Практические способы увеличить радиус действия WiFi роутера

Частота сигнала WiFi — 2,4 ГГц. Это дециметровые радиоволны, которые плохо огибают препятствия и имеют низкую проникающую способность. Поэтому радиус действия и стабильность сигнала напрямую зависят от количества и структуры препятствий между точкой доступа и клиентами.

Как происходит преломление wifi сигнала

Проходя через стену или перекрытие, электромагнитная волна теряет часть энергии.

Величина ослабления сигнала зависит от материала, который преодолевают радиоволны.

Ослабление сигнала бетонная и кирпичная стена

Схема подения wifi сигнала

*Эффективное расстояние — это величина, определяющая как изменяется радиус беспроводной сети в сравнении с открытым пространством при прохождении волной препятствия.

Пример расчета: Сигнал WiFi 802.11n распространяется в условиях прямой видимости на 400 метров. После преодоления некапитальной стены между комнатами сила сигнала снижается до величины 400 м * 15% = 60 м. Вторая такая же стена сделает сигнал еще слабее: 60 м * 15% = 9 м. Третья стена делает прием сигнала практически невозможным: 9 м * 15% = 1,35 м.

Такие расчеты помогут вычислить мертвые зоны, которые возникают из-за поглощения радиоволн стенами.

Следующая проблема на пути радиоволн: зеркала и металлические конструкции. В отличие от стен они не ослабляют, а отражают сигнал, рассеивая его в произвольных направлениях.

Мертвые зоны wifi

Зеркала и металлические конструкции отражают и рассеивают сигнал, образуя за собой мертвые зоны.

Расположение без мертвых зон вайфай

Если переместить элементы интерьера, отражающие сигнал, удастся устранить мертвые зоны.

На практике: Крайне редко удается достичь идеальных условий, когда все гаджеты находятся на прямой видимости с роутером. Поэтому в условиях реального жилища над устранением каждой мертвой зоной придется работать отдельно:

  • выяснить что мешает сигналу (поглощение или отражение);
  • продумать куда переместить роутер (или предмет интерьера).

Стандарты, протоколы и частоты

Давайте коротко расскажу, про стандарты и частоты. На данный момент в вай-фай используются две частоты передачи данных: 2.4 и 5 ГГц. И они также влияют на дальность действия. 5ГГц — это частота, которая пришла к нам недавно. Имеет большую скорость передачи данных, но вот затухает быстрее. Вот 2.4 ГГц на данный момент самая распространенная частота.

Дальность действия WI-Fi роутера: максимальное расстояние

А теперь давайте, отталкиваясь от частот, кратко посмотрим на самые популярные стандарты.

2.4 ГГц:

  • 802.11а – передача информации внутри сети до 8 Мбит в секунду. Старый стандарт, но пока ещё используется;
  • 802.11b – тоже старенький стандарт, но на нем пока ещё работают некоторые ноутбуки. Скорость выше 20 Мбит в секунду
  • 802.11g – 50 Мбит в секунду
  • 802.11n – 150 Мбит в секунду. Может также работать и с 5 ГГц частотой

5 ГГц:

  • 802.11ac – Свыше 1 Гбит в секунду

Как я уже и говорил, пока самым распространенным стандартом является 802.11n, и он используется почти везде. Скорость достаточно высокая и бьет далеко в отличии от того же 802.11ac. Более подробно вы можете почитать про стандарты в этой статье.

Отключить поддержку режимов 802.11 B/G

В диапазоне 2,4 ГГц работают WiFi устройства трёх спецификаций: 802.11 b/g/n. N является новейшим стандартом и обеспечивает большую скорость и дальность по сравнению с B и G.

Диграмма распространения сигнала вайфай в зависимости от частоты герц

Спецификация 802.11n (2,4 ГГц) предусматривает большую дальность, чем устаревшие стандарты B и G.

Роутеры 802.11n поддерживают предыдущие стандарты WiFi, но механика обратной совместимости такова, что при появлении в зоне действия N-роутера B/G-устройства, — например, старый телефон или маршрутизатор соседа — вся сеть переводится в режим B/G. Физически происходит смена алгоритма модуляции, что приводит к падению скорости и радиуса действия роутера.

На практике: Перевод маршрутизатора в режим “чистого 802.11n” однозначно скажется положительно на качестве покрытия и пропускной способности беспроводной сети.

режим 802.11 N

Однако девайсы B/G при этом не смогут подключиться по WiFi. Если это ноутбук или телевизор, их можно легко соединить с роутером через Ethernet.

Продвинутая Wi-Fi-сеть

В крупных офисах и на предприятиях одного роутера бывает недостаточно для покрытия всей площади и обеспечения стабильного сигнала. Решить эту проблему можно несколькими способами при помощи дополнительного сетевого оборудования.

Витая пара имеет ограничение длины в 100 метров. При большем показателе сигнал начнет угасать, что выльется в потерю информации. При необходимости установить роутер дальше, чем на 100 метров от источника используйте усиливающее оборудование. В качестве усилителя подойдет обычный коммутатор (switch). Дополнительно устройство позволит подключать большее число компьютеров к локальной сети проводным путем.

Если требуется покрыть несколько отдельных зданий на расстоянии 300–500 метров сетью Wi-Fi, то пригодится оптоволокно с предельной длиной одного сегмента в 1,6 километра. Для преобразований оптического сигнала в электрический и обратно придется купить медиаконвертеры.

Способ надежный, но дорогостоящий и требует специфический знаний при монтажных работах.

К более доступным способам увеличения зоны покрытия Wi-Fi относится использование усилителей Интернет или беспроводного сигнала. Первые работают от 3G и 4G USB модемов, поэтому пригодятся только при использовании мобильного Интернета в качестве источника. Если сеть использует маршрутизатор и проводное подключение, то необходимы именно усилители беспроводного сигнала. Они работают по принципу ретранслятора — ловят Wi-Fi-сигнал и усиливают его, увеличивая общую зону покрытия.

Радиус и скорости передачи зависят от класса устройства. Компактные модели подключаются только к розетке и обеспечивают зону покрытия до 20 метров. Профессиональные и промышленные усилители имеют радиус до 50–100 метров. При покупке следует ориентироваться на параметры, аналогичные маршрутизатору — скорость передачи информации, рабочая частота, поддерживаемые стандарты, число антенн. Сложность настройки низкая — посредством веб-интерфейса или технологии WPS (одновременным нажатием на роутере и усилителе соответствующей кнопки).

Для создания зоны покрытия на открытых пространствах не обойтись без усиливающих антенн. К главным характеристикам товаров этой категории относятся:

  • Диапазон частот и совместимые стандарты.
  • Вид. Всенаправленные равномерно покрывают территорию и актуальны при наличии множества клиентов. Направленные актуальны для подключения типа «точка-точка», когда нужно предоставить доступ к Wi-Fi только одному клиенту.
  • Коэффициент усиления. Чем выше, тем больший радиус покрытия.
  • Диапазон рабочих температур. Учитывается, если антенна располагается на улице.

Антенна способна предоставить зону покрытия на открытых площадях радиусом до 300 метров. В зависимости от удаленности антенны от источника выбирайте антенные Wi-Fi-кабели нужной длины с учетом разъемов.

Использовать повторители сигнала

В помещениях со сложной планировкой и многоэтажных домах эффективно использование репитеров — устройств, повторяющих сигнал основного маршрутизатора.

Репитеры расширяют WiFi-сеть, охватывая прилегающую территорию и верхние этажи загородного дома.

Репитеры расширяют WiFi-сеть, охватывая прилегающую территорию и верхние этажи загородного дома.

Репитеры помогают развернуть беспроводную сеть в помещениях со сложной планировкой.

Репитеры помогают развернуть беспроводную сеть в помещениях со сложной планировкой.

Простейшее решение — использовать в качестве повторителя старый роутер. Минус такой схемы — вдвое меньшая пропускная способность дочерней сети, т. к. наряду с клиентскими данными WDS-точка доступа агрегирует восходящий поток от вышестоящего маршрутизатора.

Подробная инструкция по настройке моста WDS представлена здесь.

Роутер в режиме WDS помогает расширить покрытие WiFi-сети.

Роутер в режиме WDS помогает расширить покрытие WiFi-сети.

Специализированные повторители лишены проблемы урезания пропускной способности и оснащены дополнительным функционалом. Например, некоторые модели репитеров Asus поддерживают функцию роуминга.

В режиме роуминга устройства автоматически подключаются к более мощной сети, а во время перехода между точками доступа соединение не разрывается.

В режиме роуминга устройства автоматически подключаются к более мощной сети, а во время перехода между точками доступа соединение не разрывается.

На практике: Какой бы сложной ни была планировка — репитеры помогут развернуть WiFi сеть. Но любой повторитель — источник интерференционных помех. При свободном эфире репитеры хорошо справляются со своей задачей, но при высокой плотности соседних сетей использование ретранслирующего оборудования в диапазоне 2,4 ГГц нецелесообразно.

Результаты практических наблюдений

Оценим «пробивную способность» Wi-Fi на практике. Для этого возьмем набор точек доступа, поддерживающих связь в диапазоне 2,4 ГГц: это TEW-411BRP+ фирмы TRENDnet, DWL-2100AP от D-Link, и USR 805450 компании US Robotics. В качестве абонентского устройства будем использовать смартфон, мощность передатчика которого равна 100 мВт. На точки доступа установим штатные антенны, а сами они будут располагаться на пятом этаже панельного дома.

Предельная дистанция, уверенный прием

Уже на третьем этаже здания, где установлено наше оборудование, сеть Wi-Fi отсутствует. Волна преодолела 2 железобетонных перекрытия, то есть мы потеряли 30 дБ – и все, связи нет. В действительности, считайте, что при прохождении двух перекрытий теряется 35 децибел. Сюда надо прибавить и затухание, зависящее от длины дистанции, тогда мы получим примерно 36-38 дБ. Значит, именно такое затухание для 100 милливатт является критическим.

Пробуем поймать сигнал на улице. На расстоянии 150-180 метров наличие сети можно заметить, но это верно, если находиться напротив окна комнаты, где установлено оборудование. А стабильной связь остается на расстоянии 100 метров. Как видим, теория соответствует практике с достаточным уровнем достоверности. Для надежности теоретически полученный результат (одно окно –> 200 метров) лучше делить на 2.

Чего делать не нужно

Всем понятно, что вряд ли стоит повышать мощность одного из передатчиков, когда второй, то есть «абонентский», остается без изменений. То же можно сказать и о применении антенн, позволяющих увеличить интенсивность волны, но сужающих диаграмму. Впрочем, применение секториальных и многозвенных антенн все равно будет эффективно, и вот почему. Роутеры и другие излучатели радиоволн могут быть не только у Вас в квартире, но и у соседей и т.д. А сужая сектор захвата, можно избавить Ваш роутер от посторонних радиочастотных шумов.

Настраивая беспроводную сеть в роутере, необходимо выбирать не максимальное, а оптимальное значение мощности. В интерфейсе многих устройств подобная регулировка есть. Начните с максимума, и шаг за шагом понижайте значение:

Остановиться стоит, когда в самой дальней точке смартфон перестанет «видеть» сеть. Повысив мощность на одно деление, можете пользоваться сетью Wi-Fi в свое удовольствие.

Рекомендации

Перед началом работ требуется обязательно учесть тот факт, что между объектами усиления должна присутствовать прямая видимость. То есть оба конца должны находиться на прямой плоскости без других объектов между ними.

Кроме этого, нужно соблюсти так называемую зону Френеля. Ее можно рассмотреть на примере обычной трубы, при этом на конце каждого выхода расположены две антенны. Таким образом, зоной Френеля является внутренняя часть трубы. Правило гласит, что качественный сигнал между двумя точками будет только тогда, когда внутренняя часть воображаемой трубы будет идеально чистой, что подразумевает полное отсутствие деревьев, сооружений и других объектов.

Также нет необходимости самостоятельно все высчитывать, поскольку есть большое количество специализированных сайтов, на которых имеются онлайн-калькуляторы. Нужно всего лишь ввести определенные данные, и система все посчитает автоматически.

 Схема зоны Френеля

Параметры волны

Помимо частоты, мы уже говорили про затухание от препятствий. При чем препятствием будет почти все. Например, если на улице идёт дождь, то мобильная связь, которая использует примерно те же частоты – будет хуже. Также и с вай-фай. У волны есть и параметр естественного затухания. Металлические конструкции, зеркала, а также толстый бетон – почти полностью глушат слабый сигнал.

Радиус действия также будет зависеть от коэффициента усиления антенны. И чем он больше, тем дальше бьет радиоволна. Но тут есть и обратная сторона монеты. Дело в том, что с увеличением параметра усиления пучок волн становится тоньше и вытягивается в сторону.

Дальность действия WI-Fi роутера: максимальное расстояние

Посмотрите на картинку выше – с увеличением dB волна конечно же бьет дальше, но вот поймать её становится тяжелее. Такие антенны называют узконаправленные. Другие же антенны с КУ от 3 до 7 dB называют широконаправленные и чаще устанавливаются на дешевые модели. У меня например дома стоит обычный маршрутизатор с двумя такими и бьет не так далеко.

Дальность действия WI-Fi роутера: максимальное расстояние

На дорогих моделях, обычно ставят до 8 и более антенн, которые имеют узкое направление антенны, но больший КУ. За счет этого охват идёт такой же, но радиоволна бьет дальше. Такие аппараты при использовании стандарта «n» могут максимально ловить сигнал уже свыше 150 метров на открытой местности. Советую почитать статью про мощность сигнала тут. Там понятным языком объясняются все тонкости дальности передачи с помощью радиоволн. И после этого вы сами сможете ответить на вопрос – на каком расстоянии радиус действия WiFi будет настолько хорош, чтобы ловить его без помех и потерь.

Наше мнение

Нас немного удивило, что для мостов Ubiquiti не советует обычные (не стандарта 802.11ac) точки доступа Rocket M с антеннами RocketDish — частый выбор наших клиентов. Скорее всего, потому, что стандарт 802.11n считается уже неперспективным.

Кроме того, к базовым станциям на стандарте 802.11n мы рекомендуем также клиентские точки доступа Nanostation loco M5, M2 — до 1 км, Nanostation M5, M2  -до 5 км. Это очень популярные и недорогие решения.

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.