Wi-Fi パフォーマンスの向上。 一般原則と便利なもの

無線受信機を組み立てたり、購入したり、少なくともセットアップしたことのある人は、おそらく「感度」や「選択性 (選択性)」などの言葉を聞いたことがあるでしょう。

感度 - このパラメータは、受信機が最も離れた場所でも信号をどの程度受信できるかを示します。

そして選択性は、受信機が他の周波数の影響を受けることなく特定の周波数にどれだけうまく同調できるかを示します。 これらの「他の周波数」、つまり、選択した無線局からの信号の送信に関係しない周波数は、この場合、無線干渉の役割を果たします。

送信機の出力を増加させることで、感度の低い受信機が何としてでも信号を受信できるようになります。 異なる無線局からの信号の相互影響が重要な役割を果たしており、これによりセットアップが複雑になり、無線通信の品質が低下します。

Wi-Fi はデータ伝送の媒体として無線を使用します。 したがって、過去、さらには一世紀前に無線技術者やアマチュア無線家が取り組んできた多くのことは、今日でも有効です。

しかし、何かが変わりました。 着替え用 アナログ デジタル放送の形式が登場し、送信される信号の性質が変わりました。

以下に、IEEE 802.11b/g/n 標準内の Wi-Fi ワイヤレス ネットワークの動作に影響を与える一般的な要因について説明します。

Wi-Fi ネットワークの微妙な違い

人口密集地から遠く離れたラジオ放送の場合、受信機で地元の FM ラジオ局の信号と VHF 範囲の「Mayak」の信号のみを受信できる場合、相互影響の問題は発生しません。

もう 2,4 つは、5 GHz と XNUMX GHz という XNUMX つの限られた帯域でのみ動作する Wi-Fi デバイスです。 以下に、克服できない場合でも回避方法を知っておく必要があるいくつかの問題を示します。

最初の問題 — 規格が異なれば、範囲も異なります。

2.4 GHz 範囲では、802.11b/g 標準をサポートするデバイスが動作し、802.11n 標準のネットワークが動作します。5 GHz 範囲では、802.11a および 802.11n 標準で動作するデバイスが動作します。

ご覧のとおり、802.11 GHz 帯域と 2.4 GHz 帯域の両方で動作できるのは 5n デバイスのみです。 他の場合には、両方の帯域でブロードキャストをサポートするか、一部のクライアントがネットワークに接続できないという事実を受け入れる必要があります。

問題 XNUMX — 最も近い範囲内で動作する Wi-Fi デバイスは、同じ周波数範囲を使用できます。

2,4 GHz の周波数帯域で動作するデバイスの場合、13b/g/n 標準の場合は 20 MHz、802.11n 標準の場合は 40 MHz 幅の 802.11 MHz 間隔の 5 個のワイヤレス チャネルが利用可能であり、ロシアでの使用が承認されています。

したがって、ワイヤレス デバイス (クライアントまたはアクセス ポイント) は隣接するチャネルに干渉を引き起こします。 もう XNUMX つは、クライアント デバイス (スマートフォンなど) の送信電力が、最も一般的なアクセス ポイントの送信電力よりも大幅に低いことです。 したがって、この記事では、アクセス ポイント間の相互影響についてのみ説明します。

デフォルトでクライアントに提供される最も人気のあるチャネルは 6 です。ただし、隣接する番号を選択することで寄生の影響を取り除くことができるなどと誤解しないでください。 チャネル 6 で動作するアクセス ポイントは、チャネル 5 と 7 に強い干渉を生成し、チャネル 4 と 8 には弱い干渉を生成します。チャネル間のギャップが増加するにつれて、相互の影響は減少します。 したがって、相互干渉を最小限に抑えるために、それらの搬送波周波数の間隔は 25 MHz (5 チャネル間隔) であることが非常に望ましいです。

問題は、相互にほとんど影響を与えないすべてのチャネルのうち、使用できるチャネルが 3、1、6 の 11 チャネルだけであることです。

私たちは既存の制限を回避する何らかの方法を探さなければなりません。 たとえば、デバイスの相互影響は、電力を削減することで補償できます。

何事においても節度を保つことの利点について

上で述べたように、電力の低下は必ずしも悪いことではありません。 さらに、電力が増加すると、受信品質が大幅に低下する可能性がありますが、これはアクセス ポイントの「弱さ」の問題ではありません。 以下では、これが役立つケースを見ていきます。

ラジオ放送を読み込んでいます

混雑の影響は、接続するデバイスを選択した瞬間に直接確認できます。 Wi-Fi ネットワーク選択リストに XNUMX つまたは XNUMX つ以上の項目がある場合は、すでにラジオ放送のロードについて話すことができます。 さらに、各ネットワークは近隣ネットワークへの干渉源となります。 また、干渉によってノイズ レベルが大幅に増加し、パケットを常に再送信する必要が生じるため、ネットワークのパフォーマンスに影響します。 この場合、主に推奨されるのは、アクセス ポイントの送信電力を下げることであり、理想的には、相互に干渉しないように、すべての近隣ノードに同じように説得することです。

この状況は、教師が不在の学校の授業中を彷彿とさせます。 各生徒は隣の机や他のクラスメートと話し始めます。 一般的な騒音の中では、お互いの声がよく聞こえず、大声で話し始め、さらに大声で話し始め、最終的には叫び始めます。 教師はすぐに教室に駆け込み、何らかの懲戒処分を講じ、通常の状況に戻りました。 ネットワーク管理者が教師の役割を果たし、アクセス ポイントの所有者が児童の役割を果たしていると想像すると、ほぼ直接的な類似点が得られます。

非対称接続

前述したように、アクセス ポイントの送信電力は、通常、タブレット、スマートフォン、ラップトップなどのクライアント モバイル デバイスの送信電力より 2 ～ 3 倍強力です。 したがって、クライアントはアクセス ポイントから良好な安定した信号を受信できますが、クライアントからポイントへの送信があまりうまく機能しない「グレー ゾーン」が発生する可能性が非常に高くなります。 この接続は非対称と呼ばれます。

高品質で安定した通信を維持するには、双方向の受信と送信が非常に効率的に機能する場合、クライアント デバイスとアクセス ポイントの間に対称的な接続があることが非常に望ましいです。

図 1. アパートプランの例を使用した非対称接続。

非対称接続を避けるために、送信機の出力をむやみに増加させないように注意してください。

より多くの電力が必要な場合

以下に挙げる要因により、安定した接続を維持するために電力の増加が必要になります。

他のタイプの無線通信デバイスや他の電子機器からの干渉

ヘッドフォン、ワイヤレス キーボード、マウスなどの Bluetooth デバイスは 2.4 GHz の周波数範囲で動作し、アクセス ポイントや他の Wi-Fi デバイスの動作を妨げます。

次のデバイスも信号品質に悪影響を与える可能性があります。

• 電子レンジ;
• ベビーモニター。
• CRT モニター、ワイヤレス スピーカー、コードレス電話、その他のワイヤレス デバイス。
• 送電線や変電所などの外部電圧源、
• 電気モーター。
• シールドが不十分なケーブル、および一部の種類の衛星受信アンテナで使用される同軸ケーブルとコネクタ。

Wi-Fi デバイス間の距離が長い

どの無線機器も通信範囲には限界があります。 無線デバイスの設計上の特徴に加えて、障害物や電波干渉などの外部要因によって最大到達距離が短​​くなる場合があります。

これらすべてが、アクセス ポイントからの信号がクライアント デバイスに「届かない」ローカルの「到達不能ゾーン」の形成につながります。

信号通路の障害物

Wi-Fi デバイスの間にあるさまざまな障害物 (壁、天井、家具、金属製のドアなど) は、無線信号を反射または吸収し、通信の劣化または完全な損失につながる可能性があります。

鉄筋コンクリート壁、板金カバー、鉄骨フレーム、さらには鏡や色ガラスなどの単純で明確なものは、信号強度を大幅に低下させます。

興味深い事実: 人体により信号は約 3 dB 減衰します。

以下は、2.4 GHz ネットワークのさまざまな環境を通過するときの Wi-Fi 信号効率損失の表です。

* 有効距離 — オープンスペースと比較して、対応する障害物を通過した後の範囲の減少量を示します。

中間結果をまとめてみましょう

前述したように、信号強度が高いこと自体は Wi-Fi 通信の品質を向上させませんが、良好な接続の確立を妨げる可能性があります。

同時に、Wi-Fi 無線信号の安定した送受信のために、より高い電力を提供する必要がある状況もあります。

これらは非常に矛盾した要求です。

役立つ Zyxel の便利な機能

明らかに、この矛盾した状況から抜け出すためには、いくつかの興味深い関数を使用する必要があります。

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クライアントステアリング

前述したように、ここで説明した問題は主に 2.4 GHz の範囲に影響します。
最新のデバイスを所有している人は、5 GHz の周波数範囲を使用できます。

利点：

• より多くのチャネルがあるため、相互に影響を最小限に抑えるチャネルを選択するのが簡単です。
• Bluetooth などの他のデバイスはこの範囲を使用しません。
• 20/40/80 MHz チャネルのサポート。

短所：

• この範囲の無線信号は障害物をあまり通過しません。 したがって、「非常に強力な」アクセス ポイントを XNUMX つではなく、より控えめな信号強度を持つ XNUMX つまたは XNUMX つのアクセス ポイントを別の部屋に配置することをお勧めします。 一方、「超強力」な XNUMX つの信号をキャッチするよりも、より均一なカバレッジが得られます。

ただし、実際には、いつものように微妙な違いが生じます。 たとえば、一部のデバイス、オペレーティング システム、およびソフトウェアは、デフォルトで接続に「古き良き」2.4 GHz 帯域を依然として提供しています。 これは、互換性の問題を軽減し、ネットワーク接続アルゴリズムを簡素化するために行われます。 接続が自動的に行われた場合、またはユーザーがこの事実に気づく時間がなかった場合、5 GHz 帯域の使用の可能性は傍観されたままになります。

クライアント ステアリング機能は、デフォルトでクライアント デバイスが 5 GHz 経由で即時に接続できるようにする機能で、この状況を変えるのに役立ちます。 この帯域がクライアントでサポートされていない場合でも、2.4 GHz を使用できます。

この機能は次の場合に使用できます。

• Nebula および NebulaFlex アクセス ポイント。
• NXC2500 および NXC5500 ワイヤレス ネットワーク コントローラー;
• コントローラー機能を備えたファイアウォール内。

自動回復

柔軟な電力制御を支持する多くの議論が上で与えられました。 ただし、これをどのように行うかという当然の疑問が残ります。

このため、Zyxel ワイヤレス ネットワーク コントローラーには、自動修復という特別な機能があります。
コントローラーはこれを使用して、アクセス ポイントのステータスとパフォーマンスをチェックします。 アクセス チャネルの XNUMX つが機能しないことが判明した場合、隣接するアクセス チャネルは、結果として生じる無音ゾーンを満たすために信号強度を増加するように指示されます。 行方不明のアクセス ポイントがサービスに復帰した後、隣接するポイントは、互いの作業に干渉しないように信号強度を下げるよう指示されます。

この機能は、ワイヤレス コントローラーの専用ライン NXC2500 および NXC5500 にも含まれています。

安全なワイヤレス ネットワーク エッジ

並列ネットワークからの隣接するアクセス ポイントは、干渉を引き起こすだけでなく、ネットワークに対する攻撃の踏み台としても使用される可能性があります。

次に、ワイヤレス ネットワーク コントローラーがこれに対処する必要があります。 NXC2500 および NXC5500 コントローラには、標準の WPA/WPA2-Enterprise 認証、Extensible Authentication Protocol (EAP) のさまざまな実装、内蔵ファイアウォールなど、十分なツールが備わっています。

したがって、コントローラは不正なアクセス ポイントを見つけるだけでなく、悪意のある意図が含まれる可能性が高い企業ネットワーク上の疑わしいアクションもブロックします。

不正 AP の検出 (不正 AP の封じ込め)

まず、Rogue AP とは何かを理解しましょう。

不正 AP は、ネットワーク管理者の制御下にない外部アクセス ポイントです。 ただし、それらは企業 Wi-Fi ネットワークの範囲内に存在します。 たとえば、従業員の個人用アクセス ポイントが、許可なくオフィスのネットワーク ソケットに接続されている可能性があります。 この種のアマチュア活動はネットワークのセキュリティに悪影響を及ぼします。

実際、このようなデバイスは、メインのセキュリティ システムをバイパスして、企業ネットワークへのサードパーティ接続用のチャネルを形成します。

たとえば、外部アクセス ポイント (RG) は正式には企業ネットワーク上に配置されていませんが、正規のアクセス ポイントと同じ SSID 名を使用してワイヤレス ネットワークがその上に作成されています。 その結果、企業ネットワーク上のクライアントが誤って RG ポイントに接続し、資格情報を送信しようとしたときに、RG ポイントを使用してパスワードやその他の機密情報が傍受される可能性があります。 その結果、ユーザーの資格情報が「フィッシング」ポイントの所有者に知られることになります。

ほとんどの Zyxel アクセス ポイントには、不正なポイントを識別するための無線スキャン機能が組み込まれています。

重要！ 外部ポイントの検出 (AP 検出) は、これらの「センチネル」アクセス ポイントの少なくとも XNUMX つがネットワーク監視モードで動作するように設定されている場合にのみ機能します。

Zyxel アクセス ポイントが監視モードで動作しているときに外部ポイントを検出した後、ブロック手順を実行できます。

不正 AP が正規のアクセス ポイントを模倣しているとします。 前述したように、攻撃者は企業の SSID 設定を偽のポイントで複製する可能性があります。 Zyxel アクセス ポイントは、ダミー パケットをブロードキャストして妨害することで、危険なアクティビティを妨害しようとします。 これにより、クライアントが不正 AP に接続して資格情報を傍受することができなくなります。 そして、「スパイ」アクセス ポイントはその任務を完了できなくなります。

ご覧のとおり、アクセス ポイントの相互影響は、互いの動作に迷惑な干渉をもたらすだけでなく、侵入者による攻撃から保護するためにも利用できます。

まとめ

短い記事の内容では、すべてのニュアンスについて話すことはできません。 しかし、簡単に検討しただけでも、ワイヤレス ネットワークの開発と保守には非常に興味深いニュアンスがあることがわかります。 一方で、アクセス ポイントの電力を減らすなどして、信号源の相互影響に対抗する必要があります。 一方で、安定した通信を行うためには信号レベルを十分に高く保つ必要があります。

ワイヤレス ネットワーク コントローラーの特別な機能を使用すると、この矛盾を回避できます。

Zyxel が、高コストに頼ることなく高品質のコミュニケーションを実現するためにあらゆる点で改善に取り組んでいるという事実も注目に値します。

ソース

1. ワイヤレス ネットワークを構築するための一般的な推奨事項
2. Wi-Fi ワイヤレス ネットワークの動作には何が影響しますか? 干渉の原因は何でしょうか?またその考えられる原因は何ですか?
3. NWA3000-N シリーズ アクセス ポイントでの不正 AP 検出の設定
4. ZCNEコース情報

出所： habr.com