Povinná dávka histórie

Najprv teda trošku z histórie. Celá wifi problematika je zhrnutá pod medzinárodným štandardom IEEE 802.11. Ako prvé boli v roku 1999 prijaté normy 802.11b a 802.11a. Áčko moc riešiť nebudeme, pretože v indoore sa veľmi neuchytil. Sčasti kvôli pôvodne vysokým cenám zariadení, ale dnes už hlavne preto, že pracuje v pásme 5GHz a tým pádom je menej vhodné na prechod prekážkami ako zariadenia pracujúce v pásme 2,4 GHz.

802.11b má teoretické rýchlosti 1, 2, 5.5 a 11 Mb, čo v roku 1999 bolo ešte dostačujúce. Penetrácia internetu však pokračovala už v tej dobe obrovským tempom a aj nároky užívateľov rýchlo stúpali a prichádzali požiadavky nahradiť metalický ethernet wifi pripojením. Málokto vie, že udávané rýchlosti pri wifi sú half-duplex, čiže v ideálnom prípade vieme v jednom smere dosiahnúť polovične udávanú rýchlosť. Z praxe môžem potvrdiť, že aj za starých dobrých časov, keď vzduch ešte nebol tak zamorený, bolo umenie dosiahnúť stabilných 5 Mb. Navyše, 2.4 GHz pásmo síce povoľuje v našich končinách prevádzku až 13 kanálov, ale len 3 z toho sa neprekrývajú (nerušia). Inými slovami, do pásma viem nainštalovať len 3 wifi prístroje a zároveň ich nastaviť tak, aby sa vzájomne nerušili. V praxi sme pomerne rýchlo dospeli k bodu, keď voľných kanálov nebolo dosť a dnes je 2.4GHz pásmo v outdoore nepoužiteľné.

Pohroma pre 2.4GHz pásmo prišla v roku 2003 v podobe 802.11g normy. Pásmo a počet kanálov zostal, rýchlosti sa zväčšili až na 54Mb half-duplex. Toto zrýchlenie však bolo dosiahnuté nielen zmenou modulácie (OFDM namiesto DSSS), ale stručne povedané hlavne tým, že wifi vysielače obsadili viacero kanálov naraz ako pri 802.11b. Netreba byť Sherlockom, aby každému došlo, že tak výrazne vzrástlo rušenie v samotnom pásme. Naštastie géčko bolo oveľa viac náchylné na odstup signálu od šumu a tak sa v praxi v outdoore nikdy neuchytilo a umožnilo pomerne dlhé využívanie béčkových zariadení pri šírení signálu mimo budov.

Bohužiaľ pre indooristov, jeden G-router dokázal v indoore zasviniť pásmo tak, že druhý mal problém nájsť si voľné pásmo, hlavne keď sa rôzni výrobcovia začali pretekať vo vývoji rôznych turbo módov, ktoré situáciu ešte viac zhoršovali.

Ozajstná pohroma však prišla v roku 2009 s 802.11n normou. Táto norma bola pomerne dlho diskutovaná a odkladaná, až vlastne prišla s krížikom po funuse. V čase, keď vstúpila do platnosti, už bol trh zaplavený N-kovými routermi rôznych značiek. Keďže boli vyrobené ešte pre samotnou normou, na začiatku sme sa stretali s pomerne veľkou nekompatibilitou medzi rôznymi značkami. Treba podotknúť, že N-ko ide naprieč frekvenciami, čiže vlastne dopĺňa 802.11b, g aj a normu. N-ko samotné prinieslo okrem výrazného zvýšenia rýchlosti (dnes už sú v ponuke routre s proklamovanou 300Mb priepustnosťou) aj výrazne zvýšenie rušenia a to hlavne z dôvodu 40MHz kánalov a MIMO technológie.

Na tomto obrázku môžeme vidieť rozloženie kanálov v pásme 2.4GHz a ich pôvodnú 20 MHz vysielaciu šírku. Z obrázku jasne vidieť, že sa neprekrývajú len kanál 1, 6 a 11. Kanál 14 nie je dovolené v Čechách a na Slovensku používať, ničmenej samozrejme nájdeme tu pár borčekov, čo toto pásmo využívajú. Opäť netreba byť veľkým detektívom, aby sme videli, koľko zaberie náš N-kový router so 40 MHz v pásme, ktoré ma celé len 13 kanálov vzdialených od seba po 5MHz.

Vplyv vysielania na pásmo a jeho zarušenie

802.11b

Na testovanie v indoore som použil router TP-LINK 741ND, čo je taký etalón medzi low-endovými wifi routrami. Proklamovaná rýchlosť je až 150 Mb pri použití plného N-ka (v praxi z toho dostanem v špičke 60Mb max).

Prvý obrázok ukazuje využitie pásma pri nastavení routra na 802.11b only, TX rate nastavený na maximum, čiže 11Mb, voľba kanálu č.4, sieť N4all.sk.

Na obrázku vidíme, že nastavením na 11Mb zaberáme okrem č.4 aj okolité kanály, 2, 3, 5 a 6. Naštastie čím ďalej sme od 4 kanálu, tým menej rušíme susedný. Pri nastavení data rate na 2 Mb by sme vysielali čisto len na 4. kanále. Holt staré doré časy 2Mb wifi

Pri pohľade na spektrálny analyzér vidíme najviac "pohybu" v okolí 4.kanálu a krivka kopíruje krivku z predchádzajúceho grafu.
Zároveň vidíme, že sa nám darí eliminovať rušenie od susedných sietí a že k nám zasahujú pomerne zriedkavo. Bohužiaľ toto je spôsobené skôr faktom, že v tejto dobe bola na ostatných sieťach pomerne nízka prevádzka. Postatným faktom však zostáva, že rušenie smerom od nás voči ostatným je minimálne.

802.11g

Totožné nastavenie pri použití 802.11g, TX rate nastavený ma maximálnych 54 Mb, kanál 4.

Z grafu vidíme podstatnú zmenu. Namiesto kanála č.4 a čiastočne aj kanálov 2, 3, 5 a 6 zaberáme teraz plnohodnotne všetky kanály 2, 3, 4, 5 a 6. Výsledok je jasný, "votrelec", ktorý sa bude s nami prekrývať nás bude rušiť (a my jeho), čo výrazne prispeje k výkyvom siete.

Zmena je viditeľná, my sa pokúšame využiť celé pásmo (2-6), ale zároveň nám poklesla vďaka zvýšeným nárokom kvalita signálu a čoraz častejšie náš klient komunikoval s routrom na nižšom data-rate. Práve tu klient začal chytať nevhodné interferencie aj od slabších vysielačov a došlo k ďaľšiemu poklesu kvality signálu.

802.11n 20MHz

20MHz N-ko je vlastne upgradnuté géčko. Teoretický data rate sa zvýšil v tomto prípade až na 65 Mb, aj keď na prvý pohľad sa vo využití pásma nič nezmenilo.

N-ko na 20MHz nie je až také nepríjemné a aj podľa grafu vidieť, že sa správa "v norme". Veľmi nebehá kade-tade a drží sa vo svojom pásme, čiže vieme takýto router pomerne presne optimalizovať. Vďaka dokonalejším algoritmom je 20 MHz N-ko častokrát vhodnejšie ako zastaralé géčko s nejakým turbo módom.

802.11n 40MHz

Ak si odmyslíme 300Mb marketingovú skazu a použitie MIMO, je 40 MHz tá najväčšia pohroma, ktorá sa nám v honbe za rýchlosťami mohla stať. Nebudem napínať, poďme sa pozrieť na obrázok.

Čo dodať. 40 MHz, čo sú vlastne dnes všetky predávané routre, nám zaberie rovno 9 kanálov z 13, čím dokonale zaruší celé pásmo. Každý N-kový router si odchytí 2 neprekrývajúce sa kanále a začne v nich odušu pražiť a pražiť a pražiť. Výsledok? V husto obývaných panelových domoch je problém mať stabilný signál v bežnom byte vďaka ohromnému rušeniu. V tomto prípade nemá zmysel dodávať graf zo spektrálneho analyzéra, pretože pásmo je komplet zahltené a pri takomto stretnutí 4 N-kových routrov je to boj kto z koho.

Ako zvýšit dosah antény, či stabilitu linky

Začarovaný kruh

Prvú radu, ktorú kdekoľvek dostanete je zvýšenie vysielacieho výkonu zariadenie, či už SW alebo použitím silnejšej antény. Tu narážame na dva problémy. Prvým je legislatíva, ktorá ako v ČR tak v SR upravuje maximálny možný vysielací výkon zariadenia na 100 mW. Ok, poviete si, kašlem na legislatívu, ale hneď vzápatí sa vynorí oveľa väčší problém. Za prvé sa v praxi neosvedčila silnejšia anténa ako je 5dB, pretože potom je samorušenie tak silné, že linka je nestabilná a zosilením signálu spôsobíme jej degradáciu. Za druhé, zosilením signálu rušíme suseda a hádajte ako zareaguje sused? Presne ako my a do par dní začne silnejšie pražiť aj on. V lavíne na to sa vezie ďaľší sused, ktorému začala vaším nadmerným rušením blbnuť wifina a silnejšiu anténu si kúpi aj on. A sme v začarovanom kruhu. Správam sa ako hovado k nim, oni ku mne, vo finále nemá nikto z nás spoľahlivú wifi.

Ako z neho von

Wifi sa venujem profesionálne už vyše 10 rokov a wifi je často alchýmia. Uvediem jednu "duchársku" príhodu. Pamatám si inštaláciu klienta, 3 km vzduchom, pred domom len pole a v diaľke vysielač. Zmeral som, signál bol a na druhý deň šiel zapojiť. Namontujem, idem skontrolovať linku a...nič. Ani náznak signálu. Čo to sakra? Nasledovala demontáž celého spoja a následné znovunahodenie. Nič. Posunul som zo zúfalstva anténu na stožiari o 10 cm nižšie a chytil krásny a plný signál. Logické vysvetlenie dodnes nemám.

Neviditeľné siete, propietárne technológie, honba za rýchlosťami a nemilosrdný marketing robia z celého trhu džungľu. Čo teda poradiť?

Asi najlepšie výsledky dosiahneme kombináciou rôznych faktorov. Prvé, čo by sme mali skúsiť, je zmena polohy vysielača. 10 cm spraví veľa, odrazy v indoore sú veľká mágia, plastové okna a vhodný uhol robia zázraky. Ako druhá možnosť je zosilenie antény, čo je, ako som už spomínal, kontraproduktívne riešenie. Častokrát nezaleží ani tak na proklamovanom vysielacom výkone ako napríklad na dĺžke, či tvare antény. Veľmi účinná forma pri nestabilných linkách je degradovanie linky. Aj v totálne zarušenom pásme dostanem stabilnú linku na 2 Mb v 802.11b, pretože vyžaduje najnižší odstup signálu od šumu. Btw toto je častá chyba začiatočníkov. Orientácia na silu signálu nie je správna. Podstatné pre vysielanie je rozdiel medzi signálom a šumom. Darmo máte signál -70, keď šum je -85. Pokiaľ požadujeme väčšiu rýchlosť (naozaj potrebujeme 50 Mb, keď máme 10Mb net???), môžeme prejsť na 802.11g alebo 802.11n (20 MHz) s tým, že si zregulujeme maximálny data rate jeho znížením. Tým pádom odľahčíme vysielaču a nebudete sa snažiť vysielať v data rate, na ktorý vo vzduchu nie sú podmienky. Toto, často využívaju ISP v outdoore, keďže pre nich je podstatnejšia stabilná linka pred maximálnou možnou rýchlosťou. Dokonca aj géčko je (bolo) použiteľné v outdoore na 18-24 Mb, čo je rozdiel oproti 11 Mb pri béčku. Znížený data rate robí zázraky na počkanie.

Posledná možnosť pri totálnom zarušení sú hrátky s vysielaním rámcov, hlavne s RTS thresholdmi. Nebudem to tu už zbytočne rozpitvávať, pretože vysvetľovanie princípu wifi komunikácie a faktorov, ktoré ju ovplyvňujú, by zabralo ďalší zdĺhavý článok. A ľudia dnes čítajú neradi.