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
Для передачи данных в рамках беспроводных сетей применяются радиоволны, которые передаются посредством их источника – роутера (маршрутизатора), трансформирующего поступающий по интернет-проводу сигнал в формат радиоволн с определенной частотой и характеристиками. Таким образом, на дальность передачи сигнала, как и в рамках других радиоканалов, воздействуют всевозможные помехи.
Существует несколько стандартов беспроводной передачи данных в сетях wifi, которые отличаются диапазоном и частотой. Чаще всего может использоваться устройство стандарта 802.11g, которое поддерживается большинством сетевых карт. Роутер со стандартным усилением (антенной с частотой 2 Дб) позволяет производить трансляцию сигнала на 50 м в закрытом помещении и на 150 метров на улице. Наличие стен в помещении серьезно сказывается на дальности передачи сигнала, существенно ограничивая его.
Среди других важных параметров сигнала является не только тип протокола, мощность передатчика и усилитель антенны, но физические препятствия и создаваемые другими приборами помехи.
Препятствия для сигнала
Серьезно уменьшают дальность передачи радиоволн металлические конструкции и кирпичные стены, забирая около 25% всего сигнала. Количество потерянных данных может определяться и используемым стандартом. Так, точка доступа, работающая в стандарте 802.11a использует радиочастоты выше, чем 802.11g или b, а значит она будет более чувствительна к такого рода препятствиям. Микроволновые печи также поглощают сигнал из-за исходящих от них помех. Максимальную дальность будет иметь точка доступа, работающая в стандарте 802.11n, которая позволяет добиться дальности связи до 70 м дома, а на открытой местности получить большое покрытие до 250 м при близких к идеальным условиях для передачи радиосигнала.
Еще одним препятствием зачастую становится листва деревьев, содержащая воду, которая поглощает волны, передаваемые роутером на определенной частоте. На дальности сказываются проливной , ослабляющий передаваемый сигнал, или густой туман.
Дальность трансляции сигнала роутером может быть рассчитана с использованием специального калькулятора, в котором указываются базовые параметры используемого оборудования.
Увеличение радиуса действия сети, ограниченной одной из вышеперечисленных причин, достигается путем объединения нескольких роутеров в одну цепь. Также на устройстве может быть заменена антенна, которая также сможет увеличить передаваемый сигнал на несколько десятков метров.
WiFi (читается "вайфай" с ударением на втором слоге) - это промышленное название технологии беспроводного обмена данными, относящееся к группе стандартов организации беспроводных сетей IEEE 802.11. В некоторой степени, термин Wi-Fi является синонимом 802.11b, поскольку стандарт 802.11b был первым в группе стандартов IEEE 802.11 получившим широкое распространение. Однако сегодня термин Wi-Fi в равной степени относится к любому из стандартов 802.11b, 802.11a, 802.11g и 802.11n, 802.11ac.
Wi-Fi Alliance занимается аттестацией Wi-Fi продукции, что позволяет гарантировать, что вся 802.11 продукция, поступающая на рынок, соответствует спецификации стандарта. К сожалению, стандарт 802.11a, использующий частоту 5ГГц, не совместим со стандартами 802.11b/g, использующим частоту 2,4ГГц, поэтому рынок Wi-Fi продукции остается фрагментированным. Для нашей страны это неактуально, поскольку для использования аппаратуры стандарта 802.11а, требуется специальное разрешение и она не получила здесь широкого распространения, к тому же подавляющее большинство устройств, поддерживающих стандарт 802.11a, поддерживают также и стандарт 802.11b или 802.11g, что позволяет считать относительно совместимыми все продаваемые в данный момент WiFi устройства. Новый стандарт 802.11n поддерживает обе эти частоты.
Какое оборудование необходимо для создания беспроводной сети?
Для каждого устройства, участвующего в беспроводной сети, необходим беспроводной сетевой адаптер, также называемый беспроводной сетевой картой. Все современные ноутбуки, некоторые настольные компьютеры, смартфоны и планшеты уже оснащены встроенными беспроводными сетевыми адаптерами. Однако во многих случаях для создания беспроводной сети из настольных компьютеров сетевые адаптеры необходимо приобретать отдельно. Популярные сетевые адаптеры для ноутбуков выполнены в формате Mini PCI-E или M.2 устройств, соответственно, для настольных компьютеров существуют модели с интерфейсом PCI, PCI-E, беспроводные USB-адаптеры можно подключать как в портативные, так и в настольные системы.
Для создания небольшой беспроводной локальной сети из двух (в некоторых случаях - и большего числа) устройств достаточно иметь необходимое число сетевых адаптеров. (Требуется, чтобы они поддерживали режим AdHoc). Однако, если вы захотите увеличить производительность вашей сети, включить в сеть больше компьютеров и расширить радиус действия сети, вам понадобятся беспроводные точки доступа и/или беспроводные маршрутизаторы. Функции беспроводных маршрутизаторов аналогичны функциям традиционных проводных маршрутизаторов. Обычно они используются в тех случаях, когда беспроводная сеть создается с нуля. Альтернативой маршрутизаторам являются точки доступа, позволяющие подключить беспроводную сеть к уже существующей проводной сети. Точки доступа используются, как правило, для расширения сети, в которой уже есть проводной коммутатор (switch) или маршрутизатор. Для построения домашней локальной сети достаточно одной точки доступа, которой вполне по силам обеспечить необходимый радиус действия. Офисные сети обычно требуют несколько точек доступа и/или маршрутизаторов.
Точки доступа и маршрутизаторы, сетевые карты с интерфейсом PCI/PCI-E и некоторые USB адаптеры могут использоваться с более мощными антеннами вместо штатных, что значительно увеличивает дальность связи или радиус охвата.
| Адаптеры | Точки доступа | Прочее | |
| Сеть из двух беспроводных устройств без подключения к локальной проводной сети | 2 | - | Сетевые адаптеры должны поддерживать режим Ad-Hoc, в некоторых случаях можно так объединять в сеть более двух устройств. |
| Небольшая домашняя или офисная сеть из | По числу устройств | 1 | Если в локальную сеть планируется подключать и проводные устройства, то необходима точка доступа с функциональностью маршрутизатора (Wireless Router). |
| Мост между проводными локальными сетями | - | По числу сетей, если их больше двух, необходимо удостовериться, что выбранные точки доступа поддерживают режим Point-To-MultiPoint Bridge | - |
| Организация крупной беспроводной офисной или корпоративной сети | По числу устройств | Количество выбирается исходя из оптимальной зоны покрытия и скорости работы. | Часть точек доступа может работать в режиме репитеров или WDS. |
Каков стандартный радиус действия Wi-Fi сети?
Радиус действия домашней Wi-Fi сети зависит от типа используемой беспроводной точки доступа или беспроводного маршрутизатора. К факторам, определяющим диапазон действия беспроводных точек доступа или беспроводных маршрутизаторов, относятся:
Тип используемого протокола 802.11;
. Общая мощность передатчика;
. Коэффициент усиления используемых антенн;
. Длина и затухание в кабелях, которыми подключены антенны;
. Природа препятствий и помех на пути сигнала в данной местности.
Радиус действия со штатными антеннами (обычно усиление 2dBi) популярных точек доступа и маршрутизаторов стандарта 802.11g, при условии, что они соединяются с устройством, имеющим антенну с аналогичным усилением, можно примерно оценить в 150м на открытой местности и 50 м в помещении, более точные цифры для разных стандартов приведены ниже в таблице, посвященной скорости передачи.
Препятствия в виде кирпичных стен и металлических конструкций могут уменьшить радиус действия Wi-Fi сети на 25% и более. Поскольку стандарты 802.11a/ac используют частоты выше, чем стандарты 802.11b/g, он является наиболее чувствительным к различного рода препятствиям. На радиус действия Wi-Fi сетей, поддерживающих стандарт 802.11b или 802.11g, влияют также помехи, исходящие от микроволновых печей. Ниже показана таблица с приблизительными потерями эффективности сигнала Wi-Fi с частотой 2.4 ГГц при прохождении через различные препятствия.
Ещё одним существенным препятствием может оказаться листва деревьев, поскольку она содержит воду, поглощающую микроволновое излучение данного диапазона. Проливной дождь ослабляет сигналы в диапазоне 2.4GHz с интенсивностью до 0.05 dB/км, густой туман вносит ослабление 0.02 dB/км, а в лесу (густая листа, ветви) сигнал может затухать с интенсивностью до 0.5дб/метр.
Увеличить радиус действия Wi-Fi сети можно посредством объединения в цепь нескольких беспроводных точек доступа или маршрутизаторов, а также путём замены штатных антенн, установленных на сетевых картах и точках доступа, на более мощные.
Приблизительно возможные варианты дальности действия и скорости работы сети в идеальном случае можно рассчитать с помощью специального калькулятора, ориентированного на оборудование D-Link, но использованные там формулы и методики подходят и для любого другого.
При создании радиомоста между двумя сетями надо знать тот факт, что пространство вокруг прямой линии, проведённой между приёмником и передатчиком должно быть свободно от отражающих и поглощающих препятствий в радиусе, сравнимом с 0.6 радиуса первой зоны Френеля. Её размер можно рассчитать исходя из следующей формулы:
В реальной ситуации уровень сигнала на различном удалении от передающего устройства можно замерить при помощи специального устройства .
Что такое организация сети в режиме Infrastructure?
Данный режим позволяет подключить беспроводную сеть к проводной сети Ethernet посредством беспроводной точки доступа. Для того, чтобы подключение стало возможным необходимо, чтобы беспроводная локальная сеть (WLAN), беспроводная точка доступа и все беспроводные клиенты использовали одинаковый SSID (Service Set ID). Тогда Вы сможете подключить точку доступа к проводной сети с помощью кабеля и таким образом обеспечить беспроводным клиентам доступ к данным проводной сети. Для того, чтобы расширить инфраструктуру и обеспечить одновременный доступ к проводной сети любому числу беспроводных клиентов, Вы можете подключить к беспроводной локальной сети дополнительные точки доступа.
Основными преимуществами сетей, организованных в режиме Infrastructure по сравнению с сетями, организованными в режиме Ad-Hoc, является их масштабируемость, централизованная защита и расширенный радиус действия. Недостатком безусловно является необходимость расходов на приобретение дополнительного оборудования, например дополнительной точки доступа.
Беспроводные маршрутизаторы, предназначенные для использования в домашних условиях, всегда оснащены встроенной точкой доступа для поддержки режима Infrastructure.
Насколько быстрой может быть беспроводная сеть?
Скорость беспроводной сети зависит от нескольких факторов. Производительность беспроводных локальных сетей определяется тем, какой стандарт Wi-Fi они поддерживают. Максимальную пропускную способность могут предложить сети, поддерживающие стандарт 802.11ac - до 2167 Мбит/сек (при использовании MU-MIMO). Пропускная способность сетей, поддерживающих стандарт 802.11a или 802.11g, может составить до 54 Мбит/сек. (Сравните со стандартными проводными сетями Ethernet, пропускная способность которых составляет 100 или 1000 Мбит/сек.)
На практике, даже при максимально возможном уровне сигнала производительность Wi-Fi сетей никогда не достигает указанного выше теоретического максимума. Например, скорость сетей, поддерживающих стандарт 802.11b, обычно составляет не более 50% их теоретического максимума, т. е. приблизительно 5.5 Мбит/сек. Соответственно, скорость сетей, поддерживающих стандарт 802.11a или 802.11g, обычно составляет не более 20 Мбит/сек. Причинами несоответствия теории и практики являются избыточность кодирования протокола, помехи в сигнале, а также изменение расстояния Хемминга с изменением расстояния между приемником и передатчиком. Кроме того, чем больше устройств в сети одновременно участвуют в обмене данными, тем пропорционально ниже пропускная способность сети в расчёте на каждое устройство, что естественным образом ограничивает количество устройств, которое имеет смысл подключать к одной точке доступа или роутеру (другое ограничение может быть вызвано особенностями работы встроенного DHCP-сервера, у устройств из нашего ассортимента итоговая цифра находилась в диапазоне от 26 до 255 устройств).
| Протокол | Используемая частота | Максимальная теоретическая скорость | Типичная скорость на практике | Дальность связи в помещении | Дальность связи на открытой местности |
| 802.11b | 2.4ГГц | 11Мбит/cек | 0.4Мбайт/cек | 38 | 140 |
| 802.11a | 5ГГц | 54Мбит/cек | 2.3Мбайт/cек | 35 | 120 |
| 802.11g | 2.4ГГц | 54Мбит/cек | 1.9Мбайт/сек | 38 | 140 |
| 802.11n | 2.4ГГц, 5ГГц | 600Мбит/cек | 7.4Мбайт/cек | 70 | 250 |
Кроме того, скорость работы любой пары устройств существенно падает с уменьшением уровня сигнала, поэтому зачастую наиболее эффективным средством поднятия скорости для удалённых устройств является применение антенн с большим коэффициентом усиления.
Безопасна ли для здоровья беспроводная связь?
В последнее время в средствах массовой информации много говорят о том, что продолжительное использование беспроводных сетевых устройств может спровоцировать серьезные заболевания. Однако, на сегодняшний день научные данные, которые подтверждали бы предположения о том, что СВЧ-сигналы оказывают негативное влияние на здоровье человека, отсутствуют.
Несмотря на недостаток научных данных, осмелимся предположить, что беспроводные сети более безопасны для здоровья человека, чем мобильные телефоны. Частотный диапазон сигналов типичной домашней беспроводной сети совпадает с частотным диапазоном сигналов микроволновых печей, но мощность сигналов микроволновых печей и даже мобильных телефонов в 100 - 1000 раз превышает мощность сигналов беспроводных сетевых адаптеров и точек доступа.
В целом, в данном вопросе можно с уверенностью утверждать одно: интенсивность воздействия на человека СВЧ-излучения беспроводных сетей несравнимо меньше воздействия других СВЧ-устройств.
Порядок регистрации РЭС описан в постановлениях Правительства Российской Федерации от 12 октября 2004 г. № 539 "О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств" и от 25 июля 2007 г. № 476 О внесении изменений в постановление Правительства Российской Федерации от 12 октября 2004 г. № 539 "О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств"
Согласно постановлению N 476 от 25 июля 2007 г. пользовательское (оконечное) оборудование радиодоступа(беспроводного доступа) в полосе радиочастот 2400 - 2483,5 МГц с мощностью излучения передающих устройств до 100 мВт включительно ИСКЛЮЧЕНО из перечня радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств, подлежащих регистрации. Напоминаем, что штатная мощность передатчика всех продаваемых в настоящее время пользовательских WiFi устройств находится в пределах этой цифры, а установка любых антенн, не имеющих активных элементов, её не увеличивает.
Режимы работы точки доступа
Access Point Mode (Точка доступа) - Режим Access Point предназначен для беспроводного подключения к точке доступа портативных компьютеров, настольных ПК, смартфонов и планшетов. Беспроводные клиенты могут обращаться к точке доступа только в режиме Access Point.
Access Point Client / Wireless Client Mode (Беспроводной клиент) - Режим AP Client или Wireless Client позволяет точке доступа стать беспроводным клиентом другой точки доступа. По существу, в данном режиме точка доступа выполняет функции беспроводного сетевого адаптера. Вы можете использовать данный режим для обмена данными между двумя точками доступа. Обмен данными между беспроводной платой и точкой доступа в режиме Access Point Client / Wireless Client Mode невозможен.
Point-to-Point / Wireless Bridge (Беспроводной мост point-to-point) - Режим Point-to-Point / Wireless Bridge позволяет беспроводной точке обмениваться данными с другой точкой доступа, поддерживающей режим беспроводного моста point-to-point. Однако имейте в виду, что большинство производителей используют свои собственные оригинальные настройки для активации режима беспроводного моста в точке доступа. Обычно данный режим используется для беспроводного соединения аппаратуры в двух разных зданиях. Беспроводные клиенты не могут обмениваться данными с точкой доступа в этом режиме.
Point-to-Multipoint / Multi-point Bridge (Беспроводной мост point-to-multipoint) - Режим Point-to-Multi-point / Multi-point Bridge аналогичен режиму Point-to-point / Wireless Bridge с той лишь разницей, что допускает использование более двух точек доступа. Беспроводные клиенты также не могут обмениваться данными с точкой доступа в этом режиме.
Repeater Mode (Репитер) - Функционируя в режиме беспроводного репитера, точка доступа расширяет диапазон действия беспроводной сети посредством повтора сигнала удаленной точки доступа. Для того чтобы точка доступа могла выполнять функции беспроводного расширителя радиуса действия другой точки доступа, в её конфигурации необходимо указать Ethernet MAC-адрес удаленной точки доступа. В данном режиме беспроводные клиенты могут обмениваться данными с точкой доступа.
WDS (Wireless Distribution System) - позволяет одновременно подключать беспроводных клиентов к точкам, работающим в режимах Bridge (мост точка-точка) или Multipoint Bridge (мост точка-много точек), однако при этом уменьшается скорость работы.
Все точки доступа и беспроводные маршрутизаторы, продаваемые в настоящее время, легко конфигурируются через web-интерфейс, для чего необходимо при первом подключении их к Вашей сети обратиться через web-браузер по определённому IP-адресу, указанному в документации к устройству. (В некоторых случаях потребуются специальные настройки протокола TCP/IP на компьютере, используемом для конфигурирования точки доступа или маршрутизатора, также указанные в документации)
Оборудовнаие многих производителей также комплектуется специальным ПО, в том числе для мобильных устройств, позволяющим облегчить процедуру настройки для пользователей. Специфичные сведения, необходимые для настройки роутера для работы с вашим провайдером практически всегда можно узнать на сайте самого провайдера.
Безопасность, шифрование и авторизация пользователей в беспроводных сетях.
Изначально для обеспечения безопасности в сетях 802.11 применялся алгоритм WEP (Wired Equivalent Privacy), включавший в себя алгоритм шифрования RC4 c 40-битным или 104-битным ключом и средства распределения ключей между пользователями, однако в 2001 году в нём была найдена принципиальная уязвимость, позволяющая получить полный доступ к сети за конечное (и весьма небольшое время) вне зависимости от длины ключа. Категорически не рекомендуется к использованию в настоящее время. Поэтому в 2003 году была принята программа сертификации средств беспроводной связи под названием WPA (Wi-Fi Protected Access), устранявшая недостатки предыдущего алгоритма. С 2006 года все WiFi-устройства обязаны поддерживать новый стандарт WPA2 , который отличается от WPA поддержкой более современного алгоритма шифрования AES с 256-битным ключом. Также в WPA появился механизм защиты передаваемых пакетов с данными от перехвата и фальсификации. Именно такое сочетание (WPA2/AES) рекомендуется сейчас к использованию во всех закрытых сетях.
У WPA есть два режима авторизации пользователей в беспроводной сети - при помощи RADIUS-сервера авторизации (ориентирован на корпоративных пользователей и крупные сети, в этом FAQ не рассматривается) и WPA-PSK (Pre Shared Key), который предлагается использовать в домашних сетях, а также в небольших офисах. В этом режиме авторизация по паролю (длиной от 8 до 64 символов) производится на каждом узле сети (точке доступа, роутере или эмулирующем их работе компьютере, сам пароль предварительно задаётся из меню настроек точки доступа или иным специфичным для вашего оборудования способом).
Также во многих современных бытовых Wi-Fi устройствах применяется режим Wi-Fi Protected Setup (WPS ), также именуемый Wi-Fi Easy Setup, где авторизация клиентов на точке доступа осуществляется при помощи специальной кнопки или вводом pin-кода, уникального для устройства.
Для случаев, когда в сети эксплуатируется фиксированный набор оборудования (т.е. например, мост, созданный при помощи двух точек доступа или единственный ноутбук, подключаемый к беспроводному сегменту домашней сети) наиболее надёжным способом является ограничение доступа по MAC-адресу (уникальный адрес для каждого Ethernet устройства, как проводного, так и беспроводного, в Windows для всех сетевых устройств эти адреса можно прочесть в графе Physical Address после подачи команды ipconfig /all) посредством прописывания в меню точки доступа списка MAC-адресов «своих» устройств и выбор разрешения доступа в сеть только устройствам с адресами из этого списка.
Также у любой беспроводной сети есть уникальный идентификатор – SSID (service set identifier), который собственно и отображается как имя сети при просмотре списка доступных сетей, который задаётся при настройке используемой точки доступа (или заменяющего его устройства). При отключении рассылки (broadcast) SSID сеть будет выглядеть для просматривающих доступные сети пользователей как безымянная, а для подключения необходимо знать и SSID, и пароль (в случае использования WPA-PSK, однако само по себе отключение SSID не делает сеть более устойчивой к несанкционированному проникновению извне.
Развитие технологии WiFi
Главный недостаток сетей WiFi – их низкая емкость, то есть при увеличении количества клиентов скорость соединения, несмотря на то, что уровень сигнала отличный, может сильно снизиться. Для изменения этой ситуации в данный момент разрабатывается новый стандарт 802.11.ax. Его принятие запланировано на декабрь 2018 года. Из-за этого точных данных обо всех особенностях нового стандарта пока нет, и в зависимости от источника информация может заметно различаться, так например пропускную способность обещают от 1.8 до 10 Гбит/с. Из того, что известно точно можно назвать следующее:
Частота работы 2.4 и 5 ГГц
. Поддержка модуляции OFDMA, пришедшей из LTE/WiMax. Благодаря ей обеспечивается возможность точке передавать данные сразу на 30 клиентов (20 МГц канал) или запросить передачу данных от тех же 30 клиентов одновременно
. Поддержка модуляции 1024-QAM, благодаря чему увеличится скорость передачи данных
В целом новый стандарт 802.11ax будет обеспечивать обратную совместимость с предыдущими версиями, но получить все преимущества можно будет только в случае перевода всех устройств на новый стандарт. Старые адаптеры будут очень сильно снижать производительность.
Неоднократно мне встречались вопросы, суть которых сводилась к тому, можно ли как-нибудь повысить мощность сигнала беспроводной сети, изменив настройки роутера. Обычно этим интересуются те, кто как раз устанавливает и настраивает маршрутизатор. Особенно когда они выявят, что Wi-Fi ловит только в определенных частях квартиры/дома.
Бывает и такое. К примеру, мой роутер (модель TP-Link TL-WR841N) сеть, в принципе держит, но в одной из трех комнат квартиры она нестабильная. Компьютер и ноутбук еще как-то ее находит, а вот телефону (а он у меня в металлическом корпусе) это не удается.
О зоне покрытия стоит думать еще на этапе покупки маршрутизатора. Принять во внимание количество комнат в вашем жилище и толщину стен.
Увеличение мощности Wi-Fi
К сожалению, какие-то определенные, специальные настройки, при помощи которых регулировалась бы мощность сигнала, отсутствуют. По крайней мере, мне о такой возможности ничего не известно. Оптимальные настройки на роутерах устанавливаются по умолчанию.Если так получилось, что вы уже приобрели роутер и установили маршрутизатор, а мощность сигнала неудовлетворительная или в некоторых зонах она вообще отсутствует, можно конечно, поэкспериментировать с настройками, если ничего не получится, то, вероятно, придется покупать дополнительную антенну или репитер.
Что касается экспериментов с настройками, то можно поменять канал и его ширину. Иногда зона покрытия от такой манипуляции немножко увеличивается. От смены канала может измениться даже и скорость интернета (об этом мы говорили в одной из наших предыдущих публикаций ).
Не забудьте сохранить все настройки и перезагрузить маршрутизатор, чтобы изменения вошли в силу.
Антенны и репитеры
Если от смены настроек вы не получили никакого положительного результата, придется вашему маршрутизатору приобрести новую более мощную антенну . Могу вам в таком случае посоветовать TL-ANT2408CL, TL-ANT2405CL. Если у вас роутер например Asus , то лучше взять аксессуары от Asus.
В совсем запущенных ситуациях еще один вариант, это купить специальное устройство, которое называется репитер . Это такие себе усилители беспроводного сигнала. Например TL-WA854RE.
Это устройство вы включаете в комнате, где сигнал вашего Wi-Fi еще есть, но не очень сильный. И репитер усиливает сигнал, тем самым увеличивает радиус действия сети. В качестве репитера может быть настроен еще один роутер, если он поддерживает эту функцию (WDS).
Еще как вариант, попробуйте установить маршрутизатор как можно ближе к центру дома. Если есть возможность. Это позволит более рационально разделить радиус покрытия.
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.
