CC BY
18ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ И ПРИКЛАДНАЯ МАТЕМАТИКА УДК 004.91
ПРИЧИНЫ ПОМЕХ И ОШИБОК В СЕТИ WI-FI
И.А. Борздыко, Е.А. Иванашко
Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского
В статье описывается влияние условий внешней среды на передачу сигнала по беспроводной сети Wi-Fi, а также спектры Wi-Fi канала. Приводятся виды и способы моделирования имитации ошибок. Ключевые слова: Wi-Fi, спектры Wi-Fi, помехи, эффективность передачи, канал связи.
В настоящее время происходит информатизация общества, в связи с чем Интернет становится доступным для всех. Так, например, в последнее время происходит снабжение компьютерной техникой и услугами Интернет деревенских школ и школ малых городов. Но данный процесс проходит очень медленно. Гораздо быстрее происходит развитие компьютерных технологий.
Существует безграничный по своей насыщенности источник различных данных -всемирная сеть Интернет. С помощью него люди могут выполнять ряд нужных и полезных функций, например, получать новые знания. Данные можно передавать по проводным и беспроводным линиям телекоммуникаций. Каждый из данных способов имеет свои плюсы и минусы.
Все чаще в последнее время в мировых новостях в области информационных технологий встречаются сообщения о компаниях, использующих технологию Wi-Fi в повседневной работе или предоставляющих Wi-Fi услуги клиентам, а также анонсы различных устройств со встроенной поддержкой Wi-Fi, будь то мобильные телефоны, КПК или ноутбуки.
Технология Wi-Fi - беспроводной аналог стандарта Ethernet, на основе которого строится большая часть офисных компьютерных сетей. Он был зарегистрирован в 1999 году. Wi-Fi - сокращение от английского Wireless Fidelity, обозначающее стандарт беспроводной (радио) связи, который объединяет несколько протоколов и имеет официальное наименование IEEE 802,11 (от Institute of Electrical and Electronic Engineers - международной организации, занимающейся разработкой стандартов в области электронных технологий). Самым известным и распространенным на сегодняшний день является протокол IEEE 802.11b (обычно под сокращением Wi-Fi подразумевают именно его), определяющий функционирование беспроводных сетей, в которых для передачи данных используется диапазон частот от 2,4 до 2,4835 ГГц.
Таким образом, Wi-Fi-технология позволяет решить три важных задачи:
• упростить общение с мобильным компьютером;
• обеспечить комфортные условия для работы деловым партнерам, пришедшим в офис со своим ноутбуком,
• создать локальную сеть в помещениях, где прокладка кабеля невозможна или чрезмерно дорога.
Беспроводная технология может стать как основой IT-системы компании, так и дополнением к уже существующей кабельной сети. Ядром беспроводной сети Wi-Fi является так называемая точка доступа (Access Point), которая подключается к какой-либо наземной сетевой инфраструктуре (например, офисной Ethernet-сети) и обеспечивает передачу радиосигнала. Обычно точка доступа состоит из приёмника, передатчика, интерфейса для подключения к проводной сети и программного обеспечения для обработки данных. После подключения вокруг точки доступа образуется территория радиусом 50-100 метров (её называют хот-спотом или зоной Wi-Fi), на которой можно пользоваться беспроводной сетью.
Как известно, в любых компьютерных сетях присутствуют различные помехи, и беспроводные сети не исключение. Помехи могут быть вызваны различными причинами, среди них самыми распространенными, по мнению сайта zyxel.ru, являются:
• Другие Wi-Fi-устройства (точки доступа, беспроводные камеры и др.), работающие в радиусе действия вашего устройства и использующие тот же частотный диапазон.
Дело в том, что Wi-Fi-устройства подвержены воздействию даже небольших помех, которые создаются другими устройствами, работающими в том же частотном диапазоне. Беспроводные сети стандарта 802.11b/g работают в диапазоне 2,4 ГГц, сети стандарта 802,11a - 5 ГГц, а сети стандарта 802.11n могут работать как в диапазоне 2,4 ГГц, так и 5 ГГц.
В полосе частот 2,4 ГГц для беспроводных сетей доступны 11 каналов шириной 20 МГц (802.11b/g/n) или 13 каналов шириной 40 МГц (IEEE 802.11n) с интервалами 5 МГц между ними. Беспроводное устройство, использующее один из частотных каналов сети Wi-Fi, создает значительные помехи для соседних каналов. Например, если точка доступа использует канал 6, то она оказывает сильные помехи на каналы 5 и 7, а также, уже в меньшей степени, - на каналы 4 и 8. Для исключения взаимных помех между каналами необходимо, чтобы их несущие отстояли друг от друга на 25 МГц (5 межканальных интервалов).
На рисунке показаны спектры 11 каналов[2]. Цветовая кодировка обозначает группы непересекающихся каналов - (1,6,11), (2,7), (3,8), (4,9), (5,11).
Рис. 1. Спектры Wi-Fi каналов. Разные беспроводные сети, расположенные в пределах одной зоны действия, следует настраивать на непересекающиеся каналы для минимизации влияния устройств одного типа друг на друга.
• Bluetooth-устройства, работающие в зоне покрытия вашего Wi-Fi-устройства. Bluetooth-устройства работают в том же частотном диапазоне, что и Wi-Fi-устройства,
- 2.4 ГГц, следовательно, могут оказывать влияние на работу различных беспроводных устройств.
• Большие расстояния и препятствия между Wi-Fi-устройствами. Необходимо помнить, что беспроводные устройства Wi-Fi имеют ограниченный
радиус действия. Например, домашний интернет-центр с точкой доступа Wi-Fi стандарта 802.11b/g имеет радиус действия до 60 метров в помещении и до 400 метров вне помещения.
В помещении дальность действия беспроводной точки доступа может быть ограничена несколькими десятками метров, в зависимости от конфигурации комнат, наличия капитальных стен и их количества, а также других препятствий.
Различные препятствия (стены, потолки, мебель, металлические двери и т.д.), расположенные между Wi-Fi-устройствами, могут по-разному отражать/поглощать радиосигналы, что приводит к частичной или полной потере сигнала. В городах с
многоэтажной застройкой основным препятствием для радиосигнала являются здания. Наличие капитальных стен (стен с армированным бетоном), листового металла, штукатурки на стенах, стальных каркасов влияет на качество радиосигнала и может значительно ухудшать работу беспроводных Wi-Fi устройств. Внутри помещения причиной помех радиосигнала также могут являться зеркала и тонированные окна.
Ниже показана таблица потери эффективности сигнала Wi-Fi, работающей в частотном диапазоне 2,4 ГГц, при прохождении через различные среды.
Таблица 1
Влияние препятствия на эффективность Wi-Fi сигнала_
Препятствие Дополнительные потери (dB) Эффективное расстояние
Открытое пространство 0 100%
Окно без тонировки 3 70%
Окно с тонировкой (металлизированное покрытие) 5-8 50%
Деревянная стена 10 30%
Межкомнатная стена (15,2 см) 15-20 15%
Несущая стена (30,5 см) 20-25 10%
Бетонный пол/потолок 15-25 10-15%
Монолитное железобетонное перекрытие 20-25 10%
Эффективное расстояние означает, насколько уменьшится радиус действия после прохождения соответствующего препятствия по сравнению с открытым пространством. Например, если на открытом пространстве радиус действия Wi-Fi до 400 метров, то после прохождения одной межкомнатной стены он уменьшится до (400 м * 15% =) 60 метров. После второй такой же стены радиус станет равным (60 м * 15% =) 9 метров. А после третьей радиус уменьшится до величины, равной (9 м * 15% =) 1,35 метров. [1]
Вне помещений влиять на качество передаваемого сигнала может ландшафт местности (например, деревья, леса, холмы, овраги, горы и т.п.). Атмосферные помехи (дождь, гроза, снегопад, ураган) также могут являться причиной уменьшения производительности беспроводной сети (в случае, если радиосигнал передается вне помещений, на открытой местности).
Далее были произведены практические замеры изменения сигнала при прохождении различных препятствий. Моделирование было выполнено Android-приложением Wifi Analyzer, установленным в мобильный телефон. В качестве точки доступа использовался роутер Trendnet TEW-638PAP. Итак, по данным приложения вблизи роутера величина сигнала составляла -30 dBm, через межкомнатную стену -40 dBm, через бетонную стену -60 dBm, через бетонную стену с расстоянием от источника около 100 м -90 dBm.
При использовании мобильного устройства в качестве точки доступа получились следующие данные:
Рядом -40 dBm, через межкомнатную стену -60 dBm, через 2 межкомнатных стены на расстоянии 30 м от стены до стены -80 dBm, через бетонную стену -70 dBm.
Таким образом, при прохождении сигнала через межкомнатную стену, потери составляют 10-20 dBm, при прохождении через несущую потери составляют 25-30 dBm. Значит, практические данные совпадают с таблицей на 83%.
Список литературы
1. Что влияет на работу беспроводных сетей Wi-Fi? [сайт]. URL: https://zyxel.ru/kb/2082/ (25.11.201б)
2. Росс Д. Wi-Fi. Беспроводная сеть. НТ Пресс, 2007. 320 с.
3. Рошан П., Лиэри Д. Основы построения беспроводных локальных сетей стандарта 802.11. - Вильямс, 2004. 295 с.
4. Сюваткин В.С., Есипенко В.И., Ковалев И.П., Сухоребров В.Г. WiMAX -технология беспроводной связи: теоретические основы, стандарты, применения / Под. ред. В В. Крылова. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 368 с.
Сведения об авторах
Борздыко И.А. - кандидат технических наук, доцент кафедры информатики и прикладной математики Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского.
Иванашко Е.А. - магистрант направления «Прикладная математика и информатика» Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского.
THE PURPOSES OF INTERFERENCES AND ERRORS IN WI-FI NETWORKS
I.A. Borzdyko, E.A. Ivanashko
Bryansk State University named after Academician I. G. Petrovsky
In this article is described the influence of environmental conditions on the transmission of a signal over a wireless Wi-Fi network, as well as the spectra of a Wi-Fi channel. The types and ways of simulating the simulation of errors are presented.
Keywords: Wi-Fi, spectra of Wi-Fi, interference, transmission efficiency, communication channel.
References
1. What affects the operation of wireless Wi-Fi networks? [site]. URL: https://zyxel.ru/kb/2082/ (11/25/2016)
2. Ross D. Wi-Fi. Wireless network. NT Press, 2007. 320 p.
3. Roshan P., Liery D. Basics of building wireless LANs of the 802.11 standard. -Williams, 2004. 295 p.
4. Suvatkin VS, Esipenko VI, Kovalev IP, Sukhorebrov VG WiMAX - wireless communication technology: theory, standards, applications / Pod. Ed. V.V. Krylov. St. Petersburg: BHV-Petersburg, 2005. 368 p.
About authors
Borzdyko I.A. - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Informatics and Applied Mathematics, Bryansk State University named after Academician I.G. Petrovsky.
Ivanashko E.A. - graduate student, Department of Informatics and Applied Mathematics, Bryansk State University named after Academician I.G. Petrovsky.
