Inseneriinformaatika ül. 3 (0)

EESTI MAAÜLIKOOL
Tehnikainstituut
Üliõpilane
WIFI SIGNAALI MÕJUTAVAID TEGUREID
Kursuseprojekt
õppeaines „Inseneriinformaatika“
TE.0556
Tehnotroonika eriala
Üliõpilane: „.....“ ............... 2013. a ............................... Üliõpilane
Juhendaja „.....“ ............... 2013. a ............................... dots . *******
Tartu 2013

ABSTRACT

Õpilane, Ü. WiFi signal strength of router Thomson TG784 and its impact on connetion. Course work – Tartu: EMÜ, 2012. 17 pages, 8 figures, 3 tables, format A4. In Estonian language.
The aim of this research is to find out the general factors, which determine the strength of WiFi connection , using a rather common router Thomson TG784. Connection is measured throughout a house and results are analysed. Although the research was carried out in certain conditions, the conclusions are universal . Furthermore, the relation of signal strength and download speed was studied. As a result of analysis , the author gives some practical advice to improve WiFi signal strength.
Keywords: WiFi signal, RSSI , router, inSSider, download speed, connection.

SISUKORD

ABSTRACT 2
SISUKORD 3
TÄHISED JA LÜHENDID 4
SISSEJUHATUS 5
1. ÜLEVAADE KASUTATUD VAHENDITEST 6
1.1. Ruuter , sülearvuti ja võrgukaart 6
1.2. Programm inSSider 7
2. SIGNAALI TUGEVUST MÕJUTAVAD TEGURID 8
2.1. Signaal maja erinevates ruumides 8
2.2 Väiksemate objektide mõju RSSI-le 9
2.3. WiFi kanali muutmine 10
3. RSSI JA ALLALAADIMISKIIRUSE VAHELINE SEOS 11
3.1. Teooria 11
3.2. Praktika 11
4. SOOVITUSED 13
KOKKUVÕTE 14
KIRJANDUS 15

TÄHISED JA LÜHENDID

ISP – internet service provider – interneti teenusepakkuja
MAC-address – Media Access Control address – võrguseadme unikaalne identifitseerija
MBps – megabytes per second – megabaiti sekundis
RSSI – received signal strength indicator – saadava raadiosignaali tugevus
WiFi – wireless fidelity – juhtmevaba tehnoloogia

SISSEJUHATUS

Järjest levinumaks muutuvad traadita seadmed , millega on mugav juhtmevabalt võrku ühendada. Traadita internetti eelistatakse selle mugavuse tõttu tihti ka kodustes majapidamises , vaatamata mõningasele ühenduse kvaliteedi langusele.
Käesoleva töö eesmärk on uurida ruuteri Thomson TG784 WiFi signaali levimist ühekorruselises ligikaudu 160m2-suuruses majas , et välja selgitada, mis mõjutab WiFi signaali ja kuidas on võimalik ruuterist maksimum võtta ehk saavutada võimalikult tugev signaal maksimaalselt suurel alal. Töö raames analüüsitakse sülearvutisse jõudvat WiFi signaali erinevatel kaugustel ruuterist ning erinevate materjalide ja objektide paiknemisest sülearvuti ja ruuteri vahel tulenevaid signaali tugevuse kõikumisi. Lisaks uuritakse katsemeetodil signaali tugevuse mõju allalaadimise kiirusele .
Tihti inimesed ei tea, kuidas ruuteri paigutamine ja seadistamine võib oluliselt parandada signaali tugevust ja seeläbi ka ühenduse kvaliteeti. On selge, et kuigi antud töös käsitletakse konkreetset maja, ruuterit ja arvutit, siis signaali kohta tehtud järeldused on pigem universaalsed , st kehtivad ka teistes tingimustes. See töö võib olla kasulik neile, kes soovivad kodustes tingimistes parandada WiFi levi, kuna katsete ja analüüsi põhjal antakse ka praktilisi soovitusi , kuidas signaali tugevdada. Lisaks aitavad tehtud katsed ja kogutud teadmised parandada WiFi levi majas. Kursusetöö teema valikul osutus määravaks huvi teada.

1. ÜLEVAADE KASUTATUD VAHENDITEST

1.1. Ruuter, sülearvuti ja võrgukaart

Andmeside kahe arvutivõrgu vahel toimib pakettidena. Iga pakett sisaldab informatsiooni selle kohta, millisest võrgust see tuleb ja millisesse võrku see minema peab. Nende aadresside järgi saab ruuter otsustada, kas paketi saatja ja vastuvõtja on ühes võrgus või on vastuvõtja saatjast erinevas võrgus. Kui alamvõrgust (nt. koduarvutist) on soov saavutada ühendus ülemvõrguga (nt. internet), siis ruuter otsib enda marsruutimistabelist (ruuteri sisene tabel, kus on kirjas ruuteriga ühendatud arvutite ja võrkude aadressid), kas ülemvõrgu aadress on tabelis olemas. Juhul, kui aadressi seal ei ole, siis saadab ruuter paketi modemi aadressile, mis omakorda loob ühenduse soovitud internetiserveriga, ning saadab saadud paketi tagasi ruuterile. Ruuter saadab omakorda paketi tagasi päringu teinud seadmele. Juhul, kui alamvõrgu seade soovib ühendust saada teise alamvõrgu seadmega , siis leiab ruuter soovitud seadme aadressi marsruutimistabelist ja edastab paketi otse õigele seadmele, ilma modemit läbimata.
Ruuter on oma ehituselt väga sarnane tavaarvutile. Neil on olemas protsessor, mälu, pordid perifreeria ühendamiseks ning mõnedel ruuteritel isegi monitor info kuvamiseks. Suurim erinevus arvutiga võrreldes on ketaste (flopiketas, CD-ROM, kõvaketas) puudumine. Ruuteril pole kettaid, kuna ta täidab vaid üht ülesannet, milleks on sissetulevate pakettide töötlemine ja filtreerimine, ning seejärel nende õigesse asukohta edasi saatmine . Teine erinevus on ruuteri lisamoodulite lisamise piiratus . Kui tavaarvutisse saab lisada video-, heli- ja graafikakaarte, siis ruuteri lisakaardid on alati võrgufunktsioonide laiendamiseks (uue võrguprotokolli toe lisamine) või nende kiirendamiseks [1].
Käesolevas töös on kasutatud 2008. aastal toodetud ruuterit Thomson TG784 standardiga 802.11g, mille sagedusala on 2,4 GHz ja maksimaalne andmeedastuskiirus 54 MBps[2]. Vaatamata suhteliselt pikale ajale, mis on möödunud ruuteri tootmise algusest, on seda Eestis siiani võimalik uuena osta, hinnaga 82,45€ [3].
WiFi signaali mõõtmiseks kasutati sülearvutit Asus K55VM , mille võrgukaart on Atheros AR9485. Testimisel kasutatud võrk kannab nime „puhkekodu“ ning see on kaitstud WPA2 krüpteeringuga.
Joonis 1: Kasutatud arvuti ja ruuter

1.2. Programm inSSider

Antud töös on WiFi signaali tugevuse mõõtmiseks kasutatud Metageek’i poolt loodud vaba tarkvara inSSider 2.1, mis on lihtsasti kasutatav ja rohkete kasutusvõimalustega programm . inSSider võimaldab koguda andmeid ümbruskonnas levivate WiFi võrkude kohta. Kuvatakse võrkude nimed, kanalid, vastuvõetava signaali tugevused, MAC-aadress, krüpteering, võrgutüüp. Antud programm sobib väga hästi selle töö eesmärgi täitmiseks, sest on graafiliselt on võimalik jälgida RSSI muutumist ajas. Graafikul saab näha ka ainult soovitud võrkude RSSI muutumist ning vajadusel on võimalik ka ühte võrku teiste seast esile tõsta, et paremini RSSI muutumist jälgida. inSSider toetab nii Mac’i, Windows ’i kui ka Androidi [4].
Joonis 2: Näide programmist inSSider
Joonis 3: Naabruskonnas levivate WiFi võrkude kanalite vaade programmis inSSider

2. SIGNAALI TUGEVUST MÕJUTAVAD TEGURID

2.1. Signaal maja erinevates ruumides

Saamaks ülevaate võimalikult paljudest signaali tugevust mõjutavatest teguritest, mõõdeti sülearvutiga WiFi RSSI-d kõigis maja suuremates ruumides. Mõõtmisi teostati kaheteistkümnes erinevas punktis, mis on märgitud majaplaanile , kusjuures ka ruuteri kõrval, kõige kaugemas punktis ruuterist ja majast väljas.
Joonis 4: Mõõtmispunktid majaplaanil punaste tähtedega, ruuteri asukoht rohelise täpiga
Igas punktis mõõdeti signaali tugevust ligikaudu kolme minuti jooksul, arvestades tulemusena selle aja keskmist RSSI-d.
Punkt
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
RSSI, dBm
-27
-72
-68
-59
-73
-78
-76
-82
-62
-52
-42
-60
Tabel 1: Mõõtmistulemused
WiFi RSSI on maja lõikes väga erinev, kuid enamikul alal on signaal „suurepärane“. Mõõtmise tulemusena võib väita, et ruuter on majas paigutatud pigem hästi, sest ruumid, kus internetti kõige rohkem kasutatakse, on leviga hästi kaetud, ning ka kõige nõrgem signaal on „ paraja “ tugevusega . Kõige tugevam signaal oli oodatult kohe ruuteri kõrval, kõige nõrgem aga leiliruumis.
Kvaliteet
RSSI, dBm
Suurepärane
> -62
Hea
-63...-74
Paras
-75...-86
Kehv
-87...-98
Väga kehv
-99...-110
Signaal puudub
Tabel 2: Ühenduse kvaliteedi vahemikud
Enne mõõtmisi püstitatud hüpotees, mille kohaselt RSSI konkreetses punktis sõltub enim selle punkti kaugusest ruuterist, osutus vääraks. Mõõtmistulemusi ja -punkte analüüsides osutub, et kõige olulisemaks teguriks on takistused ruuteri ja arvuti vahel. Seda ilmestavad hästi kaks näidet. Punktid A ja K, milles RSSI on vastavalt -27 dBm ja -42 dBm, asuvad ruuterist sama kaugel, ometi on signaali tugevuste vahel suur erinevus, sest teises punktis on arvuti ja ruuteri vahel sein, esimeses mitte. Sarnaselt muutub RSSI elutoas, punktis C on see -68 dBm ja punktis D -59 dBm. Siin on määravaks kividest laotud kamin ja korsten, mis takistavad oluliselt signaali levimist. Lisaks on märgatav erinevus punktide B ja I vahel, mis küll asuvad ruuterist sama kaugel, kui kööki ulatuvat signaali pärsivad teele jäävad paksud kiviseinad ja köögimööbel.
WiFi signaal väljaspool maja on oodatult erinev majasisesest, levides oluliselt kaugemale. Signaalikvaliteet on „paras“ või parem igal pool ümber maja ning majast erinevalt väheneb signaalitugevus ruuterist kaugenedes aeglaselt.

2.2 Väiksemate objektide mõju RSSI-le

Eelnevalt ilmnes , et seinad ja muud suured objektid mõjutavad RSSI-d väga tugevasti. Lisaks uuritakse väiksemate objektide ruuteri ümbruses mõju signaali tugevusele. Selleks tehakse kaks katset, millest esimeses paigutatakse ruuteri antenni ümber pooleks lõigatud plekkpurk , mille abil võiksid teoorias raadiolained valitud suunas paremini levida . Seina taga purgiga osutatud suunas mõõdab arvuti RSSI muutumist purgiga ja ilma. Hüpoteesi kohaselt tõstab plekkpurgi kasutamine RSSI-d mõne dBm-i võrra. Katse tulemusena selgub , et plekkpurgi liigutamine ei mõjuta signaali mitte kuidagi.
Joonis 5: Purgiga antenn
Teises katses asetati ruuter metallnõusse, millele pandi kaas peale . Hüpoteesi järgi peaks metallnõu signaali levimist takistama ja signaalitugevus vähenema. Tegelikkuses osutub, et ka siin ei muutu signaal kehvemaks ega paremaks.
Kahe katse tulemusena võib väita, et õhukeste objektide mõju RSSI-le on minimaalne. Praktikas tähendab see, et väikseid asjad ruuteri ümbruses ei tohiks signaali oluliselt mõjutada.
Joonis 6: Ruuter metallnõus

2.3. WiFi kanali muutmine

Enamik WiFi võrgud edastavad signaali kitsal raadiosagedusel 2,4 GHz. Tiheda asustuse korral on signaali tugevus raadiolainete interferentsi tõttu pärsitud. Katsepiirkonnas levib sagedusel 2,4 GHz küllaltki vähe teisi WiFi võrke, seega interferents ei tohiks RSSI-d oluliselt mõjutada. Sagedusel 5 GHz ei tuvasta inSSider ühtegi võrku.
Hüpoteesi kohaselt ei sõltu RSSI valitud WiFi kanalist, kuna teiste võrkude signaal ja hulk on väike. WiFi kanali vahetamise õpetus on saadaval teenusepakkuja Elioni kodulehel. Selle õpetuse järgi valiti esmalt esimene kanal , mis peaks teooria põhjal tagama kõige suurema RSSI. Viie minuti jooksul oli esimese keskmine RSSI -52 dBm. Seejärel valiti kümnes kanal, millel peaks kõige tihedama liikluse tõttu olema suurim interferents ja seega ka madalaim RSSI. Viie minuti jooksul oli kümnendal kanalil RSSI keskmiselt -51 dBm. Võib järeldada, et väikese võrguliikluse korral pole õige kanali valik signaali tugevuse seisukohalt eriti oluline tegur [5].

3. RSSI JA ALLALAADIMISKIIRUSE VAHELINE SEOS

3.1. Teooria

Levinud on üldine arusaam, et signaalitugevuse ja internetiühenduse kvaliteedi vahel kehtib selge korrellatsioon. Wales ’i firma Epitiro läbi viidud uuringu kohaselt selline teooria peab paika. Ühenduse kvaliteedi langust põhjustab kehva signaali puhul ruuteri suutmatus eristada vajalikku informatsiooni taustamürast [6].
Joonis 7: Allalaadimiskiiruse ja RSSI vaheline seos

3.2. Praktika

Allalaadimiskiiruse ja signaalitugevuse vahelise korrelatsiooni uurimiseks viidi läbi katsed ruuteriga Thomson TG784. Püstitati hüpotees, et allalaadimise kiirus sõltub otseselt signaali tugevusest ning katsetulemuste põhjal saadud graafik on väga sarnane sellega, mis on toodud joonisel 3.1. Erinevatel kaugustel ruuterist, mis võimaldas saada valitud tugevusega ühendust, kasutati ruuter.ee allalaadimise kiiruse testi ning tulemused märgiti tabelisse . Kusjuures iga RSSI puhul viidi testi läbi 5-10 korda ning tulemuseks märgiti saadud kiiruste keskmine. Saadud andmete põhjal moodustati graafik.
RSSI, dBm
-27
-38
-45
-50
-55
-60
-66
-70
-74
-78
-84
-90
Allalaadimise
kiirus, MBps
6.5
6.5
6.3
6.4
5.8
5.4
5.6
4.6
4.3
2.7
1.9
0.4
Tabel 3: Allalaadimiskiirused erineva signaali korral
Joonis 8: Allalaadimiskiiruse ja signaali tugevuse seos
Graafikult on näha ühenduse tugevuse ja kiiruse vahel selge seos, mis pole küll sama ilmekas kui esimese graafiku puhul, kuid siiski võib väita, et püstitatud hüpotees osutus tõeseks. Andmeid analüüsides osutub, et RSSI vahemikus -27...-66 dBm muutub allalaadimise kiirus vähe. Suurem langus kiiruses hakkab toimuma RSSI langusel alla -66 dBm. Drastiline langus toimub RSSI -78 dBm puhul ja madalamale ning kui signaalitugevus on juba -90 dBm või alla selle, on allalaadimiskiirus vähem kui 0,5 MBps, mis muudab ka kõige elementaarsemad tegemised võrgus, nagu veebi sirvimine või elektronposti lugemine, küllaltki aeganõudvaks ja tüütuks.
Graafikul ja tabelis on toodud keskmised allalaadimiskiirused erineva signaalitugevuse korral, kuid see ei iseloomusta hästi ühenduse kvaliteeti üldiselt. Nimelt RSSI -60 või rohkema dBm korral on ühenduse kiirus ühtlane, näiteks ühes punktis jäid mõõtmistulemused vahemikku 5,9...6,6 MBps. Samas kehvema signaali puhul oli ühendus selgelt ebaühtlasem ja mõõtmistulemuste amplituud suurem, kuna need jäid vahemikku 0,3...6,5 MBps. Sellest võib järeldada, et halva signaali korral on potentsiaalne allalaadimisekiirus võrdne suurepärase signaaliga. Praktikas muudab see aga interneti kasutamise katkendlikuks ja vahel ühenduse katkemise tõttu tülikaks.

4. SOOVITUSED

Järgnevalt on toodud mõned nõuanded, mida tasuks maksimaalse signaalitugevuse saavutamiseks järgida [7]:
1. Ruuter tuleks paigutada õigesse kohta. Lisaks sellele, et paigutada ruuter võimalikult elamispinna keskele , peaks arvestama ka seda, et signaal oleks kõige tugevam just nendes kohtades, kus internetti kõige rohkem kasutatakse. Terve piirkonna leviga katmine pole oluline, kui tähtis on ainult üks punkt, siis tuleks keskenduda just sellele. Hea signaali saavutamiseks on ruuteri ja arvuti vahelisest kaugusest palju olulisem takistuste hulk nende vahel. Kõige tugevamini kahandavad signaali massiivsed esemed ja seinad. Maksimumilähedane signaalitugevus saavutatakse siis, kui ruuteri ja arvuti vahel on võimalik silmside . Ka nii väike muudatus nagu ukse avamine võib tõsta RSSI-d. Ruuter ei tohiks olla asetatud põrandale. Kõrgem asukoht võimaldab raadiolainetel mööbli ja teiste objektide vältimise tõttu paremini levida.
2. Tuleks valida õige WiFi kanal. Tiheda asustuse korral võivad teatud kanalid olla väga suure liiklusega, mõnes suuremas kortermajas võib korraga levida kuni 50 konkureerivat võrku, mis vähendab oluliselt signaali tugevust ja selle läbi ka internetiühenduse kvaliteeti. Tihti on ruuterid müüja poolt vaikimisi juba seadistatud kindlale kanalile, mille tulemusena paljude ruuterite kanalid kattuvad. Nii on tavaliselt üle koormatud kuues kanal. Üldiselt soovitatakse valida kas esimene, kuues või üheteistkümnes kanal, sest need ei kattu omavahel absoluutselt. Õige kanali valimiseks on möödapääsmatu kasutada vajalikku tarkvara, üheks võimaluseks on käesolevas töös rakendatud inSSider. Kuna suur enamik majapidamist ruutereid kasutavad kanaleid ligikaudse sagedusega 2,4 GHz, siis üks viis interferentsi vältimiseks võiks olla hankida selline ruuter, mis töötad sagedusel 5 GHz.
3. Võimalusel peaks vältima ka teiste seadmete raadiolainete interferentsi. Naabrite WiFi pole tavaliselt ainus, mis ümbruskonnas raadiolainete abil levib. Signaali tugevust võivad teiste seas pärssida ka mikrolaineahjud, bluetooth-seadmed, juhtmeta telefonid ja puldid.
4. WiFi levi võivad mõjutada ka võrgu turvalisussätted. Mõnedel vanematel madalama hinnaklassi ruuteritel võivad tugevamad turvameetmed mõõdukalt signaali kvaliteeti vähendada. Autor ei soovita mitte mingil juhul turvameetmeid vähendada, sest andmete kaitsmine on kindlasti olulisem kui väike võit signaalitugevuses. Lisaks on olemas võimalus, et kaitsmata võrku kasutavad peale selle omaniku ka teised inimesed, mille tagajärjel on langus interneti kiiruses märgatavalt suurem kui tugevamate turvameetmete kasutamise tõttu vähenenud RSSI .
5. Probleeme signaali tugevusega võib põhjustada iganenud tarkvara. Ruuteri soetamisel tuleks kohe kontrollida, kas tarkvarauuendusi on saadaval. Samuti tuleks kasutada kõige uuemaid saadaolevaid võrgukaardi draivereid .
6. Signaali võib tugevdada ka lisaseadmete abil. Kui piirkond, mis on vaja katta WiFi leviga, on väga suur, siis võib abi olla lisaantenni(de) soetamisest. Müügil on ka suundantennid, mille abil on võimalik suunata levi valitud kohta.

KOKKUVÕTE

Käesoleva töös on uuritud ning lühidalt kirjeldatud WiFi signaali mõjutavaid tegureid. Töö koosneb neljast osas. Esimeses osas kirjeldati katseteks kasutatud riist - ja tarkvara, millest olulisim oli vabavaraline programm inSSider. Teises osas uuriti signaali levimist majas ning analüüsiti tulemusi, lisaks uuriti väikeste objektide ning WiFi kanali muutmise mõju RSSI-le. Kolmandas osas uuriti seost RSSI ja allalaadimise kiiruse vahel ning leiti katseliselt, et selline seos kehtib. Töö viimases osas anti praktilisi nõuandeid WiFi signaali parandamiseks.

KIRJANDUS

Vikipeedia. Ruuter. 2012. Vikipeedia. Kättesaadav: http://et.wikipedia.org/wiki/Ruuter (29.11.2012).

Mitchell, B. Wireless Standards - 802.11b 802.11a 802.11g and 802.11n. 2012. About.com. Kättesaadav: http://compnetworking.about.com/cs/wireless80211/a/aa80211standard.ht m (29.11.2012).

Elioni e- pood . Ruuter Thomson TG784. Elion . Kättesaadav: https://pood.elion.ee/productInfo/48/ruuter-thomson-tg784/DSLVGP645GG (30.11.2012).

Metageek. inSSider user guide . 2012. Kättesaadav: http://files.metageek.net/marketing/MetaGeek_inSSIDerUserGuide_WiFi-Scanner_2012.pdf (30.11.2012).

Elioni abiinfo. Wifi-võrgu kanali muutmine Elioni ruuteris. 2012. Kättesaadav: https://www.elion.ee/eraklient/abiinfo/interneti-abiline/wifi-kanali-muutmine (1.12.2012).

Epitiro. Wi-Fi in the home. 2011. Kättesaadav: http://www.epitiro.com/assets/files/WiFi_In_The_Home_Epitiro_V2.pdf (1.12.2012).

Bertolucci, J. Six Things That Block Your Wi-Fi, and How to Fix Them . 2011. Kättesaadav: http://www.pcworld.com/article/227973/six_things_that_block_your_wifi_and_how_to_fix_them.html?page=2 (1.12.2012).