Bezdrátový Internet a technologie Wi-Fi v České republice

Po minulém článku zaměřeném na mobilní datové technologie se tentokráte podíváme více zeširoka na bezdrátové datové technologie, zejména pak na technologii Wi-Fi, tolik oblíbenou v České republice.

Ta zde patří mezi dva nejčastěji využívané způsoby připojení k Internetu (viz. zpráva ČSÚ) a dokonce i v rámci EU si držíme primát v počtu Wi-Fi přípojek ale i jejich poskytovatelů, což je vysvětlováno po dlouhou dobu mnoha domácnostem finančně nedostupným DSL, které je jinak v EU nejčastějším řešením poslední míle (tedy vedení Internetu od jeho poskytovatele ke koncovým uživatelům). Technologie Wi-Fi ve svém původním záměru rozhodně nebyla určená pro nasazení jako technologie pro poslední míli, ale jako náhrada za rozsáhlou síťovou kabeláž zejména v rozlehlých budovách podniků, a pro tento účel je tedy svými vlastnostmi i nejvhodnější. Pro začátek tedy bude myslím vhodné se seznámit s tím, jaké jsou vlastně správné oblasti využití u jednotlivých bezdrátových technologií.

Rozdělení bezdrátových sítí

Dělení skupin bezdrátových datových technologií je nejobvyklejší v závislosti na míře vzdálenosti uživatele od přípojného bodu k Internetu, což je tedy hlavním kritériem u typologií těchto technologií, které se ve značné míře snaží normalizovat institut IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Nejčastěji uváděná typologie bezdrátových sítí dle vzdálenosti je následující:

Bezdrátové soukromé sítě (Wireless Personal Area Network)

Tato kategorie bezdrátového přenosu dat zahrnuje datové technologie pro sítě s velmi malým dosahem (přibližně 10 metrů). Umožňuje sice uživateli bezdrátové připojení k Internetu, ovšem takové spojení může být využito prakticky pouze v jedné místnosti, a sice v rámci sdíleného připojení k Internetu přes počítač využívající jiný typ připojení k Internetu. Technologie této kategorie tedy nejsou příliš vhodným adeptem pro zprostředkování Internetového připojení.

Tato skupina tedy slouží především k propojování zařízení (např. mobilního telefonu či PDA) mezi sebou, primárně v seskupení označovaném jako režim ad-hoc, což znamená, že jednotlivé koncové stanice komunikují přímo mezi sebou bez jakéhokoliv prostředníka. V této kategorii bezdrátových sítí jsou v současnosti využívány především technologie Bluetooth, IrDA a vzácněji pak průmyslově využívané Zigbee či Ultra Wide Band (tzv. UWB a na něm založené WirelessUSB – WUSB), institucí IEEE normalizované ve skupině pod číslem 802.15.

Bezdrátové místní sítě (Wireless Local Area Network)

Zástupcem této kategorie je standard Wi-Fi, normalizovaný Institucí IEEE ve skupině 802.11, který byl vyvinut za účelem nahrazení do té doby používaných „drátových“ sítí s cílem dosažení vyšší vnitřní mobility v podniku a současně odstranění leckdy obtížně instalovatelné síťové kabeláže. Zařízení v této kategorii jsou většinou využívána v seskupení označovaném jako režim infrastrukturní sítě, ovšem mohou fungovat samozřejmě i v režimu ad-hoc tak, jak fungují většinou bezdrátové sítě WPAN. Nutno však dodat, že tato technologie našla díky jejímu postupnému zdokonalování (s normami známými pod označením 802.11a, 802.11b, 802.11g či aktuální 802.11n) a zlevňování techniky daleko větší uplatnění, a tak začala být nasazována nejen ve vnitropodnikovém prostředí, ale vznikaly tzv. hot spoty (zóny s přístupovým bodem k Wi-Fi síti) i v hotelích, restauracích, na letištích a dokonce i místní komerční poskytovatelé Internetu (ISP – Internet Service Provider) se jali díky rozmístění četných Wi-Fi hot spotů většinou v městských zástavbách využívat Wi-Fi jako poslední míli, tedy poskytovat koncovým zákazníkům (domácnostem či malým podnikům) Internet přes síť Wi-Fi, i když to s sebou nese značná úskalí, neboť pro tento účel není tato technologie koncipována.

Bezdrátové metropolitní sítě (Wireless Metropolitan Area Network)

Tato kategorie je navržena pro bezdrátový přenos v rámci metropolitní oblasti. V současnosti je tato kategorie nejčastěji zastoupena prudce se rozrůstající technologií označenou jako WiMax, institucí IEEE normalizovanou ve skupině 802.16, která je díky možnosti přenosu dat bez nutnosti přímé viditelnosti (tzv. NLOS – Non Line Of Sight) i většímu dosahu daleko vhodnější pro ISP ve městech, než výše zmiňovaná technologie Wi-Fi a ideálně může být používána i institucemi jako jsou školy apod. WiMax ovšem může být provozována i pouze v módu LOS (přímé vizuální a radiové viditelnosti), výhodou je pak – pochopitelně za podmínky přímé viditelnosti – větší dosah než při NLOS. Režim LOS ovšem neznamená pouze přímou vizuální viditelnost, ale i radiovou, která oproti té vizuální nezahrnuje pouze pomyslnou přímku mezi přijímačem a vysílačem, ale veškerý prostor v tzv. Fresnelově zóně, tzn. v elipsovitém prostoru, tak jak je vidět na níže uvedeném obrázku:

Režimy viditelnosti při šíření bezdrátového signálu (zdroj: www.canopy.cz)

Bezdrátové rozsáhlé sítě (Wireless Wide Area Network)

Tato kategorie je odlišná od předchozích nejen vyšším dosahem bezdrátového přenosu dat, ale v současné době také tím, že využívá pouze technologií síťové infrastruktury mobilních operátorů, kterých je na českém trhu oproti ISP využívajících WMAN jen hrstka. Technologie této kategorie pochopitelně nabízejí dosažení nejvyšší mobility ze všech zde uváděných skupin.

V této kategorii bezdrátových sítí jsou v současnosti v České Republice využívány především mobilní síť GSM (s technologiemi GPRS a EDGE), ale i rozrůstající se síť UMTS (s technologiemi HSDPA a HSUPA) či síť CDMA2000 (s technologiemi CDMA2000 1xEV-DO a CDMA2000 1xRTT).

Následující obrázek ilustruje přibližný rozsah vzdáleností kategorií bezdrátových sítí:

V souvislosti s technologiemi mobilních sítí, ale i sítí technologií Wi-Fi či WiMax se obvykle setkáváme s klasifikací modelů šíření signálu do tzv. buněk:

• Pikobuňka – v rámci budov či institucí, obvykle v rozsahu desítek metrů.
• Mikrobuňka – využití technologie v dosahu stovek metrů až několika kilometrů.
• Makrobuňka – pokrytí celé osídlené oblasti, až 30km.

Znázorněné modely šíření signálu:

zdroj:http://dspace.upce.cz/

Technologie pro bezdrátové a mobilní sítě

V předchozím textu jsme se zaměřili na dosah bezdrátových sítí, nyní se podíváme na další neméně důležité vlastnosti těchto technologií. Následuje tedy srovnání technologií, které nám kromě dosahované vzdálenosti ukáže jejich konkrétní parametry jako jsou frekvence na které je signál dané technologie šířen, maximální teoreticky dosažitelná rychlost přenosu dat a také způsob přenosu dat.

Způsob přenosu dat nám říká, zda technologie umožňuje přenos dat symetrický či asymetrický. Symetrický přenos znamená, že datový tok proudící směrem od uživatele (označuje se jako downlink) je stejně rychlý jako datový tok proudící směrem k uživateli (ten se pro změnu označuje jako uplink). Asymetrický přenos pak logicky znamená, že datové toky v obou směrech nejsou stejné, obvykle downlink dosahuje vyšších rychlostí než uplink.

Vlastnosti technologií (užívaných v Evropě) pro bezdrátovou komunikaci:

*1 údaje k Bluetooth 2.0, v současné době v drtivé většině používaná verze 1.2 má přenosovou rychlost 721 kbps

*2 údaje k IrDA 1.1, v současné době v drtivé většině používaná verze 1.0 má přenosovou rychlost 115 kbps

Míra mobility technologií pro bezdrátovou komunikaci (zdroj: www.ew2007.org)

Technologie WI-FI

Tento typ připojení spadá dle typologie bezdrátových sítí do kategorie místních sítí WLAN – signál je dle standardu 802.11 šířen na frekvenci 2.4 GHz či 5 GHz která bývá obzvláště v prostředí měst z důvodu nižšího zarušení výhodnější.

Jak již bylo zmíněno výše, tento typ připojení byl primárně určen pro přenos dat v lokálním vnitřním prostředí (podniků, škol či restaurací, kde jsou instalovány vysílače a kdy se tak uživatel může během chvíle připojit se zařízením podporujícím Wi-Fi), tedy v rámci pikobuňky či mikrobuňky, používán bývá ovšem i ve vnějším prostředí v rámci makrobuňky, dokonce i jako poslední míle, ačkoliv pro to původně není určen. Wi-Fi funguje uvnitř budov i skrz zdi s použitými lehkými materiály, ve vnějším prostředí pak za podmínky přímé vizuální a radiové viditelnosti mezi vysílačem a klientskou anténou, tedy v režimu LOS (může se stát, že spojení funguje i při nepřímé viditelnosti, ovšem v tom případě je signál přenášen různými odrazy od hladkých objektů v prostředí a Jitter tak dosahuje pro seriozní práci nepřijatelných hodnot a spojení je tedy silně nespolehlivé).

Začínáme využívat Wi-Fi…

Abychom mohli využívat technologie Wi-Fi pro přístup k Internetu, potřebujeme proto samozřejmě patřičné zařízení pro zpracování signálu (ať už na frekvenci 2.4 GHz či 5 GHz či dokonce libovolné z nich což se nazývá jako zařízení dual-band). V současné době již většina nových notebooků toto zařízení obsahuje jako integrovaný adaptér pro Wi-Fi, zařízení je ale možné dokoupit k notebooku třeba jako PCMCIA či ExpressCard Wi-Fi kartu, ke stolnímu PC jako PCI Wi-Fi kartu, v externím provedení je pak možné pořídit USB Wi-Fi klient (tzv. klíčenka) využitelný pro oba typy počítačů. Další možností je potom pořídit zařízení tzv. Access point provozovaný v režimu klient, připojovaný pomocí ethernetového kabelu do síťové karty libovolného počítače.

Pokud se pomocí Wi-Fi chceme připojovat k vzdálenějšímu vysílači než třeba v rámci jedné budovy, zpravidla nevystačíme s integrovaným Wi-Fi adaptérem v notebooku. Potřebujeme proto některé z uvedených zařízení, které ovšem mají k dispozici konektor pro připojení externí antény (i když ani většina na trhu dostupných USB Wi-Fi klientů to neumožňuje), což výrazně zvýší jeho dosah. V takovém případě je ale nutné důsledně zvážit jakou anténu budeme potřebovat.

Pro datový přenos prostřednictvím Wi-Fi se využívá několik typů antén, jež mají různé vlastnosti příjmu signálu a tedy i různé uplatnění – jiné požadavky na příjem Wi-Fi signálu máme, pokud využíváme Internet od poskytovatele s vysílačem vzdáleným od nás několik ulic, jiné požadavky budeme mít při využívání Internetu v kavárně s vysílačem několik stolů od nás.

Mezi nejzákladnější parametry, které právě určují využití antén patří zejména:

1. Pracovní prostředí – které může být vnitřní (tedy antény do pokojů, učeben…) či vnější (antény za okno, na střechy…)
2. Pracovní frekvence – již zmíněných 2.4 či 5 GHz, existují ale i tzv. dual-band antény pro obě frekvenční pásma.
3. Zisk antény – ten udává schopnost zesílit přijatý signál (vyjadřuje se v jednotkách dBi).
4. Polarizace – značí rovinu šíření signálu, která může být lineární horizontální (signál se šíří v horizontálním směru), lineární vertikální (signál se šíří ve vertikálním směru) či kruhová (signál šířen v kruzích). Nejčastěji bývá u antén polarizace vertikální.
5. Směrovost – v podstatě říká v jakém úhlu je anténa schopna přijímat či vysílat signál, což se označuje jako vyzařovací úhel (udává se ve stupních). Podle tohoto posledního parametru se proto antény dělí následovně:

Všesměrové antény – vysílají a přijímají signál ze všech stran, mají tedy tzv. vyzařovací úhel 360 stupňů horizontálně, ovšem ve vertikálním směru je úhel mnohdy znatelně menší. Tento typ antén se zpravidla dodává standardně ke všem Access pointům a dalším Wi-Fi výrobkům.

Příklad všesměrové antény vnitřní a vnější

Sektorové antény – pokrývají jen určitý úhel, obvykle od 30 do 180 stupňů, což je při namíření na místo vysílače výhodné zejména pro účinný zisk signálu při eliminaci rušivých signálů z ostatních směrů.

Příklad sektorové antény

Směrové antény – pokrývají pouze úzký prostorový úhel, obvykle maximálně do 30 stupňů. Jsou ideální pro přímé nastavení ve směru vysílače a tím i minimalizaci rušivých signálů, což bývá ve městech častý problém.

Příklad směrové antény

Situace v České republice

Jak již bylo podotknuto v úvodu, v naší zemi je využívání a zájem o Wi-Fi obrovský, a to i z pohledu evropského či dokonce celosvětového měřítka. Zajímavá je v tomto kontextu např. i statistika Google Trends, která uvádí, že pro výrazy „wifi“ či „wi-fi“ jsme na celosvětové špičce ve vyhledávání informací stran této tématiky (viz. statistika). To vše jsou pro nás sice potěšující informace, ovšem přestože je v naší nevelké zemi opravdu velké množství ISP poskytujících Internet přes Wi-Fi a to často i na malých vesničkách, pokrývají jejich služby v drtivé většině v celorepublikovém měřítku pouze velmi malou část celého území, zpravidla obce menšího regionu či maximálně kraje. To bohužel tedy uživatelům neposkytuje mobilitu kdy by mohli například při placení služeb jednomu ISP využívat jím poskytovaný Internet u sebe doma, na chatě či v terénu ve městě. Právě pro takovouto možnost připojení k Internetu ve městech vznikly sítě Wi-Fi hot spotů v rámci celé republiky, které v současnosti provozují mobilní operátoři Telefónica O2, která se dle posledních informací z tisku svou síť snaží rozšiřovat politikou skupování regionálních ISP (mapka jeho Wi-Fi ), dalším hráčem na trhu je T-Mobile (pokrytí jeho Wi-Fi ) a nezahálí ani Vodafone, který vstoupil na trh odkoupením Wi-Fi hot spotů původního poskytovatele BroadNet. Kromě těchto firem se podobně angažuje i poskytovatel s názvem WideNet, ovšem počet jím pokrytých měst – jak se z informací na webu zdá – není zrovna nejvyšší. Celorepubliková síť Wi-Fi hot spotů je jistě praktická věc, ovšem jak již to bývá, výše cen za využití těchto služeb je myslím silně kontraproduktivní…

Nakonec ještě následuje statistika ze serveru Internetprovsechny.cz uvádějící dostupná data o penetraci Wi-Fi v rámci České republiky a především jednotlivých krajů.

Roaming Wi-Fi

Roaming mezi sítěmi mobilních operátorů je v dnešní době již věc celkem běžná, roaming mezi sítěmi poskytovatelů Wi-Fi je ale bohužel zvláště v našich končinách spíše nenaplněným snem než realitou, přestože v masmédiích již před několika lety prolétly zprávy o připravovaném Wi-Fi roamingu hot spotů vlastněných českými mobilními operátory. Světlou výjimku tvoří opravdu velmi dobře fungující Wi-Fi roaming nazvaný Eduroam (blíže viz. www.eduroam.cz ), který je ovšem určený pro využití výhradně v rámci vysokých škol a vzdělávacích institucí – například se tak může pod svým uživatelským jménem a heslem připojit student pražské vysoké školy v prostorách vysokých škol v Brně. Projekt funguje ovšem nejen v rámci České republiky, ale i v dalších státech Evropy a dokonce i dalších kontinentů. Přesnou mapu pokrytí je možné prohlédnout zde.

Ke konci minulého roku probleskla českým Internetem nadějná zpráva o připravovaném Wi-Fi roamingu sítí CZFree nazvaném CZFroam, bohužel se zdá že za více než půl roku situace z tohoto stádia nikterak nepokročila…

Štítky: wifi.

Diskuze k článku

Jiří Kysela, 27. 9. 2010 (22:54):

Tak to je vyborna zprava – nemate nejaky odkaz na web kde by byly aktualni informaci o vyvoji CZFroam?

krakonoš, 6. 7. 2010 (10:34):

Max. výkon je stanoven na konektoru antény, takže zvýšení dosahu použitím úzkopaprskové antény je naprosto legální. To za prvé. Za druhé: Jak může paprsek o velmi nepatrné ploše, pokud je parabolická anténa správně vyladěna, rušit široké okolí a jak může anténa, určená pro plošné pokrytí zarušit paprsek mezi parabolami? Měl byste si celou záležitost poněkud lépe nastudovat a neztrapňovat se publikováním nesmyslů. Že je pásmo 2,4 GHz zarušeno spoustou čuňat, snažících se jednou vysílací tyčí pokrýt celé sídliště, je bohužel, pravda, ale v žádném případě to neznamená, že všichni ládují do antén víc, než je povoleno. Pokud by byly všechny síťě vybudovány pomocí úzce směrových antén systémem point to point, problémy se zarušením zmizí

J, 19. 6. 2010 (22:36):

CZFroam uz castecne bezi v testu v jedne Wi-Fi siti v Praze na Jiznim Meste, zakladnim problemem je komplatibilita technologii, ale verim ze tento projekt snad nekdy v budoucnu pobezi.

karásek, 17. 5. 2010 (12:55):

na doplnění ze stránek ČTÚ:
Provozování zařízení v pásmu 2,4 GHz a 5 GHz

Pásmo 2400–2483,5 MHz je v současné době velmi intenzivně využívané pásmo. Na základě všeobecných oprávnění VO-R/12/08.2005-34 a VO-R/10/03.2007-4 toto pásmo sdílejí aplikace bezdrátových sítí včetně bezdrátového Internetu (RLAN, WLAN – standardy IEEE 802.11b, g, n), zařízení bluetooth a některé další aplikace (bezdrátové kamery, železniční aplikace, RFID, …). Státní kontrola elektronických komunikací řeší poměrně často problémy způsobené zejména nedodržením stanoveného výkonu a podle zákona č. 127/2005 Sb., o elektronických komunikacích a o změně některých souvisejících zákonů (zákon o elektronických komunikacích) je postihuje.

V oblasti 5 GHz je možný provoz podle VO-R/12/08.2005-34 a VO-R/10/03.2007-4 v pásmu 5,15–5,35 GHz (pouze uvnitř budov), v pásmu 5,470–5,725 GHz (standard IEEE 802.11a) a s malým výkonem (25 mW e.i.r.p.) též v pásmu 5,725–5,875 GHz.
Poznámky pro provoz zařízení RLAN (WLAN):

1. Výrobce / distributor zařízení je povinen v návodu k použití (který musí být v češtině přiložen ke každému zařízení) uvést podmínky, za nichž lze zařízení v ČR provozovat v souladu se všeobecným oprávněním VO-R/12/08.2005-34. Zejména musí výrobce / distributor uvést, jaký druh nebo typ antény může být u zařízení použit, aby zařízení splňovalo podmínky, za nichž byla posouzena shoda. Provozovatel rádiového zařízení je povinen na základě těchto informací výrobce dodržovat režim vysílání, který odpovídá výše uvedenému všeobecnému oprávnění. Obecně platí, že při použití směrové antény (pokud výrobce / distributor tento druh antény připouští) musí provozovatel snížit výkon zařízení tak, aby vyzářený výkon byl v souladu s všeobecným oprávněním.
2. Jak vyplývá ze všeobecného oprávnění, stanice jsou provozovány na sdílených kmitočtech. Provoz stanice nemá zajištěnu ochranu proti rušení způsobenému vysílacími rádiovými stanicemi jiné radiokomunikační služby provozovanými na základě individuálního oprávnění k využívání rádiových kmitočtů nebo jinými stanicemi pro širokopásmový přenos dat na principu rozprostřeného spektra nebo OFDM. Případné rušení řeší fyzické a právnické osoby vzájemnou dohodou. Nedohodnou-li se, postupuje se podle § 100 zákona o elektronických komunikacích, případně zastaví provoz ten uživatel, který uvedl do provozu stanici způsobující rušení později.

karásek, 17. 5. 2010 (12:38):

Ano, máte v zásadě pravdu. Nedostupnost připojení a ceny významně podpořily rozvoj sítí Wi-Fi. Stejně tak s uvedeným výkonem, kabelem a ziskem antény vychází výpočtem dosah cca 3,57 km. Ale jak uvádáte, jde o regulovaný výkon 3 mW. To asi dělá málokdo. Já jsem naopak zažil spoustu problémů v centru Prahy, kde se tloukly kanály z těchto antén. Norma vychází z použití standarních Wi-Fi AP a dosah je mj. stanoven z důvodů zajištění koexistence sítí vzhledem k možnosti vzájemného rušení. Kdyby každý použil anténu se ziskem 19 dBi, tak i při regulovaném vysílacím výkonu by se na takovém sídlišti všichni vzájemně rušili.

iTomB, 17. 5. 2010 (09:36):

Tak jak to tak ctu, vidim 2 veci co nejsou pravda. 1. takoveto rozsireni WiFi je primarne diky telekomu a jinym DSL spolecnostem, kde drive byl FUP a ceny vysoke. 2. Regulovany spoj s max propustnosti neni problem udelat i na vzdalenosti v radu km. Ja jsem sam provozoval spoj na 3.7km, ktery byl regulovan – 3mW na radiu a 19dBm antena s cca 3-4m coax kabelu. Prutok spojem kolem 5Mbit (norma 802.11b) a na ping s velikosti 40000B a 100x jsem mel 0 ztrat. Takze tech 150m vidim opravdu jako velky omyl.

karásek, 16. 5. 2010 (08:36):

k využití Wi-Wi v ČR bych poznamenal, že by nedošlo k takovému rozšíření, kdyby byla respektována platná technická opatření.Pro pásm 2,4 GHz platí Všeobecné oprávnění ČTÚ č.12, které stanovuje max. EIRP na 100 mW. To je výkon každého běžného adaptéru a norma je respektována při použití výrobcem dodané všesměrové antény. Pak je dosah cca 150 m (podle přenosové rychlosti). V ČR je ale běžnou praxí používat Wi-Fi na velkou vzdálenost, běžně se směrovými anténami až 24 dB. Pak je povolený vyzářený výkon v ose antény překročen asi 250 x! Při použití směrových antén z obou stran spoje je pak možné realizovat spojení na vzdálenost i desítek km, místo stovek metrů. Takové nelegální spojení pak ale může významně rušit přenos v sítích používajících povolený EIRP. To je u nás bohužel běžnou praxí. Kdo by chtěl dosah zvětšit v rámci zákona, musel by rozdělit vysílací a přijímací trasu a použít anténu s velkým ziskem pouze pro příjem. To ale určitě nikdo nedělá, vzhledem ke konstrukci zařízení. Sítí tohoto druhu je tolik, že ČTÚ tomu nechává volný průběh, dokud si někdo nestěžuje. Proto je u nás tolik poskytovatelů internetového připojení přes Wi-Fi.