ไวไฟ

ประวัติ

สำหรับรายละเอียดของมาตรฐาน IEEE 802.11 ดู IEEE 802.11
วายฟาย หรือ เทคโนโลยีเครือข่ายแบบไร้สาย มาตรฐาน IEEE 802.11 ถือกำเนิดขึ้นในปี ค.ศ. 1997 จัดตั้งโดยองค์การไอทริปเปิ้ลอี (สถาบันวิศวกรรมทางด้านไฟฟ้าและอิเล็กโทรนิคส์) มีความเร็ว 1 Mbps ในยุคเริ่มแรกนั้นให้ประสิทธิภาพการทำงานที่ค่อนข้างต่ำ ทั้งไม่มีการรับรองคุณภาพของการให้บริการที่เรียกว่า QoS (Quality of Service) และมาตรฐานความปลอดภัยต่ำ จากนั้นทาง IEEE จึงจัดตั้งคณะทำงานขึ้นมาปรับปรุงหลายกลุ่มด้วยกัน โดยที่กลุ่มที่มีผลงานเป็นที่น่าพอใจและได้รับการยอมรับอย่างเป็นทางการว่า ได้มาตรฐานได้แก่กลุ่ม 802.11a, 802.11b และ 802.11g
เทคโนโลยี 802.11 มีต้นกำเนิดในปี ค.ศ. 1985 กำหนดขึ้นโดยคณะกรรมการการสื่อสารแห่งชาติสหรัฐอเมริกา (U.S. Federal Communications Commission) หรือ FCC ที่ประกาศช่วงความถี่สำหรับกิจการด้านอุตสาหกรรม วิทยาศาสตร์และการแพทย์ (ISM) สำหรับการใช้งานที่ไม่ต้องมีใบอนุญาต
ในปี ค.ศ. 1991 บริษัท เอ็นซีอาร์/เอทีแอนด์ที (ตอนนี้เป็น Alcatel-Lucent และ LSI คอร์ปอเรชั่น) ได้สร้างชุดตั้งต้นของ 802.11 ในเมือง Nieuwegein, เนเธอร์แลนด์ ตอนแรกนักประดิษฐ์ตั้งใจจะใช้เทคโนโลยีนี้สำหรับระบบเก็บเงิน ผลิตภัณฑ์ไร้สายตัวแรกที่นำออกสู่ตลาดอยู่ภายใต้ชื่อ WaveLAN ที่มีอัตราข้อมูลดิบของ 1 Mbit/s และ 2 Mbit/s
วิก เฮส์ผู้เป็นประธานของ IEEE 802.11 เป็นเวลา 10 ปีและเรียกว่า "บิดาแห่ง Wi-Fi" ได้มีส่วนร่วมในการออกแบบ 802.11b และ 802.11a มาตรฐานเริ่มต้นภายใน IEEE.
นักวิทยุ-ดาราศาสตร์ชาวออสเตรเลียชื่อ จอห์น โอ ซัลลิแวนได้พัฒนาสิทธิบัตรที่สำคัญที่ใช้ใน Wi-Fi ที่เป็นผลพลอยได้ในโครงการวิจัย CSIRO "การทดลองที่ล้มเหลวในการตรวจสอบหาการระเบิดหลุมดำขนาดเล็กที่มีขนาดเท่าหนึ่งอนุภาคอะตอม" ในปี ค.ศ. 1992 และ ปี ค.ศ. 1996 องค์กรของออสเตรเลียชื่อ CSIRO (the Australian Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) ได้รับสิทธิบัตรสำหรับวิธีการที่ในภายหลังใช้ใน Wi-Fi ในการ "กำจัดรอยเปื้อน"ของสัญญาณ.
ในปี ค.ศ. 1999 Wi-Fi Alliance จัดตั้งขึ้นเป็นสมาคมการค้าเจ้าของเครื่องหมายการค้า Wi-Fi ซึ่งผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่ที่ใช้ Wi-Fi จะมีเครื่องหมายนี้
ในเดือนเมษายน ค.ศ. 2009 14 บริษัทเทคโนโลยีตกลงที่จะจ่าย 250 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ให้กับ CSIRO สำหรับการละเมิดสิทธิบัตรของ CSIRO สิ่งนี้ทำให้ Wi-Fi กลายเป็นสิ่งประดิษฐ์ ของออสเตรเลีย แม้ว่าจะเป็นเรื่องของการโต้เถียงกันอยู่ ในปี ค.ศ. 2012 CSIRO ยังชนะคดีและจะได้รับเงินชดเชยเพิ่มเติม 220 ล้าน$ สำหรับการละเมิดสิทธิบัตร Wi-Fi กับบริษัทระดับโลกในประเทศสหรัฐอเมริกา ซึ่งจะต้องจ่ายค่าลิขสิทธิ์แก่ CSIRO ที่คาดว่าจะมีมูลค่าเพิ่มอีก $ 1 พันล้านดอลลาร์

ลักษณะการเชื่อมต่อของอุปกรณ์

วายฟาย ได้กำหนดลักษณะการเชื่อมต่อของอุปกรณ์ภายในเครือข่ายแลน ไว้ 2 ลักษณะคือโหมด Infrastructure และโหมด Ad-Hoc หรือ Peer-to-Peer

โหมด Infrastructure

โดยทั่วไปแล้วอุปกรณ์ในเครือข่ายวายฟาย จะเชื่อมต่อกันในลักษณะของโหมด Infrastructure ซึ่งเป็นโหมดที่อนุญาตให้อุปกรณ์ภายใน LAN สามารถเชื่อมต่อกับเครือข่ายอื่นได้ ในโหมด Infrastructure นี้จะประกอบไปด้วยอุปกรณ์ 2 ประเภทได้แก่ สถานีผู้ใช้ (Client Station) ซึ่งก็คืออุปกรณ์คอมพิวเตอร์ (Desktop, แล็ปท็อป, หรือ PDA ต่าง ๆ ) ที่มีอุปกรณ์ Client Adapter เพื่อใช้รับส่งข้อมูลผ่านวายฟายห้บริการ แก่สถานีผู้ใช้นั้นอยู่เท่านั้น ส่วนสถานีแม่ข่ายจะทำหน้าที่ส่งต่อ (forward) ข้อมูลที่ได้รับจากสถานีผู้ใช้ไปยังจุดหมายปลายทางหรือส่งต่อข้อมูลที่ได้ รับจากเครือข่ายอื่นมายังสถานีผู้ใช้

โหมด Ad-Hoc หรือ Peer-to-Peer

เครือข่ายวายฟาย.ในโหมด Ad-Hoc หรือ Peer-to-Peer เป็นเครือข่ายที่ปิดคือไม่มีสถานีแม่ข่ายและไม่มีการเชื่อมต่อกับเครือข่ายอื่น บริเวณของเครือข่ายวายฟายในโหมด Ad-Hoc จะเรียกว่า Independent Basic Service Set (IBSS) ซึ่งสถานีผู้ใช้หนึ่งสามารถติดต่อสื่อสารข้อมูลกับสถานีผู้ใช้อื่น ๆ ในเขต IBSS เดียวกันได้โดยตรงโดยไม่ต้องผ่านสถานีแม่ข่าย แต่สถานีผู้ใช้จะไม่สามารถรับส่งข้อมูลกับเครือข่ายอื่น ๆ ได้

กลไกรักษาความปลอดภัย

วายฟายได้กำหนดให้มีทางเลือกสำหรับสร้างความปลอดภัยให้กับเครือข่ายแลนแบบไร้สาย ด้วยกลไกซึ่งมีชื่อเรียกว่า WEP (Wired Equivalent Privacy) ซึ่งออกแบบมาเพื่อเพิ่มความปลอดภัยกับเครือข่าย LAN แบบไร้สายให้ใกล้เคียงกับความปลอดภัยของเครือข่ายแบบที่ใช้สายนำสัญญาณ (IEEE 802.3 Ethernet) บทบาทของ WEP แบ่งเป็น 2 ส่วนหลัก ๆ คือ การเข้ารหัสข้อมูล (Encryption) และ การตรวจสอบผู้ใช้ (Authentication)

ข้อดี

Wi-Fi ช่วยให้การใช้งานของเครือข่ายท้องถิ่น (LANs) มีราคาถูกลง นอกจากนี้ยังมีบริเวณที่ไม่สามารถวางสายเคเบิลได้ เช่น พื้นที่กลางแจ้งและอาคารประวัติศาสตร์ เราจะสามารถให้บริการ LAN แบบไร้สายได้
ผู้ผลิตสามารถสร้างอะแดปเตอร์เครือข่ายไร้สายในแล็ปท็อปได้ ส่วนใหญ่ราคาของชิปเซ็ต สำหรับ Wi-Fi ยังคงลดลงเรื่อย ๆ ทำให้มีตัวเลือกที่เป็นเครือข่ายประหยัดรวมอยู่ในอุปกรณ์ ต่าง ๆ ได้มากขึ้น
หลาย ๆ แบรนด์ในการแข่งขันที่แตกต่างกันของ AP กับตัวเชื่อมต่อเครื่องลูกข่ายสามารถประสานทำงานกันได้ดีในระดับพื้นฐานของการให้บริการ ผลิตภัณฑ์ทั้งหลายที่ "รองรับ Wi-Fi" ที่ออกโดย Wi-Fi Alliance สามารถเข้ากันได้แบบย้อนหลัง ซึ่งแตกต่างจากโทรศัพท์มือถือ ที่อุปกรณ์ที่มีมาตรฐาน Wi-Fi ใด ๆ สามารถที่จะทำงานร่วมกันได้ที่ใด ๆ ก็ได้ในโลกนี้
การเข้ารหัสของวายฟายแบบ Wi-Fi Protected Access (WPA2) ถือได้ว่ามีความปลอดภัยโดยการใช้รหัสผ่านที่แข็งแกร่ง โพรโทคอลใหม่สำหรับคุณภาพของการให้บริการที่เรียกว่า Wireless Multimedia (WMM) ทำให้ Wi-Fi มีความเหมาะสมมากขึ้นสำหรับการใช้งานที่มี ความละเอียดอ่อนต่อเวลาแฝง(เช่นเสียงและวิดีโอ) กลไกการประหยัดพลังงานของ WMM จะช่วยยืดอายุแบตเตอรี่

ข้อจำกัด

การกำหนดคลื่นความถี่และข้อจำกัดในการดำเนินงานไม่สม่ำเสมอทั่วโลก เช่นที่ออสเตรเลียและยุโรป ได้อนุญาตให้มีอีกสองแชนแนลเพิ่มเติมนอกเหนือจากที่ได้รับอนุญาตในสหรัฐอเมริกาสำหรับแถบความถึ่ 2.4 GHz (แชนแนล 1 ถึง 13 เทียบกับ 1 ถึง 11 ) ในขณะที่ประเทศญี่ปุ่นมีมากขึ้นอีกหนึ่ง(1 ถึง 14)
สัญญาณ Wi-Fi กินพื้นที่ห้าแชนแนลในแถบความถี่ 2.4 GHz ตามภาพประกอบ ตัวเลขของแชนแนลใด ๆ สองแชแนลที่แตกต่างกันห้าตัวเลขหรือมากกว่า เช่นแชนแนล 2 และ 7 จะใช้คลิ่นความถี่ที่ไม่ทับซ้อนกัน เพราะฉะนั้น ความเชื่อเดิม ๆ ที่ว่า แชนแนลที่ 1, 6 , และ 11 เท่านั้นที่เป็นแชนแนลที่ไม่ทับซ้อนกันจึงไม่ถูกต้อง แชนแนลที่ 1 , 6, และ 11 เป็นกลุ่มของสามแชนแนลที่ไม่ทับซ้อนกันในทวีปอเมริกาเหนือและสหราชอาณาจักร ในยุโรปและญี่ปุ่นจะแนะนำให้ใช้ ช่อง 1, 5 , 9, และ 13 สำหรับ 802.11g และ 802.11n 
ค่าการส่งพลังงานที่เรียกว่า Equivalent isotropically radiated power ( EIRP ) ในสหภาพยุโรปจะจำกัดที่ 20 dBm ( 100 mW )
ปัจจุบัน 802.11n ปรกติที่ 'เร็วที่สุด' จะใช้สเปกตรัมวิทยุ/แบนด์วิดธ์เป็นสองเท่า (40 MHz) เมื่อเทียบกับ 802.11a หรือ 802.11g (20 MHz) ซึ่งหมายความว่า จะมี เพียงหนึ่งเครือข่าย 802.11n เท่านั้นในแถบความถี่ 2.4 GHz ณ สถานที่ที่กำหนด โดยไม่มีการรบกวนไปยัง/จากการจราจร WLAN อื่น ๆ นอกจากนี้ 802.11n ยังสามารถตั้งค่าการใช้แบนด์วิดธ์ที่ 20 MHz เพียงเพื่อที่จะป้องกันการรบกวนในชุมชนหนาแน่น

พิสัย

เครือข่าย Wi-Fi มีพิสัยจำกัด AP ไร้สายโดยทั่วไปที่ใช้ 802.11b หรือ 802.11g กับเสาอากาศอาจมีพิสัยทำการที่ 35 เมตร (120 ฟุต) ในบ้านและ 100 เมตร (300 ฟุต)กลางแจ้ง แต่ IEEE 802.11n สามารถทำงานในพิสัยที่มากกว่าสองเท่า พิสัยนี้ยังขึ้นอยู่กับช่วงความถี่ Wi-Fi ในบล็อกความถี่ 2.4 GHz มีพิสัยทำการที่ดีกว่า Wi-Fi ในบล็อกความถี่ 5 GHz ซึ่งใช้โดย 802.11a และ 802.11n ในเราเตอร์ไร้สายที่มีเสาอากาศถอดออกได้ เป็นไปได้ที่จะเพิ่มพิสัยโดยการติดตั้งเสาอากาศที่มีการเพิ่มเกนสูงขึ้นในทิศทางที่เฉพาะเจาะจง พิสัยกลางแจ้งสามารถเพิ่มไปได้หลายกิโลเมตรโดยการใช้เสาอากาศแบบทิศทางเกนสูงที่ เราเตอร์และอุปกรณ์ระยะไกล โดยทั่วไปจำนวนพลังงานสูงสุดที่อุปกรณ์ Wi-Fi สามารถส่ง ออกได้จะจำกัดโดยกฎระเบียบของท้องถิ่นเช่น FCC ส่วนที่ 15 ในสหรัฐอเมริกา
เพื่อเข้าถึงความต้องการสำหรับการใช้งานเครือข่ายไร้สาย Wi-Fi จึงมีการใช้พลังงานค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับมาตรฐานอื่น ๆ เทคโนโลยีเช่นบลูทูธ (ออกแบบมาเพื่อรองรับการใช้งาน PAN แบบไร้สาย) ให้พิสัยการกระจายคลื่นที่สั้นมาก ระหว่าง 1 ถึง 100 เมตร และโดยทั่วไปก็มีการใช้พลังงานที่ต่ำกว่า เทคโนโลยีพลังงานต่ำอื่น ๆ เช่น ZigBee มีพิสัยค่อนข้างไกล แต่อัตรารับส่งข้อมูลต่ำกว่ามาก การใช้พลังงานที่สูงของ Wi-Fi ทำให้แบตเตอรี่ใน โทรศัพท์มือถือน่าเป็นห่วง
นักวิจัยได้พัฒนาหลายเทคโนโลยีที่ "ไม่มีสายใหม่" เพื่อเป็นทางเลือกแทน Wi-Fi สำหรับการใช้งานที่หลากหลายในที่ซึ่งพิสัยในร่มของ Wi-Fi มีไม่เพียงพอและการติดตั้งสายใหม่ (เช่น CAT- 6) เป็นไปไม่ได้หรือค่าใช้จ่ายสูงเกินไป ตัวอย่างเช่นมาตรฐาน ITU -T G.hn สำหรับแลนความเร็วสูงที่ใช้สายไฟบ้านที่มีอยู่แล้ว (สาย coaxial, สายโทรศัพท์และสายไฟฟ้า) แม้ว่า G.hn ไม่ได้ให้บางส่วนของข้อดีของ Wi-Fi (เช่นการเคลื่อนที่หรือการใช้งานกลางแจ้ง), ออกแบบมาสำหรับการใช้งาน (เช่นการกระจาย IPTV ) ที่หลากหลาย ในร่มมีความสำคัญมากกว่าการเคลื่อนที่
เนื่องจากธรรมชาติที่ซับซ้อนของการกระจายคลื่นวิทยุที่ความถี่ทั่วไปของ Wi-Fi โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลกระทบของการสะท้อนสัญญาณเมื่อกระทบต้นไม้และสิ่งปลูกสร้างต่าง ๆ อัลกอริทึมได้แต่เพียงคาดการณ์ความแรงของสัญญาณ Wi-Fi สำหรับพื้นที่ใด ๆ ที่สัมพันธ์กับตัวส่งสัญญาณเท่านั้น. ผลกระทบนี้ไม่ได้ใช้อย่างเท่าเทียมกันใน Wi-Fi พิสัยไกล เนื่องจากการเชื่อมโยงสัญญาณระยะไกลปกติจะดำเนินการจากเสาสูงที่ส่งสัญญาณเหนือสิ่งกีดขวางเหล่านั้น
พิสัยของ Wi-Fi ในทางปฏิบัติขึ้นอยู่กับขอบเขตการใช้อุปกรณ์เคลื่อนที่เพื่อการใช้งาน เช่นเครื่องตรวจสอบสินค้าคงคลังในคลังสินค้า หรือในพื้นที่ค้าปลีก อุปกรณ์อ่านบาร์โค้ดที่เคาน์เตอร์เช็คเอาท์ หรือสถานีรับ/ส่งสินค้า การใช้ Wi-Fi พิสัยกว้างกับอุปกรณ์เคลื่อนที่เร็ว จะทำได้จำกัด เช่น การใช้งานในขณะที่รถยนต์เคลื่อนย้ายจากฮอทสปอตหนึ่งไปยังอีกฮอทสปอดหนึ่ง เทคโนโลยีไร้สายอื่น ๆ น่าจะมีความเหมาะสมมากกว่าสำหรับการสื่อสารกับยานพาหนะเคลื่อนที่เร็ว

ความเสี่ยงด้านความปลอดภัยของข้อมูล

มาตรฐานการเข้ารหัสแบบไร้สายที่พบมากที่สุดคือ Wired Equivalent Privacy (WEP) พบว่าเปราะบางง่ายแม้ว่าจะคอนฟิคอย่างถูกต้องก็ตาม การเข้ารหัส Wi-Fi Protected Access ( WPA และ WPA2 ) ซึ่งมีอยู่ในอุปกรณ์ในปี 2003 มีวัตถุประสงค์เพื่อแก้ปัญหานี้ Wi-Fi AP โดยปกติจะเริ่มต้นเป็นโหมดไม่เข้ารหัส (เปิด) มือใหม่จะได้ประโยชน์จากอุปกรณ์ที่กำหนดค่าเป็นศูนย์ที่ทำงานตอนแกะกล่อง แต่การเริ่มต้นนี้ไม่ได้ช่วยการรักษาความปลอดภัยไร้สายใด ๆ แต่เปิดให้เชื่อมต่อไร้สายเข้ากับ LAN ในการเปิดการรักษาความปลอดภัย ผู้ใช้ต้องคอนฟิคอุปกรณ์ที่มักจะผ่านทางส่วนติดต่อผู้ใช้แบบกราฟิกซอฟต์แวร์ (GUI) บนเครือข่าย Wi-Fi ที่ไม่ได้เข้ารหัส อุปกรณ์ที่กำลังเชื่อมต่อ สามารถตรวจสอบและ บันทึกข้อมูล (รวมถึงข้อมูลส่วนบุคคล)ได้ เครือข่ายดังกล่าวสามารถจะได้รับการป้องกันความปลอดภัย โดยการใช้วิธีการอื่น เช่น VPN หรือ Hypertext Transfer Protocol ( HTTPS) over Transport Layer Security ที่ปลอดภัยเท่านั้น

การรบกวน

การเชื่อมต่อ Wi-Fi สามารถจะหยุดชะงักหรืออินเทอร์เน็ตมีความเร็วลดลงอันเนื่องมาจากอุปกรณ์อื่น ๆ ในพื้นที่เดียวกัน หลาย ๆ AP ที่ใช้มาตรฐาน 802.11b และ 802.11g ที่ 2.4 GHz มีค่า default ในการเริ่มต้นที่เป็นแชนแนลเดียวกัน นำไปสู่ความแออัดในบางแชนแนล Wi-Fi ขยะหรือจำนวน AP ที่มากเกินไปในพื้นที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแชนแนลข้างเคียง สามารถกีดขวางการเข้าถึงและแทรกแซงการใช้ AP ของอุปกรณ์อื่น ๆ สาเหตุจากการซ้อนทับกันของแชนแนล ในแถบความถี่ของ 802.11g/b รวมทั้งมีการลดลงของอัตราส่วนสัญญาณต่อคลื่นรบกวน SNR ระหว่าง AP ด้วยกัน สิ่งนี้จะกลายเป็นปัญหาในพื้นที่ที่มีความหนาแน่นสูง เช่น อพาร์ตเมนต์คอมเพล็กซ์ หรืออาคารสำนักงานขนาดใหญ่ที่มีหลาย Wi-Fi AP
นอกจากนี้ อุปกรณ์อื่น ๆ ที่ใช้แถบความถี่ 2.4 GHz เช่นเตาอบไมโครเวฟ อุปกรณ์ ISM กล้องรักษาความปลอดภัย อุปกรณ์ ZigBee อุปกรณ์ บลูทูธ , ผู้ส่ง วิดีโอ โทรศัพท์ไร้สาย เครื่องมอนิเตอร์ทารก และ (ในบางประเทศ) วิทยุสมัครเล่น ทั้งหมดที่สามารถก่อให้เกิดการรบกวนเพิ่มเติมอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ยังเป็นปัญหาเมื่อหลาย ๆ เทศบาลหรือหลาย ๆ องค์กรขนาดใหญ่อื่น ๆ (เช่น มหาวิทยาลัย) พยายามที่จะให้ครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่และเกิดการทับซ้อนกัน