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.
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.
Марк Абрамий
Июль 2005 г.
Самый простой способ организации небольшой домовой локальной сети, или обеспечения совместного использования интернет-канала несколькими жителями ближайших домов - Wi-Fi. Главное достоинство беспроводного соединения в том, что его без проблем могут организовать даже начинающие пользователи, причём без привлечения официальных инстанций, что нередко требуется при прокладке «воздушки» или даже для доступа к нежилым помещениям при протяжке кабеля. Однако, прежде чем тратить деньги на новое оборудование, необходимо убедиться, что его «дальнобойности» хватит для соединения в сеть всех желающих.
К сожалению, технология Wi-Fi в силу своей слабой дальнобойности пока не в состоянии соединить хоть сколько-то удалённые друг от друга компьютеры, если они не находятся в прямой видимости. Достаточно пары железобетонных стен на пути сигнала, чтобы полностью его экранировать, а потому в реальной ситуации объединить в сеть можно только пользователей, расположенных в рядом стоящих домах, если их окна, а точнее - антенны Wi-Fi-адаптеров, смотрят друг на друга. То есть связаться с живущим в соседнем подъезде приятелем гораздо сложнее, поскольку вас с ним будут разделять не два стеклопакета, а несколько капитальных стен. Аналогично не получится сконнектиться и с товарищем из стоящего напротив дома, если его окна не направлены в вашу сторону.
Есть ли выход из данной ситуации, или в любом случае надо договариваться с официальными инстанциями на протяжку «воздушки», или тянуть провода, устанавливая точки доступа (далее - ТД) на крышах домов, чтобы сигнал от них ничем не перекрывался?
К сожалению, самое напрашивающееся решение - увеличение мощности ТД - рядовому потребителю не подходит. Хотя выбор точек доступа на сегодня огромен и в интернете можно найти даже достаточно мощные модели - мощностью более 200 mW (продукты RangeLAN от Proxim, точки доступа и базовые станции Vivato, Senao). Однако вся проблема в том, что официально, без какой-либо регистрации и лицензирования в Минсвязи простой пользователь имеет право применять лишь беспроводное оборудование весьма ограниченной мощности - только до 100 mW или, согласно обозначению, чаще всего встречающемуся в спецификациях точек доступа - до 20 dBm. Но даже это всего лишь максимально возможная величина - в реальности, наиболее распространенные «бытовые» точки доступа известных у нас производителей имеют гораздо меньшую мощность (например, 17dBm, то есть в два раза меньше разрешенной), и чтобы найти среди них что-то хотя бы близкое к вожделенным 20 dBm, придется приложить немало усилий. «Запрещенные» 200 mW найти проще, чем «законные» 100 mW!
Второй способ, который приходит на ум - применение мощных узконаправленных антенн. В этом случае вся мощность, излучаемая точкой доступа, будет направляться в сторону удалённого ПК и появится шанс пробиться через серьёзные преграды.
Попробуем же выяснить, насколько это реально - далеко ли «бьёт» одна точка доступа с направленной антенной в условиях городской застройки? Получится ли в этом случае «пробить» железобетонные стены?
Чтобы оценить реальную «пробивную способность» Wi-Fi, мы взяли несколько типичных точек доступа с поддержкой разных типов расширенного 802.11g: TRENDnet TEW-411BRP+, D-Link DWL-2100AP, U.S.Robotics USR805450, а также направленные антенны D-Link ANT24-1201 (12 dBi) и TRENDnet TEW-OA14DK (14 dBi). Утверждается, например, что последняя может связать беспроводные устройства на расстоянии до 8 км в условиях прямой видимости. Поскольку в данном случае мы не тестируем сами точки доступа и даже не проверяем скорость полученного канала, а всего лишь пытаемся выяснить «дальнобойность» самой технологии, то всё, что нам нужно для этого оценочного экспресс-теста - включить все три ТД и походить вокруг дома с КПК, оснащённым модулем Wi-Fi и программой, отображающей уровень радиосигнала.
Итак, этап первый - использование штатных антенн. Располагаем ТД на пятом этаже стандартной панельной пятиэтажки и выясняем, что уже на третьем этаже приём практически отсутствует. То есть внутри дома вы надёжно сможете соединить лишь ПК, расположенные на соседних этажах и не более чем через две, максимум - три железобетонные стены от ТД.
Выходим на улицу. С той стороны дома, куда выходят окна нашей «тестовой» квартиры, то есть в пределах прямой видимости, сигнал достаточно прилично ловится на расстоянии примерно 200 метров, однако стабильность приёма уже не такая, как на 100 метрах. Если же на пути сигнала встаёт дом, то он полностью его экранирует. То есть связаться, например, с квартирой, расположенной на противоположной стороне стоящего в 50-70 метрах от вас дома, уже не получится. Не будет сигнала и во дворе вашего собственного дома, со стороны, противоположной окнам вашей квартиры - это всё те же 2-3 капитальные стены.
Посмотрим теперь, что нам даст подключение направленной антенны. В этом случае дом, стоящий перед вашим окном, с большим трудом, но «пробить насквозь» можно! Сигнал есть, а это значит, что появляется хотя бы принципиальная возможность соединить таким образом две квартиры, одна из которых смотрит окнами не на ТД, а в другую сторону. Но, к сожалению, говорить о терпимой стабильности соединения не приходится - точку, в которой возможен приём сигнала, приходится буквально вылавливать - шаг влево, шаг вправо, и сигнал теряется. Но даже если вы и «нащупаете» такую точку, идеально сориентировав обе антенны, то уровень потерянных пакетов всё равно будет слишком велик.
Таким образом, организовать сеть с помощью одной бытовой точки доступа с направленной антенной в условиях непрямой видимости довольно сложно. В простейшем случае вы достаточно надежно соедините лишь несколько квартир, расположенных в непосредственной близости от ТД - над вами, под вами, а также ближайших соседей по этажу. При этом предварительный тест на местности обязателен - очень многое будет зависеть от расположения ТД и соединяющихся с ней адаптеров, а также от конкретного оборудования и самого дома. Возможно, в самом трудном случае поможет установка дополнительной антенны круговой направленности на ТД или применение направленных антенн на самых удалённых от нее адаптерах.
Друга же в соседнем доме удастся подключить, только если его окна смотрят прямо на точку доступа. Если же кто-то оказался на противоположной стороне от вас, то «пробиться» к нему, пожалуй, теоретически возможно, например, при наличии двух узконаправленных антенн с большим коэффициентом усиления, достаточно точно нацеленных друг на друга, но проверить это вы сможете только попытавшись сделать всё в реальности. Поэтому в такой ситуации лучше всё же прибегнуть к проводам, вынеся антенну на крышу или протянув «воздушку». Вот такая беспроводная технология…
Что же делать, если вариант с выносом антенн на крышу дома или прокладкой кабелей никоим образом не подходит? В этом случае можно попытаться использовать комплексное решение:
При выборе ТД мы бы советовали обратить внимание ещё и на такой момент как максимально возможная скорость. Дело в том, что стандартных на сегодня 54 Мбит/c всё-таки маловато для организации приличной сети (о стандарте 802.11g читайте, например, на www.thg.ru/network/20030311/ ). Поэтому оптимальным вариантом, на наш взгляд, будет выбор ТД с поддержкой режима SuperG, обеспечивающего соединение на скорости до 108 Мбит/c (учтите - подключение клиентов 802.11b будет замедлять работу всей сети, поэтому поддержку 802.11b лучше вообще отключить). SuperG поддерживается оборудованием на базе чипов Atheros, они неплохо распространены, применяются разными брендами и пользователь получает какую-никакую свободу выбора при покупке адаптера. Есть, впрочем, на рынке и другие расширения 802.11g, вплоть до 125 Мбит/c (подробнее о расширенных режимах в статье www.thg.ru/network/20040127/ ), можно выбрать и их, но они, пожалуй, чуть больше завязаны на конкретного производителя, и вам придётся, например, закупать для каждого пользователя совершенно одинаковые адаптеры, даже если у кого-то уже есть Wi-Fi-адаптер, но другой фирмы. Плюс ко всему, в новом оборудовании на основе чипов Atheros появилась технология расширения радиуса действия eXtended Range (тест различных технологий увеличения дальности смотрите на www.thg.ru/network/200505191/ ), которая опять-таки играет нам на руку.
Не стоит забывать и о чувствительности ТД - от модели к модели она может различаться довольно заметно, так что, прежде чем сделать выбор, придется перекопать море документации. Но окончательное решение в любом случае следует принимать только по результатам тестирования на реальной местности, то есть при закупке оборудования необходимо договориться о money back, иначе деньги будут потрачены, а связи добиться так и не получится.
Выбор и расположение антенны - тоже непростая задача (учтите, не все ТД позволяют подключать внешнюю антенну). Самые простые секторные антенны имеют усиление не более 13-15 dBi, если же вы найдёте фирменную антенну с фазированной решёткой (ФАР), то можете получить и 25 dBi, то есть на 10 dBi больше, но и более узким лучом.
Существует несколько вариантов расположения антенны. Например, чтобы организовать сеть в многоэтажном доме, обычно рекомендуется установить антенну снаружи (например, в окне или на крыше здания напротив), и направить ее на фасад здания. В этом случае все помещения, которые выходят окнами в сторону антенны, гарантированно окажутся в зоне доступа. Те помещения, которые расположены на другой стороне здания и отделены от антенны двумя и более железобетонными стенами, в зону доступа могут и не попасть. То есть если вы соединяете два дома, то наибольшего покрытия вы сможете добиться, если используете две ТД, расположенные в каждом доме, с антеннами, направленными на противоположный дом. При соединении трёх домов антенны должны размещаться на крайних и «светить» на тот, что в центре. Если же вам надо соединить машины, расположенные на больших расстояниях друг от друга в переделах одного дома, а возможности установить ТД (вернее - их антенны) на рядом стоящие дома нет, то придётся разоряться на беспроводные повторители, раскиданные по всем подъездам и этажам, либо городить довольно непростую конструкцию из нескольких ТД, соединённых кабелем. Разумеется, эти решения хоть и самые «дальнобойные», но и самые дорогие и сложные в реализации (учтите, что ёмкость ТД ограничена, поэтому если вы захотите соединить 30 человек, то одной ТД уже никак не обойтись), поэтому в быту вряд ли подходят. К тому же, мы опять-таки получаем мёртвую зону в квартирах, расположенных позади антенн.
Обратите внимание, что некоторый софт может быть представлен в виде демоверсий и иметь условно-бесплатное распространение.
Напоследок сделаем отступление. Один из наших покупателей, ознакомившись с нашим устройством был сильно удивлен его возможным применением и написал нам — вы сделали оборудование для воровства WiFi!
Конечно, злоумышленник может использовать «WiFi Agent» для противоправных целей. Но, с таким же успехом можно обвинить продавцов топоров в том, что новый «Раскольников» купит топор и нападет на старуху-процентщицу. А уж продавцы посуды — это вообще пособники преступников. Тут и ножи, и скалки, и страшное орудие — чугунная сковорода.
В свете последних принимаемых законов, необходимо отметить, что наше устройство не содержит в себе каких-либо криптографических шифровальных средств и не является WiFi роутером. USB WiFi адаптер с направленной антенной «WiFi Agent» не использует какие-либо средства для взлома чужих сетей и не делает процесс «воровства» ни на йоту проще, нежели штатный WiFi адаптер ноутбука.
Мы считаем, что вопрос использования каких-либо устройств в рамках закона это прямая обязанность потребителя. Поэтому, конечно же, совершая любое действие, всегда необходимо помнить о правовой стороне вопроса.
Мы рекомендуем использовать «WiFi Agent» в ситуациях, когда штатный WiFi адаптер вашего ноутбука или ПК принимает сигнал WiFi сети с низким уровнем, а также в случаях, когда вам необходимо пользоваться своей WiFi сетью, находясь на большом удалении от роутера.
Теги: Добавить метки
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.
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 ).
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.
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 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.
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.
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.
