Wi-Fi：明白でないニュアンス（たとえば、ホームネットワーク）

現在、多くの人々が802.11nアクセスポイントを購入していますが、誰もが良い速度を達成できるわけではありません。 この投稿では、Wi-Fiの動作を大幅に改善（または悪化）する可能性のある、あまり明らかでないマイナーなニュアンスについて説明します。 以下で説明するすべては、標準および高度な（DD-WRT＆Co.）ファームウェアを搭載したホームWi-Fiルーターと、企業のグランドおよびネットワークの両方に適用されます。 したがって、例として、「ホーム」テーマを、よりネイティブで体に近いものとします。 管理者やエンジニアのエンジニアでさえ、ほとんどがアパートの建物（または十分な密度の隣人がいる村）に住んでおり、誰もが高速で信頼性の高いWi-Fiを望んでいます。

[!!]： 最初の部分の公開に関するコメントの後、テキスト全体を引用します。 最初の部分を読んだら、 ここから続けてください 。



始める前のいくつかの注意事項：

• プレゼンテーションスタイルは、次のように意図的に簡略化されています。 無線ネットワーク、802.11標準、および政府規制ポリシーの基本に完全に不慣れな隣人にいくつかのことを説明する必要があるかもしれません。
• 以下で説明するものはすべて助言です。 おそらくあなたの状況には当てはまりません。 簡潔にするために省略されているルールには例外があります。 制限事項については、コメントで説明できます。
• 「非自明」という言葉に注意してください。 いくつかの論文の詳細な証明には標準への没入が必要です;私はこれをやりたくありません（私はそれを数回しなければなりませんでしたが）。

1.隣人を邪魔しないように、自分自身でうまく生きる方法。

[1.1]どうやら-実際に何があるのでしょうか？ 私は全力でポイントを外し、可能な限り最大のカバレッジを得ました-そして喜びました。 ここで考えてみましょう。アクセスポイント信号がクライアントに到達する必要があるだけでなく、クライアント信号がポイントに到達する必要があります。 TDトランスミッタの電力は通常、最大100 mW（20 dBm）です。 次に、ラップトップ/携帯電話/タブレットのデータシートを見て、そこでWi-Fiトランスミッターのパワーを見つけてください。 見つけた？ あなたはとてもラッキーです！ 多くの場合、まったく表示されません（ FCC IDで検索できます ）。 それでも、一般的なモバイルクライアントの容量は30〜50 mWの範囲にあると自信を持って言えます。 したがって、APが100mWでブロードキャストし、クライアントが50mWでのみブロードキャストする場合、カバレッジエリア内にクライアントがポイントをよく聞き、クライアントのAPが悪い（またはまったく聞こえない）場所があります-非対称性。 これは、ポイントが通常より良い受信感度を持っているという事実を考慮しても真実です-ネタバレを見てください。 繰り返しますが、これは範囲に関するものではなく、対称性に関するものです。 信号があります-しかし、接続はありません。 または、ダウンリンクが高速で、アップリンクが低速です。 これは、オンラインゲームまたはSkypeでWi-Fiを使用する場合に当てはまります。通常のインターネットアクセスでは、これはそれほど重要ではありません（カバレッジの端にいない場合のみ）。 そして、貧弱なプロバイダー、バグの多いポイント、ドライバーの曲線については文句を言うが、文盲のネットワーク計画については文句を言わない。







結論：より安定した接続を得るには、ポイントの電力を減らす必要があることが判明する場合があります。 おわかりのように、これは完全には明らかではありません:)



[1.2]また、非対称性に加えて、最も有名な事実とはほど遠いことは、ほとんどのクライアントデバイスが「極端な」チャネル（2.4 GHzの場合は1および11/13）の送信機電力を削減したことです。 FCCのドキュメント （アンテナポート電源）からのiPhoneの例を次に示します。



ご覧のとおり、極端なチャンネルの送信機の電力は、平均的なチャンネルの送信電力の約2.3倍です。 その理由は、Wi-Fiはブロードバンド接続であり、信号をチャネルフレーム内に明確に保持することができないためです。 したがって、隣接するISM範囲を傷つけないように、「境界線」の場合には電力を削減する必要があります。 結論：タブレットがトイレでうまく機能しない場合-チャンネル6に移動してみてください。

2.チャンネルについて話しているので...

「ばらばらの」チャネル1/6/11を誰もが知っています。 したがって、それらは交差します！ 前述のように、Wi-Fiはブロードバンドであり、チャネル内の信号を完全に制限することは不可能です。 次の図は、802.11n OFDM（HT）の効果を示しています。 最初の図は、2.4GHz（標準から直接取得）の20MHzチャネルの802.11n OFDMスペクトルマスク（HT）を示しています。 垂直-電力、水平-周波数（チャネルの中心周波数からのオフセット）。 2番目の図では、近傍を考慮して、チャネル1、11、11のスペクトルマスクを重ね合わせました。 これらの図から、2つの重要な結論を導き出します。







[2.1]誰もが、チャネル幅は22 MHz（である）と信じています。 しかし、図が示すように、信号はそこで終了せず、ばらばらのチャネルでさえ重なります：〜-20dBrで1/6と6/11、〜-36dBrで1/11、-45dBrで1/13

隣接する「重複しない」チャネルに調整された2つのアクセスポイントを互いに近づけようとすると、それぞれが20dBm-20dB-50dBの近隣ノイズを生成します[これは、短い距離と小さな壁での信号の伝搬損失に追加されます] = -50dBm！ このノイズレベルは、隣の部屋からの便利なWi-Fi信号を完全に詰まらせたり、通信を完全にブロックしたりできます。

結論：壁の近くにポイントを置き、隣の壁の反対側に、隣接する「重複しない」チャネルのポイントを置くと、深刻な問題を引き起こす可能性があります。 チャネル1/11および1/13の干渉値を計算し、自分で結論を導き出します。

同様に、スタック内の異なるチャネルに合わせて調整された2つのポイントを重ねてコーティングを「凝縮」しようとする人もいます-何が起こるかを説明する必要はないと思います（ここでの例外は、適切なシールドと適切なアンテナ間隔です。



[2.2] 2番目に興味深い側面は、標準の1/6/11チャンネル間でやや上級ユーザーが「エスケープ」しようとする試みです。 繰り返しますが、ロジックは単純です：「チャンネル間の干渉が少なくなります。」 実際、干渉は通常、より少なくなく、より多くキャッチされます。 以前は、1人の隣人（あなたと同じチャンネル）のみから完全に苦しんでいました。 しかし、それはOSI干渉（干渉）の第1レベルではなく、第2レベル-衝突-でした。 あなたのポイントは競合ドメインを隣人と共有し、MACレベルで文明的に共存していました。 これで、両側の2つの近隣からの干渉（Layer1）をキャッチします。

その結果、遅延とジッターはビットを減少させようとした可能性があります（現在は衝突がないため）が、信号対雑音比も低下しています。 そして、それによって、速度（各速度は特定の最小SNRを必要とするため-[3.1]で詳細）と適切なフレームの割合（SNRマージンが減少したため、干渉のランダムバーストに対する感度が増加しました）。 その結果、通常、再送信レート、遅延、ジッターが増加し、スループットが低下します。

さらに、チャネルが大幅に重複しているため、隣接するチャネルからフレームを正しく受信し（信号対雑音比が許容される場合）、それでも衝突を起こす可能性があります。 また、干渉が-62dBmを超えると、前述のCCAメカニズムではチャネルを使用できなくなります。 これは状況を悪化させるだけで、帯域幅に悪影響を及ぼします。

結論：結果を考慮せずに非標準のチャネルを使用しようとせず、これから隣人を思いとどまらせる。 一般に、電力の場合と同じです。非標準チャネルでフルパワーでポイントをカットするように隣人を思いとどまらせます-すべての人の干渉と衝突が少なくなります。 結果の計算方法は、[3]から明らかになります。



[2.3]ほぼ同じ理由で、庭でWi-Fiを使用/配布する予定がない限り、窓の近くにアクセスポイントを置かないでください。 あなたのポイントが遠くまで輝いているという事実には意味がありませんが、直接の可視性ですべての隣人から衝突とノイズを収集します。 そして、エーテルの混乱に追加します。 特にジグザグに建てられたアパートの建物では、隣人の窓が20-30mの距離からお互いを見ています。 窓辺に点がある隣人に、窓に鉛塗料を持ってくる... :)



[2.4] [UPD]また、40MHzチャネルの問題は802.11nに関連しています。 私の推奨事項は、5GHzで「自動」モードで40MHzを有効にし、2.4GHzには含まれない（「20MHzのみ」）ことです（例外は完全に隣人がいないことです）。 理由は、20MHzの近隣が存在する場合、40MHzチャネルの半分の1つで干渉が発生する可能性が非常に高い+ 40 / 20MHz互換モードがオンになるためです。 もちろん、40MHzをハード修正できます（すべてのクライアントがサポートしている場合）が、干渉は依然として残ります。 私にとっては、ストリームあたり75 Mbpsの安定が不安定150よりも優れています。ここでも、例外が発生する可能性があります-[3.4]のロジックが適用可能です。 詳細はこのコメントスレッドにあります （最初に[3.4]を読んでください）。

3.速度について話しているので...

[3.1]数回、SNRに関連して速度（レート/ MCS-スループットではなく）について言及しました。 以下は、標準の材料に基づいて私が編集したレート/ MCSに必要なSNRの表です。 実際、これが、[1.1]で述べたように、高速では受信機の感度が低くなる理由です。



802.11n / MIMOネットワークでは、 MRCおよびその他のマルチアンテナトリックのおかげで、低い入力信号でも目的のSNRを取得できます。 通常、これはデータシートの感度値に反映されます。

これから、もう1つの結論を導き出すことができます。 カバレッジエリアの有効なサイズ（および形状）は、選択した速度（レート/ MCS）に依存します。 これは、あなたの期待やネットワークを計画する際に考慮することが重要です。



[3.2] このアイテムは、ベーシックレートとサポートレートの設定を許可しない非常にシンプルなファームウェアを備えたアクセスポイントの所有者には適していません。 前述のように、レートは信号対雑音比に依存します。 たとえば、54Mbpsが25dBのSNRを必要とし、2Mbpsが6dBを必要とする場合、2Mbpsの速度で送信されたフレームがさらに「飛ぶ」ことは明らかです。 高速フレームよりも長い距離からデコードできます。 ここで基本レートになります。すべてのサービスフレームとブロードキャスト（ポイントがBCast / MCastアクセラレーションとそのバリアントをサポートしていない場合）は、最低の基本レートに送信されます。 これは、ネットワークが多くの四半期にわたって表示されることを意味します。 次に例を示します（Motorola AirDefenseのおかげです）。



繰り返しになりますが、これは[2.2]で考慮される衝突の状況に追加されます。同じチャネルに隣接する状況と、近接するオーバーラップするチャネルに隣接する状況の両方です。 さらに、ACKフレーム（ユニキャストパケットへの応答として送信される）も最小基本レートで実行されます（ポイントが加速をサポートしていない場合）



結論：低速をオフにします-あなたと隣人の両方で、ネットワークはより速く動作します。 あなたのために-あなたの隣人のために、すべてのオフィスのトラフィックがより速く速くなり始めるという事実のために-あなたは彼らのために衝突を作成しないという事実のために（あなたはまだ彼らのために干渉を作成しますが-信号は消えません-しかし通常は十分です低）。 隣人に同じことをさせるように説得すれば、ネットワークはさらに速く動作します。



[3.3]低速をオフにすると、信号が強い領域のみに接続できることは明らかであり（SNRの要件が高くなっています）、有効なカバレッジが減少します。 電力削減の場合と同様です。 しかし、その後、必要なものを決定するのはあなた次第です：最大のカバレッジまたは高速で安定したコミュニケーション。 ポイントメーカーと顧客のラベルとデータシートを使用すると、ほとんどの場合、許容可能なバランスを実現できます。



[3.4]別の興味深い問題は、互換性モード（いわゆる「保護モード」）です。 現在、bg（ERP保護）とa / gn（HT保護）の互換モードがあります。 いずれにせよ、速度は低下します。 多くの要因がそれがどれだけ落ちるかに影響します（ここではさらに2つの記事で十分です）。私は通常、速度が約3分の1だけ下がると言います。 同時に、802.11nポイントと802.11nクライアントを持っているが、隣人が壁の後ろにgポイントを持ち、そのトラフィックが届く場合、標準はそれを必要とするため、ポイントも互換モードになります。 あなたの隣人が自分で作った人で、802.11bトランスミッタに基づいて何かを彫刻する場合は特に便利です。 :)何をする？ 非標準のチャネルに行くのと同じように、あなたにとってより重要なものを評価してください：衝突（L2）または干渉（L1）。 近隣からの信号レベルが比較的低い場合は、ドットを純粋な802.11n（グリーンフィールド）モードに切り替えます ：最大スループットは低下する可能性があります（SNRは低下します）が、過度の衝突、保護フレームのパケット、スイッチング変調を取り除くため、トラフィックはより均一に実行されます。 それ以外の場合は、APの電力/動きについて忍耐し、隣人と話し合うことをお勧めします。 さて、または反射板を置く...はい、そしてウィンドウにドットを入れないでください！ :)



[3.5]もう1つのオプションは、5 GHzに移行することです。そこの空気はきれいです。チャンネル数が多く、ノイズが少なく、信号の減衰が速く、コーニーポイントが高価です。 多くの人がデュアルラジオポイントを購入し、ゲストやまだ速度を必要としないあらゆる種類のガジェット用に802.11n Greenfieldを5 GHzで、802.11g / nを2.4 GHzで設定します。 はい、そのようにより安全です：ほとんどのスクリプトキディは、5 GHzをサポートする高価なおもちゃにお金がありません。

5 GHzの場合、確実に機能するチャネルは4つだけであることに注意してください。36/ 40/44/48 （ヨーロッパの場合、米国の場合、さらに5つあります）。 その他では、レーダーとの共存モード（ DFS ）がオンになっています。 その結果、接続が定期的に消えることがあります。

4.セキュリティについて話しているので...

ここでいくつかの興味深い側面に言及します。

[4.1] PSKの長さはどのくらいですか？ 標準の802.11-2012のセクションM4.1のテキストからの抜粋を次に示します。

パスフレーズから派生したキーは、特に短いパスワードから生成されたキーでは、辞書攻撃の影響を受けるため、比較的低いレベルのセキュリティを提供します。 キーハッシュの使用は、より強力な形式のユーザー認証を使用することが実際的でない場合にのみ推奨されます。 約20文字未満のパスフレーズから生成されたキーは、攻撃を阻止する可能性は低いです。

結論：さて、ホームポイントへのパスワードを持っているのは20人以上のキャラクターですか？ :)



[4.2] 802.11nドットがa / gを超えると「加速」しないのはなぜですか？ そして、これはセキュリティと何の関係がありますか？

802.11n規格は、CCMPとNoneの2つの暗号化モードのみをサポートしています。 Wi-Fi 802.11n互換認定では、無線でTKIPをオンにすると、ポイントがすべての新しい802.11n速度モードのサポートを停止し、802.11a / b / gの速度のみを残す必要があります。 場合によっては、より高いレートでの関連付けを確認できますが、スループットは依然として低くなります。 結論：TKIPは忘れてください-2014年から引き続き禁止されます （Wi-Fi Allianceの計画）。



[4.3] （E）SSIDを隠す価値はありますか？ （これはより有名なトピックです）

5.何でも。

[5.1] MIMOについて少し。 何らかの理由で、今日まで、2x2 MIMOや3x3 MIMOなどの定式化に出会っています。 残念ながら、802.11nの場合、この定式化はほとんど役に立ちません。 空間ストリーム（空間ストリーム）の数を知ることが重要です。 2x2 MIMOポイントは1つのSSのみをサポートでき、150Mbpsを超えることはありません。 3x3 MIMOを備えたポイントは、300 Mbpsに制限された2SSをサポートできます。 完全なMIMO式は、TX x RX：SSのようになります。 SSの数をmin（TX、RX）より大きくすることはできないことは明らかです。 したがって、上記のポイントは2x2：1および3x3：2。 多くのワイヤレスクライアントは、1x2：1 MIMO（スマートフォン、タブレット、安価なラップトップ）または2x3：2 MIMOを実装しています。 したがって、1x2：1クライアントを使用する場合、3x3：3アクセスポイントから450Mbpsの速度を期待するのは無意味です。 それでも、 2x3：2のようなポイントを購入する価値はあります 。 より多くの受信アンテナはポイント感度（MRCゲイン）を追加します。 ポイントの受信アンテナの数とクライアントの送信アンテナの数の差が大きいほど、ゲインが大きくなります（指の場合）。 ただし、マルチパスが作用します。



[5.2]ご存知のように、802.11a / b / gネットワークのマルチパスは悪です。 アンテナによって斜めに配置されたアクセスポイントは最適な方法で動作しない可能性があり、この角度から20〜30 cm延長すると、かなり良い結果が得られる場合があります。 同様に、顧客、複雑なレイアウトの建物、多数の金属オブジェクトなどの場合

MRCを備えたMIMOネットワークの場合、特に複数のSSの動作 （したがって、高速を取得するため）には、マルチパスが必要条件です。 存在しない場合、複数の空間ストリームを作成することはできません。 特別な計画ツールなしで何かを予測することは難しく、それらを使用するのは簡単ではありません。 モトローラLANPlannerの計算例を次に示しますが、ここで明確な答えを得ることができるのは無線インテリジェンスとテストだけです。



3つのSSに適したマルチパス環境を作成することは、2つのSSよりも困難です。 したがって、新しい3x3：3ポイントは、通常は小さな半径でのみ最大のパフォーマンスで機能しますが、常にそうとは限りません。 HPの説得力のある例を次に示します（ 最初のポイント3x3の発表の資料をさらに掘り下げた場合：3-MSM460 ）



[5.3]それで、コレクションの興味深い事実：

• 人体は、信号を3〜5dB（2.4 / 5GHz）減衰させます。 向きを変えるだけで、より高い速度を得ることができます。
• 一部のダイポールアンテナは、H面に非対称パターン（「側面図」）を持ち、より良く反転して動作します
• 802.11フレームでは最大4つのMACアドレス、802.11では最大6つのMACアドレス（メッシュの新しい標準）を使用できます！

合計

テクノロジー802.11（および一般的な無線ネットワーク）には、多くの明白でない機能があります。 個人的には、この技術が「プラグアンドプレイ」レベルまでどれほど複雑であるかを人々が磨き上げてきたという事実に、私は非常に尊敬され賞賛されています。 802.11ネットワークの物理層とリンク層のさまざまな側面を（さまざまなボリュームで）調査しました。

• 容量の非対称性
• 境界チャネルでの送信電力の制限
• 「ばらばらの」チャネルと結果の交差
• 「非標準」チャンネルでの作業（1/6/11/13以外）
• チャンネル評価とチャンネルロックをクリア
• 速度（レート/ MCS）のSNRへの依存性、およびその結果、必要な速度への受信機感度とカバレッジエリアの依存性
• 転送サービストラフィックの機能
• 低速サポートを有効にした場合の結果
• 互換モードのサポートを有効にした場合の結果
• 5GHzチャンネル選択
• セキュリティ、MIMOなどの面白い側面。

すべてが完全に網羅的な形で検討されたわけではなく、顧客の共存、負荷分散、WMM、電力とローミング、シングルチャネルアーキテクチャや個別のBSSなどのエキゾチックの明らかな側面も、すでに完全に異なる規模のネットワークのトピックです。少なくとも上記の考慮事項に従えば、普通の住宅の建物ではかなりまともな 共産主義 高性能企業WLANなどのマイクロセル。この記事があなたにとって興味深いものであったことを願っています。