждом устройстве, чтобы разрешить аутентификацию между всеми устройствами.

Не все устройства и оборудование поддерживают как WEP, так и WPA. Какой бы протокол вы ни использовали, убедитесь, что все оборудование и устройства также поддерживают его. Используемое вами оборудование также должно обеспечивать наилучшую пропускную способность, чтобы вы могли использовать пропускную способность, за которую вы платите у своего интернет-провайдера (ISP).

Максимальное использование пропускной способности

Чтобы максимально эффективно использовать пропускную способность, необходимо знать две вещи. Первое, что нужно знать, это то, за какую пропускную способность вы платите у своего интернет-провайдера. Предположим, вы знаете, что платите за 20 МБ/с. Обратите внимание, что в скорости буква «В» написана с большой буквы. Заглавная буква «B» означает «байты». Ранее пропускная способность была покрыта для расширений Wi-Fi. Скорость там использовалась в нижнем регистре «b», что означает «биты». Вы спросите, почему такая разница. Маркетологи хотят продать свой продукт, поэтому им нужно, чтобы он выглядел очень быстро. Чтобы цифры на коробке выглядели быстрее, они используют «биты», а не «байты».Вам нужно знать разницу, чтобы быть уверенным, что у вас есть надлежащее оборудование, чтобы воспользоваться пропускной способностью, за которую вы платите от интернет-провайдера. Проще всего преобразовать скорость вашей полосы пропускания в Интернет. Чтобы преобразовать «байты» в «биты», вы умножаете «байты» на 8. Интернет-соединение со скоростью 20 МБ/с на самом деле составляет 160 МБ/с. Когда вы идете и покупаете Wi-Fi роутер, вам нужен тот, который будет поддерживать скорость более 160 Мбит/с. Каждое устройство или часть оборудования должны поддерживать те же улучшения, что и маршрутизатор, а также обеспечивать ту же скорость, что и маршрутизатор. Если я куплю маршрутизатор Wi-Fi, поддерживающий скорость 300 Мбит/с, но куплю ключи Wi-Fi для своих компьютеров, поддерживающих только скорость 25 Мбит/с, тогда мои компьютеры могут показаться очень медленными при использовании Wi-Fi.

Вторая вещь, о которой следует помнить при покупке оборудования, – убедиться, что у вас одинаковые улучшения на устройствах и оборудовании. Если вы планируете использовать Wireless-N и у вас есть маршрутизатор Wireless-N, не покупайте устройства Wi-Fi, которые не поддерживают Wireless-N.

Когда все будет готово, не забудьте установить «wifi-radar» и проверить свою локальную область на наличие мешающих сетей. Если он существует, убедитесь, что вы изменили свой канал на тот, который будет иметь меньше помех. Также помните о любых других частотах помех в этом районе.

Старайтесь поддерживать максимальную скорость Wi-Fi для максимальной производительности.

Я работаю дома, и у меня дома четверо детей: Эйлли, Элис, Морган и Грант. Трое детей, достаточно взрослых, чтобы жить самостоятельно: Девин, Логан и Калеб.

Вы живете в многоквартирном доме в оживленном прибрежном районе? Морские радары увеличивают вероятность перегрузки Wi-Fi в близлежащих сетях.

Короче

Многоквартирные дома вдоль побережья в районах с интенсивным судоходством часто сталкиваются со сложным набором проблем с Wi-Fi.

Морской радар блокирует часть диапазона частот 5 ГГц, что увеличивает вероятность перегрузки/перегрузки
Большое количество подключенных клиентов (мобильных телефонов, компьютеров и других устройств) к одним и тем же каналам Wi-Fi приводит к перегрузке.
Высокая плотность "конкурирующих" сетей создает помехи.

О каналах и частотах

Беспроводной доступ в Интернет (Wi-Fi) использует два частотных диапазона:

Каждая полоса частот разделена на более мелкие области, называемые каналами. Когда несколько сетей Wi-Fi находятся в непосредственной близости друг от друга, в идеале эти сети должны использовать беспроводные каналы, которые не перекрываются. Когда (слишком) много клиентов подключены к одному и тому же каналу, это может привести к перегрузке Wi-Fi — перегрузке — и очень низкой производительности сети.

Вы можете указать, какой канал должна использовать беспроводная сеть, но в большинстве случаев лучше оставить это решение на усмотрение самого оборудования Wi-Fi. В некоторых случаях от них даже требуется по закону сменить канал.

Радар и динамический выбор частоты (DFS)

Радарная технология используется, помимо прочего, в морской навигации для обнаружения препятствий, предотвращения столкновений и т. д. Эта технология использует те же частоты, что и беспроводной Интернет.

Это означает, что беспроводные сети могут создавать помехи для радаров, поэтому любой, кто производит оборудование Wi-Fi, по закону обязан следить за тем, чтобы его оборудование не мешало радарам.

Проще говоря: каналы, используемые для радара, также могут использоваться Wi-Fi, если Wi-Fi перемещается, как только радар находится поблизости.

В большинстве маршрутизаторов и других точек беспроводного доступа эта проблема решается с помощью функции, называемой DFS — динамический выбор частоты. Когда устройство обнаруживает радар, другие соединения автоматически переключаются на другие каналы в диапазоне частот 5 ГГц, чтобы не мешать работе радара.

Пять (непересекающихся) каналов в полосе частот, показанной выше, зарезервированы для радаров. На рисунке показаны каналы с частотой 80 МГц, которые использует ячеистая сеть Wi-Fi.

Два из них (отмечены красным на иллюстрации) требуют сканирования радаром в течение 10 минут, прежде чем вам будет разрешено к ним подключиться. Это настолько непрактично, что многие производители Wi-Fi вообще не используют эти каналы, поскольку в противном случае сеть будет недоступна в течение 10 минут.

Каналы, отмеченные на иллюстрации желтым цветом, требуют радиолокационного сканирования в течение 1 минуты, и именно на эти каналы мы ссылаемся, когда говорим о динамическом выборе частоты.

Область канала, отмеченная зеленым цветом, никогда не используется радаром, и все подключенные клиенты перемещаются туда при обнаружении радара.

Однако, когда на один и тот же канал одновременно перемещается множество людей, возникает высокий риск перегрузки.

Высокая плотность сети создает помехи

Любая беспроводная сеть поблизости может создавать шум или помехи для сети Wi-Fi. Это относится к соседнему Wi-Fi, который, конечно, оказывает наибольшее влияние, когда есть много небольших жилых домов, сгруппированных близко друг к другу.

Но дополнительные сети Wi-Fi в одном доме также могут быть источником помех, например, если у вас есть Wi-Fi, работающий на многофункциональном шлюзе в дополнение к ячеистой сети Wi-Fi.

Британские инженеры из Университетского колледжа Лондона разработали пассивную радарную систему, которая может видеть сквозь стены с помощью сигналов Wi-Fi, генерируемых беспроводными маршрутизаторами и точками доступа.

Системе, разработанной Карлом Вудбриджем и Кевином Четти, требуются две антенны и блок обработки сигналов (т. е. компьютер), а ее размер не больше чемодана. В отличие от обычного радара, который излучает радиоволны, а затем измеряет любые отраженные сигналы, эта новая система работает совершенно незаметно.

Процесс пассивного радара на самом деле довольно прост. В любом месте, где есть Wi-Fi, вы постоянно подвергаетесь бомбардировке радиоволнами 2,4 ГГц и 5 ГГц. Когда эти волны попадают на движущийся объект, их частота изменяется (эффект Доплера). Тщательно «обнюхивая» сигналы Wi-Fi, Вудбридж и Четти могут реконструировать изображение любых объектов или людей, движущихся по другую сторону стены.

По сути, это радарная система — вы просто используете радиоволны, излучаемые внешним маршрутизатором Wi-Fi, а не создаете свои собственные. Сравните это с радаром, работающим сквозь стену (TTW) Массачусетского технологического института, который имеет диаметр 8 футов (2,4 м) и требует большого источника питания для генерации большого количества микроволн.

Во время тестирования эта пассивная радиолокационная система способна определять местоположение, скорость и направление человека сквозь кирпичную стену толщиной в фут. Одна из проблем с доплеровскими системами заключается в том, что они работают только с движущимися объектами — потенциальный грабитель или комбатант может помешать этим системам, стоя на месте. Однако инженеры UCL считают, что после дальнейшей работы им удастся повысить чувствительность системы, чтобы она могла обнаруживать движения вашей грудной клетки при вдохе и выдохе.

Случаи использования, как вы можете себе представить, в основном милитаристские. Министерство обороны Великобритании уже изучает возможность использования этого пассивного радара в боевых действиях в городских условиях. PopSci предполагает, что пассивный радар может быть полезен для отслеживания перемещений детей (или пожилых людей) по дому. Предположительно, с чувствительным оборудованием (и большим количеством WiFi-маршрутизаторов?) вы можете даже приблизиться к рентгеновскому зрению.

Вудбридж и Четти, кажется, специалисты по пассивным радарам: очевидно, они были первыми исследователями, создавшими радарную систему с использованием программно-определяемого радиооборудования, и они также проделали тот же трюк с пассивным радаром WiFi с WiMAX, который, по-видимому, позволяет обнаружение на гораздо большем расстоянии.

Прочтите исследовательский документ: 10.1109/TGRS.2011.2164411, «Обнаружение персонала сквозь стену с помощью пассивного бистатического радара Wi-Fi на удаленных расстояниях» [платный доступ]

Предприимчивые исследователи сейчас используют всепроникающий окружающий туман радиоволн, в котором живет большинство из нас. Одна команда создала безбатарейные устройства, которые могут питаться от этих самых сигналов, и теперь правоохранительные органы могут получить импульс от Wi-Fi в виде «радара» на основе Wi-Fi, который позволит им «видеть» сквозь стены — даже если они каменные или бетонные — до 25 сантиметров (9,8 дюйма) толстый.

Пассивный радар Wi-Fi использует эффект Доплера

В статье, опубликованной на сайте IEEE Explore, ученые Цинчао Чен, Карл Вудбридж и Кевин Четти из Университетского колледжа Лондона (UCL) описывают эксперименты с тем, что они называют "пассивным радаром Wi-Fi с высоким доплеровским разрешением". позволяют пользователям отслеживать движения целей, вплоть до жестов рук.

Подобная система была бы чрезвычайно полезна или даже спасала бы жизнь в чрезвычайных ситуациях; например, для властей, которые хотят выявить и определить местонахождение преступников, которые могут скрываться в банке, осаждены в здании или брать заложников. Конечно, как и любой другой инструмент, эту технологию также можно использовать для вторжения в частную жизнь людей. В любом случае все, что потребуется, — это пассивная передача волн от любого обычного Wi-Fi-роутера или сигналов мобильного телефона, которые будут отражаться от объекта и возвращаться обратно к устройству-детектору.

Вот как работает система: два многочастотных программно-определяемых приемопередатчика на базе FPGA используются для получения сигналов от стандартного 802.11 точка доступа Wi-Fi, которая действует как «осветитель». Один набор обнаруженных сигналов используется в качестве базового эталонного набора, а другой набор сигналов используется для наблюдения. Вот тут-то и появляется эффект Доплера: любые незначительные изменения частоты волны из-за движения объекта относительно точки наблюдателя сравниваются, чтобы установить фактическое местоположение и направление цели.

Больше секретов

Эта система представляет собой усовершенствование предыдущих устройств, которые работают аналогичным образом, но в то же время передают контрольный сигнал. Дина Катаби и Фадель Адиб из MIT Wi-Vi, которая также использует обычные сигналы Wi-Fi для отслеживания целей, являются одним из примеров. Хотя основная концепция верна, в ситуации слежки такая одновременная передача может стать беспроигрышной раздачей для мошенников с правильной технологией противодействия наблюдению.

В эксперименте использовались два алгоритмических фильтра отслеживания: расширенный фильтр Калмана и фильтр частиц с повторной выборкой последовательной важности (SIR), при этом SIR обеспечивает более высокую степень точности. Согласно «Spectrum IEEE», исследователи оптимизировали параметры обработки алгоритмов, такие как время интеграции сигнала и пороги обнаружения, чтобы появилась красочная «диаграмма рассеяния в стиле радара» цели.

В настоящее время еще нет изображений с высоким разрешением, которые позволили бы пользователям точно знать, на кого или на что они нацелены, но сейчас команда работает над улучшением технологии, а также над разработкой приложения, которое позволяло бы отслеживание тоже. Так что же это означает для будущего Wi-Fi? По мере увеличения доступа к Wi-Fi и его насыщения мобильная экосистема, несомненно, будет развиваться и дальше, усложняясь и создавая приложения, подобные этому, и мы можем ожидать, что будут разработаны контртехнологии, позволяющие избежать слежки. Подробнее читайте в Spectrum IEEE.

Читайте также: