Какие из каналов диапазона 2 4 ггц не подвержены взаимной интерференции
Обновлено: 06.07.2024
На дальность распространения электромагнитного Wi-Fi-сигнала в диапазонах 2.4 и 5 ГГц влияют следующие факторы:
1) Мощность передатчика (точки доступа) и чувствительность приемника (ноутбук / компьютер / смартфон / планшет). Пожалуй, ключевой момент в работе любого беспроводного оборудования. Если просто, то чем больше мощность передатчика, тем дальше полетит электромагнитная волна, и тем больший энергетический запас будет иметь. Чем больше чувствительность приемника, тем более ослабленный сигнал сможет уловить его антенна.
2) Наличие и тип препятствий на пути распространения сигнала от передатчика до приемника. Соответственно, чем больше этих препятствий, тем большую долю мощности будет терять волна, проходя через них. И так уж получилось, что разные материалы в зависимости от своих физических свойств (диэлектрическая, магнитная проницаемости и проводимость) могут оказывать как негативное, так и положительное влияние на распространение электромагнитного поля.
3) Интерференция радиоволн, возникающая из-за влияния стороннего оборудования, работающего в том же частотном диапазоне и усиленно генерирующего помехи. К такому оборудованию в первую очередь относятся Wi-Fi-адаптеры "соседей" и микроволновые СВЧ печи. В меньшей степени на Wi-Fi-сеть оказывают влияние Bluetooth-устройства. В этом же диапазоне 2.4/5 ГГц работает огромное количество промышленного и медицинского оборудования, но в офисах, бизнес центрах и домах обывателей их, к счастью, можно встретить не часто.
Приведенный список можно значительно расширить и дополнить, но это, по мнению автора, наиболее значимые моменты, которые при правильном подходе смогут значительно увеличить энергетический потенциал беспроводной сети. Ниже приводятся более детальные рассуждения по каждому из пунктов.
1. Мощность и чувствительность
Девиз раздела: не запори то, что имеешь.
Мощность передатчика, разрешенная стандартом IEEE 802.11 для беспроводного Wi-Fi-оборудования не должна превышать 20 dBm, что эквивалентно 100 милливаттам. Значения мощности реального оборудования в среднем находится в диапазоне от 15 до 18 dBm. Связано это по большей части с нежеланием производителя "рисковать", ведь устройство мощностью свыше 20 dBm просто не пройдет сертификацию.
Тут есть два момента, на которые нужно обратить внимание: во-первых, нужно понимать, какой частью и в какую сторону излучает Wi-Fi-адаптер, а вернее его антенна. Подавляющее большинство home-версий точек доступа имеют omni-антенну с круговой диаграммой направленности в форме тора (в первом приближении), рисунок 1.
Рисунок 1 – Внешний вид и диаграмма направленности Omni-антенны
Тор имеет диаграмму направленности в угломестной плоскости в форме восьмерки, а в азимутальной – в форме круга. Для обеспечения наиболее благоприятных условий приема пользователя сети нужно располагать в направлении на максимум излучения. Учитывая, что рассматриваемая антенна всенаправленная, она просто должна располагаться параллельно приемнику (антенне приемника). Это условие демонстрируется рисунком 2.
Рисунок 2 – Иллюстрация к зависимости качества приема от взаимной ориентации передатчика и приемника
Таким образом, если расположение вашего ноутбука соответствует направлению на "минимум излучения" (рисунок 2), то не стоит удивляться низкому качеству приема. Учитывая, что антенны, идущие в комплекте с роутером, имеют в основании "систему вращения", то каких только вариантов ориентации антенны не встретишь в квартирах обывателей.
Следующий вариант увеличения дальности – это использование более направленной антенны, то есть имеющей больший коэффициент усиления. Следует отметить, что антенна – устройство пассивное, поэтому вы лишь увеличите плотность потока электромагнитного излучения в нужную сторону, а мощность излучения останется на прежнем уровне (15 – 20 dBm). На рынке представлено большое количество антенн Wi-Fi-диапазона с различным коэффициентом усиления в среднем от 3 до 15 dBi, способных перекрыть расстояние в пару километров. Поэтому в том случае, если вы живете в лесной глуши, и точно знаете, где располагается источник сигнала, то можете смело использовать направленную антенну.
Отдельно можно отметить, что есть аппаратные средства увеличения мощности беспроводного адаптера, работающего из-под Linux (и некоторого ПО в Windows), с помощью которого можно аппаратно изменить излучаемую мощность передатчика, но этот и подобные решения довольно быстро могут вывести адаптер из строя.
Так как антенны – устройства двухстороннего типа, то есть любая антенна может работать как на прием, так и на передачу, то все сказанное выше, касаемо увеличения мощности передающей антенны, способно в равной степени увеличить и ее чувствительность.
2. Количество и тип препятствий
Девиз раздела: используй логику при размещении оборудования.
Конечно, довольно сложно без специального оборудования учитывать количество препятствий и их тип на пути распространения радиосигнала, но есть несколько правил, соблюдая которые можно "сохранить" пару децибел мощности.
Длина Wi-Fi-волны в диапазоне 2.4 ГГц составляет в среднем 12.5 сантиметров и для диапазона 5 ГГц – 6 сантиметров, поэтому для крупных объектов (стены, перекрытия, шкафы, двери и т.д.) можно пользоваться принципом геометрической оптики, предполагая, что сигнал распространяется по прямой линии (частично отражаясь и преломляясь). Это, конечно, грубое допущение, но во-всяком случае это позволит "на глаз" оценить направление распространения сигнала и расчистить (по возможности) ему путь.
Первое, что нужно иметь в виду, это то, что сигнал очень плохо проходит через металлизированные поверхности и соответственно железобетонные перекрытия. Попадая на металлический объект, электромагнитная волна продолжает распространяться вдоль его поверхности, рассеиваясь. Поэтому в идеале, точку доступа нужно располагать подальше от сейф дверей, железных столов и так далее. Если необходимо обеспечить прохождение сигнала через толстую стену (тип материала не важен), то нужно постараться обеспечить условие, чтобы путь от источника до приемника через это препятствие был минимален. Это условие демонстрируется иллюстрацией на рисунке 3.
Рисунок 3 – Иллюстрация к уровню мощности сигнала после прохождения через препятствие
3. Интерференция радиоволн
Чтобы в домашних условиях определить наличие помех от стороннего оборудования и по возможности уменьшить его влияние, рекомендуется использовать программные анализаторы Wi-Fi радиопокрытия. В статье "Программы для анализа Wi-Fi радиопокрытия - Wi-Fi Site Survey" произведен обзор возможностей подобных программ, работающих под управлением OS Windows.
В целом рекомендации следующие. При запуске программы, например, Wi-Fi Scanner (разработчика System Lizard) откройте диаграмму распределения уровня сигнала по частотным каналам Wi-Fi, рисунок 4. График наглядно представляет информацию об окружающем вас беспроводном оборудовании.
Рисунок 4 – Внешний вид вкладки 2.4 GHz band, программы Wi-Fi Scanner
В диапазоне 2.4 ГГц в РФ существует 13 частотных каналов. Три из них условно неперекрывающиеся – это 1, 6 и 11 каналы. Как показывает практика – большая часть точек доступа работает на первом и шестом каналах. Есть и умные точки доступа, которые могут автоматически "переезжать" на менее зашумленные каналы. Вариант автонастройки точки доступа подойдет в том случае, если она одна в сети и обслуживает малое количество абонентов. Если же точка доступа является частью крупной беспроводной сети, то такой вариант категорически неприемлем. Используя программы, анализаторы радиопокрытия можно просто промониторить каналы и выбрать наименее зашумленный. Например, для ситуации, изображенной на рисунке 4, я бы выбрал 11 или 12 частотный каналы. Аналогичные рассуждения могут быть отнесены и к диапазону в 5 ГГц.
Никогда нельзя предугадать все возможные источники помех, бывали случаи, когда за стеной, с закрепленной на ней точкой доступа, неожиданно оказывалась микроволновая печь, роняющая Wi-Fi сеть на весь обед.
Заключение
В заключение пару слов хотелось бы сказать о распространенных кустарных методах усиления Wi-Fi с помощью банок из-под пива, CD-дисков и прочей нечисти. Работает это только в том случае, если вы реально понимаете, что нужно делать, а место установки "модификаций" вымерено с помощью штангенциркуля. Например, устанавливая экран из разрезанной банки из-за пива, ее расстояние до антенны должно быть вымерено так, чтобы отраженные от нее волны приходили в фазе с основным излучением антенны. Если вы ставите экран "на шару", то можно добиться и вовсе противоположного результата – отраженные волны приходят в противофазе и гасят друг друга. Но это уже совсем другая история.
Не доверяйте чертежам
Начинается прокладка беспроводной сети с того, что вы «добываете» чертежи здания, которые затем загружаются в программу – чтобы вы могли наглядно видеть, где, что и как работает.
Однако, кто сказал, что чертежи, которые вам предоставят, будут непременно актуальны? В моём случае оказалось, что на нашем этаже была снесена стенка, которая не несла нагрузки, и вместо неё была установлена иная. Но это лишь причина незначительного дискомфорта, а бывают и более критичные ситуации, например, когда переделанную стену покрывают необычным материалом, вроде железного листа, чтобы она удовлетворяла каким-то специфическим требованиям, например, по безопасности, и затем «закрывают» штукатуркой. Стоит ли удивляться, что в таком случае сигнал начнёт значительно падать.
Учитывайте материалы
Каждый материал, из которого состоит ваше помещение, должен учитываться. Иначе могут возникать совсем неприемлемые казусы, к которым ведут, казалось бы, ведут совершенно незначительные детали. Например, в нашем случае, некоторые точки доступа устанавливались в потолке. С эстетической точки зрения это элегантное решение, да вот только оказалось, что в некоторых местах сигнал начал затухать слишком уж сильно.
Как выяснилось, мы не учли, что, помимо точек доступа, в потолке располагаются металлические трубы системы аварийного пожаротушения. Они-то и служили причиной проблемы. Пришлось размещать точки доступа ниже уровня потолка. А ведь это лишь один из возможных нюансов, которые могут воспрепятствовать безупречной работе вашей сети.
Учитывайте интерференцию
Интерференция – ещё одна вещь, которая может помешать корректному функционированию Wi-Fi-сети. И, вроде бы, все помнят о ней, да вот только забывают, что её источников может быть больше, чем кажется на первый взгляд. Мы, например, не учли охранную систему нашего офис-центра, оперировавшую на очень неподходящей для нас частоте. Другой аспект, о котором часто забывают –это то, что мыслить необходимо в трёх измерениях. Ведь, учитывая интерференции на вашем этаже, не забывайте о том, что он зачастую является не единственным – «угроза» может прийти с любого направления.
Не надейтесь на «максимум»
Помните, что как бы вы всё безупречно ни продумали, как бы хорошо ни было ваше оборудование – идеально всё работать никогда не будет. Максимальная скорость передачи данных не будет обеспечена на всех участках.
Да и устанавливать точки доступа сразу на предельной передающей мощности также не стоит – иногда достаточно и 70%. Если же у вас будут проблемы с покрытием – вы всегда сможете эту мощность увеличить. Зато, понизив её предварительно, вы перестрахуетесь от лишней интерференции. Мы этого не учли, в результате интерференция между близлежащими точками доступа сразу же проявилась.
Разумеется, это лишь малая часть нюансов, которые играют значимую роль при установке Wi-Fi сети. Будете заниматься этой темой — не проходите мимо специализированных утилит, которые позволяют очень серьезно сэкономить время, получить красивую распечатку и, главное, дают возможность не гадать, а знать!
Сегодня в области беспроводной связи наблюдается явная тенденция увеличения скоростей передачи данных и, как следствие, нехватка доступного радиоспектра. В связи с этим, предметом активного исследования выступает возможность применения миллиметрового диапазона в сетях беспроводной связи пятого поколения. Среди возможных кандидатов выступает технология 802.11ad/WiGig, которая отличается малым радиусам действия и частотой в 60 ГГц. Стандарт 802.11ad считается одним из наиболее перспективных решений для высокопроизводительных беспроводных систем.
В миллиметровом диапазоне для компенсации больших потерь на трассе (сигналы высокой частоты быстро затухают) обычно используется сравнительно новая технология beamforming, позволяющая формировать диаграмму направленности, направленную максимумом точно в сторону приемника. В современной радиоэлектронной аппаратуре beamforming реализуется на основе ФАР (фазированных антенных решеток). На практике beamforming позволяет обеспечить возможность управления лучом в диапазоне 100 – 120 градусов, поэтому в случае использования этой технологии для точек доступа необходимо использовать несколько антенных радиомодулей для достижения охвата во всем диапазоне углов до 360 градусов.
При размещении большого количества мобильных станций предпочтительно использовать для каждого радиочастотного модуля отдельный канал связи. Однако, в диапазоне 60 ГГц доступны только 4 канала (подробнее об этом здесь ), и беспроводные линии связи при этом могут испытывать большие помехи, рисунок 1:
IEEE 802.11ad / WiGig использует чрезвычайно широкую полосу пропускания 1,76 ГГц на один канал с интервалом между ними в 2,16 ГГц. Это приводит к тому, что в отличие от обычных сотовых систем, приемопередатчик с частотой 60 ГГц обладает плохой избирательностью по каналу, что потенциально вызывает большие помехи в соседнем канале в зависимости от местоположения мобильной станции. Ниже мы рассмотрим, как влияет интерференция между соседними каналами в 60-гигагерцовых сетях, ответим на вопрос, какую методику подавления помех можно использовать, а также насколько она эффективна.
Интерференция в сетях 802.11ad
Ниже будет приведена оценка того, как интерференция в сетях малого радиуса действия может влиять на качество связи. Задача поясняется рисунком 2, на котором показано, что точка доступа размещается на высоте 110 см в трехмерной системе координат (x,y,z)=(0,0,110). Точка с координатами x=0 соответствует границе зон покрытия двух мобильных станций (STA - Station).
Мобильные станции STA1 и STA2 размещаются в местах, соответствующих координатам (x,y,z)=(5,60,0) и (x,y,z)=(-5,60,0) соответственно. На рисунке 3 показаны два типичных случая, когда помехи в соседнем канале влияют на качество приема STA.
Сплошными синими линиями показаны полезные сигналы во втором канале (CH2), пунктирными красными линиями – сигналы помехи от третьего канала (CH3). На рисунке 4 покажем временные диаграммы пакетов, передаваемых двумя сигналами:
Из рисунка следует, что STA1 принимает короткие пакеты с высокой пропускной способностью, а STA2 – длинные пакеты с низкой пропускной способностью. При этом качество связи можно оценить путем измерения коэффициента ошибок пакетов (PER - Packet Error Rate) в требуемой мобильной станции STA. В таблице 1 приводятся результаты измерений частоты ошибок PER для рассматриваемых двух случаев: первый (рисунок 3 слева), когда помеха от точки доступа оказывает влияние на соседнюю STA1, и второй (рисунок 3 справа) - источником помехи для STA1 является непосредственно мобильная станция STA2. Рост PER наблюдается только в первом случае и составляет 12.4%.
Таблица 1 – Измерение частоты ошибок в STA1
Помеха от ТД на STA1
Помеха от STA2 на STA1
PER (коэффициент ошибочно принятых пакетов), %
Основываясь на результатах измерений, можно сделать вывод о том, что когда STA размещены довольно близко друг к другу, снижение производительности вызвано, в основном, мешающим сигналом от точки доступа, который поступает в том же направлении, что и полезный сигнал.
Подавление интерференции с помощью beamforming
Для уменьшения помех от точки доступа в мобильной станции STA может быть использован гибридный метод аналово-цифрового beamforming’a для Rx лучей, который рассматривается здесь . Он позволяет эффективно противодействовать помехам, а его реализация имеет довольно малый габаритные размеры, как показано на рисунке 5 вместе с блок-диаграммой (схема заимствована из указанного источника):
В схеме производится автоматическое формирование диаграммы направленности, необходимой для качественного приема сигнала от абонента, то есть имеющая максимум излучения в направлении на источник сигнала, и минимум – в направлении помехи (рисунок 6).
Рассмотрим более подробно схему, изображенную на рисунке 5. В рассматриваемой схеме два блока, формирующие заданную диаграмму - AFE (Analog Front-End) управляются общим генератором TCXO (temperature compensated crystal oscillator), который также используется в качестве опорного сигнала для блока PLL (phase locked loop – фазовой автоподстройки частоты). Полученные сигналы от AFE подаются в блок цифровой обработки (ADC), который производит объединение для подавления помех в блоке IRC (Interference Rejection Combining). IRC – это алгоритм подавления комбинированных помех от соседних источников (интересующиеся подробнее о нем могут прочитать здесь . С использованием IRC пользователь получает более высокие скорости передачи данных благодаря снижению уровня помех (и как следствие – увеличению SNR). Алгоритм IRC обеспечивает формирование нужной диаграммы направленности, которая подавляет усиление Rx в направлении помех, рисунок 7.
IRC. Оценка степени подавления интерференционных помех
В обычных антенных MIMO-системах для подавления помех используется метод пространственно-временной обработки сигналов по критерию минимума среднеквадратической ошибки (Minimum Mean Square Error - MMSE), в то время как IRC использует информацию о направлении подавления помехи, что приводит к улучшению отношения SNR. MMSE используется в LTE сетях, начиная с Release 8, опубликованного в 2012 году и на первых этапах хорошо себя зарекомендовал, однако в виду того, что ситуация в микроволновом диапазоне за последние 5 лет довольно сильно изменилась, то на смену ей рано или поздно окончательно придет алгоритм IRC, который уже применяется во многих решениях. Ниже приводятся результаты сравнения MMSE и IRC для подавления интерференционных помех. Схема эксперимента изображена на рисунке 8.
Точка доступа находится на высоте 110 см, расстояние между AFE1 и AFE2 (управляемые модулями RF 1 и RF 2 в STA1) составляет 10 см. Расположение STA изменяется в области 100х80 см в диапазоне -50≤x≤50 – в горизонтальной плоскости, и 20≤y≤100 в вертикальной плоскости с шагом в 10 см и составляет, таким образом, 99 точек измерения. В каждой точек измерется уровень сигнала от AFE с помощью цифрового осциллографа, а затем с помощью цифровой обработки сигналов (средствами Matlab) измеряется величина вектора ошибок EVM. Относительная величина контролируемых пакетов соответствует рисунку 4. Результаты измерений опубликованы здесь .
На рисунке 8а изображена функция распределения (CDF) измеренного EVM для одного потока Rx от каждого из AFE. На рисунке 8б изображена та же функция распределения двух потоков IRC Rx. В однопоточном случае вследствие воздействия помех наблюдается ухудшение качества сигнала на 2 дБ. Как показано на рисунке 8б, IRC Rx показывает на 3 дБ лучшие результаты в сравнении с однопоточным AFE Rx. Чувствительность Rx составляла -21 дБ для 16-QAM, а зона покрытия одного потока Rx составляла 30-52% исследуемой области измерения, тогда как для двух потоков IRC Rx она составляла 86%. Таким образом, применение IRC обеспечивает не только улучшение EVM, но и увеличивает в
1.5 раза зону радиопокрытия.
Также проводилась оценка EVM для обычного метода MMSE Rx, а затем это значение сравнивалось с IRC Rx. Результаты измерений показаны в таблице 2. Отрицательные значения указывают на то, что IRC Rx превосходит MMSE Rx. Значения со знаком плюс означают, что в этом случае применение MMSE лучше в сравнении с IRC Rx.
Можно отметить, что IRC Rx показывает лучшую производительность в большинстве точек измерения. Также можно заметить, что левая боковая область (x<0) имеет лучшие значения по сравнению с правой (x>0). Это связано с тем, что помехи из соседнего канала (рисунок 7) в левой части больше, так что IRC Rx может достичь большего подавления помех, чем помеха обычного MMSE Rx. В таблице 2 приведены результаты с точки зрения зоны покрытия, в целом IRC Rx показывает лучшие результаты измерения EVM до 73% от общей площади.
Заключение
В данной статье приведены результаты оценки влияния помех от соседних каналов в среде с малыми ячейками 60 ГГц. Согласно измерениям, PER ухудшается из-за помех в соседнем канале, которые в основном создаются несколькими радиочастотными модулями в точке доступа. Чтобы уменьшить это негативное влияние, используется метод подавление помех с помощью IRC (Interference Rejection Combining) с двумя потоками. Измерения показали улучшение в EVM, а также расширение зоны покрытия ячейки, демонстрируя эффективность применяемого метода для небольших систем с использованием IEEE 802.11ad / WiGig. Таим образом можно сделать вывод, что в миллиметровом диапазоне длин волн с интерференцией можно эффективно бороться с помощью данного метода IRC, который постепенно придет на замену частоиспользуемому MMSE. Релиз беспроводного оборудования 802.11ad в 2016 году пока не включает поддержку IRC, но как только такие устройства появятся их можно будет смело брать на вооружение и интегрировать в работающие Wi-Fi сети надеясь на стабильную работу устройств с гигабитными скоростями.
Итак, пусть изначально у нас есть некий стандартный роутер/точка доступа с официально разрешенными для нашей страны параметрами по мощности сигнала, который работает «в полную силу», то есть на мощности передатчика 100%. Напоминаю, это 23 дБм / 200 мВт в диапазоне 5ГГц или 20 дБм / 100 мВт в диапазоне 2,4 ГГц.
Примечание: единица измерения мощности беспроводного сигнала измеряется в дБм или мВт.
Излучаемый роутером/ТД сигнал распространяется вокруг, и попадает на приемные устройства, существенно ослабнув «по пути». Какой примерно сигнал мы имеем на стороне клиента (смартфона, планшета, ноутбука и т.д.)? Ну, к примеру, -50 дБм / 0.00001 мВт или -67 дБм / 0.0000002 мВт.
В то же время беспроводной клиент, который обычно представляет собой мобильное устройство, имеет задачу не только подключиться к сети, но и подольше проработать от батареи. Поэтому клиент не «выбрасывает» напрасно энергию в эфир. Мощность передатчика клиентов обычно находится на уровне 11-17 дБм (12.5-50 мВт). То есть, эта мощность в от 8 до 2 раз меньше, чем мощность сигнала роутера, если говорить об устройствах в 2,4 ГГц диапазоне.
реклама
При этом у беспроводных роутеров/ТД всегда есть CCA Threshold – порог слышимости сигнала, и если уровень сигнала не превышает этот порог, роутер/ТД считает его шумом. Предположим, этот порог - 82 дБм. Таким образом, наш условный роутер с 5 дБи антеннами будет работать с устройствами, уровень сигнала от которых в точке размещения роутера не менее -87 дБм (-87 дБм сигнал + 5 дБи коэффициент усиления антенны роутера = -82 дБм).
Примечание: разумеется, это чисто условный пример, в котором все параметры условно-типичные и даны для понимания ситуации; ваш роутер может иметь антенны с коэффициентом усиления отличающимся от 5 дБи, и иной порог, например - для определенного оборудования Ubiquiti в целом стабильная связь гарантируется при уровне сигнала до -70дБм; порог для сетей 5ГГц ниже чем для 2,4 ГГц даже на одном и том же оборудовании и т.п., но это нюансы, в которые мы углубляться не будем.
В целом для роутера и клиента можно руководствоваться простым правилом: при прочих равных условиях, сигнал теряет 6 дБ мощности (т.е. в 4 раза) при увеличении расстояния от передатчик в 2 раза.
Однако, как было сказано выше, мощность сигнала роутера/ТД обычно в 2-8 раз выше, чем на клиентах. И с отдалением от роутера/ТД неизбежно возникнет ситуация, когда клиент будет слышать сигнал роутера хорошо, а вот роутер будет слышать более слабый сигнал клиента на «грани» возможностей или не слышать вообще (так как уровень сигнала клиента будет опускаться за порог слышимости CCA Threshold). И возникнет странная ситуация, когда сигнал Wi-Fi от роутера на клиентском устройстве вроде бы ловится, но связи нет или она постоянно «отваливается».
реклама
Причина в асимметрии «силы» связи: к примеру, когда клиент мощностью 14 дБм слышит роутер/ТД на -84 дБм (-84 дБм + 2 дБи коэффициент усиления антенны клиента = условный порог слышимости -82 дБм), до роутера/ТД доходит сигнал от клиента лишь на уровне -90 дБм, что находится ниже порога слышимости. При указанных условиях беспроводная связь гарантированно оборвется.
То есть, в каналах беспроводной связи уже при типичных стандартных параметрах работы роутеров/ТД возникает существенная проблема со связью, вызванная асимметрией мощностей Wi-Fi излучателей. И если дополнительно поднять мощность сигнала на одной стороне (роутере/ТД), то проблема только усугубится. Перемещаясь с мобильными клиентами, вы все более часто будете сталкиваться с ситуацией, когда Wi-Fi роутер «теряет» устройства, и именно потому, что у него существенно более сильный сигнал. Клиент «услышит» роутер/ТД, а роутер клиента – нет. Вот почему серьезные производители оборудования не рекомендуют использовать Wi-Fi роутеры и точки доступа на максимальной мощности. Привожу в доказательство фрагмент презентации Cisco (с полной презентацией можно ознакомится здесь).
Даже наоборот, для устранения асимметрии и получения стабильной связи рекомендуется понизить мощность Wi-Fi передатчика в роутере/ТД.
Но если не мощность сигнала, то что же тогда определяет скорость и надежность Wi-Fi соединения?
Скорость подключения, которая ни о чем не говорит.
Скорость подключения по Wi-Fi определяют три параметра: тип модуляции, количество потоков (зависит от количества антенн) и ширина радиоканала.
Но «теоретическая» скорость подключения на основе вышеуказанных параметров имеет мало общего с реальной скоростью работы беспроводной сети. Что же оказывает влияние на эту скорость?
Дело в том, что модуляция в сети непостоянна. Самые прогрессивные модуляции на сегодня - 256 QAM и 1024 QAM (модуляция определяет, сколько бит передается в одном радиосимволе). Но! Эти плотные модуляции очень чувствительны к шуму. И достигаются они только при высоком соотношении сигнал/шум (SNR), когда клиент находится близко к Wi-Fi роутеру/ТД. С удалением от роутера/ТД растет шум, SNR падает, модуляция упрощается для надежности соединения и, как следствие – падает скорость связи. Плюс свою лепту в проблемы сети добавляет интерференция.
Интерференция и шум
Причиной коллизий из-за интерференции в Wi-Fi сетях являются беспроводные устройства, работающие на том же или близком канале. Это вполне могут быть соседские Wi-Fi устройства, а не ваши, и повлиять на их работу вы не сможете.
Примечание: в частности, поэтому рекомендуется использовать непересекающиеся каналы для соседних Wi-Fi роутеров; непересекающиеся каналы помогают избегать интерференции (хотя полностью проблему, конечно, не решают – проблемы растут по мере удаления от передатчиков).
Итак, интерференция – это помеха, вызываемая радиоволнами соседних Wi-Fi устройств.
Источником шума в беспроводных сетях являются не Wi-Fi устройства, использующие для работы тот же радиочастотный диапазон, что и Wi-Fi оборудование. Это различные Bluetooth устройства, 2,4ГГц и 5 ГГц ресиверы, радиотелефоны, микроволновые печи и другое оборудование.
Примечание: впрочем, поврежденные пакеты Wi-Fi и сигналы от устройств за пределами порога CCA Threshold тоже считаются шумами. Сигналы от Wi-Fi устройств, работающих отдаленно от роутера на том же канале, не считаются интерференцией, поскольку сигналы таких устройств не могут быть демодулированы.
Как уменьшить интерференцию и шум в Wi-Fi сети? Для домашнего пользователя я вижу только два варианта действий: перейти на другой канал и провести деагрегацию каналов. Так как объединение каналов уже само по себе ухудшает SNR: каждый дополнительный 20 MГЦ канал отнимает примерно 3dB у показателя SNR.
Примечание: уменьшение ширины канала в 10 раз увеличивает соотношение сигнал-шум в те же 10 раз. Вот почему в стандарте 802.11ax реализована идея разделения канала на дополнительные поднесущие. Сужение канала повышает соотношение сигнал/шум, что и дало возможность использовать прогрессивную кодировку 1024 QAM.
Но решающее влияние на быстродействие вашей сети будет оказывать не соотношение сигнал/шум, не интерференция как таковая, не мощность беспроводного сигнала, и уж тем более не количество беспроводных сетей вокруг, как ошибочно думают многие. Быстродействие вашей беспроводной сети будет в значительной степени определяться утилизацией канала. Ну, если вы живете не в тайге среди медведей, конечно. Там Wi-Fi каналы утлилизировать будет некому, кроме вас.
Проблемы утилизации
Что такое утилизация канала? И почему она сильно влияет на скорость работы Wi-Fi сети? Утилизация - это доля эфирного времени, которую занимают все работающие на данном канале устройства, и чьи сигналы могут быть демодулированы нашим Wi-Fi роутером/ТД, то есть энергия которых выше за CCA Threshold. По сути, пакеты нашей сети «втискиваются» в доступные узкие эфирные рамки между пакетами других сетей, работающих в этом же радиодиапазоне. Увы, но с максимальной производительностью наша беспроводная сеть работает лишь тогда, когда соседские сети на используемом канале не слишком активны или простаивают (а лучше всего – если они на нем отсутствуют). Вот почему настоятельно рекомендуется уходить на самые «незанятые» Wi-Fi радиоканалы. Там банально меньше «утилизаторов» сети.
Примечание: утилизация важна потому, что в Wi-Fi сетях доступ эфирному диапазону реализован по протоколу CSMA/CA (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий), согласно которому беспроводные устройства периодически «слушают» свою частоту на канале, и если она занята, передача данных откладывается, а затем через некоторое время устройство снова делает попытку прослушивания частоты.
Отметим, что утилизация канала никак не влияет на отображаемую в системе скорость беспроводного подключения, но в то же время имеет огромное влияние на реальную практическую производительность беспроводной сети.
Живой пример: стоит одному из беспроводных пользователей поставить на закачку какой-нибудь крупный файл (не говоря уже о торрентах), не выставив разумных ограничений на темп загрузки, как скорость работы всех остальных пользователей на используемом таким юзером Wi-Fi канале существенно упадет, именно из-за утилизации канала. Причем неважно, подключены пользователи к этой же сети, или же к ближайшим сетям использующим тот же Wi-Fi канал. Более того, эффект негативно скажется и на соседних Wi-Fi каналах тоже.
Какой уровень утилизации канала может быть приемлем? Компания Cisco полагает что при утилизации канала более 80%, «ловить» в сети уже нечего. Нет, сеть, конечно, будет работать и при такой утилизации. Но о работе в чем-то близком к реалтайму речь уже не идет.
Низкая утилизация канала - отлично
Средняя утилизация канала - приемлемо
Примечание: не факт, что на канале, на котором меньше всего Wi-Fi сетей, самая низкая утилизация канала - все зависит от сценариев эксплуатации сетей. Установить канал(ы) с самой низкой утилизацией можно только эмпирическим путем.
Одним из эффективных средств уменьшения канальной утилизации (речь идет о средствах, доступных для домашних пользователей), являются: переход на другой канал, уменьшение количества подключенных клиентов в сети, особенно медленных (возможно стоит перевести их в отдельную сеть), уменьшения количества неподключенных Wi-Fi клиентов в зоне действия сети, а также - уменьшение радиуса действия беспроводного роутера, то есть уменьшение мощности передатчика (это отсечет самых дальних и медленных клиентов, которые долго занимают канал и «тормозят» сеть, а также дальние неподключенные устройства, которые регулярно отправляющие менеджмент-фреймы, в том числе не ваши устройства).
Примечание: для устранения конфликтов с соседними сетями Wi-Fi сейчас введен идентификатор BSS Color (Base Service Station), который помечает каждый пакет, что позволяет роутерам и клиентам определить, какие пакеты передаются от соседних сетей, и просто игнорировать их. Это снижает интерференцию от соседних беспроводных сетей и ускоряет передачу данных, но эта возможность доступна только в новейшем стандарте 802.11ах.
Итог
Как видим, использование роутера с большой мощностью Wi-Fi сигнала вовсе не означает, что ваша сеть будет работать лучше, станет надежнее или «дальнобойнее». Скорее наоборот. Чем более мощный Wi-Fi роутер/ТД и чем больше радиус его покрытия – тем больше интерференции и шумов такое устройство наловит, тем больше будет утилизация беспроводных каналов и меньше – производительность сети. Да еще и соседям такой гаджет будет создавать лишние помехи. Как-то так.
Читайте также: