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.
Дальность действия Wi-Fi роутера зависит от типа используемого роутера или точки доступа. Факторами, определяющими диапазон действия роутера (точки доступа) являются:
1. Общая мощность передатчика;
2. Тип используемого протокола 802.11;
3. Длина и затухание кабелей, подключенных к антенне;
4. Препятствия и помехи на пути сигнала в данном помещении;
5. Коэффициент усиления антенн роутера.
Дальность Wi-Fi роутера стандарта 802.11g, со штатной антенной (усиление порядка 2dBi) примерно равняется 150м на открытой местности и в помещении - 50 м. Но кирпичные стены и металлические конструкции могут сократить этот радиус действия на 25% и более. Для стандарта 802.11a используются частоты выше, чем для стандартов 802.11b/g, поэтому он более чувствителен к различным препятствиям. Кроме того, на радиус действия Wi-Fi сетей стандарта 802.11b или 802.11g сильно влияют помехи от микроволновых печей. Листва деревьев тоже является сильным препятствием, поскольку содержит воду, которая поглощает микроволновое излучение используемого диапазона. Например, проливной дождь ослабляет сигнал в диапазоне 2.4GHz до 0.05 dB/км, густой туман - 0.02 dB/км, а лес (густая листва, ветви) - до 0.5дб/метр.
Выбрав вай фай роутер, радиус действия можно приблизительно рассчитать с помощью специального калькулятора (http://www.nix.ru/art/swf/wirecalc.swf), предназначенного для оборудования D-Link, но примененные там формулы и методика подойдут для любого другого.
Если создавать радиомост между двумя сетями, то нужно учитывать, что пространство вокруг прямой линии, проведённой от приёмника к передатчику должно быть свободно от поглощающих и отражающих препятствий в радиусе, равным 0.6 радиуса первой зоны Френеля. Размер этой зоны можно рассчитать по следующей формуле:
Зона Френеля:
В реальных условиях уровень сигнала на различном расстоянии от передающего устройства можно измерять специальным устройством (Wi-Fi детектором).
Если нужно увеличить дальность, роутер WiFi можно объединить в цепь из нескольких роутеров или беспроводных точек доступа, или заменить штатные антенны на более мощные.
КАК УВЕЛИЧИТЬ ДАЛЬНОСТЬ РОУТЕРА
Существует много решений вопроса, как увеличить радиус действия роутера.
Если роутер не обеспечивает необходимую зону покрытия, то для увеличения радиуса действия можно установить WiFi репитер, который будет работать усилителем для роутера. Репитер принимает сигнал и передает его дальше. Репитер нужно устанавливать посередине, между вашим компьютером и роутером (точкой доступа).
Менее затратным способом является замена штатной антенны роутера на антенну с большим коэффициентом усиления или на направленную.
Устанавливая в помещении wi-fi сеть нужно располагать роутер приблизительно на одном расстоянии от всех комнат, чтобы мощность сигнала была примерно одинакова во всем помещении.
Между роутером и компьютером должно быть как можно меньше кирпичных стен и железных конструкций, которые могут сильно ослабить сигнал. Также нужно учитывать возможные помехи от микроволновых печей.
Для увеличения дальности роутера можно использовать специальный усилитель сигнала, подключив его вместо антенны.
КАК
УВЕЛИЧИТЬ
МОЩНОСТЬ
РОУТЕРА
Для увеличения мощности сигнала роутера можно использовать метод отражения сигнала. Можно использовать отражающую пленку. В качестве отражающей пленки подходит обычная фольга или зеркало из консервной банки, из которой делается экран, который предотвращает распространение сигнала в ненужную сторону.
ПОМОЩЬ В НАСТРОЙКЕ РОУТЕРА
Сначала нужно уточнить аппаратную версию роутера, посмотрев на наклейку на днище роутера.
По маркировке роутера в интернете можно скачать новую версию микропрограммного обеспечения (прошивки) для роутера. Новая версия прошивки значительно повышает работу устройства.
Сетевые подключения
В операционной системе Windows Vista / Windows 7
нужно выбрать:
«Пуск» → «Панель Управления» → «Центр управления сетями и общим доступом» → «Управление сетевыми подключениями».
Настройка сетевой карты
Если протокол подключения - DHCP или Static IP, то открыв папку «Сетевые подключения» Вы увидите следующее:
Подключение по локальной сети
Для уточнения протокола щелкните правой кнопкой мыши ярлык «Подключение по локальной сети» и выберите в меню «Свойства». В появившемся окне выберите протокол TCP/IP v4 и нажмите кнопку «Свойства». Откроется новое окно.
Если в открывшемся окне точки стоят напротив надписи «Получить IP-адрес автоматически», то значит протокол подключения - DHCP.
Если точками отмечено «Использовать следующий IP-адрес», а в окнах возле надписей «Маска подсети», «IP-адрес» и «Основной шлюз» стоят числовые значения, то значит тип подключения - Static IP.
Эти числа нужно записать, и отметив «Получить IP-адрес автоматически» нажать кнопку «ОК».
После уточнения протокола и типа подключения к провайдеру нужно правильно подключить роутер.
После этого нужно определить заводской IP-адрес роутера. Его можно узнать из инструкции к устройству. Этот IP-адрес вводится в адресную строку интернет-браузера и нажимается клавиша «Enter».
В открывшемся окне авторизации введите логин и пароль из инструкции (обычно логин и пароль - admin).
После авторизации можно приступить к настройке роутера. В открывшемся web-интерфейсе зайдите в раздел «Main», выберите подраздел «WAN» и затем в меню «Connection Type» (протокол подключения) выберите «DHCP Client or Fixed IP». Нажмите кнопку «Clone MAC Address», а потом кнопку «Apply».
Для протокола DHCP проведенных действий достаточно для настройки доступа к сети интернет.
Для протокола Static IP (когда провайдер присвоил статический IP-адрес для сетевой платы компьютера), в разделе «Main» выберите подраздел «WAN», а в меню «Connection Type» выберите «DHCP Client or Fixed IP» и нажмите кнопку «Clone MAC Address». Потом поставьте точку возле «Specify IP» и введите в трех полях «Маску подсети», «IP-адрес» и «Адрес основного шлюза», которые записали ранее.
Когда будет нажата кнопка «Applly», на компьютере, для которого выполнялась настройка, будет доступ к сети интернет.
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.
Как увеличить дальность Wi-Fi – это вопрос, который тревожит чуть ли не каждого обладателя роутера. Дело в том, что в больших помещениях уровень сигнала сильно снижается даже на относительно небольшом расстоянии от источника сигнала. Это, в свою очередь, негативно сказывается на скорости соединения.
Как увеличить зону покрытия беспроводного роутера
Чем ниже уровень сигнала, тем выше вероятность потери пакетов данных. Что же делать в таком случае? Как увеличить радиус действия Wi-Fi сети?
Существует несколько способов, как увеличить зону покрытия Wi-Fi дома:
- Правильная организация сети (расположение роутера).
- Улучшить прием при помощи усиленных антенн.
- Применение репитеров (усилители сигнала или так называемые повторители).
- Настройка второго роутера в режиме «Мост».
Как видите, способов достаточно много. Конечно, почти все они требуют определенных финансовых затрат. Но первый вариант абсолютно бесплатный. При этом правильное размещение маршрутизатора позволит существенно расширить радиус покрытия.
Где лучше всего разместить точку доступа
Первое правило заключается в том, чтобы расположить ваш маршрутизатор в центре помещения. Благодаря этому у вас не будет удаленных комнат, все они будут на равном расстоянии. Второй шаг – поднять роутер на максимальную высоту. Лучше всего поставить его на полку под самым потолком.
Wi-Fi передается при помощи радиоволн, поэтому чем выше вы разместите антенну источника сигнала, тем шире будет зона действия сети.
Выполнив эти простые правила, вы сможете произвести максимальное увеличение дальности Wi-Fi покрытия. При этом без каких-либо финансовых затрат.
Помимо этого, в продаже имеются усиленные антенны. Они имеют стандартное крепление и вкручиваются вместо стандартных антенн. Они имеют большие размеры. Благодаря этому увеличивается дистанция трансляции сигнала.
Такое оборудование имеет наименьшую стоимость из списка устройств, требуемых для усиления сигнала Wi-Fi.
Как увеличить дальность действия Wi-Fi: Видео
Как улучшить прием при помощи усилителей сигнала
Это устройства, которые работают в режиме моста. То есть увеличение радиуса действия Wi-Fi происходит следующим образом: репитер подключается к вашей точке доступа и раздает ее сигнал дальше. Таким образом вы сможете покрыть целый жилой дом. При необходимости вы можете использовать несколько репитеров. Настраивается такое устройство очень просто.
Для начала включите его в розетку. Теперь подключите ваш ноутбук или планшет к усилителю сигнала по Wi-Fi. Для входа в меню настроек репитера потребуется ввести логин и пароль – admin, admin соответственно. Эти данные могут отличаться. Узнать их вы сможете в инструкции к оборудованию.
Более подробно о подключении и настройке подобного устройства вы сможете узнать в инструкции, которая прилагается к гаджету. Дело в том, что каждая модель имеет свои особенности и описать универсальные настройки просто невозможно. Итак, теперь вы знаете, как увеличить дальность приема Wi-Fi сигнала при помощи повторителя (ретранслятора).
Улучшение приема при помощи второго роутера
Стоит отметить, что покупка второго роутера обойдется дороже, чем приобретение ретранслятора. Однако иногда у пользователей уже имеются два маршрутизатора или по каким-либо причинам целесообразно купить второй.
В любом случае стоит помнить, что не каждая модель поддерживает функцию «Мост». Рассмотрим настройку этой функции на примере маршрутизатора D-Link Dir-615.
При использовании второго роутера увеличение зоны покрытия Wi-Fi происходит благодаря созданию отдельной домашней сети, которая связана с первой точкой доступа.
В результате у вас получаются две разные сети, но с выходом в интернет через первый (главный) роутер. Другими словами, второй маршрутизатор подключается к первому только для выхода в глобальную сеть.
Итак, подключитесь к точке доступа по воздуху или кабелю. Для входа в меню параметров вам придется ввести IP роутера в адресной строке браузера. Узнать IP вы можете в инструкции к гаджету или на самом девайсе (имеется наклейка с информацией о продукте). Далее введите логин и пароль – admin, admin соответственно.
Нажмите «Расширенные настройки». В разделе «Wi-Fi» выберите пункт «Клиент».
В этом разделе нужно поставить галочку в строке «Включить».
Ниже появится список доступных соединений. Выберите название вашей первой точки доступа. Еще ниже необходимо ввести пароль от первой сети. После этого нажмите кнопку «Применить».
