Который будет предоставлять хороший сигнал, и не переплатить за ненужные функции? Нас интересует, есть ли разница между устройствами, которые существенно отличаются в цене.
Мощность маршрутизатора зависит не только от количества антенн
Давайте узнаем, как нужно выбирать устройство для квартиры или коттеджа, какие из представленных на рынке роутеров являются самыми мощными. Кроме того, целесообразно рассмотреть несколько ценовых категорий, чтобы вы могли выбрать модем по оптимальной цене и соответствующему качеству.
- Антенна и радиус покрытия - это, пожалуй, наиболее важные параметры для любого устройства, обеспечивающего беспроводную связь со всемирной паутиной.
Антенны бывают двух видов - встроенные и внешние. В большинстве случаев внешние антенны обеспечивают лучший сигнал и, соответственно, больший радиус покрытия в доме. Значимым преимуществом будет возможность сменить антенну или добавить несколько дополнительных деталей, чтобы увеличить площадь покрытия сигнала - это особо актуально для квартир с большим количеством комнат и загородных домов.
- Стандарты Wi-Fi и скорость роутера - желательно, чтобы модем поддерживал стандарт 802.11n, а для высокой скорости интернета необходимо выбрать устройство с аналогичной или большей скоростью, чем та, которую вам предоставляет провайдер.
- Бренд - приоритетным будет выбор маршрутизатора от известного девелопера. Почему не стоит покупать «безымённый» роутер? В его работе чаще возникают неполадки, он может зависать, или связь будет нестабильной. Ещё один важный момент - на устройствах популярных брендов легче обновить прошивку, которая регулярно совершенствуется и выпускается для каждой отдельной модели. Новая прошивка делает работу маршрутизатора качественной и бесперебойной, оберегает от неполадок.
Рейтинг самых мощных Wi-Fi-роутеров
Не каждый может себе позволить самый дорогой Wi-Fi-модем с множеством функций и мощной «начинкой», но в разных ценовых категориях есть примечательные модели, которые отличаются от остальных маршрутизаторов качеством, быстрой работой и полностью оправдывают свою стоимость.
Доступные роутеры хорошего качества
- TP-LINK TL-WR740N - это простая, но мощная модель с отличным функционалом: скорости до 150 Мбит/сек вполне достаточно для активного домашнего пользования интернетом, устройство поддерживает наиболее востребованные протоколы передачи данных - PPPoE, динамический и статический IP. В нём есть встроенный сетевой фильтр для защиты от вирусов и атак, для раздачи сигнала предусмотрена внешняя антенна, которая обеспечит большую зону покрытия.
- TP-Link TL-WR841ND - ещё один отличный роутер указанной марки, в нём предусмотрены две съёмные антенны, радиус действия которых составляет 270 м. Устройство поддерживает скорость интернета до 300 Мбит/сек, в наличии 4 порта формата LAN для подключения других компьютеров и создания локальной домашней сети.
- Zyxel Keenetic - предусмотрена функция 3G-интернета, устройство имеет дополнительно разъём USB. В нём есть 2 съёмные антенны. С помощью маршрутизатора можно пользоваться интерактивным телевидением IPTV.
Мощные роутеры средней ценовой категории
- Zyxel Keenetic Giga 2 - стоит около 3,5-4 тысяч рублей, поддерживает скорость до 300 Мбит/сек, имеет гигабитные Ethernet-порты и 2 порта формата USB. У него мощный процессор и 2 съёмные антенны, которые с лёгкостью обеспечат хорошую зону покрытия сигнала Wi-Fi в доме.
- Asus RT-N56U - хотя у этого маршрутизатора встроенные антенны, это не отображается на качестве сигнала. Роутер работает в 2 частотных диапазонах - стандартном 2.4 и более мощном 5 ГГц. Поддерживает все актуальные протоколы связи, есть функция IPTV, а пользоваться скоростным 3G интернетом могут одновременно несколько юзеров. Средняя цена устройства составляет около 4,5 тысяч рублей.
- Xiaomi Mi Wi-Fi mini - данная модель привлекательна не только внутренне, но и внешне - есть большой выбор цветовых решений роутера, что придётся по нраву тем, кто любит яркие цвета. Внутреннее наполнение представлено двумя частотными диапазонами 2.4 и 5 ГГц, для каждого из них предусмотрена отдельная внешняя антенна. Благодаря протоколу 802.11n, маршрутизатор может работать на очень высокой скорости - до 1167 Мбит/сек. Цена колеблется в районе 3,3 тысяч рублей.
Самые мощные роутеры стоимостью от 5 тысяч рублей
- Asus RT-N66U - модель обойдётся вам около 7 тысяч рублей, но полностью оправдает свою стоимость. Обладает тремя съёмными мощными антеннами, которые обеспечат хорошее покрытие всей площади дома. Как и заведено в безупречных устройствах, обладает двумя частотными диапазонами, развивает скорость соединения до 900 Мбит/сек. У него богатая начинка, множество функций, среди которых возможность создания отдельной гостевой сети, родительский контроль, диспетчер траффика и другие. Это действительно мощный роутер, и к тому же привлекателен и практичен внешне; в отличие от многих устройств, указанный маршрутизатор имеет матовое покрытие.
- Asus RT-AC87U - топовый роутер для дома среди всей продукции данной марки и аналогичных устройств других девелоперов, стоит он около 15 тысяч рублей, но его можно с уверенностью назвать самым мощным Wi-Fi-маршрутизатором для дома. Посудите сами - четыре съёмные антенны способны создать зону покрытия площадью до 465 кв. м. Более того, у него рекордная максимальная скорость передачи интернет-соединения - до 2334 Мбит/сек. Внутри стильного корпуса, который никого не оставит равнодушным, скрывается 2-ядерный процессор - он обеспечит стабильную и быструю работу устройства. Не стоит даже упоминать о нескольких частотных диапазонах, поддержке протоколов и наличии порта USB - в роутере есть всё, чтобы по праву считаться лучшим среди остальных существующих моделей.
В зависимости от цены и ваших потребностей, благодаря этому рейтингу вы сможете подобрать роутер, который предоставит качественное соединение с интернетом через беспроводную технологию Wi-Fi. Все вышеперечисленные модели позволят создать большую зону покрытия сигнала, которая будет охватывать всю площадь вашей квартиры, дома или коттеджа.
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
Многих пользователей интересует вопрос — на какое расстояние передаётся сигнал беспроводной сети и какова зона действия WiFi у домашнего роутера.
Для примера рассмотрим самый распространённый стандарт беспроводной связи, используемый на большинстве современных маршрутизаторов — 802.11n или, так называемый, Wireless N150 или N300. Здесь 150 и 300 — это теоретически максимальная достижимая скорость передачи данных, которую Ваш адаптер никогда не разовьёт =). Для этого стандарта озвучивался такая зона покрытия — до 100 метров в помещении и до 300 метров на открытом пространстве. В этом случае радиус действия будет составлять 50 и 150 метров соответственно. К сожалению, это тоже не реальные цифры и, как показала практика, в реале они значительно меньше. Тогда возникает вопрос — как же определить зону покрытия?
Единственный верный способ — только взять в руки ноутбук, планшет или смартфон и обойти по квартире, дому или участку и опытным путём найти границы зоны действия сигнала.
Что влияет на зону покрытия Вай-Фай?!
1 — расположение роутера или точки доступа
Да, именно раположение передающего устройтва в квартире во многом отвечает за зону действия беспроводной сети. Не забывайте, что излучение у него всенаправленное, а значит и распространение сигнала идёт одинаково во все стороны и по форме напоминает окружность. Именно поэтому надо располагать точку доступа примерно в центре Вашего жилища.
Поставив маршрутизатор в самой дальней комнате — не удивляйтесь тому, что сигнал будет обрываться в лучшем случае где-то посередине квартиры.
2 — материалы из которых сделаны стены и перекрытия
Радиоволны очень не любят железобетонные конструкции, кирамзит и гипсокартон. Не раз сталкивался с тем, что в квартире, отделанной с помощью гипсокартона радиус покрытия ВайФая значительно меньше.
Вот таблица с затуханием сигнала WiFi в различных отделочных материалах и элементах декора:
| Материал | Изменение уровня сигнала, дБ | |
| 2,4 GHz | 5GHz | |
| Оргстекло 7,1 мм | -0,36 | -0,93 |
| Оргстекло 2,5 мм | -0,01 | -0,2 |
| Жалюзи закрытые | -0,002 | 0,002 |
| Жалюзи открытые | 0,01 | 0,03 |
| Красный кирпич сухой | -4,44 | -14,62 |
| Красный кирпич мокрый | -4,51 | -14,6 |
| Ковер | -0,03 | -0,01 |
| Ковер с изнанки | -0,04 | -0,03 |
| Потолочная плитка | -0,09 | -0,18 |
| Ткань | 0,02 | 0,01 |
| Стеклопластик | -0,02 | -0,03 |
| Стекло | -0,5 | -1,69 |
| Гипсокартон 12,8 мм | -0,49 | -0,52 |
| Гипсокартон 9 мм | -0,51 | -0,85 |
| Линолеум | -0,02 | -0,13 |
| Линолеум с изнанки | -0,02 | -0,12 |
| Еловые доски | -2,79 | -6,13 |
| ДСП | -1,65 | -1,95 |
| Фанера | -1,91 | -1,83 |
| Штукатурка | -14,86 | -13,24 |
| Штукатурка c обратной стороны | -14,58 | -13,91 |
| Плитка | -2,22 | -1,42 |
| Рубероид | -0,1 | -0,13 |
| Шлакоблок сухой | -6,71 | -10,33 |
| Шлакоблок мокрый | -7,35 | -12,38 |
| Металлическая решетка | -20,99 | -13,17 |
| Проволочная сетка | -1,21 | -0,34 |
3 — наличие устойств, создающих помехи
Однажды мой знакомый долго мучался и никак не мог понять почему в одной из комнат очень плохой приём, даже если роутер поставить в ней, в то время как в других комнатах всё работает идеально. Как оказалось источником проблем был сосед-радиолюбитель, растянувший вдоль всей стены антенну радиосвязи, которая давала сильные помехи.
Так же сильное влияние могут оказывать микроволновки, электромоторы, телевизоры с большой диагональю, висящие на половину стены и т.п.
4 — наличие у соседей беспроводных сетей
Если у Вас при подключении к домашнему Wi-Fi в списке доступных сетей примерно вот такая картина:
То не удивляйтесь низкой скорости или плохому приёму. Дело в том, что для работы ВайФай используется всего от 11 до 13 радио-каналов в зависимости от страны. Если хотя бы половина из них уже заняты «соседями», то они уже будут мешать друг другу и создавать помехи. А ведь в многоквартирных домах это частая картина. Выход в этом случае один — переход на оборудование, работающее в диапзоне 5ГГц.
5 — характеристики используемого оборудования
Да, от Вашего роутера тоже во многом зависит зона покрытия Вай-Фай. Конкретно — от мощности передатчика и используемых антенн. И если по мощности все домашние устройства примерно равны, то вот с антеннами всё значительно интереснее. На самых простых и дешевых моделях типа D-Link DIR-300 или DIR-615 используются самые слабые антенны с коэффициентом усиления в 2dBi. При этом нет разницы — внешние они или внутреннего исполнения — качество передачи сигнала будет всё равно не очень. Как показывает практика, более-менее нормально такой маршрутизатор может покрыть однокомнатную квартиру. Для площадей поболее надо лучше покупать роутеры с антеннами не менее 5dBi.
Стоит при этом ещё принять в расчёт, что если на роутере стоит маркировка Wireless N150, то у него используется одна антенна и покрытие сигналом у него будет хуже, чем у Wireless N300 — там стоят уже 2 антенны, работающих в режиме MIMO.
Как увеличить зону действия WiFi сети
Есть несколько способов, которые помогут улучшить качество работы и расширить радиус покрытия беспроводной сети. Применение того или иного из них строго зависит от ситуации. В некоторых случаях придётся комбинировать несколько способов.
— Использование более мощных или направленных антенн
Если на Вашем домашнем маршрутизаторе антенны съёмные, то замена слабых антен 2-3dBi на более мощные 5-8dBi могут значительно улучшить качество и расширить покрытие сигналом в некоторых случаях аж до 1,5-2 раз. А с помощью направленных антен можно передавать сигнал и на бОльшие расстояния в определённом направлении.
— Установка беспроводного ретранслятора . Если специальные устройства — WiFi-репитеры или повторители, которые подключаются к существующей сети и расширяют её за счёт использования своих антенн. Если в одной из комнат в квартире плохой приём — поставьте туда репитер и забудете о проблеме!
Кстати, многие современные роутеры поддерживают технологию WDS, а значит и их можно использовать как репитеры при необходимости.
— Переход на диапазон 5ГГц.
Как я уже отмечал выше, этот выход будет оптимальным для тех, кто страдает от множества соседских ВайФаев. Замена оборудования на новое, работающее на частоте 5GHz как правило полностью решает такие проблемы. Во-первых, его ещё мало кто использует, а во вторых — там значительно больше доступных для работы радиоканалов.
Есть ещё один способ расширения радиуса покрытия WiFi тогда, когда надо чтобы эта сеть доступна через 100-150 метров, а направленную антену ставить нет возможности.. В этом случае можно просто прокинуть до нужной точки витую пару и подключить ещё один роутер с таким же именем сети SSID и паролем.
В статье пойдет речь о том, как производится расчет дальности распространения радиосигнала Wi-Fi внутри помещения без применения какого-либо программного обеспечения в принципе. Подробно объясняется, что такое модели распространения радиосигнала, и о том, как ее использовать для расчета дальности распространения радиосигнала.
Введение
Порой бывает необходимо хотя бы приближенно оценить дальность работы беспроводного оборудования. Эта оценка может потребоваться и в домашних условиях, когда нужно понять, где проходит граница действия вашей точки доступа, так и в случае проектирования небольшой офисной сети, когда всемогущий системный администратор должен сообщить начальнику, какое количество устройств может потребоваться чтобы в офисе везде "был Wi-Fi".
Вроде как все просто, нужно посчитать насколько далеко полетит сигнал (электромагнитная волна) от антенны точки доступа. Но отличительная особенность расчета затухания электромагнитной волны в свободном пространстве от затухания в кабеле, заключается в том, что кабель, как правило, хорошо экранирован, а в свободном пространстве могут появляться сторонние объекты, либо оно само (пространство) время от времени может менять свои электрофизические свойства. К тому же вследствие интерференции и дифракции радиоволн, направление распространения электромагнитной волны и ее энергетический запас может многократно измениться как в меньшую, так и в большую сторону на пути прохождения волны от передатчика до приемника.
В том случае, если необходимо определить затухание сигнала внутри кабельной сборки, то зачастую достаточно знать погонное затухание кабеля и потери на его (кабеле) коннекторах. Таким образом, формула для расчета суммарного затухания в этом случае может выглядеть довольно просто:
где: P к - затухание на коннекторе (ах);
Р n - погонное затухание в кабеле;
L - длина кабеля.
Если же рассматривается свободное пространство, то предсказать какой уровень электромагнитного сигнала от точки доступа Wi-Fi будет в месте расположения абонента крайне проблематично. В современных реалиях перед проектированием Wi-Fi сети строят ее планируемую электромагнитную карту с помощью различных программных и аппаратных комплексов. К программным комплексам относятся такие как: TamoGraphSiteSurvey, AirMagnet Survey / Planner, Site Survey and Planning Toolот компании Ekahau и др. Например на рисунке ниже изображен внешний вид проекта в одной из перечисленных программ.
В основе этих программ лежит математическое ядро, построенное на базе так называемых моделей распространения радиосигнала (моделях потерь радиосигнала). В некоторых из них применяются и более сложные электродинамические модели.
Модели расчета потерь радиосигнала Wi-Fi
Модели расчета потерь радиосигнала позволяют оценить затухания электромагнитной волны, излучаемой Wi-Fi адаптером, с учетом количества и типа препятствий на пути прохождения сигнала. В данной статье рассматриваются модели распространения сигнала, используемые для расчета уровня сигнала внутри зданий. Моделей, о которых пойдет речь, и их модификаций существует большое множество. В статье рассматриваются наиболее простые, которыми можно воспользоваться даже в полевых условиях без глубоких математических знаний.
Перед началом рассмотрения различных моделей распространения радиосигнала отметим, что в идеальных условиях (отсутствуют препятствия на пути прохождения сигнала, и нет многократных переотражений сигнала) оценить мощность сигнала в любой точке свободного пространства (free space - FS) можно по так называемой формуле Фрииса:
где: - коэффициент усиления антенны передатчика;
- коэффициент усиления антенны приемника;
- длина волны, метров;
- расстояние между приемником и передатчиком, метров.
На рисунке 1 приведен график зависимости затухания L FS с увеличением расстояния для Wi-Fi сигнала на первом частотном канале (центральная частота 2437 МГц) в диапазоне 2.4 ГГц - синяя кривая, и в диапазоне 5 ГГЦ - красная кривая. При этом коэффициенты усиления приемной и передающей антенны были приняты равными единице.
Рисунок 1 - затухание сигнала Wi-Fi с увеличением расстояний
Как правило, большинство моделей распространения используют значение потерь в свободном пространстве в качестве базового, и добавляют к нему переменные, вносящие дополнительное затухание в зависимости от типа препятствий и их электрофизических свойств. К таким моделям относятся, например, One slope и Log-distance. Кроме того, существует стандартизированная Международным союзом электросвязи модель потерь - ITU-R 1238. Перечисленные модели потерь относятся к классу эмпирических статических моделей, то есть для их использования нужно общее описание типа задачи (типа помещения). Перечисленные модели потерь с расшифровкой входящих в них переменных приведены в формулах (3 - 5).
где: d - расстояние в метрах, на котором производится оценка затухания;
Lfs- потери на расстоянии d0 метров;
n- коэффициент, зависящий от количества и материала препятствий.
где: - нормальная случайная величина, измеряемая в dB, имеющая стандартное отклонение , dB.
где: d>1, м- расстояние, на котором производится оценка затухания;
f - частота центрального канала Wi-Fi, МГц;
N- коэффициент потери уровня сигнала с расстоянием;
Lf (n)- коэффициент потери мощности сигнала при прохождении через стену (пол);
- количество стен (полов) между приемной и передающей антеннами.
В дальнейшем более подробно рассмотрим модель ITU-R 1238, применим ее для определения дальности связи, и сравним результаты расчетов с результатами эксперимента. О том, какие значения в вышестоящих формулах принимают переменные N, n, подробно расписано непосредственно в самой рекомендации МСЭ-R Р. 1238-5 под названием "Данные о распространении радиоволн и методы прогнозирования для планирования систем радиосвязи внутри помещений и локальных зоновых радиосетей в частотном диапазоне 900 МГц - 100 ГГц" (объем - 19 страниц). Для эксперимента, который будет проведен ниже, значения переменных будут выбраны из указанной рекомендации. В разных ситуациях переменные могут принимать различные значения, и чтобы перечислить все возможные случаи пришлось бы разместить в статье минимум 10 страниц документа из 19-ти.
К сожалению, перечисленные модели не учитывают влияния на точку доступа (точнее на излучаемую ей электромагнитную волну) стороннего оборудования, функционирующего в том же частотном диапазоне. Поэтому все расчеты производятся исходя из того, что ваше устройство единственное во всем радиусе его (оборудования) действия. Как показывает практика расчетов, если в радиусе слышимости вашей точки доступа находится 20-30 беспроводных устройств, то радиус действия уменьшается на 15-20%. Но стоит иметь в виду, что эта цифра сугубо приблизительная и в разных ситуация может проявляться по-разному, ибо очень зависит от мощности сигнала, который приходит в ваше устройство, и от того на какой частоте работает окружающее оборудование.
Сравнение результатов эксперимента с моделью ITU-R 1238
Постановка задачи: установленная точка доступа Wi-Fi работает в диапазоне частот 5 ГГц. Приемное устройство (ноутбук) устанавливается в шести точках, схематическое расположение которых изображено на рисунке 2, и регистрирует излучаемую мощность. Выбор расположения точек замера произведен так, чтобы минимизировать влияние эффекта многолучевого распространения на уровень принимаемого сигнала. Предполагается, что максимумы диаграмм направленности приемной и передающей антенны направлены друг на друга.
Рисунок 2 - Комментарии к задаче
Перед тем как приступить к расчетам, следует отметить, что авторы модели ITU-R 1238 сделали ее очень гибкой, в частности за счет того, что входящий коэффициент N может меняться в широких приделах: от 20 до 40 дБ. Чтобы понять какому значению приравнивать N для конкретной ситуации, лучше обратиться непосредственно к первоисточнику рекомендации.
Для рассматриваемого диапазона коэффициент потери мощности сигнала при прохождении через стены для нашего типа задачи - L fn рассчитывается по формуле L fn =15=4(n-1).Таким образом, для точек 1-3 L f(n) =15. для точек 4-6 Lf(n)=19 (таблица 3 рекомендации МСЭ-R Р. 1238-5). Коэффициент N, используемый при расчете потерь на передачу внутри помещения примем равным 30 (таблица 2 рекомендации МСЭ-R Р. 1238-5). С учетом выбранной геометрии задачи, замирания учитываться не будут.
Результаты расчетов в 6-ти точках по формуле ITU-R сведены в таблицу 1, а расстояния до каждой точки измерения от Wi-Fi роутера изображены на рисунке 3.
Рисунок 3 - Расстояния от точки доступа до точки измерения
Таблица 1
Полученные результаты для более наглядного представления изображены на рисунке 4.
Рисунок 4 - Результаты расчетов и измерений
Наименьшее отличие экспериментальных и расчетных данных наблюдается в точках измерения 1 и 4. Связано это с тем, что сигнал проходит через препятствия (а данном случае, стены) по кратчайшему пути. И напротив, в точках 2,3 и 5,6 сигнал теряет бо льшую часть энергии проходя через препятствия по более длинному пути. Этот эффект не учитывается в используемой модели распространения сигнала, что и приводит к росту различия расчетных и экспериментальных данных.
Заключение
Таким образом, в данной работе был показан на практическом примере вариант применения стандартизированной модели расчета затухания сигнала Wi-Fi внутри здания. Эта и другие модели помогут довольно быстро, без применения специализированного ПО, оценить количество необходимого оборудования для Вашего офиса. Конечно, этот подход не заменит качественных проектных расчетов в специализированных программных продуктах, но позволит что называется "сориентироваться на местности", нужно лишь учитываться геометрию здания для получения более корректных результатов.
Однако если требуется передать wifi на 500 метров, 1 или несколько километров - тут уж подручными средствами, нужна серьезная беспроводная сеть в профессиональной среде именуемая «точка-точка».
Передача wifi на большие расстояния: топология беспроводной сети и основные моменты
Существует два основных типа топологии беспроводной сети:
- Точка – точка (PtP)
- Точка – многоточка (PtMP)
- На рисунке зеленым цветом изображен тип соединения точка-точка (PtP).
- Голубым цветом обозначены соединения типа точка-многоточка (PtMP).
Мы более подробно разберем настройку PtP варианта и оборудования, которое используется в таком случае.
Рассмотрим два варианта настройки беспроводного соединения на большом расстоянии.
Вариант 1 - настройка беспроводного моста на расстояние 1 - 3 км
Вариант 2 - настройка беспроводного моста на расстояние 10 км и более
Зачем делить, а не объединить в общую тему? Все просто – тип, стоимость и интерфейсы оборудования отличаются существенно. Если расстояние, на которое вам нужно передать трафик до 1 км – нет смысла брать оборудование на 10 км и переплачивать за него.
Перед настройкой Wi-Fi моста хочется обратить внимание на то, что между точкой «А» (где находится антенна передатчик) и точкой «Б» (где находится антенна приемник) обязательно должна быть прямая видимость! Кроме того, должны соблюдаться некие требования для зоны Френеля. Что такое зона Френеля?
Представим себе воображаемую прямую цилиндрическую трубу (на рисунке закрашено серым), в центрах отверстий которой с обеих сторон установлены антенна «А» и антенна «Б». Внутреннее пространство трубы - это и есть зона Френеля. Для хорошего сигнала и стабильного соединения в этой «трубе» не должно быть никаких сторонних объектов, таких как: дома, деревья, линии электропередач и прочие сооружения.
Радиус зоны Френеля (параметр R на картинке) зависит от расстояния между антеннами (параметр S+D на картинке) и радиочастоты на которой они работают (в основном используется оборудование 2,4 ГГц и 5 ГГц диапазонов). Чем больше расстояние, тем больше радиус. Рассчитывается зона Френеля по формуле:
- R – Радиус зоны Френеля, м
- S и D – Расстояние от антенн до наивысшей точки, препятствия, км
- f – Частота, ГГц
Но не пугайтесь. Существует масса интернет ресурсов, где эти расчёты автоматизированы, стоит ввести в любом поисковике запрос - онлайн калькулятор зоны Френеля и вы попадете на страничку, где только нужно будет ввести расстояние между пунктами «А» и «Б», а также частоту, на которой работает оборудование, нажать кнопку расчёт и калькулятор выдаст вам готовый результат.
Много текста? Переходим к практике.
Как передать wifi на расстоянии 1 км?
Вариант 1: радиомост на 1 - 7 км.
Для постройки моста нам понадобятся две самые простые беспроводные точки доступа. Хорошим вариантом будет TP-Link TL-WA5110G. Чем она так примечательна? Мощность передатчика у данной модели точки доступа (далее ТД) составляет 26 dBm, которая в разы превышает мощность любой другой ТД для домашнего использования. Оборудование снято с производства, но, если удастся найти рабочий б/у экземпляр – смело покупайте.
Для радиомоста нам понадобятся 2 ТД. Одну настраиваем как обычную точку доступа, а другую как клиент.
Пример настроек ТД передатчика
- SSID. Название сети устанавливаем по желанию, можно не менять стандартное
- Region. Регион особой роли не играет
- Channel. Канал желательно выбирать от 6 и выше, так на «высоких» каналах d 2,4 ГГц эфир менее зашумлен
- Power. Мощность передатчика для начала устанавливаем на максимум, т. е. 26 dBm и ставим галочку Enable High Power Mode.
- Mode. Режим устанавливаем 54Mbps (802.11g), так как другой в списке имеет меньшую пропускную способность.
Пример настроек ТД приемника
Переводим ТД в режим клиента.
SSID прописываем то же что и на первом устройстве (можно так же нажать на кнопку Survey внизу страницы, там увидим список доступных для подключения устройств и нажимаем Connect).
Не забываем установить разные IP адреса на обеих ТД (Раздел Network)!
С штатными антеннами устройства уверенно соединяются на расстоянии 1 км по прямой видимости.
Если заменить штатную круговую антенну на направленную (см. рисунок ниже) – можно существенно увеличить дальность связи.
Но в этом случае придется применить переходник (пигтейл) c разъема N-type на RP-SMA, который установлен в ТД.
В такой комплектации с обеих сторон, точки покажут стабильную работу на расстоянии 7 км.
Минус этого варианта только один – в случае, если эфир сильно зашумлен, то антенна будет улавливать и усиливать все помехи в округе, что негативно скажется на качестве канала, возможны потери пакетов, а то и вовсе обрывы связи, но можно поэкспериментировать с другими антеннами, у которых диаграмма направленности имеет более узкий луч и меньше «боковых лепестков».
Возможно так же использование конструкции на открытом воздухе, но нужно саму ТД поместить в герметический бокс. Пигтейл можно вывести через кабельный ввод, уплотнив отверстие сырой резиной или морозостойким силиконом.
Итог по комплекту «Вариант 1»
Конфигурация вполне работоспособная и имеет право на жизнь. Дешевизна компонентов (б/у вариант) позволяет отдать предпочтение именно ему, если к беспроводному мосту не предъявлено повышенных требований стабильности и пропускная способность в 8-12 Мбит/с устраивает. Полный такой б/у комплект оборудования для обеих сторон можно приобрести примерно за 50$. Особенно оправдано использование, когда некоторые компоненты уже есть в наличии или достались бесплатно. С внешними антеннами можно использовать не только TP-Link TL-WA5110G, а любые точки доступа со съемной внешней антенной и подходящим коннектором.
Из минусов – сложность монтажа и компоновки неподготовленному пользователю. Несколько разъёмных соединений, качество которых может существенно повлиять на уровень сигнала.
Как передать WiFi на 5 км. и более?
Вариант 2. Переходим к «тяжелой артиллерии»
Если вам нужен варианте посерьезней – следующая часть статьи именно для вас.
Компания Ubiquiti широко известна своей продукцией для постройки беспроводных соединений. Так же бренд выпускает оборудования для «умных» домов, камеры видеонаблюдения и многое другое, но первым что приходит на ум, когда слышишь Ubiquiti – это несомненно Wi-Fi оборудование.
Не будем рассказывать о всей линейке оборудования, а выберем лишь то что нам нужно.
Краткое описание оборудования
Строить мост будем на оборудовании NanoBrige M5 или NanoBeam M5.
- NanoBrige M5 снят с производства, но его все еще можно найти у некоторых дилеров, а б/у варианта вообще полным полно.
- NanoBeam M5 – это новая разработка, она схожа с предыдущей моделью, но в ней уже совсем другая начинка. Более быстрый процессор Atheros MIPS 74KC, больше оперативной памяти, теперь на борту уже 64 МБ ОЗУ. Коэффициент усиления внешней антенны увеличился. Форма излучателя изменилась. Так же в лучшую сторону изменилась сама конструкция. Монтаж производится еще проще и быстрее.
Оба девайса позиционируются дистрибьюторами как оборудование для расстояний на 5 км, но на практике запускались линки на 20 км и более с очень хорошими показателями стабильности и пропускной способностью на таком расстоянии свыше 120 Мбит/с по Wi-Fi.
Ниже представлены сами антенны для передачи wifi на большие расстояния.
Перейдем к настройке
Настроив сетевой интерфейс вашего ПК, ноутбука под сеть 192.168.1.0/24 и подключив оборудование по следующей схеме – можем приступать к настройке.
Если у вас оборудование новое, так сказать, «с коробки», то после ввода в адресной строке браузера 192.168.1.20 и нажав переход – мы должны попасть на страницу авторизации, она выглядит следующим образом:
Стандартный логин/пароль для входа ubnt/ubnt
Если по каким-то причинам вы не попадаете на страницу авторизации или стандартные логин/пароль не подходят – скорей всего у вас оборудование, которое было ранее кем-то настроено.
Его можно сбросить к заводским настройкам, нажав на кнопку Reset, которая находится на излучателе, возле разъема RJ-45
Здесь отображается вся основная информация о состоянии устройства.
Все нужные нам настройки находится на вкладках WIRELESS и NETWORK.
Настройка антенны в режим AP
На картинке отмечены важные пункты, которые необходимо настроить.
Коротко описание выделенных пунктов:
- Wireless Mode – Режим работы. Выбираем в каком режиме работает устройство
- Access Point – точка доступа (раздающая Wi-Fi)
- Station – устройство, которое будет подключаться к Access Point
- SSID – Название беспроводной сети. Будет отображаться при поиске сети
- Channel Width – Ширина канала. Чем больше значение – тем больше пропускная способность, но тем ниже стабильность канала. Если расстояние небольшое и зона Френеля чистая – смело ставим 40 MHz
- Frequency, MHz – Рабочая частота. Выбираем внимательно, так как при выборе частоты, которая занята другим устройством, находящимся в поле радио видимости – будем наблюдать ухудшение качества сигнала.
- Output Power – Исходящая мощность. При расстоянии между AP и Client 10 км или менее – рекомендуется понизить мощность передатчика до 19 – 20 dBm
- Security – Безопасность. Точно так же как и в настройках роутера – парольная защита беспроводного соединения. Может незначительно влиять на производительность сети, но рекомендуется включать, желательно WPA2-AES режим.
После изменения всех нужных параметров жмем кнопку Change внизу страницы, а после, в появившейся вверху строке, кнопку Apply. Только в таком случае настройки будут изменены!
Настройка антенны в режим Client
Здесь практически все то же самое, только отличается режим работы.
Важный момент! Если в поле Frequency Scan List, MHz поставить галочку и прописать частоту, настроенную на Access Point, соединение будет происходить намного быстрее, так как клиент не будет перебирать все каналы диапазона, а будет сканировать только указанную в скан листе частоту.
Как поймать wifi на большом расстоянии: настройка сети
Переходим на вкладку NETWORK. Тут все предельно понятно.
На что следует обратить внимание на этой вкладке – это пункт Network Mode. Если из выпадающего списка выбрать режим Router – появится возможность поднять DHCP сервер как на беспроводном, так и на проводном интерфейсе. Можно настроить PPPoE соединение, пробросить порты, включить/отключить NAT – то есть стандартный функционал роутера.
Ура! Беспроводный мост настроен
Остается смонтировать антенны на свои места. Излучатели антенн должны смотреть четко друг в друга. Далее дожидаться, пока на вкладке MAIN появится шкала уровня сигнала. Смотрите пункты AirMax Quality и AirMax Capacity чем их значение больше – тем лучше.
Показательными являются параметры Noise Floor и Transmit CCQ.
Noise Floor – Показывает на сколько зашумлен эфир. Чем больше числовое значение с знаком минус – тем меньше помех собирает антенна.
Transmit CCQ – Качество передачи. Значение должно стремиться к 100%. Чем больше – тем лучше.
После юстировки антенн, когда мы добились наилучших показателей, можно пользоваться сетью.
Различные вспомогательные утилиты можно найти в правом верхнем углу интерфейса – это выпадающее меню с названием Tools.
С помощью находящейся там утилиты Speed Test можно протестировать скорость беспроводной линии
Итог по комплекту «Вариант 2»
Вариант бесспорно лучший. Антенны NanoBridge M5 можно смонтировать на трубостойку имея при себе из инструмента только гаечный ключ на 10. В сравнении с Вариантом 1 – намного большая пропускная способность, стабильная связь и помехозащищенный протокол.
Из минусов – тоже один – цена. Две ТД NanoBeam M5 стоят на сегодняшний день порядка 180 -190$. Цена двух б/у NanoBridge M5 – около 100 - 120$
Думайте сами, решайте сами…. Иметь или не иметь….