Еще раз о роутерах

Автор: Дмитрий Сергеенков

Должность: Заместитель руководителя технического отдела

22.03.19

В данном блоге мы ответим на часто задаваемый вопрос: "От чего зависит скорость по WiFi ?". Расскажем как организовать сеть WiFi, чтобы получать максимум от своего роутера.

К нам в техническую поддержку часто обращаются абоненты с похожей проблемой. Обычно она формулируется примерно так: “У меня плохой интернет”. На практике, в подавляющем большинстве случаев, проблема оказывается не в качестве самого доступа к сети интернет, а в том, как абонент в интернет выходит. Сегодня все больше пользователей устанавливают для доступа в сеть WiFi-роутеры. Это удобно. Можно пользоваться беспроводным подключением одновременно с нескольких устройств. Но бывает, что, подключившись к интернету по WiFi, при замере скорости мы видим примерно следующее:

Кто виноват и что делать? Давайте разбираться.

Немного из истории. WiFi был создан в 1998 году, а аббревиатура расшифровывалась как «Wireless Fidelity» («беспроводная точность»), сейчас от такой формулировки отказались, и термин «WiFi» никак не расшифровывается. На текущий момент (буквально в 2019 году) появилось уже шестое поколение технологии, описанное в стандарте IEEE 802.11ax. Дома и в офисе, чаще всего, мы имеем дело с WiFi предыдущих стандартов IEEE 802.11b/g (частота 2,4 ГГц), IEEE 802.11n (2,4 ГГц и 5 ГГц)  и IEEE 802.11ac (частота 5 ГГЦ).

Для нас из этого важно понимать, что IEEE 802.11n обеспечивает более высокую скорость  до 150 Мбит/c, против 54 Мбит/c для b/g устройств. А более свежие версии роутеров, при использовании 8 антенн (четыре на передачу и четыре на прием) и наличии ряда технологических решений (поддержки технологии MIMO- пространственного кодирования, высокой скорости кодирования и ряда других фич) могут “разгоняться” до 600 Мбит/c. Технологии стандарта 802.11ac в максимальной “прокачке” летают на скоростях в несколько гигабит в секунду. Все современные WiFi роутеры поддерживают несколько версий стандарта IEEE 802.11. Здесь хочу сразу уточнить, что речь идет именно о ширине канала. Реальная скорость передачи данных будет всегда ниже! Кроме того, точка доступа всегда подстраивается под самого “плохого” клиента, у которого сигнал хуже, более старый стандарт (b/g) и т.д.

Использование в WiFi беспроводного способа передачи данных вместе с удобством и преимуществами, имеет и ряд недостатков. Проистекают эти недостатки из определённых физических ограничений, накладываемых на беспроводные каналы связи. Я не предлагаю в рамках небольшой статьи попытаться осветить курс физики. Мы поговорим только о нескольких конкретных моментах, которые помогут пользоваться беспроводным интернетом более комфортно.

Начнем с частот, на которых работает Ваш WiFi роутер. Как было сказано выше, в беспроводных сетях используется 2 частотных диапазона - 2,4 и 5 гигагерц. 2,4ГГц устройства встречаются нынче очень часто. В этом кроется первый враг надежной беспроводной связи. Другие Wi-Fi-устройства (точки доступа, беспроводные камеры и др.), работающие в радиусе действия вашей точки доступа и использующие тот же частотный диапазон, будут влиять на качество Вашего доступа. Дело в том, что Wi-Fi подвержен воздействию даже небольших помех, которые создаются другими устройствами, работающими в том же частотном диапазоне.

В полосе частот 2,4 ГГц для беспроводных сетей доступны 13 каналов шириной 20 МГц (802.11b/g/n) или 40 МГц (IEEE 802.11n) с интервалами 5 МГц между ними. 40 МГц каналы обеспечивают в два раза выше скорость передачи данных. Беспроводное устройство, использующее один из частотных каналов, создает значительные помехи на соседние каналы. Для снижения влияния взаимных помех между каналами необходимо, чтобы их несущие частоты отстояли друг от друга на 25 МГц (5 межканальных интервалов). Например, если точка доступа использует канал 6, то она оказывает сильные помехи на каналы 5 и 7, а также, хоть и в меньшей степени, – на каналы 4 и 8. В случае с 40 МГц полосой все еще хуже. Хоть и не значительные, но взаимные помехи будут возникать даже при задействовании двух каналов, поскольку общая ширина безлицензионного диапазона составляет 78 МГц (2402-2480 МГц).

Вы у себя дома можете провести небольшой эксперимент. Скачайте на Ваш смартфон программу WiFi анализатор (или сканер), можно выбрать любую. Зайдите в приложение и запустите тест. Через несколько секунд Вы наглядно увидите сколько беспроводных сетей Вас окружает. Вот пример из нашего офиса.  Такое плотное соседство WiFi сетей именуют “WiFi джунгли”. Много точек доступа, используются полосы и 20 МГц и 40 МГц. Избежать взаимных помех в таких “джунглях” практически невозможно.

 В итоге, канальная скорость в сети “PolosatiyMuh”, например, стабильно составляет 144  Мбит/с, а вот реальная скорость в той же сети “PolosatiyMuh” “плавает” в районе 50-60 Мбит/c.  Для сравнения, на картинке ниже - скорость по кабелю от того же роутера и в тот же момент времени. То есть без потерь скорость по WiFi тоже могла бы быть в районе 90 Мбит/с.

С тем, что количество каналов ограничено, есть ещё одна неприятность. Дело в том, что WiFi является разделяемой средой передачи данных. Это означает, что в одном канале одномоментно может передавать лишь один передатчик.

Как с этим бороться? Первое, что можно сделать, это регулярно перезагружать ваш роутер. Во время перезагрузки роутер определит наименее зашумлённый канал, и переключится на него. Этот способ может не сработать на некоторых старых моделях роутеров (признаком старой модели можно считать поддержку только версий IEEE 802.11b/g). И отсюда следует второй совет – использовать современное оборудование. Более подробно о роутерах, технологиях и “качестве” WiFi-клиентов мы планируем поговорить в следующих статьях нашего блога.

В настоящее время значительно сильнее распространены роутеры 2,4 ГГц, нежели устройства, поддерживающие 5 ГГц, поэтому третье, что можно предпринять, это установить маршрутизатор, с поддержкой 5 ГГц. 5 ГГц несет сразу несколько преимуществ. Это и более высокая скорость передачи данных, и, возвращаясь к разговору о каналах, в полосе 5 ГГц этих каналов 19 и они не пересекаются. Правда, у этой медали тоже две стороны. И об оборотной стороне ниже.

Следующий фактор, влияющий на качество WiFi сигнала – наличие препятствий и расстояние до роутера.

Различные препятствия (стены, потолки, мебель, металлические двери и т.д.), расположенные между Wi-Fi-устройствами, могут частично или значительно отражать/поглощать радиосигналы, что приводит к частичной или полной потере связи.

В городах с многоэтажной застройкой основным препятствием для радиосигнала являются здания. Наличие капитальных стен (бетон+арматура), листового металла, штукатурки на стенах, стальных каркасов и т.п. влияет на качество радиосигнала и может значительно ухудшать работу Wi-Fi-устройств.

Внутри помещения причиной помех радиосигнала также могут являться зеркала и тонированные окна. Даже человеческое тело ослабляет сигнал примерно на 3 dB.  Ниже иллюстрируются потери эффективности сигнала Wi-Fi при прохождении через различные среды. Данные приведены для сети, работающей в частотном диапазоне 2.4 ГГц.

* Эффективное расстояние - означает до какого уровня уменьшится радиус действия сигнала WiFi после прохождения соответствующего препятствия по сравнению с открытым пространством.

Например, если на открытом пространстве радиус действия сигнала WiFi до 200 м, то после прохождения одной межкомнатной стены он уменьшится до 200 м * 15% = 30 м. После второй еще раз 30 м * 15% = 4,5 м. А после третьей 4,5 м * 15% = 0,67 м. Таким образом, можно предположить, что через две межкомнатные стены (толщиной не более 15 см) сеть Wi-Fi будет работать, а вот через три стены скорее всего соединение установить не получится.

Для примера, вернемся к сети, работающей в нашем офисе, и посмотрим, что будет, если уйти от роутера за стену (см скриншот). При этом стоит учитывать, что у сигнала в полосе 5 ГГц проникающая способность ниже, т.е. к наличию препятствий он будет чувствительнее. Это та оборотная сторона медали, о которой я упомянул в предыдущем разделе. Однако этот факт нельзя назвать критическим, поскольку роутеры, поддерживающие полосу в 5 ГГц, как правило работают и с частотами 2,4 ГГц.

Кстати, искать роутер с более мощными WiFi передатчиками мало перспективно. Дело в том, что если мы говорим о сертифицированных устройствах, мощность WiFi сигнала ограничена 100 мВт (0,1 Вт).

Как с этим бороться? Выбрать место для роутера таким образом, чтобы между ним и Вами, в какой бы точке квартиры Вы не находились, было как можно меньше любых препятствий. Чаще всего этого крайне сложно достичь, в этом случае на помощь могут прийти «точки доступа». Если по-простому, это устройство фактически является переносной WiFi антенной, подключаемой к основному роутеру по кабелю. Да, в этом случае кабелем придётся воспользоваться.

Небольшой пример. Довольно типичная планировка двухкомнатной квартиры. Если используется только одна точка доступа, а задача иметь доступ в интернет по всей квартире, то имеет смысл поставить роутер в прихожей (точка 1). 

В нашей практике встречались случаи, когда роутер устанавливали в точке 2. Обычно там расположен блок розеток, удобно. Рабочее место у абонента находилось в точке 3. Блок санузла, обычно, является монолитной железобетонной конструкцией, а между роутером и рабочим местом (по кратчайшему пути) оказывается две стенки. Кроме того, дверной проем по ширине меньше ширины коридора и часть межкомнатной стены также экранирует сигнал. В итоге, даже в ближайшей комнате наблюдались потери пакетов. Еще один вариант, поставить роутер непосредственно в комнате. Так сделано у моих знакомых. В этом случае на кухне и во второй комнате сигнал будет совсем слабым, но зато в комнате с роутером сигнал стабилен, а этого они и добивались. Если же ставить задачу получить качественный сигнал по всей квартире, можно рекомендовать поставить роутер в точке 1, а точку доступа разместить в дальней комнате (в районе отметки 3 в нашем примере).
Конечно, помимо затронутых, есть и другие причины, влияющие на качество беспроводной сети у Вас дома. Это и наличие источников, по сути, любого электромагнитного излучения (даже плохо экранированный кабель электропитания может оказать влияние), и то, какого уровня оборудование у Вас установлено (количество антенн, установленные в роутере процессоры, прошивка) и от того, с какого устройства Вы выходите в интернет (наличие и тип антивирусных программ, уровень ”железа” и т.п.), сколько клиентов подключено к роутеру.  В итоге, как часто бывает, на стабильность сигнала и скорость передачи данных по WiFi влияет целая совокупность факторов, воздействовать на которые одновременно вряд ли получится, но использование современного и правильно размещенного роутера позволит Вам получить вполне комфортную скорость.