Evolusi jaringan Wi-Fi: dari IEEE 802.11 hingga Wi-Fi 6E

Selama 24 tahun terakhir, IEEE 802.11, yang biasa disebut Wi-Fi, telah berevolusi dari 2 Mbps menjadi kecepatan multi-gigabit, peningkatan throughput sebesar 1.000 kali lipat. Standar ini terus berkembang dengan memperkenalkan protokol baru seperti 802.11n, 802.11ac, dan 802.11ax (Wi-Fi 6). 

Ada sejarah mendalam mengenai teknologi komunikasi nirkabel yang diterima secara luas yang telah membawanya ke titik seperti sekarang ini. Pada artikel ini, kami mengeksplorasi asal usul dan evolusi Wi-Fi sebagai teknologi komunikasi nirkabel paling umum saat ini

Evolusi Standar Wi-Fi 

Sejak Wi-Fi pertama kali dirilis ke konsumen pada tahun 1997, standarnya terus berkembang, menghasilkan kecepatan lebih tinggi dan efisiensi jaringan/spektrum bagi pengguna. Ketika kemampuan ditambahkan ke standar 802.11 asli, kemampuan tersebut menjadi dikenal dengan amandemennya (802.11b, 802.11g, dll.). 

Tabel 1 mencantumkan berbagai standar, tahun rilis, pita frekuensi, bandwidth, dan kecepatan data teoretis maksimum yang dicapai. Laju data tipikal lebih rendah daripada laju teoritis berdasarkan beberapa faktor, termasuk degradasi sinyal dengan jarak, laju modulasi, pengkodean koreksi kesalahan maju, bandwidth, pengali Multiple Input Multiple Output (MIMO), interval penjaga, dan laju kesalahan. Keluarga 802.11 terdiri dari serangkaian teknik modulasi over-the-air half-duplex yang menggunakan protokol dasar yang sama untuk komunikasi nirkabel.

Standar IEEE 802.11-1997

802.11-1997 adalah standar nirkabel pertama dalam keluarganya, yang dirilis pada tahun 1997. Standar ini mendefinisikan protokol dan interkoneksi peralatan komunikasi data yang kompatibel dalam jaringan area lokal (LAN) menggunakan protokol Carrier Sense Multiple Access dengan Collision Prevention (CSMA/ CA). CSMA/CA adalah metode akses jaringan di mana saluran tidak aktif diperiksa sebelum memulai transmisi data.

802.11-1997 mendukung tiga teknologi lapisan fisik, termasuk inframerah, yang beroperasi pada 1 Mbps, Frekuensi Hopping Spread Spectrum (FHSS) yang mendukung 1 Mbps, dan kecepatan data opsional 2 Mbps atau Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) yang mendukung 1 Mbps dan Kecepatan data 2 Mbps. Protokol ini tidak diterima secara luas karena masalah interoperabilitas, biaya, dan throughput yang tidak mencukupi.

Standar IEEE 802.11b

Produk 802.11b muncul di pasaran pada pertengahan tahun 1999. Mereka memiliki kecepatan data teoritis maksimum 11 Mbps dan menggunakan metode akses media CSMA/CA yang sama seperti yang ditentukan dalam standar asli. Peningkatan dramatis dalam throughput 802.11b, bersamaan dengan penurunan harga yang signifikan, menyebabkan 802.11b diterima secara luas sebagai teknologi jaringan area lokal nirkabel. 

802.11b menggunakan pita frekuensi tidak berlisensi ISM dari 2,4 GHz hingga 2,5 GHz. Protokol ini merupakan perpanjangan langsung dari DSSS dan menggunakan Complementary Code Keying (CCK) sebagai teknik modulasinya. 802.11b digunakan dalam konfigurasi point-to-multipoint dimana titik akses berkomunikasi dengan klien seluler dalam jangkauan titik akses. 

Kisaran ini bergantung pada lingkungan frekuensi radio, daya keluaran, dan sensitivitas penerima. 802.11b memiliki bandwidth saluran 22 MHz dan beroperasi pada 11 Mbps tetapi dapat ditingkatkan menjadi 5,5 Mbps, kemudian menjadi 2 Mbps, dan 1 Mbps (pemilihan kecepatan adaptif) untuk mengurangi kecepatan siaran ulang yang diakibatkan oleh kesalahan . Standar 802.11b berbagi bandwidth frekuensi yang sama dengan standar nirkabel lainnya. Oleh karena itu, di dalam rumah, perangkat nirkabel seperti oven microwave, perangkat Bluetooth®, dan telepon nirkabel menyebabkan gangguan pada Wi-Fi, yang mengakibatkan kecepatan transfer data menurun.

Standar IEEE 802.11a

802.11a menggunakan protokol inti yang sama dengan standar aslinya, namun beroperasi pada frekuensi 5 GHz. Ini menggunakan Orthogonal Frekuensi Division Multiplexing (OFDM) 52-subcarrier dan memiliki kecepatan data teoritis maksimum 54 Mbps. Dalam skenario penggunaan praktis, standar Wi-Fi mencapai throughput pertengahan 20-Mbps. 

Kecepatan data lain yang didukungnya termasuk 6 Mbps, 9 Mbps, 12 Mbps, 18 Mbps, 24 Mbps, 36 Mbps, dan 48 Mbps. Meskipun kedua protokol tersebut dirilis pada tahun yang sama, 802.11a tidak dapat dioperasikan dengan 802.11b karena keduanya beroperasi pada pita frekuensi ISM berbeda yang tidak berlisensi. Pita 5 GHz memberi 802.11a keunggulan dalam hal kecepatan transfer data karena pita 2,4 GHz semakin padat karena penggunaan spektrum oleh perangkat lain. 

Namun beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi juga mengurangi jangkauan pengoperasian perangkat yang menggunakan 802.11a. Solusinya adalah menggunakan antena yang lebih kuat, yang berpotensi meningkatkan jangkauannya sedikit; namun, penggunaannya sebagian besar terbatas pada router yang digunakan di organisasi besar karena kebutuhan antena yang kuat dan harga yang mahal.

Dari 52 subcarrier OFDM, 48 untuk data, dan 4 subcarrier pilot dengan pemisahan pembawa 312,5 kHz. Masing-masing subcarrier ini dapat berupa Binary Phase Shift Keying (BPSK), Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), 16 Quadrature amplitude modulation (QAM), atau 64QAM. Bandwidth saluran adalah 20 MHz dengan bandwidth yang terisi 16,6 MHz. Durasi simbol adalah 4µdetik yang mencakup interval penjaga 0,8 µdetik. Keuntungan OFDM termasuk pengurangan efek multipath dalam penerimaan dan peningkatan efisiensi spektral. Tabel 2 mencantumkan berbagai modulasi yang didukung oleh 802.11a dan kecepatan data teoretisnya masing-masing.

Pada akhirnya, produk 802.11a tidak diterima secara luas karena biayanya yang tinggi, jangkauan yang rendah, dan ketidakcocokan dengan 802.11b. 

Standar IEEE 802.11g

802.11g tersedia pada musim panas 2003. Ini menggunakan teknologi OFDM yang sama yang diperkenalkan dengan 802.11a. 802.11g menggabungkan yang terbaik dari 802.11b dan 802.11a untuk membuat pengguna tertarik berinvestasi pada perangkat yang mendukung protokol komunikasi nirkabel. 

Standar Wi-Fi mendukung kecepatan transfer data maksimum 54 Mbps seperti 802.11b sambil bekerja pada frekuensi 5 GHz untuk menawarkan jangkauan yang lebih tinggi seperti 802.11a. Protokol 802.11g kompatibel dengan 802.11b (yaitu perangkat 802.11b dapat terhubung ke titik akses 802.11g, dibatasi oleh kemampuan perangkat yang mendukung protokol lama). 802.11g mampu menangani titik akses dual-band atau mode ganda menggunakan 802.11a dan 802.11b/g.

Standar IEEE 802.11n

Jika 802.11g adalah standar Wi-Fi pertama yang cukup baik untuk penggunaan komersial, maka 802.11n adalah saat dimana segalanya mulai menjadi lebih baik. Dengan 802.11n, Wi-Fi menjadi lebih cepat dan lebih dapat diandalkan. Hal ini dicapai dengan menambahkan saluran Multiple-Input dan Multiple-Output (MIMO) dan 40 MHz ke lapisan fisik (PHY) dan agregasi bingkai ke lapisan Kontrol Akses Media (MAC). 

MIMO adalah metode untuk melipatgandakan kapasitas link radio menggunakan beberapa antena pengirim dan penerima untuk memanfaatkan propagasi multipath. Antena-antena ini perlu dipisahkan secara spasial sehingga sinyal dari setiap antena pemancar ke setiap antena penerima mempunyai tanda spasial yang berbeda sehingga penerima dapat memisahkan aliran-aliran ini menjadi saluran-saluran independen paralel. 

Saluran beroperasi dengan bandwidth 40 MHz, menggandakan lebar saluran, dan menyediakan kecepatan data Fisik (PHY) dua kali lipat melalui saluran tunggal 20 MHz yang digunakan pada Wi-Fi generasi sebelumnya. Draf 802.11n mengizinkan hingga 4 aliran spasial dengan throughput teoretis maksimum 600 Mbps. 

Saluran 20 MHz memiliki 56 subcarrier OFDM, 52 untuk data dan 4 untuk nada pilot dengan pemisahan pembawa 312,5 kHz. Masing-masing subcarrier ini dapat didasarkan pada BPSK, QPSK, 16QAM, atau 64QAM. Total durasi simbol adalah 3,6 µDetik atau 4 µDetik, yang mencakup interval penjaga masing-masing 0,4 µDetik atau 0,8 µDetik. Tabel 3 mencantumkan skema modulasi dan pengkodean yang berbeda untuk satu aliran (untuk beberapa aliran, kecepatan data adalah kelipatan dari jumlah aliran). 

802.11n mendukung agregasi frame di mana beberapa MAC Service Data Units (MSDUs) atau MAC Protocol Data Units (MPDUs) dikemas bersama untuk mengurangi overhead dan membuat rata-ratanya pada beberapa frame, sehingga meningkatkan kecepatan data tingkat pengguna. Selain itu, 802.11n kompatibel dengan 802.11g, 11b, dan 11a. 

Standar IEEE 802.11ac

802.11ac meningkatkan standar Wi-Fi dengan memberikan kecepatan gigabit per detik dan ini dicapai dengan memperluas konsep 802.11n yang mencakup bandwidth yang lebih luas (hingga 160 MHz), lebih banyak aliran spasial MIMO (hingga 8), downlink multi-pengguna MIMO (hingga 4 klien) dan modulasi kepadatan tinggi (hingga 256 QAM). 802.11ac mendukung 256 QAM pada kecepatan pengkodean 3/4, 5/6 (MCS8/9) yang memerlukan persyaratan EVM tingkat sistem (-34 dB) 6 dB yang lebih ketat.

802.11ac bekerja secara eksklusif pada pita 5 GHz, sehingga titik akses dual-band dan klien terus menggunakan 802.11n pada 2,4 GHz. Gelombang pertama perangkat yang kompatibel dengan 802.11ac dirilis pada tahun 2013, hanya mendukung saluran 80 MHz dan hingga 3 aliran spasial yang mengalirkan hingga 1300 Mbps pada lapisan fisik. Produk gelombang kedua, atau produk 802.11ac gelombang 2, dirilis pada tahun 2015, mendukung lebih banyak ikatan saluran, lebih banyak aliran spasial, dan Multi-User, Multiple-Input, Multiple-Output (MU-MIMO), sebuah kemajuan signifikan dari 802.11 ac. 

Sementara MIMO mengarahkan beberapa aliran ke satu pengguna, MU-MIMO dapat mengarahkan aliran spasial ke beberapa klien secara bersamaan, sehingga meningkatkan efisiensi jaringan. 802.11ac juga menggunakan teknologi yang disebut beamforming. Dengan beamforming, antena mentransmisikan sinyal radio sedemikian rupa sehingga diarahkan ke perangkat tertentu, bukan menyebarkan sinyal ke segala arah. 

Jika dilakukan dengan benar, hal ini akan menyebabkan interferensi konstruktif yang mengakibatkan penguatan sinyal di wilayah tertentu di mana klien Wi-Fi berada. Router 802.11ac kompatibel dengan 802.11b, 11g, 11a, dan 11n yang berarti semua klien lama hanya berfungsi baik dengan router 802.11ac.

Standar IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6)

802.11ax, juga dikenal sebagai Wi-Fi 6, adalah Wi-Fi generasi keenam yang dibangun berdasarkan kekuatan 802.11ac, yang memberikan kapasitas dan keandalan nirkabel lebih besar. 802.11ax mencapai manfaat ini dengan menggunakan skema modulasi yang lebih padat (1024 QAM & OFDMA), pengurangan jarak subcarrier (78,125 kHz), dan alokasi sumber daya berbasis jadwal. 

Berbeda dengan pendahulunya, 802.11ac, 802.11ax merupakan teknologi dual-band yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz dan 5 GHz. Ia menawarkan peningkatan dalam hal kecepatan bahkan untuk pita frekuensi yang lebih rendah. 802.11ax dirancang untuk kompatibilitas maksimum, hidup berdampingan secara efisien dengan klien 802.11a/g/n/ac. 802.11ax menggunakan OFDMA, yang memungkinkan unit sumber daya (RU) membagi bandwidth sesuai dengan kebutuhan klien dan memberikan pengalaman pengguna yang sama kepada banyak individu dengan kecepatan lebih tinggi. 

Dengan 802.11ac, saluran Wi-Fi dipecah menjadi kumpulan sub-saluran OFDM yang lebih kecil. Pada titik tertentu di pembawa di setiap Unit Data Protokol PLCP (PPDU). Namun, dengan OFDMA (802.11ax), kelompok subcarrier individual dialokasikan secara individual ke klien sebagai unit sumber daya berdasarkan per-PPDU. Gambar 2 menunjukkan perbandingan antara alokasi sumber daya dalam skema OFDM dan OFDMA.

Standar 802.11 sebelumnya menggunakan metode CSMA/CA dimana klien nirkabel pertama kali merasakan saluran dan berusaha menghindari tabrakan dengan melakukan transmisi hanya ketika mereka merasakan saluran tidak aktif. Meskipun penilaian yang jelas dan penghindaran tabrakan ini berhasil dengan baik, efisiensinya menurun ketika jumlah klien bertambah sangat besar. 

Protokol 802.11ax memecahkan masalah ini melalui OFDMA dan alokasi sumber daya berbasis jadwal. Titik akses 802.11ax menentukan kapan perangkat akan beroperasi, sehingga menangani klien dengan lebih efisien. Penjadwalan sumber daya juga secara signifikan mengurangi konsumsi daya selama waktu tidur, sehingga meningkatkan masa pakai baterai klien. Tabel 4 mencantumkan perbedaan antara protokol 802.11ac dan 802.11ax. 

Standar Wi-Fi baru juga mendukung transmisi beberapa aliran ke satu klien atau beberapa klien secara bersamaan. Selain meningkatkan kecepatan data puncak, upaya telah dilakukan untuk meningkatkan efisiensi spektral yang mencirikan seberapa baik sistem menggunakan spektrum yang tersedia. 

Teknik multi-pengguna, seperti MU-MIMO dan OFDMA, telah ditingkatkan untuk meningkatkan efisiensi jaringan dan kapasitas jaringan. Meskipun standar sebelumnya mendukung MU-MIMO untuk koneksi downlink, Wi-Fi 6 mendukung koneksi 8×8 untuk uplink dan downlink.

Standar IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6E)

Pada bulan April 2020, Komisi Komunikasi Federal, badan yang mengatur komunikasi radio di Amerika Serikat, membuka pita 6 GHz untuk penggunaan tanpa izin. ^[1] Langkah ini menyebabkan dimasukkannya frekuensi baru yang ditambahkan ke WiFi 6.

Standar yang dihasilkan membawa semua fitur protokol yang dirilis sebelumnya, dan karena perluasan frekuensi operasi, dinamakan WiFi 6E. 

Efek langsung dari peningkatan lebar saluran komunikasi adalah berkurangnya interferensi jika dibandingkan dengan WiFi 6. WiFi 6E kompatibel dengan semua WiFi generasi sebelumnya. Karena semakin banyak negara yang secara bertahap membuka standar 6 GHz untuk penggunaan tanpa izin, WiFi 6E akan terus memasuki pasar baru.

Nah, kurang lebih itulah Evolusi jaringan Wi-Fi: dari IEEE 802.11 hingga Wi-Fi 6E. Yuk kenalan lebih jauh dengan program studi S1 Teknik Telekomunikasi dan kunjungi laman website official Telkom University Kampus Jakarta ya!

Ditulis oleh Dzul Rahman