相信很多朋友在挑選無線路由器時,都會對無線路由器下面褒貶不一的評論感到困惑,下面總有會人說:「這個路由器信号不好,經常斷流」,也有另外一部分的人說:「覆蓋很廣,速度很快」。明明就是同一款産品為什麼會産生這樣的兩級分化呢?筆者認為有兩方面原因,一方面是無線路由器中有大量普通用戶難以理解的術語,普通消費者根本不知道這個選項是幹什麼的;另一方面則是現在家用無線路由器的默認設置不夠智能,反而劣化了網絡。
想要知道無線路由器中每個參數是什麼以及我們應該如何優化無線網絡且看下文。
同一個産品兩極分化的評論
▍Wi-Fi 信号到底怎麼才能算得上優秀?
無線信号其實是一個很複雜的問題,由于缺乏良好的科普再加上廠商的營銷誤導,導緻很多消費者單一地認為較高的測速速率代表了較好的 Wi-Fi 信号強度。
在 這一篇 文章中我們已經分析過了理想狀态下 Wi-Fi 速度的問題。但是較高的 Wi-Fi 傳輸速度僅能代表某一方面,并不代表這個 Wi-Fi 信号優化到位。「遊戲時延遲突然暴增」也就是 Wi-Fi 設備丢包、「看視頻頻繁遇到緩沖」也就是 Wi-Fi 斷流都代表了這個 Wi-Fi 并不優秀。如果你是 Mac,按住 Option 點擊 Wi-Fi 圖标,就可以看到如下參數:
一組 Wi-Fi 參數
而優化 Wi-Fi 信号就是需要我們優化信道、頻寬、信号強度(RSSI)、噪聲和信噪比 SNR。
而上圖參數就能算是一個優秀的 Wi-Fi 信号了:
在上一篇文章中,我們講到了頻寬和速度的關系,可以簡單的把頻寬想象成高速公路的車道數量,車道數量越多,單位時間可以行駛的流量也就越大。
而你所使用的 Wi-Fi 在所有的頻段中有一個容納其的位置,這就是信道,信道就是對于頻段進行細分。國内劃分給 2.4GHz 的信道劃分了一共 13個信道,并依次标記為 1-13 ,每個信道之間相差 5Mhz,通過下圖可以看到臨近的頻段是相互重疊的,也就是互相之間會産生幹擾。因此在 2.4GHz 下最多可以容納三個互不幹擾的 20Mhz 頻寬或者一個 40Mhz 頻寬的的Wi-Fi 信号。
2.4GHz 信道的分布和重疊情況
而 5GHz Wi-Fi 下,5.2GHz 的可用信道為 36-64 ,5.8GHz 是 149-161。如下圖:
5GHz 下 信道的分布和重疊情況
需要注意的是 UNII-2-Extended 在國内是無法使用的,因此 5GHz 上最多可以容納 3 個互不幹擾的 80Mhz 或者 1 個 160Mhz頻段的信号。信号可以調整其通道編号來減少重疊進而避免幹擾,2.4GHz 下以單個信道為單位,而 5GHz 下以 4 個信道為單位。
噪聲
噪聲是影響 Wi-Fi 信号的一個重要指标,噪聲可能來源于其他鄰居家的 Wi-Fi 信号,也會來自其他同頻無線電信号,比如 2.4GHz 下的藍牙和 Zigbee 信号,甚至是微波爐和熒光燈的射頻洩漏也會影響到 2.4GHz 頻段的 Wi-Fi 信号。如果噪音水平過高,可能會導緻無線信号強度的強度和性能下降。噪音和信号強度一樣,也使用 dBm 作為單位,一般來說噪聲強度在 -90dBm 以下的噪聲對正常使用 Wi-Fi 沒有幹擾。
信噪比信噪比(SNR)是信強和噪聲水平之間的功率比。信噪比的單位是 dB,是一個絕對值,計算方法為:
SNR (dB) = RSSI (dBm) - 噪聲 (dBM)
一般來說,30dB 以上的信噪比是一個較好的環境,SNR 低于 30dB 的情況下無線上網體驗會受到比較嚴重的影響。一般家庭無線網絡使用環境的噪聲在 -90 - -95 dBm 左右,優質信号需要在 -65 dBm 以上。
▍我如何優化信道和頻寬?雖然,很多家用無線路由器中都有諸如「自動優化信道」的功能,但是筆者體驗下來實際效果并不好,無線路由器并不能選擇一個噪聲和幹擾都最小的信道,一些支持 160MHz 的無線路由器也不會因為環境噪聲過大而降低頻寬。接下來以筆者寝室的實際例子,我們講講如何手動優化 Wi-Fi。
首先找一個功能較為完整的 Wi-Fi 分析軟件,筆者使用的是 Mac 上的 Wi-Fi Explorer,這款軟件包含在 Setapp 中;如果你手中有安卓移動設備,也可以選用 UBNT 開發的 Wifiman 進行檢測;Windows 用戶可以考慮使用 inSSIDer 分析 Wi-Fi:
Wi-Fi Explorer
進入後我們可以看到這樣的界面,詳細展示了 Mac 目前所能接受到來自不同 AP 的所有 Wi-Fi 信号。界面下方也展示了當前選擇網絡的詳細信息,比如信号強度,信道,頻寬,SNR 等。
我們點擊頁面下方的 「Spectrum 2.4 / 5 GHz」 選項,還可以看到當前環境下的全部信道占用情況。
我們以 5GHz 為例:上文也介紹過 5.2GHz 頻段可以容納完整的兩個 80Mhz 頻寬或者一個 160Mhz 頻寬,而 5.8GHz 下則隻能使用一個完整的 80 MHz 頻寬。但很多高端路由器出廠時會默認設定頻寬為 160MHz,所以我們可以把 AP 設置成 160Mhz 以後來仔細觀察此時的無線環境:
雖然這時協商速率最大可達 4.8Gbps,但是 5GHz Wi-Fi 到噪聲比例高達 48%,即使是在 AP 附近,SNR 也僅有 46 dB。更低的信号噪比意味着,每一次傳輸有效的數據量也更少,反應到實際使用情況中比如使用 AirPlay 等無線傳輸協議時,就是經常出現斷流等現象,體驗極差。
由于宿舍樓無線環境複雜,每個房間都至少有一個無線路由器,還有大量學校布置的 AP,所以筆者這裡将頻寬設定成 80Mhz 時也會受到幹擾,隻能退而求其次信道頻寬定為 40 MHz 149 信道。此時的噪聲比例僅為 3%, SNR 也提高到了 61 dB,此時握手帶寬依然有 600Mbps,完全能滿足絕大多數的無線網絡使用場景。
所以我們完全可以犧牲 Wi-Fi 的協商速度獲得更加穩定的 Wi-Fi 體驗,經過優化後使得 AirPlay 等基于本地局域網工作的協議在體驗上也獲得了極大的改善。
當然我所在的環境算是非常複雜的網絡環境了,各位在自己優化的時候切不能按圖索骥,還需要結合自己的實際情況來。一般而言:
正常戶型家庭環境 5Ghz 頻寬使用 80 MHz 選對信道一般沒有問題。而 160 MHz 會和任何存在于 5.2GHz 的 Wi-Fi 互相幹擾,所以不是非常純淨的環境一般并不推薦開啟。
而如果你和筆者一樣在無線環境較為複雜的宿舍亦或者是出租屋中,那麼建議選用 40MHz/80MHz 獲得更高的連接穩定性。5GHz 下,如果選用 80 MHz,推薦使用 36,64,149,165信道,如果選用 40MHz,則選擇更多一些。
2.4 GHz 網絡則建議使用最小的 20Mhz 頻段,以及 1,6 ,11/13 信道。但即使是這樣優化體驗也未必會很好,會幹擾 2.4G Wi-Fi 的東西實在是太多了,所以目前的無線環境筆者極其不推薦使用 2.4GHz 作為家庭主幹網絡使用。
▍多個無線路由器應該怎麼設置
2.4GHz 幹擾嚴重,所以現在主流移動設備都會支持 5GHz Wi-Fi 實現高速無線互聯網連接。但 5GHz 的覆蓋範圍又遠小于 2.4GHz,而且一般家庭的弱電箱都位于剛進門的位置,所以家中免不了會存在 5GHz Wi-Fi 信号死角。
因此為了讓家中有不錯的無線環境,較大戶型、承重牆比較多或是有信号死角需要改善的情況下,均需要多台 AP 來改善主要活動區域的信号覆蓋。但針對多 AP 的環境下優化無線環境是一個更為複雜的事情。
信道調節
當你有多台 AP 時,信号的強度熱力圖如上圖所示,但千萬不要被迷惑了,不論是 Mesh 組網還是 AC AP 的模式,每個 AP 發射的無線信号都是獨立且會相互幹擾的。
所以中間交彙的區域不僅不是信号最強,而相反恰恰的是這部分是幹擾最嚴重的區域。你的另一台 AP 發射的無線信号就如同你鄰居家的無線信号一樣,會幹擾你現在正在上網的設備。
可以看到使用 160MHz 信道幹擾嚴重
雖然 Wi-Fi 6 技術引入了 BSS Coloring 這樣的技術,但在實際環境中沒有足夠的證據證實 BSS Coloring 有明顯的效果增益。所以我們能做的最直接優化就是:錯開不同 AP 之間的頻段或是讓 AP 之間産生的信号無法互相幹擾。
簡單舉例而言:如果你選用 40/80MHz 的頻寬,可以在 5GHz 三個獨立的 80MHz 頻段,或者是 6 個獨立的 40MHz 上分别分配給不同 AP。
如果選用 160MHz 頻寬,由于 160MHz 隻能使用在 5.2GHz 上,多台 AP 的信号必定會互相幹擾,但我們可以使用下文中的「漫遊和功率調節」提到的辦法進行優化。
選擇低頻寬的信号會讓你有較為自由且幹擾較小的選擇,而 160MHz 雖然會讓你獲得更高的連接速度,但是對于信号強度和幹擾也更為敏感。因此對于一般家用筆者建議在沒有高速移動需求的情況下,盡量選擇 80MHz 或者一個折中的速度和較為自由的信道選擇空間。
此外,需要注意的還有這些:
當然以上信道優化僅限于支持自由選擇信道的 AP 成立,在筆者使用過的家用無線路由器中,Linksys 支持所有信道的自由調節,而小米則在組 Mesh 網絡之後封鎖了除了 36-48 信道以外所有的信道。另外就是筆者使用過的所有家用無線路由器均不支持在 Mesh 組網之後對于子節點進行細緻的調節,有要對子節點進行細緻調節的朋友可能需要購買 AP。
功率調節
如果不支持信道調節,那怎麼排除 AP 之間的信号幹擾呢,答案也非常簡單:我們隻需要讓我們常用區域位置上,僅能接收到一台 AP 的信号,就可以保證在這個位置上沒有另一台 AP 的幹擾,進而擁有一個不錯的上網體驗。
想要做到這一點我們可以:
放置位置不難理解,無線信号經過空氣和各種障礙物均會産生不同的衰減,通過合理布放 AP 的位置,可以讓常用活動區域内的信号不打架。
而在位置選擇不多的情況下,或者使用無線 Mesh 不得不放在主 AP 信号附近的時候,我們可以通過适當調低 AP 的發射功率:比如在小米路由器的設置中,我們可以從「穿牆」改為「節能」以降低 AP 的發射功率,來讓強信号隻保留在其應該存在的房間中。如此調節,不僅可以優化上網體驗,也可以讓 AP 之間漫遊效率更高。
漫遊設置當你的移動設備在兩個 AP 之間移動時,終端會根據信号強弱在多個 AP 之間快速切換,讓終端始終擁有一個好的上網的上網體驗,這就是漫遊。漫遊在切換連接的 AP 時也需要一定的時間,而如果沒有無縫漫遊的情況下,則需要手動斷開與 AP 的連接才能連接下一個 AP。一般而言,實現漫遊的主要手段就是通過 802.11k/v/r 協議。
802.11k 協議的主要功能是 Radio Resource Measurment。簡單來說就是如果當前 AP 型号強度變弱,那麼 802.11k 就可以給終端(手機等設備)提供附近的可漫遊的 AP 信息。
如果你的 Wi-Fi 支持 Country、Power Constraint、Radio Management (RM) Enable Capabilities 這三個字段則表示它支持 802.11k 協議
802.11v 協議的主要功能是允許終端設備交換網絡拓撲的信息以及射頻環境。簡單來說就是,設備會根據當前 AP 的負載狀況「考慮」切換到其他 AP 上;AP 也會根據實際情況斷開與設備的連接,從而延長電池使用時間。
如果你的 Wi-Fi 支持 WNM Sleep Mode、BSS Transition 這兩個字段則表示它支持 802.11v 協議
而 802.11k 和 802.11v 配合使用時能夠加快搜索最佳目标 AP 的速度,也是絕大部分 Mesh 路由器普遍支持的兩項協議。
如果你的 Wi-Fi 支持 Mobility Domain 這個字段則表示它支持 802.11r 協議
802.11r 的主要功能就是快速 BBS 切換(FT,Fast Basic Service Set Transition),簡單來說就是簡化了終端和 AP 之間連接的過程,讓漫遊更加迅速。一般而言隻有高端的路由器和 AP 才會支持 802.11r 協議,體現在實際使用中就是切換 AP 時丢包丢得更少。
需要注意的是,802.11k/r/v 也并不是一個完美的解決方案,當 AP 過于密集的時候,終端會因為信号強度過高而拒絕漫遊,因為漫遊也會耗費時間,頻繁漫遊對于終端來說并不劃算。通常來說大部分終端在兩個 AP 中間的信号強度低于 -65 到 -75dBm 就會自動漫遊,所以我們可以用提到的「位置調整」和「功率調節」兩個辦法讓 AP 在适當的位置型号變差,這樣漫遊也會變得更為順利。
調整之後發射信号如圖所示會得到一個不錯的無線環境和漫遊體驗
▍總結
無線網絡是一個非常複雜的問題,本篇内容也僅在信道,頻寬,發射功率做一些初級優化。大多數用戶的網絡環境也不盡相同:對于單 AP 的家庭網絡環境,隻需要對信道和頻寬進行一定調整;多 AP 用戶則需要根據周圍幹擾,使用區域,信号強度,漫遊速度等對各個 AP 調整信道頻寬以及發射功率。在優化無線網絡的時候還是要具體問題具體分析。
寫到這裡可能還是會有很多朋友會有疑問:我應該怎麼選擇一台家用無線路由器?關于家用 Mesh 無線路由器和 AC AP 的讨論也一直沒有停止過。筆者就從自己使用過的一些 AP 來簡單羅列個中優劣:
家用 Mesh 無線路由器的優點:
家用 Mesh 無線路由器的缺點:
AC AP 方案的優點:
AC AP 方案的缺點:
當然如果你覺得你家中網絡環境優秀,那麼我建議你不需要做任何調整。而如果你經常出現斷流,丢包等等糟糕的體驗,那麼可以嘗試跟着本文的步驟一步一步優化你家庭的無線網絡。如果你周圍的無線環境過于複雜,那麼我還是建議你回歸有線網絡,不管是速度還是穩定性上,有線網絡都遠勝于無線網絡。希望本篇文章可以幫助到苦惱于劣質無線網絡環境的朋友。
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