Записки IT специалиста
Построение сетей Wi-Fi. Межканальные и внутриканальные помехи.
Производительность вашей Wi-Fi сети не оправдывает ожидания? Соединение с сетью неустойчиво? Вчера все работало прекрасно, а сегодня просто отвратительно? Все это первый признаки того, что ваша сеть испытывает помехи. Сегодня мы поговорим об основных видах помех в Wi-Fi сетях и средствами борьбы с ними.
Научиться настраивать MikroTik с нуля или систематизировать уже имеющиеся знания можно на углубленном курсе по администрированию MikroTik. Автор курса, сертифицированный тренер MikroTik Дмитрий Скоромнов, лично проверяет лабораторные работы и контролирует прогресс каждого своего студента. В три раза больше информации, чем в вендорской программе MTCNA, более 20 часов практики и доступ навсегда.
Перед тем, как продолжить чтение, мы настоятельно рекомендуем ознакомиться с нашим материалом «Построение сетей Wi-Fi. Краткий ликбез», если вы не сделали этого раньше. Далее мы будем подразумевать, что читатель имеет базовые знания, как минимум на уровне вышеуказанной статьи.
Основная проблема беспроводных сетей — это ограниченный частотный ресурс. В наиболее широко используемом диапазоне 2,4 ГГц в РФ доступно 13 частоных каналов из который только 3 независимых. При этом следует понимать, что частотный канал является разделяемым ресурсом между всеми использующими его устройствами, т.е. если на одном частотном канале работает несколько беспроводных сетей, то пропускная способность канала будет делиться между всеми ними.
Сети Wi-Fi стоятся по схеме полудуплекса, когда прием и передача ведется в одном частотном канале с разделением по времени, т.е. в текущий момент времени устройство или передает или принимает информацию. При работе нескольких устройств на одном канале они будут ждать пока другое устройство освободит канал. Это можно сравнить с учебным классом, говорит учитель (точка доступа) — ученики (клиенты) слушают, затем может высказаться один ученик, за ним второй и т.д. Чем больше устройств — тем больше время ожидания, тем ниже производительность каждого устройства.
Следует также понимать, что устройство которое работает только на прием (на самом деле оно все равно будет передавать служебные пакеты) все равно занимает канал и другие устройства передавать в это время не могут.
Что будет если клиент не может правильно принять передачу от точки доступа? Он перезапросит пакет. Если уверенную связь установить не удается сеть перейдет на более низкоскоростной режим передачи, например с 802.11g на 802.11b. Возвращаясь к нашей аналогии, сидящий на задней парте ученик несколько раз переспрашивает учителя, в ответ тот начинает диктовать ему по слогам.
Самое время задать следующий вопрос — почему ученик не слышит учителя? У учителя тихий голос и на самой задней парте не слышно — это ситуация когда устройство находится вне зоны уверенного приема. Или рядом с ним открыто окно, а во дворе проводится занятие по физкультуре с другим классом — это помеха, чем тише голос учителя и громче орут за окном, тем хуже будет слышно урок.
На время оторвемся от наших аналогий и немного углубимся в теорию электросигналов. Распределение передаваемой энергии в частотном диапазоне называется спектром сигнала, ниже приведена типовая спектральная маска Wi-Fi канала шириной 20 МГц.
Основная часть энергии спектра попадает в канал шириной 22 Мгц с уровнем сигнала до -20 dB (не путать данную шкалу со шкалой RSSI). Полностью же спектр занимает более широкую полосу частот и это стоит учитывать при рассмотрении возможных причин появления помех. Общая ширина спектра достигает 60 Мгц, а это значит, что непересекающиеся каналы еще как пересекаются, однако в обычных условиях, когда уровни сигналов примерно равны, этим пересечением можно пренебречь. Следует помнить, что -20 dB это ослабление сигнала в 100 раз, -30 dB — в 1000 раз, -40 dB — в 10 тыс. раз.
Однако это весомая причина не использовать передатчиков с повышенной мощностью (что запрещено безполучения разрешения правилами эксплуатации беспроводных сетей) и антенн с большим коэффициентом усиления, в этом случае вы можете создавать межканальные помехи на большей части диапазона, даже на непересекающихся каналах.
На практике для оценки уровня сигнала используют показатель уровня мощности принимаемого сигнала (RSSI) который выражается в милливатт (mW), а так как мощность излучаемого сигнала изменяется по логарифмическим законам, то общепринятой единицей стал децибел-милливатт (dBm) который показвает отношение мощности к 1 mW. Так если в инструкции к точке доступа написано что выходная мощность 20 dBm, то это соответсвует 100 mW.
Теперь вернемся к помехам. Что будет, если на одном канале работает сразу несколько точек доступа? Во первых увеличится время ожидания, так как устройство будет воспринимать передачу чужой точки как занятый канал и будет ожидать его освобождения. Однако точки доступа (но не клиенты) могут передавать одновременно — при этом возникает коллизия, которая потребует повторной посылки пакета и вызовет падение производительности. Данный тип помех называется внутриканальной помехой.
В тоже время сами Wi-Fi устройства способны успешно противостоять внутриканальным помехам, что обусловлено механизмом работы устройств в рамках одного канала. Даже при наличии нескольких сетей клиентские устройства будут молчать во время передачи чужих устройств и не засорять диапазон шумом. Чтобы остроиться от внутриканальной помехи достаточно поднять уровень RSSI на 20 dB и более.
Здесь мы приходим к пониманию ситуации, когда максимальная мощность точки доступа это не всегда хорошо. Возвращаясь к аналогии: две группы вполне могут провести занятия в одном классе, если будут разговаривать в полголоса. Если обе будут говорить в голос — ничего не получится. Также две точки доступа в соседних офисах могут упешно работать на одном канале с пониженной мощностью, но будут создавать сильные помехи друг другу, если мощность не понижать.
Другая ситуация возникнет при работе двух сетей на соседних каналах. Хотя большая часть их спектров перекрывается, устройства не будут молчать во время чужой передачи, а будут пытаться передавать сами, считая соседнюю передачу обычным шумом. Продолжая аналогию, представим себе ресторан с несколькими шумными компаниями, чтобы сказать что-нибудь другу через столик вам придется повышать голос или даже кричать. Чем больше компаний рядом и чем ближе они к вам находятся, тем хуже вы будете слышать друг друга. Этот тип помех называется межканальными помехами.
С точки зрения влияния на производительность межканальные помехи самый худший вариант, так как резко увеличивают уровень шума и даже при достаточной мощности передатчика скорость работы и стабильность связи будут низкими из-за постоянной перепосылки пакетов. Это происходит из за попытки использовать двумя сетями на 2/3 общий частотный диапазон.
При прочих равных условиях наличие межканальной помехи всегда значительно хуже, чем внутриканальной и этой ситуации следует всеми силами избегать.
Если обнаружить междуканальные и внутриканальные помехи достаточно просто, то существует еще один вид помех, с которым бороться значительно труднее. Это помехи от устройств не являющимися Wi-Fi устройствами, но работающими в этом же диапазоне. Это могут быть микроволновые печи, беспроводные телефоны, WiMAX и т.д., также помехи в диапазоне 2,4 ГГц способны создавать неисправные электроприборы или электроинструмент.
Частотный спектр и интенсивность этих помех могут быть самыми разнообразными, как и последствия, которые могут варьироваться от незначительного снижения производительности, до полного нарушения связи. В нашей практике был случай, когда в одном офисном центре каждый день с 12 до 14 часов наблюдалось полное пропадание беспроводной связи в одном из офисов. Небольшое расследование выявило микроволновую печь прямо через стенку из гипсокартона в соседнем офисе. Проблема полностью решилась переносом точки доступа в другой конец офиса.
В заключение хочется еще раз напомнить, частотный диапазон 2,4 ГГц весьма тесен и часто перегружен, поэтому, принимая меры по борьбе с помехами от соседних сетей и достижения максимальной производительности своей сети, не забывайте о том, что вы тоже можете стать помехой соседям и старайтесь принимать меры по недопущению подобной ситуации. Как говорил Кот Леопольд: «Ребята, давайте жить дружно», нравится вам это или нет, но других вариантов нормального использования диапазона 2,4 ГГц сегодня нет.
Научиться настраивать MikroTik с нуля или систематизировать уже имеющиеся знания можно на углубленном курсе по администрированию MikroTik. Автор курса, сертифицированный тренер MikroTik Дмитрий Скоромнов, лично проверяет лабораторные работы и контролирует прогресс каждого своего студента. В три раза больше информации, чем в вендорской программе MTCNA, более 20 часов практики и доступ навсегда.