فناوری Wi-Fi (وای فای) و نحوه عملکرد آن

در این برگه قصد داریم با معرفی فناوری‌های انتقال اطلاعات بی‌سیم به بررسی دقیق تر فناوری Wi-Fi و نحوه عملکرد آن بپردازیم. پس با ما همراه باشید.

فهرست مطالب

1- وایرلس چیست؟

2- فناوری‌های انتقال اطلاعات بی‌سیم

3- Wi-Fi چیست؟

4- Wi-Fi چگونه کار می‌کند؟

5- استاندارد IEEE 802.11

6- سوالات پیرامون Wi-Fi

——————————

1- وایرلس چیست؟

وایرلس (بی‌سیم) به معنای انتقال اطلاعات بین دستگاه‌ها بدون استفاده از کابل‌ است. به عبارت دیگر، فناوری بی‌سیم امکان انتقال داده‌ها و ارتباط بین دستگاه‌ها را از طریق امواج رادیویی، مادون قرمز، موجودیت‌های الکترومغناطیسی و سایر تکنولوژی‌های بی‌سیم فراهم می‌کند. به عنوان مثال، شبکه‌های بی‌سیم (Wireless LAN) که با استفاده از استاندارد IEEE 802.11 عمل می‌کنند، این امکان را به کاربران می‌دهند تا به اینترنت و شبکه‌های دیگر، بدون اینکه نیاز به کابل‌های فیزیکی داشته‌باشند، متصل شوند. همچنین، دستگاه‌های بی‌سیم مانند تلفن همراه، تبلت، لپ‌تاپ و دستگاه‌های دیگر نیز از فناوری بی‌سیم استفاده می‌کنند تا به یکدیگر و به اینترنت متصل شوند.

استفاده از فناوری بی‌سیم دارای مزایا و موارد کاربرد زیادی است. به عنوان مثال:

1. انعطاف‌پذیری: دستگاه‌های بی‌سیم به کاربران اجازه می‌دهند تا بدون محدودیت کابل به ارتباط با دستگاه‌های دیگر بپردازند. این امکان را به آنها می‌دهد که در هر مکانی ارتباط برقرار کنند و به اطلاعات دسترسی داشته باشند.
2. پوشش وسیع: فناوری بی‌سیم با پشتیبانی از شبکه‌های بی‌سیم وسیع، امکان ارتباط در مناطق گسترده را فراهم می‌کند.
3. راحتی استفاده: برخلاف کابل‌های فیزیکی، استفاده از دستگاه‌های بی‌سیم به کاربران اجازه می‌دهد تا به راحتی از دستگاه‌ها و سرویس‌های مختلف استفاده کنند بدون اینکه نیاز به اتصال کابل داشته باشند.
4. همراهی: فناوری بی‌سیم به کاربران امکان می‌دهد تا دستگاه‌های خود را به راحتی همراه داشته‌باشند و در هر زمان و هر مکان به ارتباط با دیگران بپردازند.
5. اشتراک‌گذاری منابع: وایرلس به معنای انتقال داده و ارتباط بین دستگاه‌ها بدون نیاز به کابل‌های فیزیکی است. این فناوری از امواج رادیویی، مادون قرمز و سایر تکنولوژی‌های بی‌سیم برای انتقال اطلاعات استفاده می‌کند و در انواع دستگاه‌ها و برنامه‌های مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

——————————

2- فناوری‌های انتقال اطلاعات بی‌سیم

برای انتقال اطلاعات بی‌سیم، از چندین فناوری مختلف استفاده می‌شود. در ادامه، برخی از اصلی‌ترین فناوری‌های بی‌سیم را بررسی می‌کنیم:

وای-فای (Wi-Fi):

وای-فای یا شبکه محلی بی‌سیم (Wireless Local Area Network) یک فناوری بی‌سیم است که بر اساس استاندارد IEEE 802.11 عمل می‌کند. این فناوری برای اتصال دستگاه‌ها به یکدیگر و به اینترنت استفاده‌می‌شود. شبکه‌های وای-فای معمولاً با استفاده از آنتن‌ها و روترها ایجاد می‌شوند و می‌توانند در محدوده‌های مختلفی ارائه شوند، از جمله محدوده خانگی، کاری، یا محیط‌های عمومی مانند فرودگاه‌ها و کافه‌ها.

بلوتوث (Bluetooth):

بلوتوث یک فناوری کوتاه برد بی‌سیم است که برای ارتباط مستقیم بین دو دستگاه (مانند تلفن همراه، هدفون، دستگاه‌های پوشیدنی و سایر لوازم الکترونیکی) استفاده می‌شود. بلوتوث‌به وسیله امواج رادیویی در باندهای فرکانسی 2.4 گیگاهرتز ارتباط برقرار می‌کند و معمولاً برای انتقال داده‌های کوچک و کنترل دستگاه‌ها استفاده‌می‌شود.

اینفرارد (Infrared):

اینفرارد یک فناوری بی‌سیم است که بر اساس تابش مادون قرمز عمل می‌کند. این فناوری برای ارتباط کوتاه برد بین دستگاه‌ها استفاده‌می‌شود. یک مثال رایج از استفاده اینفرارد در دستگاه‌های خانگی ریموت کنترل تلویزیون یا ریموت کنترل دستگاه‌های صوتی و تصویری است.

رادیوفرکانسی (RF):

فناوری رادیوفرکانسی در ارتباطات بی‌سیم به طور گسترده استفاده‌می‌شود. این فناوری از امواج رادیویی در باندهای فرکانسی مختلف برای انتقال اطلاعات استفاده‌می‌کند. به عنوان مثال، شبکه‌های سلولی موبایل (مانند 3G و 4G) و شبکه‌های نسل پنجم (5G) از فناوری رادیوفرکانسی برای ارتباط بی‌سیم استفاده می‌کنند.

NFC (Near Field Communication):

 NFC یک فناوری کوتاه برد بی‌سیم است که امکان انتقال اطلاعات بین دو دستگاه در فاصله کمتر از چند سانتی‌متر را فراهم می‌کند. NFC‌معمولاً برای پرداخت‌های بی‌سیم، اشتراک اطلاعات بین دستگاه‌های همراه و تبادل اطلاعات ساده مانند کارت‌های ورود به هتل یا تگ‌های هوشمند استفاده‌می‌شود.

Zigbee:

Zigbee یک فناوری بی‌سیم کم مصرف است که برای کاربردهای خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فناوری برای کنترل سیستم‌های خانه هوشمند، اتصال دستگاه‌های الکترونیکی در صنعت، و مصارف مشابه استفاده می‌شود.

LTE (Long-Term Evolution):

 LTE یک فناوری ارتباطات سلولی بی‌سیم است که برای شبکه‌های نسل چهارم (4G) استفاده‌می‌شود. این فناوری امکان انتقال داده‌های بزرگ سرعت بالا را فراهم می‌کند و استفاده گسترده‌ای در تلفن همراه و دستگاه‌های متصل به اینترنت دارد.

Li-Fi (Light Fidelity): Li-Fi یک فناوری بی‌سیم نوظهور است که برای انتقال داده‌ها از نور استفاده می‌کند. این فناوری از لامپ‌های LED برای ایجاد امواج نوری استفاده می‌کند و سرعت انتقال بالا را فراهم می‌کند. با استفاده از Li-Fi، می‌توان در سرعت‌های بسیار بالا اطلاعات را انتقال داد.

GPS (Global Positioning System):

GPS یک فناوری بی‌سیم است که برای تعیین موقعیت جغرافیایی دقیق در سراسر جهان استفاده می‌شود. این فناوری از شبکه‌ای از ماهواره‌ها برای دریافت سیگنال‌ها و تعیین موقعیت استفاده‌می‌کند.

در کنار این فناوری‌ها، هنوز تحقیقات بر روی فناوری‌های جدیدی مانند شبکه‌های نسل ششم (6G)، اینترنت اشیاء (IoT)، و شبکه‌های مخابراتی مبتنی بر ماهواره در حال انجام است. این فناوری‌ها قرار است ارتباط بی‌سیم را بهبود بخشند و کاربردهای جدیدی را در حوزه ارتباطات ارائه دهند.

——————————

3- Wi-Fi چیست؟

Wi-Fi یک فناوری بی‌سیم است که به شما اجازه می‌دهد به اینترنت متصل شوید و ارتباط بی‌سیم بین دستگاه‌های مختلف را برقرار کنید. Wi-Fi مخفف عبارت “Wireless Fidelity” است و به‌طور خاص برای شبکه‌های بیسیم مبتنی بر استاندارد IEEE 802.11 استفاده می‌شود.

تکنولوژی Wi-Fi برای ارسال و دریافت داده‌ها از امواج رادیویی استفاده می‌کند. یک روتر Wi-Fi در خانه یا محل کار به شما اجازه می‌دهد، دستگاه‌هایی که قابلیت Wi-Fi را دارند (مانند لپ‌تاپ‌ها، تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها و دستگاه‌های دیگر) به اینترنت متصل شوند. روتر Wi-Fi دارای یک آنتن است که امواج رادیویی را از دستگاه‌های بی‌سیم دریافت می‌کند و داده‌ها را به اینترنت ارسال می‌کند و همینطور برعکس.

Wi-Fi در بسیاری از مکان‌های عمومی نیز در دسترس است، مانند کافه‌ها، هتل‌ها، فرودگاه‌ها و کتابخانه‌ها. با اتصال به شبکه Wi-Fi موجود در این مکان‌ها، شما می‌توانید از اینترنت، بدون اینکه نیازی به اتصال سیمی داشته باشید، استفاده کنید.

استفاده از Wi-Fi به شما امکان می‌دهد از اینترنت در محدوده‌ی دسترسی Wi-Fi استفاده کنید و به اشتراک گذاری فایل‌ها، ارسال ایمیل، مرور وب، استفاده از برنامه‌های تحت وب و بسیاری از فعالیت‌های دیگر از طریق ارتباط بی‌سیم بپردازید.

——————————

4- Wi-Fi چگونه کار می‌کند؟

همانطور که اشاره شد، Wi-Fi به کمک امواج رادیویی کار می‌کند و بر اساس استاندارد IEEE 802.11 عمل می‌کند. در اینجا چگونگی کار Wi-Fi را به طور ساده توضیح می‌دهیم:

1- تولید سیگنال: یک روتر Wi-Fi یا نقطه دسترسی (Access Point) سیگنال Wi-Fi را تولید می‌کند. روتر Wi-Fi دارای یک آنتن است که امواج رادیویی را ایجاد می‌کند و آنها را در اطراف خود پخش می‌کند.

2- جستجوی دستگاه‌ها: دستگاه‌هایی مانند لپ‌تاپ‌ها، تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها به دنبال شبکه‌های Wi-Fi در محدوده‌ی خود می‌گردند. آنها امواج رادیویی را که توسط روتر Wi-Fi (نقطه دسترسی) تولید شده‌است، دریافت می‌کنند.

3- برقراری ارتباط: هنگامی که دستگاهی به شبکه Wi-Fi متصل می‌شود و رمز عبور صحیح را وارد می‌کند (اگر شبکه محافظت شده باشد)، یک اتصال بین دستگاه و روتر Wi-Fi برقرار می‌شود. این اتصال امکان ارسال و دریافت داده‌ها را فراهم می‌کند.

4- ارسال و دریافت داده‌ها: با برقراری ارتباط، دستگاه و روتر Wi-Fi می‌توانند به صورت دوطرفه داده‌ها را بین خود ارسال و دریافت کنند. مثلاً وقتی شما وبگردی را در مرورگر تلفن همراه خود باز می‌کنید، درخواست شما از طریق اتصال Wi-Fi به روتر ارسال شده و روتر این درخواست را به اینترنت ارسال می‌کند. سپس اطلاعات درخواست شده از اینترنت به روتر و سپس به دستگاه شما ارسال می‌شوند.

5- قوانین و فرکانس‌ها: Wi-Fi بر روی باندهای فرکانسی خاصی از طیف رادیویی عمل می‌کند که به عنوان باند‌های ISM شناخته می‌شوند. این باندها شامل فرکانس 2.4 گیگاهرتز و 5 گیگاهرتز هستند. بر اساس استاندارد IEEE 802.11، برخی از فرکانس‌های مختلف در این باندها برای ارتباط استفاده‌می‌شود.

به طور خلاصه، Wi-Fi با استفاده از امواج رادیویی، ارتباط بی‌سیم بین دستگاه‌ها و روتر Wi-Fi را فراهم می‌کند، که امکان انتقال داده‌ها را از طریق شبکه فراهم می‌کند.

——————————

5- استاندارد IEEE 802.11

استاندارد IEEE 802.11 یک استاندارد برای شبکه‌های بی‌سیم (Wireless LAN) است که توسط IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) تعریف شده‌است. این استاندارد مجموعه قواعد و پروتکل‌هایی است که برای ایجاد و مدیریت شبکه‌های بی‌سیم استفاده‌می‌شود. این استاندارد در تاریخچه خود تحولات زیادی را پشت سر گذاشته‌است و نسخه‌های مختلفی از آن توسعه‌یافته‌اند. برخی از نسخه‌های شناخته‌شده استاندارد IEEE 802.11 عبارتند از:

– IEEE 802.11b:

این نسخه در سال 1999 معرفی شد و اولین استانداردی بود که از فرکانس 2.4 گیگاهرتز استفاده کرد. این نسخه سرعت انتقال داده تا 11 مگابیت بر ثانیه را پشتیبانی می‌کرد.

– IEEE 802.11a/g:

نسخه 802.11a در سال 1999 و نسخه 802.11g در سال 2003 معرفی شدند. هر دو این نسخه‌ها از فرکانس 2.4 گیگاهرتز و 5 گیگاهرتز پشتیبانی می‌کردند. نسخه 802.11a با سرعت بالا تری (تا 54 مگابیت بر ثانیه) اما بر روی فرکانس 5 گیگاهرتز کار می‌کرد، در حالی که نسخه 802.11g با سرعت تا 54 مگابیت بر ثانیه و بر روی فرکانس 2.4 گیگاهرتز عمل می‌کرد.

– IEEE 802.11n:

این نسخه در سال 2009 معرفی شد و از فرکانس 2.4 گیگاهرتز و 5 گیگاهرتز پشتیبانی می‌کرد. استفاده از تکنولوژی MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) در این نسخه، سرعت و پوشش بیشتری را نسبت به نسخه‌های قبلی فراهم کرد.

– IEEE 802.11ac:

این نسخه در سال 2013 معرفی شد و بر روی فرکانس 5 گیگاهرتز عمل می‌کرد. این نسخه با استفاده از تکنولوژی‌هایی مانند MIMO چند لایه، سرعت بالا و پوشش وسیع‌تری را فراهم می‌کند.

– IEEE 802.11ax (یا Wi-Fi 6):

این نسخه در سال 2019 معرفی شد. Wi-Fi 6 با بهره‌گیری از تکنولوژی‌هایی مانند OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) و MU-MIMO (Multi-User Multiple-Input Multiple-Output)، با بهبود عملکرد در شرایط شلوغ‌تر، کاهش تاخیر و افزایش ظرفیت شبکه، بهبود تجربه کاربری را فراهم می‌کند.

همچنین، بجز نسخه‌هایی که ذکر شد، استاندارد IEEE 802.11 نسخه‌هایی مانند IEEE 802.11ad (WiGig) و IEEE 802.11ay را نیز شامل می‌شود که بر روی فرکانس‌ها و باندهای مختلف عمل می‌کنند و قابلیت‌های خاصی مانند پشتیبانی از سرعت بالا و فاصله کوتاه را دارند. استاندارد IEEE 802.11 با استفاده از پروتکل‌های امنیتی مانند WEP، WPA و WPA2 نیز امنیت شبکه‌های Wi-Fi را تضمین می‌کند.

——————————

6- سوالات پیرامون Wi-Fi

چگونه می‌توان به یک شبکه Wi-Fi عمومی متصل شد؟

برای اتصال به یک شبکه Wi-Fi عمومی، مراحل زیر را می‌توانید دنبال کنید:

1. بررسی تنظیمات Wi-Fi: در دستگاه خود (مثلاً لپ‌تاپ یا تلفن همراه) به تنظیمات Wi-Fi بروید و اطمینان حاصل کنید که Wi-Fi فعال است و دستگاه در حال جستجوی شبکه‌های موجود است.
2. جستجوی شبکه‌ها: لیستی از شبکه‌های Wi-Fi در دستگاه شما نمایش داده‌می‌شود. به لیست شبکه‌ها نگاه کنید و شبکه‌ای را که می‌خواهید به آن متصل شوید، پیدا کنید.
3. انتخاب شبکه: روی نام شبکه مورد نظر کلیک یا لمس کنید تا انتخاب شود. در برخی از دستگاه‌ها، ممکن است لازم باشد روی دکمه “اتصال” یا مشابه آن کلیک کنید.
4. وارد کردن رمز عبور: اگر شبکه Wi-Fi محافظت شده است، شما باید رمز عبور را وارد کنید. رمز عبور معمولاً در برچسب روتر Wi-Fi قید شده است. رمز عبور را با دقت وارد کنید و دکمه “اتصال” (یا مشابه آن) را بزنید.
5. انتظار برای اتصال: پس از وارد کردن رمز عبور، دستگاه شما تلاش می‌کند به شبکه Wi-Fi متصل شود. ممکن است لحظاتی طول بکشد تا اتصال برقرار شود. در این مدت صبور باشید و منتظر بمانید.
6. بررسی اتصال: پس از برقراری اتصال، دستگاه شما به شبکه Wi-Fi متصل خواهد شد. برای اطمینان از اتصال موفقیت‌آمیز، می‌توانید صفحه وب یا برنامه‌ای را باز کنید که از اینترنت استفاده می‌کند و مطمئن شوید که اتصال انجام شده‌است.

توجه داشته باشید که برخی از شبکه‌های Wi-Fi عمومی ممکن است نیازمند ایجاد حساب کاربری یا پرداخت هزینه باشند. همچنین، برخی از شبکه‌های Wi-Fi عمومی ممکن است محدودیت‌هایی در استفاده از برخی سرویس‌ها داشته‌باشند.

چه تفاوتی بین فناوری بلوتوث و وای-فای وجود دارد؟

فناوری بلوتوث و وای-فای (Wi-Fi) دو فناوری بی‌سیم متفاوت هستند و برای کاربردها و شرایط مختلف استفاده می‌شوند. در ادامه، تفاوت‌های اصلی بین این دو فناوری را بررسی می‌کنیم:

1. محدوده پوشش: وای-فای معمولاً برای پوشش منازل، دفاتر، فضاهای عمومی و شبکه‌های بزرگتر استفاده می‌شود. با استفاده از روترها و آنتن‌ها، می‌توان پوشش وسیعی را برای اتصال دستگاه‌ها فراهم کرد. اما بلوتوث برای ارتباط دستگاه به دستگاه (مانند تلفن همراه به هدفون بلوتوث) در محدوده کوتاهتری مفید است. معمولاً محدوده پوشش بلوتوث تا چند متر است.
2. سرعت انتقال داده: وای-فای اغلب سرعت بالاتری را در انتقال داده‌ها ارائه می‌دهد. با استفاده از فرکانس‌های بیشتر و قابل تنظیم، وای-فای می‌تواند به سرعت‌های بالاتری در انتقال داده‌ها دست یابد. بلوتوث اغلب برای انتقال داده‌های کوچکتر با سرعت کمتری مانند فایل‌های صوتی و تصویری کوچک استفاده می‌شود.
3. مصرف انرژی: بلوتوث معمولاً مصرف انرژی کمتری نسبت به وای-فای دارد. این موضوع به خصوص برای دستگاه‌های با باتری مهم است. با این حال، با توجه به توسعه فناوری‌ها، نسخه‌های جدیدتر وای-فای نیز می‌توانند مصرف انرژی کمتری داشته باشند.
4. کاربردها: بلوتوث عمدتا برای ارتباط دستگاه به دستگاه استفاده می‌شود، مانند اتصال تلفن همراه به هدفون بلوتوث یا اتصال دستگاه‌های پوشیدنی به تلفن همراه. همچنین، بلوتوث در کنترل دستگاه‌ها، انتقال فایل‌های کوچک و ارسال دستورات کوتاه مورد استفاده قرار می‌گیرد. وای-فای بیشتر برای اتصال به اینترنت و انتقال داده‌های بزرگتر مانند فایل‌های صوتی و تصویری بزرگ، استفاده می‌شود. همچنین، می‌توان از وای-فای برای ایجاد شبکه‌های بی‌سیم در منازل، دفاتر، رستوران‌ها، هتل‌ها و سایر مکان‌های عمومی استفاده کرد.

به طور خلاصه، بلوتوث برای اتصال دستگاه به دستگاه در محدوده کوتاه و با مصرف انرژی کمتر استفاده می‌شود، در حالی که وای-فای برای ایجاد شبکه‌های بی‌سیم برای اتصال به اینترنت و انتقال داده‌های بزرگتر با سرعت بالا استفاده می‌شود. همچنین، وای-فای پوشش بیشتری را در محدوده گسترده‌تری فراهم می‌کند، در حالی که بلوتوث برای ارتباط در محدوده کوتاه‌تری مفید است.

چه فرکانس‌هایی برای انتقال داده‌ها در وای-فای استفاده می‌شود؟

فرکانس‌های استفاده شده در فناوری وای-فای بستگی به استانداردی که استفاده می‌شود، دارد. برخی از استانداردهای رایج وای-فای عبارتند از:

1. 802.11b/g/n: این استانداردها در فرکانس 2.4 گیگاهرتز عمل می‌کنند. آنها از تکنولوژی مدولاسیون فراگیر DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) استفاده می‌کنند و سرعت انتقال داده به ترتیب 11 مگابیت بر ثانیه (802.11b)، 54 مگابیت بر ثانیه (802.11g) و حدود 150 مگابیت بر ثانیه (802.11n) است.
2. 802.11a/ac: این استانداردها در فرکانس 5 گیگاهرتز عمل می‌کنند. آنها از تکنولوژی مدولاسیون OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) استفاده می‌کنند و سرعت انتقال داده در 802.11a تا 54 مگابیت بر ثانیه و در 802.11ac تا 1 گیگابیت بر ثانیه می‌رسد.
3. 802.11ax (یا Wi-Fi 6): استاندارد جدیدتری است که در فرکانس‌های 2.4 و 5 گیگاهرتز عمل می‌کند. این استاندارد از تکنولوژی OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) و تکنولوژی MU-MIMO (Multi-User Multiple-Input Multiple-Output) برای بهبود عملکرد و پشتیبانی از تعداد بیشتری از دستگاه‌ها استفاده می‌کند. سرعت انتقال داده در این استاندارد تا 10 گیگابیت بر ثانیه می‌رسد.

مهم است بدانید که این فرکانس‌ها فقط نمونه‌ای از فرکانس‌های استفاده شده در وای-فای هستند و بسته به استاندارد و تنظیمات خاص، می‌توان از فرکانس‌های دیگر نیز استفاده کرد.

 

مطالب مرتبط

اینترنت اشیا (IoT)

فناوری MIMO؛ مبنا، فرمت ها و کاربردهای آن

اصطلاحات مهندسی برق و مخابرات

مرجع

(networking technology) Wi-Fi