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无线网路规划建议

一般无线网路环境中,传输距离在开放空间中可达 300M、室内空间可达 100M,但是实际上合理的传输范围约为 50M 左右,而这还要视环境情况而可能有所递减。影响无线讯号涵盖范围的原因包括建筑物的死角、结构、天线定位等,在使用无线网路产品时,常常因为讯号太弱、连线速度变慢、讯号断断续续、常断线等问题,造成连线品质不稳定,甚至电脑就在路由器(基地台, AP)旁边但是却没有讯号,而针对这些问题可能造成的情况,本篇文章将简述该如何处理的方式。


无线网路的影响原因

以下是无线网路的影响原因:

(1). 讯号干扰

在一般的办公室和开放空间中不容易遇到讯号干扰的问题,这通常是在家庭环境较容易受到影响。发生此状况时,请检查一下周围环境,看看是否有电磁波较强的产品(如微波炉),如果有,建议将无线路由器(AP)或网卡远离,以避免讯号干扰。

(2). 讯号不佳、容易断线、传输速度慢

在无线环境中,讯号会因建筑物结构、天线方向、无线路由器(AP, 基地台)位置、资料量多寡等影响讯号接收效能,这些情况容易造成无线传输的品质低落,遇到此情况有以下建议:

  • 更换无线路由器(AP)位置:让无线路由器(AP)与网路卡之间不要有太多障碍物。
  • 天线调整:先确认天线位置,看看周围是否有物品挡住讯号,若有则将天线调整至无线路由器(AP)与网卡相互能接收的位置,需注意天线有分全向性天线和指向性天线,一般无线分享器都以全向性天线为主,若调整后讯号接收能力并未改变,那么可更换天线和外加天线来改善。
  • 更换天线(外加天线):讯号距离可以藉由更换天线的方式来延长讯号的传输距离(更换目的是增加讯号传输的距离,与外加天线类似,实际上是以原本的衔接天线位置做更换)。要注意的是,更换天线只能增加传输距离,无法加强穿透力。
    全向性天线:不需要指定天线方向位置,水平讯号 360 度发射,涵盖范围广但是传输距离短。
    指向性天线:需要指定一个方向,水平讯号发射角度约 10~30 度,涵盖范围窄但是传输距离长。
  • 增加无线路由器(AP):如果连线两点之间距离过长或者楼层与楼层之间有所阻隔,可以增加 AP 来延长距离使讯号延长,但是还是需要注意楼与楼之间的材质。

(3). 无线路由器与网路卡之间介质的影响

在不同介质影响的情况下,讯号穿透能力的衰减情形。在金属部份几乎完全阻隔了讯号的传输,因此在无线环境的配置上,尽量让无线路由器(AP)与网路卡之间不要有间隔阻挡,如此无线传输才能更加顺畅。


Wi-Fi 种类

在规划无线网路前,首先了解一下无线路由器使用的无线网路晶片种类,亦即 Wi-Fi 的种类。

(1). Wi-Fi 分为五代

Wi-Fi 可分为五代。由于 ISM 频段中的 2.4GHz 频段被广泛使用,例如微波炉、蓝牙,它们会干扰 WiFi,令速度减慢,5GHz 干扰则较小。双频路由器可同时使用 2.4GHz 和 5GHz,但装置(电脑、平板、手机)则只能使用某一个频段。

  • 第一代 802.11,1997 年制定,只使用 2.4GHz,最快 2Mbit/s,已淘汰
  • 第二代 802.11b,只使用 2.4GHz,最快 11Mbit/s,正逐渐淘汰
  • 第三代 802.11g/a,分别使用 2.4GHz 和 5GHz,最快 54Mbit/s
  • 第四代 802.11n,可使用 2.4GHz 或 5GHz,20 和 40MHz频宽下最快 72 和 150Mbit/s
  • 第五代 802.11ac,只使用 5GHz

因第一代与第二代已淘汰,我们从第三代开始介绍。

(2). 第三代 802.11g/a

802.11g 标准,全称为 IEEE 802.11g-2003 是对 802.11 原始标准实体层上的一个修订。802.11g 工作在 2.4G 信道上,实体层速率提升至 54Mbps。该规范已在世界上得到了广泛的应用。相关的修改已经整合进 IEEE 802.11-2007 和后续版本,成为 802.11 协定的一部分。

801.11g 工作在 2.4G 的 ISM 频段上,实体层上使用了正交频分复用(OFDM)调变方式,不同于 802.11 原始标准和 802.11b 标准,而与 802.11a 标准相同,使得最大速率达到 54Mbps。在介质存取控制上,标准采用载波侦听多路存取/冲突避免(CSMA/CA)的方式,这与其他标准相同。考虑到 CSMA/CA 协定的开销,802.11g 装置间的最大吞吐量可以达到 31.4Mbps。由于微波炉,蓝牙装置,ZigBee 等产品都工作在 ISM 频段上,802.11g 装置可能会受到其他装置的干扰。

由于市场上对高速率的无线传输的需求,在 2003 年 1 月,虽然 802.11g 标准还未正式发布,11g 的装置就大规模的部署了。802.11g 的装置回溯相容 801.11b 网路。然而 11b 装置会拖慢整个 11g 网路的吞吐量。

(3). 第四代 802.11n

IEEE 802.11n-2009,对于 IEEE 802.11-2007 无线区域网路标准的修正规格。它的目标在于改善先前的两项无线网路标准,包括 802.11a 与 802.11g,在网路流量上的不足。它的最大传输速度理论值为 600Mbit/s,与先前的 54Mbit/s 相比有大幅提升,传输距离也会增加。2004 年 1 月时 IEEE 宣布组成一个新的单位来发展的新的 802.11 标准,于 2009 年 9 月正式批准。

对 802.11n 的后续研究正在 IEEE 802.11ac 草案中进行,预计可以于 2014 年 2 月正式发布,将提供 8xMIMO,最高 160MHz 频宽和最高 866.7Mbit/s 的理论速度。

2.4GHz 和 5GHz 都可自由选择 20MHz 或 40MHz 频宽,但一些装置只允许在 5GHz 下使用 40MHz 频宽,例如 MacBook。如果用家购买一台只支援 2.4GHz 的 150Mbps 路由器,就只能使到 72Mbps,即是 20MHz 频宽下的最快速度。

(4). 第五代 802.11ac

IEEE 802.11ac,俗称 5G WiFi (5th Generation of Wi-Fi),是一个 802.11 无线区域网路(WLAN)通讯标准,它透过 5GHz 频带进行通讯。理论上,它能够提供最少 1Gbps 频宽进行多站式无线区域网通讯,或是最少 500Mbps 的单一连线传输频宽。

2008 年年底,IEEE 802 标准组织成立新小组,目的是在于建立新标准来改善 802.11-2007 标准。包括建立提高无线传输的速度的标准,使无线网路的能够提供与有线网路相当的传输效能。

802.11ac 是 802.11n 的继承者。它采用并扩展了源自 802.11n 的空中介面(air interface)概念,包括:更宽的 RF 频宽(提升至160MHz),更多的MIMO空间串流(spatial streams)(增加到 8),下行多使用者的 MIMO (最多至4个),以及高密度的调变(modulation)(达到 256QAM)。

协定 频率(GHz) 频宽(MHz) 每条流的速率(Mbit/s) MIMO 支援
802.11b 2.4 20 1, 2, 5.5, 11 N/A
802.11g 2.4 20 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 N/A
802.11n 2.4/5 20 7.2, 14.4, 21.7, 28.9, 43.3, 57.8, 65, 72.2 4
40 15, 30, 45, 60, 90, 120, 135, 150
802.11ac 5 20 最大 87.6 8
40 最大 200
80 最大 433.3
160 最大 866.7

无线网路规画要领

以下是建议的无线网路规划要领。

(1). 天线的角度

无线网路讯号的发射范围与天线垂直,一般单楼层的家庭就把天线垂直于地平面,住在透天厝就可以把天线平行于地平面放置,以便将无线讯号涵盖到其他楼层。

(2). 使用 dBi 值较高的天线

理想的天线是朝四面八方发射讯号时,与天线相同距离的点所收到的讯号强度应相同,这就是理想天线,可惜目前的技术无法制造出这种天线。

另一常用的天线是偶极天线,偶极天线和理想天线相比,会有相同距离不同位置,所量测到讯号强度不同的状况发生,某些地方量到的信号强度会比理想天线高,某些地方较低。所以依据偶极天线讯号最强的腹部与理想天线相比,发现偶极天线的讯号强度比理想天线强了 1.6倍,经转换为 2.15dBi(i 指的是与理想天线相比较);也就是说一个偶极天线拥有的增益(gain)为 2.15dBi。

高 dBi 值的天线能够加大讯号范围,dBi 愈高效果愈好。如果你使用的无线路由器天线效果不佳,建议您可以更换较高的 dBi 值天线试试。

(3). 多台路由器使用时,频道互相错开

2.462GHz 共 11 个频道,其中每个频道约相差5MHz。在频谱屏蔽标准来说,虽然有规定 ±22MHz 的能量限制,也就是传递的讯号随着频段不同跟着减弱,但多少还是会互相干扰。因此连线要好的话,尽量在 11 个频道中最好都能互相错开,选择频道 1、6、11 这 3 个会较好。

(4). 关闭 QoS 过滤机制

开启 QoS 过滤机制会影响无线路由器的效能,造成路由器单位时间能传输的封包数降低,如果您有多台电脑、平板或行动装置使用无线网路,建议关闭 QoS 过滤功能,或使用效能更高(更厉害的晶片)的路由器(价位更高)。

(5). 使用 5GHz 频段

这个观点其实很有趣,理论上是不会快,但实测偏偏就是会,与一般认知相反。原因在于家用无线路由器太便宜了,随便开启 Wi-Fi 功能一扫,跑出来一堆无线基地台,造成 2.4GHz 频段壅塞。802.11n 可在 5GHz 频段运作,由于 5GHz 的无线路由器较贵、较不普及,因此比较不壅塞,但前提是其它无线网路设备(电脑、平板、手机)也必须支援 5GHz 运作才行。

(6). 不要放在弱电箱

市面上的弱电箱大部分都是金属制品,将无线路由器放入弱电箱会降低效能,因金属会干扰无线讯号。如果您无法阻止无线路由器放入弱电箱,至少将天线延伸至弱电箱外。


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