Сейчас многие покупают точки доступа 802.11n, но хороших скоростей достичь удается не всем. В этом посте поговорим о не очень очевидных мелких нюансах, которые могут ощутимо улучшить (или ухудшить) работу Wi-Fi. Всё описанное ниже применимо как к домашним Wi-Fi-роутерам со стандартными и продвинутыми (DD-WRT & Co.) прошивками, так и к корпоративным железкам и сетям. Поэтому, в качестве примера возьмем «домашнюю» тему, как более родную и близкую к телу. Ибо даже самые администые из админов и инженеристые из инженеров живут в многоквартирных домах (или поселках с достаточной плотностью соседей), и всем хочется быстрого и надежного Wi-Fi.
[Внимание!]:
после замечаний касательно публикации статья выложена в полном виде . Эта статья оставлена для примера того, как публиковать не надо. Извините за беспорядок:)
1. Как жить хорошо самому и не мешать соседям.
Казалось бы – чего уж там? Выкрутил точку на полную мощность, получил максимально возможное покрытие – и радуйся. А теперь давайте подумаем: не только сигнал точки доступа должен достичь клиента, но и сигнал клиента должен достичь точки. Мощность передатчика ТД обычно до 100 мВт (20 dBm). А теперь загляните в datasheet к своему ноутбуку/телефону/планшету и найдите там мощность его Wi-Fi передатчика. Нашли? Вам очень повезло! Часто её вообще не указывают (можно поискать по FCC ID). Тем не менее, можно уверенно заявлять, что мощность типичных мобильных клиентов находится в диапазоне 30-50 мВт. Таким образом, если ТД вещает на 100мВт, а клиент – только на 50мВт, в зоне покрытия найдутся места, где клиент будет слышать точку хорошо, а ТД клиента - плохо (или вообще слышать не будет) – асимметрия. Сигнал есть – а связи нет. Или downlink быстрый, а uplink медленный. Это актуально, если вы используете Wi-Fi для онлайн-игр или скайпа, для обычного интернет-доступа это не так и важно (только, если вы не на краю покрытия). И будем жаловаться на убогого провайдера, глючную точку, кривые драйвера, но не на неграмотное планирование сети.Вывод: может оказаться, что для получения более стабильной связи мощность точки придется снизить . Что, согласитесь, не совсем очевидно:)
Обоснование (для тех, кому интересны подробности):
Наша задача обеспечить как можно более симметричный канал связи между клиентом (STA) и точкой (AP), дабы уравнять скорости uplink и downlink. Для этого будем опираться на SNR (соотношение сигнал-шум).
SNR(STA) = Rx(AP) - RxSens(STA); SNR (AP) - Rx(STA) - RxSens(AP)
где Rx(AP/STA) - мощность принятого сигнала с точки/клиента, RxSens(AP/STA) - чувствительность приема точки/клиента. Для упрощения примем, что порог фонового шума ниже порога чувствительности приемника AP/STA. Подобное упрощение вполне приемлемо, т.к. если уровень фонового шума для AP и STA одинаков - он никак не влияет на симметрию канала.
Далее,
Rx(AP) = Tx(AP)
[мощность передатчика точки на порту антенны] + TxGain(AP)
[усиление передачи антенны точки с учетом всех потерь, усилений и направленности] - PathLoss
[потери сигнала на пути от точки до клиента] + RxGain(STA)
[усиление приема антенны клиента с учетом всех потерь, усилений и направленности].
Аналогично, Rx(STA) = Tx(STA) + TxGain(STA) - PathLoss + RxGain(AP)
.
При этом стоит заметить следующее:
- PathLoss одинаков в обеих направлениях
- TxGain и RxGain антенн в случае обычных антенн одинаков (верно и для AP и для STA). Здесь не рассматриваются случаи с MIMO, MRC, TxBF и прочими ухищрениями. Так что можно принять: TxGain(AP) === RxGain(AP) = Gain(AP) , аналогично для STA.
- Rx/Tx Gain антенны клиента мало когда известен. Клиентские устройства, обычно, комплектуются несменными антеннами, что позволяет указывать мощность передатчика и чувствительность приемника сразу с учетом антенны. Отметим это в наших выкладках ниже.
SNR(AP) = Tx*(STA) [с учетом антенны] - PathLoss + Gain(AP) - RxSens(AP)
SNR(STA)=Tx(AP) + Gain(AP) - PathLoss -RxSens*(STA) [с учетом антенны]
Разница между SNR на обоих концах и будет асимметрией канала, применяем арифметику: D = SNR(STA)-SNR(AP) = Tx*(STA) - Tx(AP) - (RxSens*(STA) - (RxSens(AP)) .
Таким образом, асимметрия канала не зависит от типа антенны на точке и на клиенте (опять же, зависит, если вы используете MIMO, MRC и проч, но тут рассчитать что-либо будет довольно сложно), а зависит от разности мощностей и чувствительностей приемников. При D<0 точка будет слышать клиента лучше, чем клиент точку. В зависимости от расстояния это будет значить либо, что поток данных от клиента к точке будет медленнее, чем от точки к клиенту, либо клиент до точки достучаться не сможет вовсе.
Для взятых нами мощностей точки (100mW=20dBm) и клиента (30-50mW ~= 15-17dBm) разность мощностей составит 3-5dB. До тех пор, пока приемник точки чувствительнее приемника клиента на эти самые 3-5dB - проблем возникать не будет. К сожалению, это не всегда так. Проведем рассчеты для ноутбука HP 8440p и точки D-Link точки DIR-615 для 802.11g@54Mbps:
- 8440p : Tx*(STA) = 17dBm, RxSens*(STA) = -76dBm@54Mbps
- DIR-615 : Tx(AP) = 20dBm, RxSens(AP) = -65dBm@54Mbps.
- D = (17 - 20) - (-76 +65) = 3 - 11 = -7dB.
Также далеко не самым известным фактом, добавляющим к асимметрии, является то, что у большинства клиентских устройств мощность передатчика снижена на «крайних» каналах (1 и 11/13 для 2.4 ГГц). Вот пример для iPhone из документации FCC (мощность на порту антенны).
Как видите, на крайних каналах мощность передатчика в ~2.3 раза ниже, чем на средних. Причина в том, что Wi-Fi – связь широкополосная, удержать сигнал чётко в пределах рамки канала не удастся. Вот и приходится снижать мощность в «пограничных» случаях, чтобы не задевать соседние с ISM диапазоны. Вывод: если ваш планшет плохо работает в туалете – попробуйте переехать на канал 6.
Раз уж речь зашла о каналах - в следующий раз поговорим о них поподробнее.
UPD : мне уже высказали, что заметка слишком короткая. Я уже все понял. Но если я добавлю остаток текста сюда - многие его уже не увидят. Следующим постом выложу все целиком (первую часть уберу под кат). Дополнительные комментарии приветствуются, если они расширяют тему «грамотного» постинга на Хабре. Для эмоций есть вот этот хаб . Спасибо за понимание.
Многие идут в магазин и покупают самые дешёвые устройства, но сразу же сталкиваются с множеством неприятностей, про которые они даже не задумывались, например, роутер режет скорость, постоянно зависает, сильно греется, связь постоянно рвётся, или вообще, провайдер отказывается подключать это устройство. Мы попробуем Вам помочь у правильном выборе роутера для дома, подскажем на какие характеристики нужно обратить своё внимание.
Скорость подключения
Первое, на что обращает внимание покупатель, хотя это очень обманчивый параметр. Теоретическая максимальная скорость даже самых недорогих бюджетных -роутеров составляет 150 Мбит/с (мегабит в секунду), в то же время далеко не все провайдеры могут предоставить реальных хотя бы 50 Мбит/с, поэтому становится понятно, что заманчивые фразы типа «до 300 Мбит/с» или даже «до 1300 Мбит/с» в практических условиях означают то, что при работе в Интернете разницы в скорости между дорогими и дешевыми Wi-Fi-роутерами не будет почти никакой.
Радиус действия
Казалось бы, все просто, ведь обычно указывают расстояние вне и внутри помещений, все ясно и понятно. Но эти значения очень относительны, особенно внутри помещений, так как парочка хороших железобетонных стен сведет на нет сигнал даже самого мощного роутера, поэтому по-настоящему важными являются три следующих характеристики.
Мощность передатчика
Здесь название говорит само за себя и это действительно очень важно. Многие бюджетные роутеры имеют мощность передатчика около 17 дБм или даже меньше, чего обычно достаточно для того, чтобы более-менее уверенно «пробить» лишь 2 стены. Максимальная мощность, разрешенная законодательством большинства стран для диапазона 2.4 ГГц, равняется 20 дБм — они и рекомендуются к покупке. Стоит иметь в виду, что некоторые Wi-Fi-роутеры имеют техническую возможность работать на гораздо более высокой мощности (обычно до 27 дБм), поэтому они в соответствии с местным законодательством искусственно снижают свою мощность.
Чувствительность приемника
К сожалению, большинство производителей не указывают этот параметр в характеристиках своих устройств, а покупатели редко обращают внимание даже на мощность передатчика, не говоря уже о чувствительности приемника. Не углубляясь в подробности, можно сказать, что самой важной является чувствительность на минимальной скорости, так как в местах с очень низким уровнем сигнала позволяет поддерживать связь между роутером и устройством без разрыва. Большинство массовых моделей Wi-Fi-роутеров имеют значение чувствительности -90 дБм на скорости 1 Мбит/с при 8% PER, но предпочтительными являются более низкие значения (-92, -94, -98)
Коэффициент усиления антенны
Коэффициент усиления антенны вводит многих пользователей в заблуждение, так как в действительности сами антенны — это пассивные устройства и ничего сами не усиливают, они могут только более узко направлять и принимать сигнал. Например, чем выше коэффициент усиления всенаправленной антенны, тем больше энергии передатчика уходит в стороны, перпендикулярные оси антенны, и тем меньше энергии передатчика уходит вверх и вниз. Таким образом, более мощная антенна не является универсальным решением, так как дает возможность значительно дальше «пробить» сигнал в стороны, но при этом «забирая» его сверху и снизу.
Количество и тип антенн
При использовании нескольких антенн их энергия не суммируется, как считают многие покупатели, поэтому три антенны не смогут «пробить» в три раза большее количество стен, они только сделают связь стабильнее, а покрытие более равномерным. Обычно разница в качестве покрытия роутерами на одной антенне и двух антеннах значительная, а вот разница между двух- и трехантенными устройствами часто почти отсутствует, хотя очень многое зависит от используемого чипа. Стоит заметить, что не рекомендуется покупать дешевые многоантенные роутеры неизвестного производителя, так как срок стабильной работы их неизвестен, а очень часто даже одноантенный роутер на хорошем чипе по той же цене работает значительно лучше.
Встроенные антенны имеют слабый коэффициент усиления, поэтому распространяют сигнал почти равномерно во все стороны и могут быть полезны исключительно в небольших помещениях или для доступа к сети с соседних этажей. Для стабильного сигнала в одноэтажном доме или квартире рекомендуется покупать Wi-Fi-роутеры на 2-3 антенны с коэффициентом усиления не меньше 5 дБи. Чтобы покрыть как можно большее пространство одноэтажного дома или квартиры, необходимо устанавливать антенны вертикально или под небольшим углом одна относительно другой.
Стабильность работы и прошивка
Программисты — обычные люди и могут ошибаться, а все их ошибки способны выявить только пользователи уже в процессе работы. Поэтому на каждый роутер постоянно выпускаются обновления программного обеспечения (firmware, прошивки), которые обычно исправляют недочеты и иногда расширяют функциональность. Чтобы не попасть на нестабильно работающую «сырую» прошивку, рекомендуется не покупать самые новые, очень редкие или эксклюзивные модели роутеров. Вероятность того, что в массовой модели, которая выпускается уже несколько лет, есть фатальные ошибки, стремится к нулю.
Дизайн
Последнее, на что необходимо обращать внимание при выборе Wi-Fi-роутера для дома, так как очень часто красивые внешне модели имеют всенаправленные антенны встроенного типа, которые в принципе не могут быть очень хорошими.
Оптимальное расположение Wi-Fi-роутера
Правильное расположение роутера имеет главнейшее значение, иногда даже важнее, чем мощность передатчика и коэффициент усиления антенны вместе взятые. Неправильный выбор места установки может свести на нет все достоинства даже самого лучшего роутера и быть причиной негодования по поводу того, почему такое дорогое устройство так отвратительно работает.
Распространение сигнала
Главное, что необходимо знать — сигнал Wi-Fi слабо отражается и в основном распространяется по прямой линии, позволяя работать без преград на расстояниях в 200-300 метров и даже дальше, но очень сильно теряется при прохождении стен, особенно капитальных и железобетонных. Поэтому при выборе места установки Wi-Fi-роутера необходимо вообразить прямые линии к тем местам квартиры или дома, в которых чаще всего будут находится клиенты:
- стол для ноутбука в комнате;
- SmartTV в гостиной;
- кухонный стол, за которым многие любят сидеть с планшетом и т.д.
Важно, чтобы на пути этих прямых линий было как можно меньше стен и других габаритных предметов или они пересекались под как можно более прямым углом. Кроме того, стоит учитывать, что большие металлические или содержащие металл предметы (холодильники, стиральные машины, зеркала в модных сейчас шкафах-купе и так далее) абсолютно непрозрачны для радиоволн, поэтому за ними сигнал будет проходить только за счет отражения от боковых стен, т.е. значительно более слабый и некачественный. Также рекомендуется ставить роутер на расстоянии не меньше 20 см от стен.
оптимальное расположение Wi-Fi-роутера — в центре
Прочие особенности
Естественно, что и роутеры, и адаптеры в клиентах, и стены бывают очень разными, но общее наблюдение таково, что большинство ноутбуков начинают нестабильно принимать сигнал через 3 стены, а планшеты и телефоны — уже через 2 стены. Это правило соблюдается часто, но все же не аксиома, так как известны случаи, когда и через 5 стен, повертев немного ноутбук, можно было относительно стабильно пользоваться Интернетом. Кроме того, в условиях тесной городской застройки плотность близко расположенных активных устройств часто бывает такой высокой, что даже использование самых лучших антенн и мощных Wi-Fi-роутеров не всегда сможет значительно улучшить ситуацию. В этом случае рекомендуется просканировать сеть (например, очень простой программой для Android WiFi Analyzer) и занять канал, где сигнал от других роутеров будет как можно ниже. Чаще всего наиболее свободны каналы 12 и 13, только некоторые клиентские устройства (ноутбуки, планшеты, телефоны) не смогут подключиться к точке доступа на этих частотах.
На первый взгляд, все интернет-роутеры выглядят одинаково - эдакие плоские коробочки с антеннами и мигающими индикаторами. Но в действительности очень много разнообразных моделей WI
FI-роутеров с определенными характеристиками.
На сегодняшний момент на рынке есть маршрутизаторы с подключением ADSL (Интернет через телефонную линию), а есть и совместимые с модемами 3G/4G. В некоторых случаях роутер с поддержкой мобильного интернета может быть единственным вариантом, поскольку подведение проводного интернета может быть не реализуемо по тем или иным причинам.
Часто продавцы пишут — «точка доступа», указывая на маршуртизатор (WR), который раздает сигнал беспроводно (не путать с WI- FI- адаптером — устройство для тех девайсов, у которых нет WIFI-модуля), хотя точка доступа кардинально оличается от WIFI-роутера (Wifi-Router)
Ниже мы приведем ликбез по правильному выбору роутера — конкретно под ваши требования.
Wi-Fi-роутер может организовать трафик (передачу данных) между разными сегментами сети. С его помощью вне зависимости от провайдера интернет-услуг можно регистрировать разные сетевые устройства - создавать свою внутреннюю сеть. Это ценно в том аспекте, что множество подключенных к конкретному роутеру устройств (ПК, к примеру) будут «видны» всем в Сети и провайдеру - под одним и тем же IP-
адресом, то есть пользователь может не платить за подключение к Интернету каждого из своих устройств.
Роутеры обладают от 2 и более
LAN-интерфейсами. Созданная роутерами внутренняя сеть абсолютно автономна от провайдера услуг.
В вот те самые точки доступа — wireless access point — не имеют этих полномочий. Они просто связующее звено между проводной сетью и беспроводной, устройства для создания Wi-Fi-сети или для повтор
ения
сигнала.
Ключевые параметры WI FI-роутер а :
Скорость передачи данных
Беспроводные роутеры обычно привлекают пользователей этим параметром- показатель скорость. Сколько мегабит за секунду они способны передавать. Устаревшие модели предлагают 11 Mbps, средне-бюджетные 802.11g — 54 Mbps, а самые современные, стандарта 802.11n — 450 Mbps. Разумеется, привлекают самые высокоскоростные, однако реальная производительность, которую вы сможете получить, будет несколько ниже, чем максимальный показатель, который указывает производитель. Почему? Потому что одно дело - возможности роутера, а другое — что предлагает ваш провайдер Интернета. Типичные предложения от массовых провайдеров — 50 Мбит/с, а то и меньше. Кроме того, нужно учитывать рекламные трюки от вендоров - понимать, что если указана скорость 150 Мбит/с, понимать нужно, что это только в теории. На практике скорость в пределах 100 Мбит/с.
При этом учтите, что 15 Mbps - это 15 мегабит в секунду, а не мегабайт, а это значение будет эквивалентно лишь 2 мегабайтам в секунду. На скорость передачи данных влияет и расстояние. Поэтому также важен параметр радиуса действия
:
Радиус действия
Роутер должен «добивать» Интернет до всех ваших точек, где бы вы хотели расположиться с вашим устройством. Радиус действия может быть указан достаточно большим — но это в идеальных условиях. Например, есть модели с радиусом действия до 150 метров. Но внутри помещения могут быть какие-то помехи, которые могут укорачивать дальность сигнала. И на выходе скорость будет терять процентов 40-50%. Поэтому также важны параметры мощности передатчика и антенны
:
Мощность передатчика и тип антенны
Главное, что должен знать обычный пользователь роутера - хорошая мощность начинается 20дМБ. Если будет мощность больше- не стоит переплачивать, так как все равно мощность будет снижена согласно с разрешенными диапазонами, которые граничат 2,4 Ггц, то есть 20 дБм. Мощность менее 17 дБм можно рассматривать, если нет никаких стен и вы будете пользоваться роутером в одной небольшой комнате без перегородок. Количество антенн влияет лишь на стабильность сигнала, но никак на его усиление. Предпочтительнее 2 антенны, чем одна. Наличие трех антенн необходимо для того, чтобы сигнал доходил на этажи.
За само усиление сигнала отвечает характеристика коэффициент усиления сигнала антенны, которая усиливает передачу сигнала в стороны, «отнимая» распространение сигнала вверх и вниз. То есть дальность сигнала на одном уровне высокий коэффициент антенны обеспечит, но на этажи (вверх-вниз) распространяться не будет. То есть для дома в 2-3 этажа на каждом этаже нужен свой усилитель сигнала роутера. Или же роутер с тремя антеннами.
Класс маршуртизатора
Это значит, что выбранный роутер должен быть совместим с вашим ПК, куда и будет передаваться сигнал. Это важно, поскольку стандарты передачи данных WIFI за последнее время изменились, и сейчас, к примеру, используется 802.11n, хотя еще недавно был распространен 802.11g. Перед выбором роутера уточните, какой класс у вашего ПК или ноутбука. Если ваш ноутбук поддерживает G — класс, нет смысла платить больше и купить маршрутизатор последнего поколения с классом N – роутер будет резать скорость, «подстраиваясь» под возможности ноутбука.
Количество портов и входов
Современные маршрутизаторы наделены не только несколькими ethernet-
входами, но и USB-портами, а иногда и входами для SD-карт. USB-подключение ценно в том случае, что можно напрямую раздав
а
т
ь
содержимое,к примеру, винчестера на какой-то один из девайсов «по воздуху». При, естественно, соответствующем ПО на роутере. Но это чаще всего реализуется на дорогих моделях. Если вам нужен такой функционал, значит, учитывайте также и этот параметр у роутера.
Итак, краткие выводы:
Для однокомнатной квартиры с минимумом перегородок можно выбирать одноантенный роутер со средним коэффициентом усиления, желательно класса N, скорость теоретическая 150 Мбит/с, мощность 17 Дбм.
Для квартиры с несколькими комнатами - двухантненный, лучше с мощностью 20Дбм.
Помните, что у дешевых моделей есть один существенный недостаток — они очень нестабильны и часто обрывают связь. Решение — просто перезапускать всякий раз роутер.
Читайте в характеристиках, можно ли использовать роутер вне помещения, каков будет радиус действия. Расположение роутера очень важно — при удачном расположении даже простой роутер класса G может выдавать сигнал во все комнаты, к примеру, 2-комнатной квартиры.
Стандарты в роутерах:
802.11ac рассчитаны на скорость -до 1300 Мбит/с, это тот самый 5G Wi-Fi
802.11n — скорость до 450 Мбит/с
802.11g — скорость до 54 Мбит/с
Поэтому перед выбором WIFI-маршрутизатора уточните скорость от провайдера и степень современности вашего ноутбука.
- Выбор типа сети (передача данных, голоса или позиционирование)
- Плотность пользователей
- Требования к покрытию и скорости передачи данных
- Особенности клиентских устройств (мощности передатчика, поддерживаемые диапазоны и каналы, поддерживаемые скорости передачи данных)
- Требования к безопасности сети
- Диапазон (2.4 ГГц или 5ГГц)
- Используемые каналы выбранного диапазона
- Мощность передатчика
- Тип и коэффициент усиления антенны
- Разрешенные скорости передачи данных
Каждый диапазон имеет свои характеристики. Так, диапазон 5 ГГц имеет меньшую площадь покрытия, но при этом большую пропускную способность по сравнению с 2.4 ГГц. В разных странах есть свои ограничения на использования частотного спектра и мощность передатчика. Так появились разные регуляторные домены. Вот основные из них:
У производителя есть обязанность производить продукцию, подходящую под законодательство разных стран, то есть сертификацию в определенных регуляторных доменах.
В диапазоне 5 ГГц есть три поддиапазона:
1.Полоса 5150-5250 МГц имеет следующие каналы:
2. Полоса 5250-5350 МГц имеет следующие каналы:
3. Полоса 5650-5825 МГц имеет следующие каналы:
149: 5745 МГц
153: 5765 МГц
157: 5785 МГц
161: 5805 МГц
1. Основные термины и величины
дБ (dB) . Децибел – это логарифмическое отношение сигнала к условной единице. Например, в таблице ниже происходит сравнение с 1 Вт
дБм (dBm) . Децибел милиВатт – это логарифмическое отношение сигнала к 1 мВт
При увеличении мощности на 9 дБм зона покрытия для помещения увеличивается примерно в 2 раза. Соответственно, при уменьшении мощности на 9 дБм – уменьшается примерно в 2 раза.
дБи (dBi) . Единица измерения усиления антенн относительно «эталонной» антенны. За такую эталонную антенну принят так называемый изотропный излучатель – идеальная антенна, диаграмма направленности которой представляет собой сферу, коэффициент усиления которой равен единице и КПД которой равен 100%.
Суммарная излучаемая мощность равняется сумме мощности передатчика и усиления антенны.
Отсюда возникает ответ на один из интересующих многих вопрос: почему Cisco Systems поставляет точки доступа в Россию с ограничением мощности в 18 дБм (63мВт). Ответ заключается вот в чем. Коэффициент усиления антенн варьируется от 2 (у встроенных антенн) до 6 дБи (у направленных внешних антенн). То есть результирующая выходная мощность будет от 20 дБм (100мВт) до 24дБм (250мВт).
При планировании не следует забывать особенность излучателя клиентского устройства: как правило, мощность передатчика сетевой карты клиента не превышает 50мВт. Соответственно, клиентское устройство будет отлично «слышать», но при этом его мощности не хватит для того чтобы точка доступа его «услышала». Таким образом, в общем случае, выставление мощности у точки доступа более 50мВт (17 dBm) не желательно.
Помимо мощности передатчика, в дБм так же измеряется и чувствительность приемника, значения будут отрицательными числами. Чувствительность приемника – это минимальный уровень сигнала, при котором связь будет еще установлена на минимальной скорости.
RSSI (Received Signal Strength Indicatio) – это переведенное в целые числа (от 0 до 255) значения мощности принимаемого сигнала. Для каждого производителя перевод может осуществляться по-своему.
SNR (Signal-to-Noise Ratio) - отношение уровня сигнала к уровню шума, в Дб. Как правило, отношение сигнал-шум должно не превышать 5 дБ для передачи данных и 25 дБ для передачи голоса.
2. Радиочастотное планирование Wi-Fi
При разворачивании беспроводной сети нет общего шаблона, все индивидуально в каждой инсталляции. Однако есть набор основных правил, которых следует придерживаться. Ниже приведены основные вводные данные для радиочастотного планирования.
При радиочастотном планировании следует учитывать следующие основные характеристики беспроводной сети:
Эти характеристики могут быть выполнены при помощи манипулирования следующими физическим величинами:
В диапазоне 5 ГГц большее число непересекающихся каналов и большая пропускная способность, но на данный момент не все клиентские устройства поддерживают этот диапазон. В диапазоне 2.4 ГГц имеется только 3 непересекающихся канала: 1, 6 и 11. Соответственно радиочастотное планирование должно быть проведено с учетом этого. Не следует размещать рядом две точки доступа, которые будут работать на одной и той же частоте, это приведет к высокому значению сигнал-шум. В местах высокой плотности пользователей (например, конференц-зал) можно установить до трех точек доступа в целях повышения пропускной способности сети, они будут работать на разных каналах и не мешать друг другу. Следует заметить, что радиус зоны покрытия в диапазоне 5 ГГц существенно меньше чем в диапазоне 2.4 ГГц.
Для сети передачи данных необходимо определить минимальную скорость передачи данных на краях зоны покрытия и производить планирование сети с учетом этих данных. Так, например для одного и того же офиса может понадобится 6 точек доступа, чтобы покрыть со скоростью не ниже чем 11Мбит/с и 12 точек доступа чтобы покрыть со скоростью не ниже 24 Мбит/с. Если же необходимо ограничить радиус действия точки доступа, но при этом не уменьшать мощность и не проиграть в скорости, можно запретить ряд скоростей, например, с 1 по 11 Мбит/с на контроллере. Тогда на границах сети скорость будет не меньше 11 Мбит/с.
Для голосовой сети необходимо перекрытие зон покрытия соседних точек доступа не менее чем 15-20 процентов при уровне сигнала не ниже чем -67дБм, это обеспечит непрерывную связь во время роуминга. При этом рекомендуемые значения мощности точек доступа лежат в диапазоне 35-50 мВт.
Для систем позиционирования применяется более сложный подход к построению сети, так как здесь за основу берется не оптимальное радиопокрытие, а оптимальное расположение точек доступа.
Антенны позволяют увеличить дальность связи, не прибегая к увеличению мощности передатчика точки доступа, а так же передатчика клиента. Таким образом, если есть задача покрытия достаточно большого пространства или длинного коридора с низкой плотностью пользователей, можно воспользоваться внешними антеннами с большим коэффициентом усиления, как направленными (для коридоров) так и всенаправленными (для больших помещений).
Важно помнить, что следует планировать расстановку точек доступа с тем условием, что не рекомендуется одновременное подключение к одной точек доступа более 25 клиентов. В случае большой плотности клиентов или требований к высокой пропускной способности необходимо уменьшать мощность передатчиков и более плотно устанавливать точки доступа.
3. Настройки радио интерфейса в WLC
Переходим к практической части.
На вкладке WIRELESS, меню 802.11b/g/n, пункт Network можно разрешить, запретить и сделать обязательными скорости передачи данных. В случае, когда необходимо ограничить радиус действия сети, которая бы не выходила за пределы офиса, можно запретить ряд низких скоростей, как на примере ниже.
На вкладке WIRELESS, меню 802.11b/g/n, пункт TCP можно задать минимальную, максимальную мощность передатчика в случае если установлена автоматическая настройка мощности. А так же можно изменить параметр Power Threshold, который участвует в расчетах мощности передачи точки доступа. Параметр Power Threshold задает максимальный уровень мощности, при котором точки доступа могут слушать друг друга на пересекающихся каналах от трех точек доступа. Соответственно, мощность точки доступа будет увеличиваться до тех пор, пока не услышит соседа с мощностью, которая задана в параметре Power Threshold. Это сделано из соображений построения максимально большой зоны покрытия при оптимальном соотношения сигнал/шум.
На вкладке WIRELWSS, меню 802.11b/g/n, пункт DCA можно управлять автоматическим назначением каналов. При аккуратном планировании и не больших размерах сети можно назначить каналы вручную, на точках доступа. При больших размерах сети гораздо удобнее возложить эту задачу на контроллер. На рисунке ниже показано что авто выбор каналов происходит каждые 10 минут, а список доступных каналов: 1, 6 и 11. Не стоит забывать включать технологию CleanAir, которая будет автоматически перестраивать каналы на аппаратном уровне в случае интерференций с посторонними устройствами.
Для диапазона 5 ГГц это будет выглядеть следующим образом. Здесь так же есть возможность выбора разрешенных для использования каналов. Например, это будет актуально для OUTDOOR решений, где есть ограничения на используемые каналы. Здесть рекомендуется обратиться к законодательной базе РФ для уточнения разрешений на используемые диапазоны и каналы.
Заключение
Увеличение мощности передатчика не всегда приведет к увеличению зоны покрытия по причине ограниченной мощности передатчика у клиента. Клиент будет видеть сеть, но не будет способен отправить пакеты точке доступа
Установка антенны с бо льшим коэффициентом усиления увеличит зону покрытия
Увеличение зоны покрытия, а так же числа клиентов в ней приводит к уменьшению емкости беспроводной сети
Увеличение емкости беспроводной сети достигается уменьшением мощности и увеличением количества точек доступа (уменьшение размеров микро сот)
Радиус покрытия в диапазоне 5 ГГц примерно в 2 раза меньше
Ограничение дальности соты достигается при помощи запрета использования минимальных скоростей
Увеличение количества SSID ведет к сильному уменьшению емкости сети. Например, 8 SSID будут занимать 50% емкости сети, в то время как 2 SSID – менее 10% емкости сети. Причина в том, что вещание SSID ведется на минимальных скоростях. В связи с этим не рекомендуется создавать большое количество SSID
Найти информацию о том, чему равна дальность действия WiFi роутера, в действительности не так-то просто. Обычно приводятся сведения о мощности передатчика, также можно узнать, как изменится интенсивность радиоволн при установке той или иной антенны. Проблема состоит в том, что использовать более совершенную антенну, или даже усилитель, можно только на стороне роутера, но не абонентского устройства. В таком устройстве, как смартфон, установлена внутренняя антенна Wi-Fi, и заменить ее нельзя. Поэтому, кстати, нет смысла наращивать мощность передатчика роутера – последний все равно «не услышит» сигнал, исходящий от маломощного излучателя смартфона. Попытаемся определить, чему равна дальность беспроводной связи для устройств разных классов.
Схема построения Wi-Fi-сети
Согласно действующему закону РФ, мощность передатчика в абонентском устройстве не может превосходить 100 милливатт. Также предусмотрено, что для точек доступа, в том числе встроенных в роутер, это значение не должно превышать 250 мВт. По шкале дБм (децибел на 1 микровольт) данные значения выражаются другими цифрами: 20 и 24 дБм. Официально в Россию никогда не завозилось и не завозится оборудование, у которого мощность передатчика не соответствует этим цифрам. Нас будет интересовать, как зависит скорость беспроводного соединения от дистанции между роутером и стандартным абонентским устройством, при условии, что выполнены требования закона. Еще мы исходим из условия, что абонентская антенна является штыревой однозвенной (как в большинстве смартфонов).
Методика расчета эффективного расстояния
Допустим, беспроводная связь работает, когда расстояние между точкой доступа и смартфоном равно N метров при отсутствии препятствий на пути сигнала. Таблица, из которой можно выяснить, во сколько раз снижается интенсивность при прохождении того или иного препятствия, есть на нескольких сайтах (например, ZyXEL). В то же время, известно, что снижение интенсивности в 2 раза (на 3 децибела) эквивалентно уменьшению эффективного расстояния N в корень из двух раз. Все просто – квадрат расстояния обратно пропорционален интенсивности.
Что означает число N
При прохождении сигналом стеклянного окна интенсивность снижается как раз на 3 дБ, а значит, эффективное расстояние уменьшается в корень из двух раз. Пользуясь этой методикой, можно рассчитать, на какой дистанции связь Wi-Fi все еще будет работать в той или иной ситуации:
- Окно стеклянное – снижает интенсивность на 3 дБ (в 2 раза)
- Окно с тонировкой – 6 дБ (в 4 раза)
- Стена из дерева – 9 дБ (в 8 раз)
- Межкомнатная стена панельная, бетонный пол – 15-20 дБ (в 32 раза и больше).
Коэффициент, на который Вы разделите значение дистанции, равен корню квадратному из коэффициента уменьшения интенсивности. Рассмотрим пример.
Бетонные стены вносят коррективы
Допустим, N равно 400 м. Теперь мы между роутером и смартфоном «помещаем» одну панельную стену и одну стену из дерева. Сложив децибелы (15+9 дБ), получим 24 децибела. По логарифмической шкале – 24, а по линейной это эквивалентно снижению интенсивности в 251 раз. Теперь, вычисляем, чему равен корень из 251 (это 15,84). Делим 400 метров на 16, получаем 25 м. Как видите, все просто и похоже на правду.
Эффективное расстояние без препятствий
Наверное, читателя интересует, а чему же равно значение N при полном отсутствии препятствий в зависимости от выбора диапазона Wi-Fi. Если мощность передатчика роутера равна 40 мВт, а его антенна «усиливает» сигнал в горизонтальной плоскости на 3 дБ (она многозвенная), то, согласно информации ZyXEL, значение N составляет 400 метров. Смотрите: в роутере установлен менее мощный передатчик, чем в смартфоне, но в нем используется многозвенная антенна. Итого, получаем: связь между двумя устройствами Wi-Fi с мощностью передатчика 100 мВт и обычной штыревой антенной уверенно поддерживается на расстоянии до 400 м. Здесь речь шла о диапазоне 2,4 ГГц.
Теперь у Вас есть методика, позволяющая рассчитать эффективную дистанцию беспроводной связи теоретическим методом.
Тут идет речь о диапазоне 2,4 ГГц, но для более высокочастотных волн сейчас просто нет сведений об уровне влияния тех или иных препятствий. Понятно, что для диапазона 5 ГГц значение N будет меньше, а степень влияния препятствий окажется больше. Если известно, что мощность передатчика смартфона заметно меньше, чем 100 мВт, надо сделать так: необходимо 100 разделить на действительную мощность в милливаттах, и вычислить корень квадратный из полученного числа. У Вас будет поправочный коэффициент, на который требуется поделить расстояние, значение которого получено по рассмотренной методике.
Результаты практических наблюдений
Оценим «пробивную способность» Wi-Fi на практике. Для этого возьмем набор точек доступа, поддерживающих связь в диапазоне 2,4 ГГц: это TEW-411BRP+ фирмы TRENDnet, DWL-2100AP от D-Link, и USR 805450 компании US Robotics. В качестве абонентского устройства будем использовать смартфон, мощность передатчика которого равна 100 мВт. На точки доступа установим штатные антенны, а сами они будут располагаться на пятом этаже панельного дома.
Предельная дистанция, уверенный прием
Уже на третьем этаже здания, где установлено наше оборудование, сеть Wi-Fi отсутствует. Волна преодолела 2 железобетонных перекрытия, то есть мы потеряли 30 дБ – и все, связи нет. В действительности, считайте, что при прохождении двух перекрытий теряется 35 децибел. Сюда надо прибавить и затухание, зависящее от длины дистанции, тогда мы получим примерно 36-38 дБ. Значит, именно такое затухание для 100 милливатт является критическим.
Область прямой видимости излучателя
Пробуем поймать сигнал на улице. На расстоянии 150-180 метров наличие сети можно заметить, но это верно, если находиться напротив окна комнаты, где установлено оборудование. А стабильной связь остается на расстоянии 100 метров. Как видим, теория соответствует практике с достаточным уровнем достоверности. Для надежности теоретически полученный результат (одно окно –> 200 метров) лучше делить на 2.
Чего делать не нужно
Всем понятно, что вряд ли стоит повышать мощность одного из передатчиков, когда второй, то есть «абонентский», остается без изменений. То же можно сказать и о применении антенн, позволяющих увеличить интенсивность волны, но сужающих диаграмму. Впрочем, применение секториальных и многозвенных антенн все равно будет эффективно, и вот почему. Роутеры и другие излучатели радиоволн могут быть не только у Вас в квартире, но и у соседей и т.д. А сужая сектор захвата, можно избавить Ваш роутер от посторонних радиочастотных шумов.
Настраивая беспроводную сеть в роутере, необходимо выбирать не максимальное, а оптимальное значение мощности. В интерфейсе многих устройств подобная регулировка есть. Начните с максимума, и шаг за шагом понижайте значение:
Настройка роутера ZyXEL Keenetic
Остановиться стоит, когда в самой дальней точке смартфон перестанет «видеть» сеть. Повысив мощность на одно деление, можете пользоваться сетью Wi-Fi в свое удовольствие.
Секториальная антенна – из обычной