Вы здесь

Почему нормально не работает WiFi на роутерах в многоэтажках Москвы

 

И так, данная статья родилась после практически ежедневного разжевывания клиентам, почему например, при тарифном плане 64 мБит/сек они не могут воспользоваться данными скоростями. А так же будут даны некоторые рекомендации, как все-таки добиться от WiFi более-менее приемлемых результатов работы.  

Немного о принципах работы беспроводных протоколов передачи данных.

Впервые, задумались о подключении к сетям ethernet без использования проводов в далеком 1990 году. В это году комитет по стандартам IEEE802 сформировал рабочую группу с целью разработки стандарта работы беспроводных сетей. Эта группа занялась разработкой всеобщего стандарта для радиооборудования и сетей, работающих на частоте 2,4 ГГц, со скоростями доступа 1 и 2 Mbps (Megabits-per-second). Работы по созданию стандарта были завершены через 7 лет, и в июне 1997 года была ратифицирована первая спецификация 802.11.

Принятая спецификация подразумевала собой работу оборудования на 14 частотах в диапазоне от 2,412 ГГц с шагом в 5 мегагерц. Эти частоты получили название каналы. То есть понятие 3 канал WiFi соответствует частоте 2,422 ГГц. Ниже приведена таблица соответствия номеров каналов и частот.

1 канал 2412 мГц
2 канал 2417 мГц
3 канал 2422 мГц
4 канал 2427 мГц
5 канал 2432 мГц
6 канал 2437 мГц
7 канал 2442 мГц
8 канал 2447 мГц
9 канал 2452 мГц
10 канал 2457 мГц
11 канал 2462 мГц
12 канал 2467 мГц
13 канал 2472 мГц
14 канал 2484 мГц

На практике, использование данных каналов регламентируется внутренними документами страны использования устройства. Так например 14-й канал разрешен к применению только в Японии. 12-й и 13-й канал практически не применяется, из-за возможного перекрытия 14-го канала, частоты которого уже используются для других целей.

Остановимся подробнее, что значит эта фраза — из-за возможного перекрытия ? Дело в том, что при использовании канала для передачи данных, согласно таблице, должна использоваться полоса 5 мегагерц, как казалось бы следует из таблицы. Но на практике, (не будет нагружать читателя подробностями применяемых модуляций сигнала) при информационной скорости передачи 1 мегабит в секунду, используется двоичная относительная фазовая модуляция (DBPSK), которая занимает полосу в 22 мегагерца. И именно вот здесь разложены первые грабли проблемы  стандарта 802.11. Казалось бы, при доступных 11-ти (13/14) каналах, в действительности при передаче занимаются сразу 5 каналов и остаются только три непересекающихся диапазона : 2.412 — 2.434 ГГц (1-5 канал),  2.437 — 2.459 Ггц (6 — 10 канал), 2.462 Ггц — 2.483 Ггц  (11 — 13  каналы).

Как это скажется на практике ? Это означает, что в при работе в диапазоне 2.4 Ггц, существуют только 3 неперыкрывающиеся полосы, расположенные на первом, шестом и одиннадцатом каналах . А теперь запустите сканер сетей, и посмотрите, сколько вокруг вы видите беспроводных сетей и на каких частотах они работают ? Правильно, их не один десяток ( для города Москвы ). Соседи снизу, соседи сверху, справа, слева и т.п. Все это приводит к тому, что Вы работаете на перекрывающихся частотах, и создаете друг-другу помехи, снижая скорость на повторную пересылку потерянных данных. Добавьте сюда еще микроволновые печи и радиотелефоны, тоже работающие в нелецинзируемом диапазоне 2.4 Ггц то получается совершенно нежизнерадостная картинка.

Но все это только малая часть проблемы, которая имеет место. Посмотрим дальше, как устроено семейство протоколов беспроводной передачи данных 802.11 .

С частотами мы определились, теперь рассмотрим сам процесс передачи даных. Основное отличие от проводной сети ethernet, связано с тем, что к одной точке доступа, у нас может быть подключено более одного устройства, а протокол 802.11 является полудуплексным. Что это значит — это значит что в момент передачи данных одним из устройств, остальные должны ждать своей очереди, что бы начать процесс передачи. И этого момента надо еще дождаться. Как определяется, что среда свободна, и можно начать процесс передачи ?  Для определения того, является ли канал свободным, используется алгоритм оценки чистоты канала (Channel Clearance Algorithm, CCA). Его суть заключается в измерении энергии сигнала на антенне и определения мощности принятого сигнала (RSSI). Если мощность принятого сигнала ниже определённого порога, то канал объявляется свободным. А при достаточно высоком уровне помех от «соседских» сетей, такой момент может не наступить и ни когда — уровень сигнала на приемной антенне будет всегда выше порогового значения.

Ладно, допустим наступил тот светлый момент, когда мы можем начать передачу данных. Пусть мы ведем обмен только с единственной точкой доступа. Мы посылаем пакет данных, так как это среда радио, он может дойти с искажениями, и не восстановиться в правильный пакет (в каждом пакете передается его контрольная сумма), приемное устройство должно сообщить об этом с помощью посылки пакета ACK передающему, который подтверждает правильность получения данного пакета. Если пакет ACK не получен и пришел искаженным, то через случайный промежуток времени передача повторяется.  Данный алгоритм передачи данных называется Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA). Как видим — чем больше данных приходят с ошибками, тем больше раз их отправку требуется повторить, как следствие скорость из-за повторов падает.

Данный протокол в принципе неплох для 1997 года, а не для 21-го века, где даже телефоны поддерживают режим создания собственной беспроводной сети, для предоставления доступа в сеть другим устройствам, когда у нас существует только одна базовая станция в квартире и единственный ноутбук, с которым мы сидим по беспроводному подключению. Но тут мы решили сыну подарить новый Macbook Air на день рождения, и вот у нас начинаются проблемы. Сын сидит с утра до вечера качает торренты поставив ограничения на скорость приема/передачи в половину тарифа, предоставляемого провайдером, а мы начинаем названивать в техподдержку провайдера, жаловаться на падение скорости на нестабильность работы интернета — страницы то открываются то нет и пр. Теперь немного зная теорию, мы понимаем, что данное явление может наблюдаться, если у нас или базовой станции не находятся свободный промежуток времени, когда среда передачи данных свободна и можно начать обмен с нами.

Ну и наконец один из последних подвохов семейства протоколов 802.11 заключается в том, что как мы рассмотрели ранее является полудуплесным протоколом с множественным доступом к несущей и избежанием столкновенний передачи, то маленькое следствие этого — все устройства, подключенные к вашей точке доступа/роутеру, будут использовать единую, минимальную возможную скорость (Basic rate) на всех устройствах  . Что это значит на практике ? Это значит что все служебные пакеты беспроводной сети, пакеты ACK, броакасты, Вы будете получать на скорости 1 mpbs, если эта basic rate не отключено в настройках дочки доступа/роутера. Вывод — хотите более высокие скорости — отключайте поддержку низких базовых скоростей. Платой за это будет снижение радиуса покрытия сети, при возможном возрастании скоростей. К сожалению бытовые роутеру практически не конфигурируются в этой области.

Как привести в чувство домашнюю беспроводную сеть :

  • Использовать многодиапазонные точки доступа/роутеры. Что это дает ? Существует разновидность стандарта 802.11 работающая на частоте 5.5 гигагерц — 802.11a/n . Данный диапазон имеет больше каналов и как следствие больше непересекающихся областей для работы. Это позволит Вам по крайней мере, при условии поддержки данного диапазона Вашим ноутбуком, найти область для работы, с минимальным уровнем помех.
  • Не подключать устройства, которым нужен нормальный, высокоскоростной доступ, вместе с устройствами в таковом не нуждающимся. В случае использования двухдиапазонного роутера, у Вас будет 2 разных сети, с двумя разными SSID (названиями). Устройства типа ноутбуки, Вы присоединяете к сети, работающей на 5.5ГГц, а телефоны к сети, работающей на 2.4ГГц.
  • Тщательно выбрать место предварительной установки роутера — поставить роутер в предполагаемую точку установки, подключиться к нему, и замерить уровни сигнала в самых удаленных точках помещения. Если идет сильная потеря сигнала и скорость подключения падает на порядок — изменить место установки роутера, либо поставить дополнительные. Не используйте беспроводное расширение сети в дополнительных точках доступа/роутерах!!! Не смотря на то, что уровень сигнала у Вас возрастет скорость лучше не станет. Для объяснения просто потребуется изложить больше теории, чем принять это на веру. Подключайте дополнительные роутеры/точки доступа только и только проводами внутрь (в порты LAN) основного.

Вот, как бы максимально упрощенно постарался изложить Вам основы работы беспроводных сетей. Очень много опущено, очень многое упрощено, но наша с Вами задачи была понять основной источник проблем. Мы не рассмотрели подстандарты 802.11n, вводящие понятие MIMO, не рассмотрели проблемы интерференции и отражения сигналов от препятствий, и так далее. Чуть более углубленно можно почитать тут : http://habrahabr.ru/post/149447/