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無線路由:穿墻有術(shù)?(更新) | 器物于我

 博智仁 2021-12-07

觀點一覽

  • 不要迷信「穿墻王」,網(wǎng)絡(luò)傳輸是雙向的,速率的瓶頸往往是客戶端(如手機(jī)、筆記本)收發(fā)信號的能力。
  • 影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的因素眾多,在換路由之前,還應(yīng)考慮擺放位置、信號干擾等因素。
  • 位置、位置、位置,選個好的擺放位置是改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的第一步。如果改變位置也不能解決問題,可以選擇購買電力貓、無線擴(kuò)展器、Mesh 無線路由。
  • 信號干擾很常見,盡量將無線路由遠(yuǎn)離干擾源,或嘗試改變信道。
  • 無線路由標(biāo)注的速率通常是多個頻段的速率之和,而常見設(shè)備并不能同時連接多個頻段。此外,無線路由實際速率往往不到理論速率的一半。
  • 預(yù)算低、設(shè)備少可選 AC1200 級別的無線路由,預(yù)算高、設(shè)備多可選 AC1900 級別的無線路由。要求更高,可選支持 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的無線路由。
  • 不要購買單頻無線路由,相對 2.4Ghz 頻段,5Ghz 頻段干擾較少。

如何擴(kuò)展覆蓋范圍

Wi-Fi 之于現(xiàn)代人,猶如空氣和水,而網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的好壞,直接影響生存體驗。想象一個場景,兩人在嘈雜的市場中交談,中間還隔著一堵墻。老張聲音大,小李聲音小,老張說什么小李都能聽見,但小李的回復(fù)老張經(jīng)常聽不清楚。老張只好將一句話重復(fù)幾遍,直到小李說聽到了才說下一句。

在這里,老張就是無線路由,小李就是客戶端。建立在 802.11 標(biāo)準(zhǔn)上的 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò),使用一種名為肯定確認(rèn)(positive acknowledgment)的規(guī)則,發(fā)送端發(fā)送的每一個數(shù)據(jù)包,接收端都要回復(fù)一個確認(rèn)信息,如果發(fā)送端沒收到確認(rèn)信息,就會一遍又一遍重發(fā)數(shù)據(jù)包,直到收到確認(rèn)。

數(shù)據(jù)包的傳輸過程,來源:Just Too Good

如果多次重傳后還是得不到確認(rèn),一般會降低速率以改善傳輸?shù)目煽啃?。?shù)據(jù)包最終會全部通過,但暫?;蛘咧貍鲾?shù)據(jù)會大大影響無線網(wǎng)絡(luò)的性能。怎么才能讓交流更加高效?有效的方法有幾種:

  • 讓老張走幾步,離小李近一點——相當(dāng)于改變無線路由位置。
  • 讓站在中間的某人代為傳話——相當(dāng)于使用無線擴(kuò)展器。
  • 給小李配個喇叭,放大他的聲音——相當(dāng)于增強(qiáng)客戶端的信號強(qiáng)度,比如換一個強(qiáng)力網(wǎng)卡或高增益天線。

不要迷信「穿墻王」

看到這里,大家或許已經(jīng)明白了,老張聲音再大,也改變不了小李聲音小的狀況——同理,無線路由穿墻能力再強(qiáng),也改變不了客戶端收發(fā)信號弱的狀況。

  • 網(wǎng)絡(luò)傳輸是雙向的,速率的瓶頸往往是客戶端(如手機(jī)、筆記本)收發(fā)信號的能力。

而且,利用微波傳輸數(shù)據(jù)的無線路由,穿越墻體的能力極其有限,因為:

  • 中外對無線路由的發(fā)射功率都設(shè)有限值,我國是 20dBm(100mW),美國 30dBm(1000mW)。
  • 空間距離和障礙物對信號的衰減,往往比增加發(fā)射功率和天線增益對信號的增強(qiáng)大得多。

在很多情況下,信號不是穿過,而是在各種反射后繞過。通常而言,材料密度越大,對信號的屏蔽作用越厲害,面對金屬,只能繞道。

換而言之,能否穿墻,關(guān)鍵在于距離墻體。墻的厚度、內(nèi)部材料和構(gòu)造的不同,都會大大影響穿墻效果。

不同材料對無線信號的衰減度,來源:無線網(wǎng)絡(luò)原理與應(yīng)用 – Ron Price

位置位置位置

在把懷疑的目光投向無線路由之前,改變位置是你首先應(yīng)該嘗試的。首先,無線路由應(yīng)當(dāng)盡量放在房屋中央或房間交匯處,避免信號穿透太多障礙物。

合理和不合理的路由位置,來源:WLAN 室內(nèi)放裝網(wǎng)絡(luò)設(shè)計指導(dǎo) – 華為 WLAN 培訓(xùn)資料

其次,盡量放在高處,如果有兩層,可以嘗試放在二樓。美國消費者組織 CR 認(rèn)為:無線路由的天線就像一把雨傘,放在高處,覆蓋范圍更大。

無線擴(kuò)展器


常見的無線擴(kuò)展器,來源:京東
如果改變位置沒用,可以嘗試無線擴(kuò)展器(Wi-fi Extenders),也叫 Wi-Fi 信號放大器、無線中繼器。

無線擴(kuò)展器的優(yōu)點是尺寸小,易于設(shè)置,且比新路由和 MESH 系統(tǒng)便宜,但速率會下降,SmallNetBuilder 認(rèn)為連接無線擴(kuò)展器至少會損失 50 % 的速率。

還需要注意的是,無線擴(kuò)展器不能離無線路由太遠(yuǎn),必須安置在當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)。

無線擴(kuò)展器必須安置在當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi),來源:MobileTechTalk

電力貓

"/常見的電力線適配器,來源:京東

如果無線擴(kuò)展器不能滿足你,還可以考慮電力線適配器 ( Powerline Network Adapters),俗稱電力貓,是一種利用供電線傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備 。Which?認(rèn)為電力貓:

  • 不支持多個電表的使用環(huán)境。
  • 網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量取決于電線的質(zhì)量,可能不支持老房子中較舊的電線。
  • 電源插座之間的距離會影響性能。
  • 容易受到日常物品(如微波爐、真空吸塵器)的電氣干擾。

Mesh 無線路由


常見的 Mesh 無線路由,來源:Amazon

Mesh  無線路由相當(dāng)于無線擴(kuò)展器的升級版。在無線擴(kuò)展器組建的網(wǎng)絡(luò)中,無線擴(kuò)展器相互之間不交流,結(jié)構(gòu)就像樹干和樹枝。

支持 Mesh (網(wǎng)狀)網(wǎng)絡(luò)的無線路由,也叫分布式無線路由,其核心特點是網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點相互交流,結(jié)構(gòu)就像蜘蛛網(wǎng)。
左為 Mesh 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組建的網(wǎng)絡(luò),右為普通路由 +無線擴(kuò)展器組建的網(wǎng)絡(luò),來源:Wi-fi systems and mesh networks – Which?

Which? 認(rèn)為,Mesh 無線路由:

  • 易于設(shè)置。
  • 比無線擴(kuò)展器或電力貓性能更強(qiáng),但價格更高。
  • 需要較多設(shè)備來構(gòu)架無線網(wǎng)。

減少干擾和噪聲

在剛才設(shè)想的場景中,老張和小李的聲音就是信號,市場里其他聲音就是噪聲,信號和噪聲之比即為信噪比。無線網(wǎng)絡(luò)的速率越高,所需的信噪比越高。

無線路由信號的干擾噪聲有兩種:

  • 一種來自使用 802.11 協(xié)議的設(shè)備,如其他的無線路由、支持 Wi-Fi 的無線攝像頭、手機(jī)、筆記本等。
  • 一種來自非 802.11 協(xié)議,但運行在 2.4G 或 5G 頻段的設(shè)備,如無繩電話、藍(lán)牙設(shè)備、Zigbee 設(shè)備、嬰兒監(jiān)視器。此外,熒光燈整流器、微波爐等電氣設(shè)備也會產(chǎn)生干擾。

在 Farpoint Research 的一個研究中,離無線接入點或者客戶端 7.6 米的微波爐會降低 64% 的吞吐量。在 Jupiter Research 報告中,有 67% 的居民的 Wi-Fi 問題和干擾設(shè)備有關(guān)。(來源:無線干擾的 20 種錯誤說法 – 思科)

怎么減少干擾或噪聲呢?

  • 使用 5G 設(shè)備,相對 2.4GHz 頻段,5GHz 頻段干擾較少。
  • 遠(yuǎn)離干擾源,比如金屬材質(zhì)的大東西、微波裝置(微波爐、無繩電話)、空調(diào)、冰箱等電氣設(shè)備。

其他因素

除了信號衰減、干擾和噪聲,影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的因素還有很多,比如:

  • 老舊的設(shè)備,思科認(rèn)為當(dāng)「802.11b 客戶端在無線局域網(wǎng)中通信時,他們會導(dǎo)致總體性能下降?!?/li>
  • 無線客戶端的驅(qū)動問題。
  • 無線設(shè)備之間的兼容性。

買什么路由好?

無線路由的命名

我們?nèi)粘Kf的 Wi-Fi 是基于 802.11 協(xié)議的無線局域網(wǎng)(WLAN),不同版本的 802.11 協(xié)議支持不同的頻率范圍(頻段)。

常見 802.11 協(xié)議和支持的頻段,來源:IEEE 802.11 – Wikipedia

無線路由簡介中常出現(xiàn)的單頻、雙頻、三頻,即是指產(chǎn)品支持的頻段。老路由多為單頻,只支持 2.4GHz 頻段,新路由多為雙頻,支持 2.4GHz 和 5GHz 頻段。

如今還有部分無線路由號稱三頻,其實是指支持一個 2.4GHz 和兩個 5GHz 頻段,極少數(shù)是指支持 2.4GHz、5GHz、60GHz 頻段。

在現(xiàn)實中廠商常用一種不太規(guī)范的分類方法,如:AC1900、AC1200、N900,我們可以稱之為無線路由的級別,其中 AC、N 是指無線路由支持的最新協(xié)議,而數(shù)字和無線路由的數(shù)據(jù)傳輸速率有關(guān)。

不同級別的無線路由支持的頻段和速率,參考:SmallNetBuilder’s Classification System for Wi-Fi Products – SmallNetBuilder

數(shù)據(jù)傳輸速率(Data Rate)和吞吐量(Throughput)都是衡量無線路由數(shù)據(jù)傳輸能力的指標(biāo),很多情況下,數(shù)據(jù)傳輸速率就是日常所說的帶寬。

為了便于理解,我們可以將數(shù)據(jù)傳輸速率稱為理論速率,將吞吐量稱為實際速率。注意,單位一般用 Mbps(Mbit/s,兆比特每秒),而不是 MBps (MB/s,兆字節(jié)每秒),后者是前者的 8 倍。

如果無線路由只支持單頻,那型號中的數(shù)字就等于數(shù)據(jù)傳輸速率,如果無線路由支持雙頻、三頻,那么數(shù)字一般就是各頻段的數(shù)據(jù)傳輸速率相加。

為什么無線路由的標(biāo)稱速率就像你的夢想,永遠(yuǎn)無法觸及?一個簡單的解釋是:

  • 對于雙頻或三頻的無線路由,廠商標(biāo)稱的速率是幾個頻段相加的數(shù)據(jù)傳輸速率,但大部分設(shè)備一次只能連接一個頻段。
  • 標(biāo)稱的速率是理論上的數(shù)據(jù)傳輸速率,而不是實際使用中的吞吐量,后者通常不到前者的一半。

首先,協(xié)議開銷、錯誤檢查和重傳請求等信息要占用一部分帶寬。其次,無線信號傳輸過程中存在衰減和干擾,進(jìn)一步使速率降低。在 Choice 的中,別說一半,大部分無線路由的實際速率連理論速率的三分之一都到不了。

Choice 的中,無線路由的實際速率(吞吐量)和理論數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)傳輸速率)之比,數(shù)據(jù)來源:Wireless router reviews – CHOICE

不要購買單頻路由

對大多數(shù)人,Consumentenbond 推薦 AC1200 到 AC2600 級別(最好是 AC 1750 到 AC1900)的無線路由。SmallNetBuilder 認(rèn)為 AC1900 的無線路由最具性價比,它建議:

  • 如果使用面積小,設(shè)備不多,可以選擇 AC1200 的無線路由。
  • 如果使用面積大,設(shè)備多,可以考慮支持 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備,而不是 AC5300/5400 的無線路由。


Consumentenbond 的評測中,無線路由得分(縱軸)和價格(橫軸)的分布,數(shù)據(jù)來源:Routers vergelijken – Consumentenbond

荷蘭消費者組織 Consumentenbond  評測過多款無線路由,其評測采用 10 分制,從上圖可知:

  • 支持單頻的無線路由得分較低,均在 6.5 分以下。
  • 支持雙頻的無線路由最多,得分多在 6.5 分以上。
  • 支持三頻的無線路由得分從 6.5 分到 8 分不等,多在 7 分以上。

選哪個品牌呢?在 Consumentenbond  的評測中,Netgear(網(wǎng)件)和 Asus (華碩)整體表現(xiàn)較佳,但兩個品牌的均價也是最高的。

Consumentenbond 的評測中各品牌的表現(xiàn),縱軸是得分,橫軸是價格,來源:Routers vergelijken – Consumentenbond

Consumentenbond 的評測中各品牌的表現(xiàn),表中為各項評測數(shù)據(jù)平均值,來源:Routers vergelijken – Consumentenbond

主要來源

評測數(shù)據(jù):
Routers vergelijken – Consumentenbond
Wireless router reviews – CHOICE
Wireless router Ratings – Consumer Reports
Wi-fi routers and extender reviews – Which?
Router Ranking – SmallNetBuilder
其他:
Best Wireless Router Buying Guide – Consumer Reports
Wi-fi extenders and powerline adapters – Which?
Wi-fi systems and mesh networks – Which?
Wireless router buying guide – CHOICE
An Experiment In Wireless Power And Range – SmallNetBuilder
Why High Power Routers Don’t Improve Range – SmallNetBuilder
How Fast Can Your Wi-Fi Go? – SmallNetBuilder
How To Buy A Wireless Router – 2017 Edition – SmallNetBuilder

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