بیم فورمینگ چیست ؟ و چگونه Wi-Fi سریع‌تری را در اختیار شما قرار می‌دهد؟

پاسخ کوتاه:

بیم فورمینگ (Beamforming) روشی در ارتباطات بی‌سیم است که با استفاده از آنتن‌های چندگانه، امواج رادیویی را به صورت جهت‌دار به سمت دریافت‌کننده متمرکز می‌کند تا کیفیت، برد و سرعت انتقال داده‌ها بهبود یابد.

 

همه ما می‌خواهیم تا در هر گوشه از خانه و محل کار خود به شبکه Wi-Fi دسترسی داشته باشیم و اینترنت را با کیفیت مناسبی دریافت کنیم. فناوری بیم فورمینگ (شکل‌دهی پرتو) می‌تواند بهترین شرایط را برای ارائه امواج قوی‌تر به یک محل مشخص تنظیم کند تا علاوه بر مدیریت بهتر توان، سرعت بیشتر، بتوان کیفیت بالاتری را در اتصال به شبکه های وای فای به دست آورد.

همانطور که می‌دانید، قدرت سیگنال Wi-Fi متناسب با فاصله‌ای که از روتر دارید کاهش می‌یابد. بدین ترتیب احتمالاً نقاطی در منزل یا محل کار وجود دارند که امکان اتصال مناسب به شبکه Wi-Fi در آنها وجود ندارد. فناوری بیم فورمینگ (Beamforming) راهکاری برای افزایش قدرت و کیفیت Wi-Fi و رفع این مشکل را در اختیار کاربران قرار می‌دهد. برای آشنایی با تکنولوژی Beam Forming و ویژگی‌های کاربردی آن در این مقاله با شهر سخت‌افزار همراه باشید. 

بیم  ‌فورمینگ چیست و چرا به این فناوری نیاز داریم؟

پیش از بررسی فناوری بیم فورمینگ و مزایای آن، باید با چگونگی انتقال اطلاعات‌ توسط روترهای Wi-Fi موجود در بازار آشنا شویم.

روتر Wi-Fi، از امواج رادیویی برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند. روتر از چند آنتن مجزا برای ایجاد و انتقال امواج رادیویی به دستگاه‌‎های کاربر استفاده می‌کند. این آنتن‌ها می‌توانند در درون روتر پنهان شوند یا در جهت‌های مختلف از روتر به‌طور کاملاً آشکار بر روی آن نصب شوند.

غالباً آنتن‌های روتر، امواج را در تمامی جهت‌ها به‌طور یکسان منتشر می‌کنند و امواج رادیویی را در الگویی مشابه با برخورد سنگ به سطح آب پخش می‌کنند. امواج ایجاد شده توسط روتر، شما را قادر می‌سازد تا از طریق اتصال Wi-Fi به شبکه اینترنت متصل شوید. با این وجود، هرچه از روتر فاصله بیشتری داشته باشید امواج ضعیف‌تری را دریافت خواهید کرد.

در همین رابطه بخوانید:

- نگاهی جامع به تکنولوژی وای فای (شبکه Wi-Fi)
- وای فای دایرکت چیست؟ فعالسازی و نحوه کار با WiFi Direct

کاهش قدرت امواج رادیویی موجب می‌شود تا سرعت اینترنت (شبکه) در بخشی از نقاط محیط منزل یا محل کار کاهش یابد. این دقیقاً جایی است که به فناوری Beamforming نیاز پیدا می‌کنیم تا بتوان با مدیریت صحیح انتشار امواج، مشکل مذکور را مرتفع کرد.

روترهای وای فای که از فناوری بیم فورمینگ پشتیبانی نمی‌کنند، امواج را به‌طور یکسان در تمامی جهت‌ها می‌فرستند. تکنولوژی Beam Forming به‌جای ارسال امواج در تمامی جهت‌ها، آن‌ها را بر روی دستگاه‌های شما متمرکز می‌سازد. از آنجایی که در این روش امواج در تمامی جهت‌ها به‌طور یکسان توزیع نمی‌شوند، قدرت امواج در محل استفاده بهبود یافته و سرعت دریافت و انتقال داده‌ها افزایش می‌یابد.

فناوری بیم فورمینگ چگونه کار می‌کند؟

همانطور که در بخش قبلی مقاله عنوان گردید، روتر از آنتن‌های خود برای ایجاد امواج رادیویی استفاده می‌کند. غالباً، آنتن‌های روتر می‌توانند انرژی را به‌طور یکنواخت منتشر کنند. بنابراین، روترها برای ایجاد پرتوهای جهت‌دار از مفهوم تداخل امواج استفاده می‌کنند.

به زبان ساده، تداخل به تغییر در دامنه امواج در زمان برخورد دو یا چند موج با یکدیگر اشاره دارد. تغییر در دامنه امواج می‌تواند با توجه به اختلاف فاز امواج مثبت یا منفی شود. یعنی در زمان برخورد امواج، دو ناحیه با قدرت سیگنال بالا و دیگری با قدرت سیگنال پایین ایجاد می‌گردد.

در حقیقت، تغییر در قدرت امواج امکان استفاده از فناوری Beamforming را فراهم می‌کند. زمانی که روتر قصد ارسال امواج رادیویی به مقصد را دارد، امواج را با اختلاف زمانی یا به‌عبارتی با اختلاف فاز در هر آنتن ارسال می‌کند. تفاوت در زمان و فاز موجب می‌گردد تا امواج بر روی مقصد متمرکز شده و قدرت امواج افزایش یابد.

در این مرحله شاید بپرسید که روتر چگونه از مکان هر دستگاه هدف یا سایر دستگاه‌های متصل به خود اطلاع دارد؟ برای پاسخ به این پرسش ابتدا انواع تکنولوژی Beam Forming را بررسی می‌کنیم.

انواع بیم فورمینگ

در بخش قبلی با چگونگی ایجاد و انتقال امواج رادیویی توسط روتر Wi-Fi آشنا شدیم. هم‌اکنون زمان بررسی این موضوع فرا رسیده که روتر چگونه مکان تجهیزات متصل به خود را برای تنظیم امواج مشخص می‌کند. دو روش برای این هدف ارائه شده است که در ادامه با آن‌ها آشنا خواهید شد.

Explicit Beamforming

در این روش از فناوری Beamforming ، روتر با دستگاه متصل به خود ارتباط برقرار می‌کند تا مکان آن را در فضا تشخیص دهد. بنابراین، برای استفاده از روش Explicit Beamforming، روتر و دستگاه متصل به آن (هر دو) باید از این ویژگی پشتیبانی کنند. در صورتی که روتر یا دستگاه متصل به آن از این ویژگی پشتیبانی نکنند، امکان ارسال داده‌های بیم فورمینگ وجود نخواهد داشت و این ویژگی غیرفعال خواهد شد.

در این روش، بسته‌های حاوی داده‌های بیم فورمینگ به دستگاه متصل به روتر ارسال می‌شوند. دستگاه متصل به روتر از این داده‌ها برای ایجاد ماتریس هدایت (Steering Matrix) استفاده می‌کند. سپس داده‌ها به روتر ارسال می‌شوند تا امواج رادیویی با استفاده از مفهوم تداخل امواج ایجاد گردد.

Implicit Beamforming

برخلاف روش Explicit Beamforming، که در آن هم روتر و هم دستگاه متصل به آن باید از این ویژگی پشتیبانی کنند، حتی در صورتی که تجهیزات متصل به روتر از ویژگی Implicit Beamforming پشتیبانی نکنند نیز امکان استفاده از این فناوری وجود دارد. در این روش، روتر بسته‌های بیم فورمینگ را به دستگاه متصل به خود ارسال می‌کند اما بر خلاف روش قبل، ماتریس هدایت ایجاد نخواهد شد. بلکه، روتر تلاش می‌کند تا الگوی سیگنالی که به دستگاه می‌رسد را با استفاده از فناوری Acknowledgment Frames (فریم‌های شناسایی) مشخص کند.

در همین رابطه بخوانید:

- Wi-Fi یا کابل شبکه؛ کدام یک سریع‌تر است؟
- رفع مشکل عدم اتصال به شبکه وای فای

هر زمانی که دستگاه متصل به شبکه Wi-Fi، بسته‌های داده را دریافت می‌کند، با ارسال بسته‌های Acknowledgment Packets، به روتر اعلام می‌کند که داده‌ها را دریافت کرده است. همچنین دستگاه کاربر درصورت عدم دریافت داده‌ها از روتر می‌خواهد که اطلاعات را مجدداً ارسال کند. روتر بر اساس درخواست‌های ارسال شده می‌تواند مکان دستگاه را حدس بزند، سپس با تغییر امواج رادیویی تلاش می‌کند تا کیفیت اتصال Wi-Fi را بهبود ببخشد.

از آنجایی که در روش Explicit Beamforming، مکان دقیق دستگاه متصل به روتر محاسبه می‌شود، این روش کارایی بالاتری در مقایسه با Implicit Beamforming دارد. در مقابل، از آنجایی که برای پیاده‌سازی روش Implicit Beamforming به پشتیبانی از این فناوری نیازی نیست، امکان استفاده از آن به‌طور گسترده‌تری وجود دارد.

آشنایی با MIMO و MU-MIMO

همانطور که می‌دانید، تکنولوژی Beam Forming قدرت امواج رادیویی که به دستگاه متصل به روتر می‌رسند را بهبود می‌بخشد و به افزایش کیفیت اتصال Wi-Fi نیز کمک می‌کند. به علاوه، امکان استفاده از ویژگی MIMO نیز توسط فناوری بیم فورمینگ فراهم می‌گردد که روتر را قادر می‌سازد تا جریان داده‌ها (Streams Of Data) را به‌طور همزمان به دستگاه شما ارسال کند.

از آنجایی که در این روش، بسته‌های داده بر روی امواج جهت دار (Omnidirectional Waves) ارسال می‌شوند، استفاده از این فناوری بر روی روترهای معمولی امکان‌پذیر نیست. بر عکس، در روترهایی که از فناوری بیم فورمینگ پشتیبانی می‌کنند، امکان ارسال جریان داده‌ها‌ با استفاده از امواج رادیویی وجود دارد.

فناوری انتقال همزمان جریان داده‌ها، امکان ارسال حجم بیشتری از داده‌ها را با قابلیت اطمینان و بهره‌وری بالاتر به گیرنده فراهم می‌کند. همچنین، با استفاده از این فناوری نرخ انتقال اطلاعات نیز افزایش می‌یابد.

ویژگی MU-MIMO چیست؟

فناوری Beamforming و MIMO، قدرت و کارایی شبکه Wi-Fi را به‌طور قابل توجهی بهبود می‌بخشند. اما با وجود دستاوردهای عنوان شده، شبکه Wi-Fi نمی‌تواند داده‌ها را به‌طور همزمان به چند دستگاه ارسال کند. MU-MIMO، امکان انتقال داده‌ها به چند دستگاه و به‌طور همزمان را فراهم می‌کند. بعلاوه، زمان دریافت بسته‌های داده به هر دستگاه کاهش یافته و توان عملیاتی شبکه نیز بهبود می‌یابد.

مزایای فناوری MU-MIMO تنها زمانی قابل مشاهده است که داده‌ها از روتر به دستگاه متصل به آن ارسال گردد. هرچند، در پروتکل Wi-Fi 6 تلاش شده تا از این فناوری در هر دو جهت استفاده شود.

شبکه Wi-Fi از چه استانداردهایی پشتیبانی می‌کند؟

طیف وسیعی از اصطلاحات فنی در رابط با Wi-Fi وجود دارد. با وجود پروتکل‌های متعدد و پیشرفت فناوری در این حوزه، درک قابلیت‌های شبکه Wi-Fi برای کاربران عادی دشوار است. در این بخش، به‌طور مختصر فناوری‌های مورد پشتیبانی توسط پروتکل‌های مختلف شبکه Wi-Fi را بررسی می‌کنیم:

• پروتکل‌های 802.11a/b/g: این دسته از پروتکل‌ها از فناوری بیم فورمینگ پشتیبانی نمی‌کنند. بنابراین، چنانچه روتری در اختیار دارید که تنها از این پروتکل‌ها استفاده می‌کند و با مشکلات افت سیگنال در شبکه خود دست و پنجه نرم می‌کنید، شاید بهتر باشد تا به خرید روتری فکر کنید که از پروتکل‌های جدیدتری پشتیبانی می‌کند.
• پروتکل 802.21n: فناوری بیم فورمینگ و MIMO، برای نخستین مرتبه در پروتکل 802.21n معرفی شده است. این پروتکل امکان پیاده‌سازی هر دو روش بیم ‌فرومینگ یعنی Explicit Beamforming و Implicit Beamforming را فراهم می‌کند. اغلب سازندگان روترهایی که از استاندارد بیم فورمینگ پشتیبانی می‌کنند، ترجیح می‌دهند تا از روش Implicit Beamforming استفاده کنند و به‌ همین دلیل اغلب روترهایی که از این پروتکل پشتیبانی می‌کنند، روش Implicit Beamforming را پیاده‌سازی می‌کنند. باید توجه داشته باشید که بیم فورمینگ و MIMO ویژگی‌های اختیاری پروتکل 802.21n محسوب می‌شوند و به‌دلیل پیچیدگی محاسباتی پیاده‌سازی این ویژگی‌ها، اغلب سازندگان، این ویژگی‌ها را بر روی روترهای خود پیاده‌سازی نکرده‌اند.

• 802.11ac Wave 1: در این پروتکل، تنها یک روش برای پیاده‌سازی Explicit Beamforming تعریف می‌گردد و به‌ همین دلیل سازندگان روترها مجبور به پیاده‌سازی آن از طریق روش‌های مختلف نیستند. به‌همین دلیل، پروتکل 802.11ac Wave 1، به گسترش استفاده از فناوری بیم فورمینگ و MIMO کمک می‌کند.

• 802.11ac Wave 2: فناوری MU-MIMO برای نخستین مرتبه در پروتکل802.11ac Wave 2 معرفی شده است.
• : پروتکل 802.11ax که با عنوان Wi-Fi 6 نیز شاخته می‌شود، فناوری MU-MIMO را بهبود می‌بخشد به‌طوری که از این فناوری در زمان ارسال داده‌ها از روتر به دستگاه متصل به آن و بلعکس پشتیبانی می‌شود.

در همین رابطه بخوانید:

- چگونه هنگام استفاده از اینترنت وای فای های عمومی ایمن بمانیم؟
- آموزش تصویری شبکه کردن کامپیوتر

جمع‌بندی

فناوری Beamforming  قدرت امواج دریافتی را تقویت کرده و امکان استفاده از فناوری‌هایی همانند MIMO و MU-MIMO را فراهم می‌کند. ویژگی‌های عنوان شده، سرعت انتقال داده‌ها توسط روتر را بهبود می‌بخشند و در نتیجه، کاربران اتصال Wi-Fi سریع‌تری را تجربه خواهند کرد. باید بدانید که تکنولوژی Beam Forming یک عنصر جادویی برای دسترسی به شبکه Wi-Fi از فواصل بسیار طولانی محسوب نمی‌شود و تاثیر فعال‌سازی این فناوری در فواصل نه‌چندان دور همانند برطرف ساختن نقاط کور منزل یا محل کار قابل مشاهده است.