Základy Wi-Fi sítí

Wi-Fi je technologie, kterou dnes zná a používá každý. Zároveň je to ale technologie, o které vlastně lidi ví obecně dost málo a vznikají pak nedorozumění a nesplnitelná očekávání. Proto zkusím tímto článkem některé věci osvětlit.
 

Co je Wi-Fi

Wikipedie říká „Wi-Fi (nebo také Wi-Fi, WiFi, Wifi, wi-fi, wifi) je v informatice označení pro několik standardů IEEE 802.11 popisujících bezdrátovou komunikaci v počítačových sítích (též Wireless LAN, WLAN). Samotný název Wi-Fi vytvořilo Wireless Ethernet Compatibility Aliance. Tato technologie využívá tak zvaného „bezlicenčního frekvenčního pásma“, proto je ideální pro budování levné, ale výkonné sítě bez nutnosti pokládky kabelů. Název původně neměl znamenat nic, ale časem se z něj stala slovní hříčka wireless fidelity (bezdrátová věrnost) analogicky k Hi-Fi (high fidelity – vysoká věrnost).“
 

Antény

Při výběru routeru u spousty lidí hraje roli počet a velikost antén a jsou ochotni si koupit Wi-Fi routery, které mají 8 dlouhých antén a vypadají jak z jiného světa. Je ale potřeba si uvědomit, co to je vlastně anténa. Zjednodušeně lze říci, že je to pasivní část Wi-Fi routeru, která zesiluje vysílaný i přijímaný signál. Zesiluje vše, jak chtěný signál, tak samozřejmě i okolní šum a rušení. 

Kvalitní Wi-Fi router se nepozná podle velikosti antén. A někdy dvě nenápadné malé krabičky udělají lepší službu než jeden router s obřími anténami. Výkon Wi-Fi routerů je totiž zastropován legislativou, která určuje maximální vysílací výkon. Tedy Wi-Fi s obřími anténami nemohou mít zásadně větší vysílací výkon než malé routery bez antén. 
 

Wi-Fi signál a jeho šíření

Dalším faktorem je samotné umístění routeru. Wi-Fi signál se totiž šíří od antény přímo. Když narazí na překážku, tak nějaká část projde, část se odrazí a něco se překážkou pohltí. Tím dochází ke zhoršení signálu a rychlosti. Každá překážka signál ovlivňuje jinak. Nejlepší signál a rychlost tedy bude vždy přímo u routeru. 

S tím je potřeba počítat při umisťování Wi-Fi routeru.  Dejte ho tam, kde bude Wi-Fi nejvíce využívaná. Neschovávejte Wi-Fi router tedy do kumbálu, do skříně nebo podhledů. V některých objektech bude potřeba více Wi-Fi routerů/AP.

Pro potřeby kvalitní komunikace je doporučeno, aby v sítích 802.11b (klasická 2,4 GHz síť) bylo dodrženo alespoň -80 dB a v 802.11g -70 dB. Tyto hodnoty jsou okrajové a nezajistí prakticky žádnou spolehlivost. Pro dobrou funkci je třeba se dostat alespoň o 10 dB níže.

Sílu signálu si můžete jednoduše změřit aplikací v mobilu, doporučuji Wifi Analyzer pro Android.
 

Umístění routeru

Pokud máte jeden router, umístěte ho doprostřed domu nebo bytu. Pokud nepokryje celý dům, umístěte ho tam, kde Wi-Fi nejvíc využíváte.

Router umístěte, pokud možno na nábytek aby tzv. svítil co nejvíce do volného prostoru. Montáž je možná i na zeď, a to asi ve výšce očí. Pamatujte na to, že signál se šíří ve tvaru kuželu tvarovaného podle zisku antény. Ideální je přímá viditelnost mezi Wi-Fi routerem a klientem (notebook, mobil) nebo se tomu co nejvíc přiblížit.

V přímé blízkosti Wi-Fi routeru by neměly být jiné elektrické přístroje, především pak televizory, ledničky, reproduktory, mikrovlnné trouby a další elektronika. Jsou totiž zdrojem rušení.

Velikost antén tedy považuji za marketingový tah. Lépe to vypadá a zákazník očekává brutální výkon a perfektní dosah. Ze své praxe ale mohu říci, že malý Mikrotik má lepší dosah a pokrytí, než velký TP-LINK s anténami jako koště.
 

Síla signálu, hodnoty

-30 dB – perfektní připojení, maximální rychlost přenosová, klient je přímo u AP
-67 dB – velmi dobrá kvalita, minimální síla signálu pro aplikace v reálném čase jako je VoIP
-70 dB – signál ještě dobý, minimální pro spolehlivý přenos webu a emailů
-80 db – signál již není dobrý, minimální síla signálu pro základní připojení, packety se mohou ztrácet
-90 dB – signál špatný, nepoužitelné, většina přenosu selže, splývá se šumem
Pamatujte si, že dobrý Wi-Fi signál je někde mezi 45-70 dB.
 

Proč je Router s větším výkonem blbost

Často se setkávám s požadavkem lidí, že chtějí mít router s velkým výkonem, aby jim Wi-Fi fungovala v celém domě. Aby ale Wi-Fi fungovala, jak má, není to o nějakém výkonu routeru, ale o citlivosti jeho antén, tedy o zisku. I tak ale pozor, pokud má router velký zisk antény, třeba 9 dBi, znamená to, že je citlivější a snáze tak přijme slabý signál od mobilu, ale i od všech rušivých elementů z okolí. Řešením je opět doplnění dalšího Wi-Fi routeru do objektu. Více znázorněno na obrázkách níže.

Na prvním obrázku je ideální stav. Signál routeru znázorněný zelenou elipsou je dostatečně silný a mobil jej vidí. Stejně tak signál mobilu znázorněný modrou elipsou je dostatečně silný a router jej vidí. Jde o správně umístěný Wi-Fi router vzhledem ke klientovi.

Druhý obrázek je nefunkční stav. Wi-Fi router i mobil jsou od sebe tak daleko, že se vůbec nevidí, ani jeden ze signálů nedojde až k anténě toho druhého. 

Třetí obrázek ukazuje situaci, kdy Wi-Fi router má "silný" výkon, vyzařuje signál dostatečně až k mobilu, který jej zachytí. Mobil ale nemá takový "výkon" a router jej nevidí. Komunikace zde neproběhne, přestože uživatel tvrdí, že signál Wi-Fi síť vidí.

Rušení

Již jsem pár rušivých zařízení zmínil, úplný výčet nelze udělat. Ale ty nejdůležitější jsou televize, reproduktory, mikrovlnná trouba, dětské chůvičky, staré nabíječky a adaptéry s trafem (bývají těžké a bzučí, nepískají), ostatní Wi-Fi zařízení v okolí.
 

Hluchá místa

Jde o výpadky signálu v určitých místech. Je to způsobeno silnými zdmi, pokud je ve zdech nějaká další konstrukce jako armatury nebo pokud je v objektu nějaká kovová konstrukce, výtah apod.

Pak nemusí být signál rovnoměrný, jak bychom čekali a budou vznikat právě tato hluchá místa.
 

Kolizní doména

Na drátech dnes již kolizní doménu asi stěží najdeme. Na Wi-Fi však ano. Wi-Fi je příklad kolizní domény.

Kolizní doménu tvoří stanice umístěné ve stejném síťovém segmentu, komunikují navzájem na fyzické vrstvě. Pokud začne v kolizní doméně více stanic zároveň vysílat, dojde ke kolizi a tím ke znehodnocení signálu a zařízení musí vysílání opakovat tak, aby se opakované kolizi vyhnulo, musí proměnou dobu tedy počkat. Řídí se protokoly z rodiny CSMA. Vysílat tedy může jen jedno zařízení v kolizní doméně, ostatní zařízení poslouchají. Celá šířka pásma je tedy sdílená mezi všechny zařízení. 

Kolizní doména byla typická i na drátech pro huby. S příchodem switchů, které huby dávno vytlačily, to již řešit na drátech nemusíme. Pro úplnost ještě uvedu, že i u switchů stále kolizní doména existuje, a nachází se vždy mezi jedním portem switche a koncovým zařízením. Díky implementaci full-duplexu tu mohou komunikovat vždy dvě zařízení, tedy bez přerušení.
 

Pokrytí signálem a jeho výpočet

Jak je vidět, rušivých parametrů je hodně. Od překážek v podobě zdí, přes rušení jinou elektronikou. Určit pokrytí Wi-Fi signálu v objektu není tedy vůbec snadné.

Nejpřesnější metodou je měření signálu přímo v terénu na různých místech za pomocí specializovaných přístrojů. Následně ze získaných dat sestavit graf. Tahle metoda je časově i finančně náročná.

Druhou metodou je simulace pomocí speciálních programů. Nahraje se plánek objektu, obkreslí se zdi a další objekty určitým typem čar, který představuje různé útlumy určované v dB. Program pak provede výpočet a grafické znázornění. Metoda je ale spíše orientační.

Poslední metodou je pak vlastní odhad na základě zkušeností a znalosti terénu. Jde o nejméně přesnou metodu, za to nejrychlejší a nejlevnější. Ve většině případů je ale plně dostačující. Zvlášť v domácnostech, kde je měření sice pěkné, ale v praxi stejně nejste schopni umístit router třeba na WC jen proto, že by zde bylo nejlepší pokrytí bytu.
 

Pásma 2,4 GHz a 5 GHz

Dnes se Wi-Fi provozují ve dvou pásmech. Starší z nich je 2,4 GHz a novější pak 5 GHz.

Vyšší kmitočet (5 GHz) má vyšší přenosovou rychlost, ale hůře prochází překážkami. V praxi platí, že 2,4 GHz prochází zdmi v rámci bytu relativně dobře. 5 GHz pokrytí není ani tak o průchodu zdí, ale spíše o odrazech.
 

Více antén

Wi-Fi funguje na principu kolizní domény. Zjednodušeně lze říci, že vždy může komunikovat na jedné anténě v daný okamžik jen jedno zařízení a pouze v jednom směru. Pokud by začalo komunikovat v daný okamžik více zařízení, detekuje se to jako kolize a všichni na různě dlouho dobu přestanou komunikovat a vyčkávají. Před zahájením komunikace se musí přesvědčit, že v segmentu nikdo zrovna nekomunikuje, než začnou posílat data. Více antén pak umožňuje komunikovat třeba obousměrně nebo vícero klientům.
 

MIMO a MU-MIMO

Jde o zkratku Multiple-input multiple-output, tedy něco jako více vstupů více výstupů. Ve Wi-Fi se používá pro multi-anténní komunikaci, kdy lépe využívá rádiové spektrum. Dnes je již jako standard bere MU-MIMO (multi user-MIMO).

Jak jsme si již řekli, Wi-Fi umožňuje v daném čase obsloužit vždy jen jednoho klienta. Díky MU-MIMO se snižuje doba čekání klienta na přenos dat. Podmínkou ale je podpora MU-MIMO i na klientské stanici (mobil, tablet, notebook).

Principem je soustava antén, které vytváří více datových toků současně. Tím se zvyšuje celkový výkon Wi-Fi. 
 

Wi-Fi repeater

Někdo řeší nedostatečný signál tím, že si pořídí opakovač, Wi-Fi repeater. To je zařízení, které přijme signál z Wi-Fi routeru, zesílí jej a vyšle znovu dál. Pokud je to jen možné, nikdy si takové zařízení nekupujte. Vždy doporučuji umístit další Wi-Fi router (slouží už jen jako AP, funkce routeru musí být vypnuty) a routery spojit kabelem. 

Pokud už si Wi-Fi repeater pořídíte, tak jej vždy umisťujte v cca půlce mezi routerem a místem, kde chcete signál posílit. A počítejte i s tím, že si výrazně snížíte rychlost Wi-Fi sítě v celé domácnosti.  Z praxe dokonce někam na ¼ rychlosti. Repeater totiž musí signál přijmout, tedy komunikovat s routerem a pak vyslat ke klientovi. A jak jsme si popsali kolizní doménu, tak víte, že repeater tedy na své anténě musí obsloužit celkem 4 streamy – UP a Down na router a Up a Down na klienta.

Pokud není možné natáhnout kabel napřímo, rozhodl bych se spíše pro Power Line 230 V. Jde o zařízení, které zapojíte do elektrické zásuvky u routeru a druhý kus pak někde jinde v domácnosti. Slouží pro přenos datového toku skrz elektrické rozvody, šifrovaně až do vzdálenosti 300 Mb. Dnes není problém ani různé fáze elektrických rozvodů. 
 

Závěr a shrnutí

Neplatí to obecně, ale často je lepší instalovat do objektu dva samostatné Wi-Fi routery než jeden s obřími anténami. Navíc tato investice ani nemusí být větší.

Já doporučuji výrobky značky Mikrotik. Jedná se o produkty bez viditelných antén (jsou umístěné uvnitř). Jde o velmi kvalitně zpracované výrobky s citlivými čipy, malé kompaktní rozměry, zabezpečení, velký výkon, spoustu možností nastavení a přijatelnou cenu. Z praxe mám opět ověřeno, že se nesekají, není je potřeba dlouhé roky restartovat a uživatel o nich prostě neví. Nevýhodou je pouze prvotní složitější nastavení pro běžného uživatele a doporučuji to nechat na někom, kdo se v tom vyzná. Jde sice o nějakou další investici, ale odměnou vám bude bezproblémový dlouholetý provoz.

Pamatujte, že:

- Wi-Fi je nejhorší a nejméně spolehlivé řešení
- udávaná rychlost je pouze teoretická, vypočtená a v praxi jí nikdy nedosáhnete
- o rychlost se dělíte se všemi Wi-Fi zařízeními v síti
- komunikace je rušena okolními Wi-Fi sítěmi, Bluetooth a dalšími elektronickými zařízeními
- se vzdáleností a překážkami se rychlost zásadně zpomaluje

>> Líbil se Vám článek? Ohodnoťte mě <<