Что такое полудуплексный и полнодуплексный режим и как он влияет на ваш маршрутизатор?

Соединения WiFi работают в полудуплексном режиме, а проводная часть локальной сети — в дуплексном режиме. Так что похоже, что при подключении через WiFi что-то должно было дать. Были ли мы в шорт? Вам нравится терять половину чего-либо? Хуже того, мы не сможем выполнять определенные вещи с нашими компьютерами и периферийными устройствами, если они были подключены через WiFi?

Дуплекс против Симплекса

В сети термин «дуплекс» означает способность двух точек или устройств взаимодействовать друг с другом, в отличие от «симплекса», который относится к однонаправленной связи. В дуплексной системе связи обе точки (устройства) могут передавать и принимать информацию. Примеры дуплексных систем включают телефоны и рации.

С другой стороны, симплексные системы позволяют только одному устройству передавать информацию, в то время как другое получает. Общий инфракрасный пульт дистанционного управления является ярким примером симплексной системы, где ИК-пульт дистанционного управления передает сигналы, но никогда не получает их взамен.

Полный и полудуплекс

Полнодуплексная связь между двумя компонентами означает, что оба могут передавать и получать информацию между собой одновременно. Телефоны являются полнодуплексными системами, поэтому обе стороны могут разговаривать и слушать одновременно.

В полудуплексных системах передача и прием информации должны происходить попеременно. Пока одна точка передает, другая должна только получать. Радиосвязь портативной рации — это полудуплексная система, для которой характерно повторение в конце передачи, означающее, что сторона готова к получению информации.

Простая иллюстрация полудуплексной системы связи. Изображение предоставлено: Википедия

Как дуплекс влияет на WiFi роутеры

Маршрутизаторы WiFi — это устройства, которые модулируют и планируют поток информации в любое электронное устройство с поддержкой WiFi (например, ноутбук или смартфон) и обратно в Интернет, используя специальный стандарт или протокол IEEE 802.11, который работает в полудуплексном режиме. WiFi — это просто торговая марка для этого конкретного стандарта IEEE (понять общие стандарты WiFi

).

Устройства WiFi подключаются к маршрутизатору по беспроводной сети с использованием радиоволн на частоте 2,4 ГГц или 5 ГГц. Маршрутизатор планирует и обеспечивает правильную передачу информации между каждым подключенным устройством и Интернетом; без столкновений и потерь; вызовом процесса дуплексной передачи с временным разделением (TDD), чтобы вести себя как дуплексная передача.

TDD эмулирует полный дуплекс, устанавливая или разделяя периоды времени, которые чередуются между передачей и приемом. Пакеты данных передаются в обоих направлениях в соответствии с временным разделением. Благодаря точному сокращению этих периодов времени подключенные таким образом устройства, похоже, передают и принимают одновременно.

Почему современные маршрутизаторы не могут работать в полнодуплексном режиме?

Самая большая проблема для достижения полнодуплексного режима по радио — это собственные помехи. Эта помеха или шум являются более интенсивными, чем сам фактический сигнал. Проще говоря, помехи в полнодуплексной системе возникают, когда одна точка передает и принимает одновременно, и она также будет принимать свою собственную передачу, следовательно, создаются собственные помехи.

Диаграмма, иллюстрирующая самоинтерференцию. Кредит: сеть Kumu

Практическая полнодуплексная беспроводная связь возможна в исследовательских и научных кругах. Это в значительной степени достигается путем отмены самовмешательства на двух уровнях. Первый заключается в инверсии сигнала самого шумового сигнала, а затем процесс шумоподавления дополнительно усиливается в цифровом виде. Несколько студентов Стэнфордского университета создали рабочие прототипы полнодуплексного радио в 2010 и 2011 годах (см. Технический документ). Некоторые из этих студентов создали коммерческий стартап под названием KUMU Networks, который стремится революционизировать беспроводные сети.

Другие работы, такие как IBFD (In-Band Full-Duplex) Корнельского университета и STAR (Одновременная передача и прием) Photonic Systems Inc., также можно найти.

А как насчет проводной локальной сети?

Проводная часть локальной сети обменивается данными в полнодуплексном режиме с двумя парами витых проводов, образующих кабельное соединение Ethernet. Каждая пара предназначена для передачи и приема информационных пакетов одновременно, следовательно, нет конфликта данных и нет помех.

Вот все, что вам нужно знать о кабелях Ethernet

,

FTP-кабель3 от Баран Иво — собственная работа. Лицензия под общественным достоянием через Wikimedia Commons

Прогресс в подключении WiFi

В протоколе IEEE 802.11 были внесены изменения, чтобы обеспечить либо больший диапазон, либо лучшую пропускную способность данных, либо и то и другое. Со времени своего формирования в 1997–2013 годах стандарты WiFi были изменены с 802.11 до 802.11b / a, 802.11g, 802.11n и, наконец, 802.11ac (если вы покупаете беспроводной маршрутизатор переменного тока)

?). Независимо от того, насколько они продвинуты, они все еще принадлежат к семейству 802.11, которое всегда будет работать в полудуплексном режиме. Хотя улучшения были сделаны, особенно с включением MIMO (что такое MIMO

?) работа в полудуплексном режиме снижает общую спектральную эффективность в два раза.

Интересно, что маршрутизаторы с поддержкой MIMO (несколько входов и несколько выходов) обеспечивают гораздо более высокую скорость передачи данных. Эти маршрутизаторы используют несколько антенн для одновременной передачи и приема нескольких потоков данных, что может повысить общую скорость передачи. Это обычно встречается в 802.11n и более новых маршрутизаторах, которые рекламируют скорость от 600 мегабит в секунду и выше. Однако, поскольку они работают в полудуплексном режиме, 50 процентов (300 мегабит в секунду) полосы пропускания зарезервированы для передачи, а остальные 50 процентов используются для приема.

Полный дуплекс WiFi в будущем

Растет коммерческий интерес к полнодуплексной беспроводной связи. Основная причина в том, что достижения в полудуплексном FDD и TDD являются насыщающими. Улучшения программного обеспечения, улучшения модуляции и улучшения MIMO становятся все сложнее и сложнее. По мере беспроводного подключения большего количества устройств потребность в увеличении спектральной эффективности в конечном итоге будет иметь первостепенное значение. Полнодуплексное беспроводное соединение успешно продемонстрировало мгновенное удвоение этой спектральной эффективности.

В тех областях, где минимальное влияние на аппаратное обеспечение, реконфигурацию программного обеспечения, нормативные изменения и денежные вложения, это изменение от полудуплексного к полнодуплексному будет становиться все более заметным. Первоначально обусловленный необходимостью увеличения пропускной способности, мы можем найти полнодуплексный Wi-Fi в ближайшем будущем, первоначально рядом с последними полудуплексными компонентами.