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無線網路規劃建議

一般無線網路環境中,傳輸距離在開放空間中可達 300M、室內空間可達 100M,但是實際上合理的傳輸範圍約為 50M 左右,而這還要視環境情況而可能有所遞減。影響無線訊號涵蓋範圍的原因包括建築物的死角、結構、天線定位等,在使用無線網路產品時,常常因為訊號太弱、連線速度變慢、訊號斷斷續續、常斷線等問題,造成連線品質不穩定,甚至電腦就在路由器(基地台, AP)旁邊但是卻沒有訊號,而針對這些問題可能造成的情況,本篇文章將簡述該如何處理的方式。


無線網路的影響原因

以下是無線網路的影響原因:

(1). 訊號干擾

在一般的辦公室和開放空間中不容易遇到訊號干擾的問題,這通常是在家庭環境較容易受到影響。發生此狀況時,請檢查一下周圍環境,看看是否有電磁波較強的產品(如微波爐),如果有,建議將無線路由器(AP)或網卡遠離,以避免訊號干擾。

(2). 訊號不佳、容易斷線、傳輸速度慢

在無線環境中,訊號會因建築物結構、天線方向、無線路由器(AP, 基地台)位置、資料量多寡等影響訊號接收效能,這些情況容易造成無線傳輸的品質低落,遇到此情況有以下建議:

  • 更換無線路由器(AP)位置:讓無線路由器(AP)與網路卡之間不要有太多障礙物。
  • 天線調整:先確認天線位置,看看周圍是否有物品擋住訊號,若有則將天線調整至無線路由器(AP)與網卡相互能接收的位置,需注意天線有分全向性天線和指向性天線,一般無線分享器都以全向性天線為主,若調整後訊號接收能力並未改變,那麼可更換天線和外加天線來改善。
  • 更換天線(外加天線):訊號距離可以藉由更換天線的方式來延長訊號的傳輸距離(更換目的是增加訊號傳輸的距離,與外加天線類似,實際上是以原本的銜接天線位置做更換)。要注意的是,更換天線只能增加傳輸距離,無法加強穿透力。
    全向性天線:不需要指定天線方向位置,水平訊號 360 度發射,涵蓋範圍廣但是傳輸距離短。
    指向性天線:需要指定一個方向,水平訊號發射角度約 10~30 度,涵蓋範圍窄但是傳輸距離長。
  • 增加無線路由器(AP):如果連線兩點之間距離過長或者樓層與樓層之間有所阻隔,可以增加 AP 來延長距離使訊號延長,但是還是需要注意樓與樓之間的材質。

(3). 無線路由器與網路卡之間介質的影響

在不同介質影響的情況下,訊號穿透能力的衰減情形。在金屬部份幾乎完全阻隔了訊號的傳輸,因此在無線環境的配置上,盡量讓無線路由器(AP)與網路卡之間不要有間隔阻擋,如此無線傳輸才能更加順暢。


Wi-Fi 種類

在規劃無線網路前,首先了解一下無線路由器使用的無線網路晶片種類,亦即 Wi-Fi 的種類。

(1). Wi-Fi 分為五代

Wi-Fi 可分為五代。由於 ISM 頻段中的 2.4GHz 頻段被廣泛使用,例如微波爐、藍牙,它們會干擾 WiFi,令速度減慢,5GHz 干擾則較小。雙頻路由器可同時使用 2.4GHz 和 5GHz,但裝置(電腦、平板、手機)則只能使用某一個頻段。

  • 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,正逐漸淘汰
  • 第三代 802.11g/a,分別使用 2.4GHz 和 5GHz,最快 54Mbit/s
  • 第四代 802.11n,可使用 2.4GHz 或 5GHz,20 和 40MHz頻寬下最快 72 和 150Mbit/s
  • 第五代 802.11ac,只使用 5GHz

因第一代與第二代已淘汰,我們從第三代開始介紹。

(2). 第三代 802.11g/a

802.11g 標準,全稱為 IEEE 802.11g-2003 是對 802.11 原始標準實體層上的一個修訂。802.11g 工作在 2.4G 信道上,實體層速率提升至 54Mbps。該規範已在世界上得到了廣泛的應用。相關的修改已經整合進 IEEE 802.11-2007 和後續版本,成為 802.11 協定的一部分。

801.11g 工作在 2.4G 的 ISM 頻段上,實體層上使用了正交頻分復用(OFDM)調變方式,不同於 802.11 原始標準和 802.11b 標準,而與 802.11a 標準相同,使得最大速率達到 54Mbps。在介質存取控制上,標準採用載波偵聽多路存取/衝突避免(CSMA/CA)的方式,這與其他標準相同。考慮到 CSMA/CA 協定的開銷,802.11g 裝置間的最大吞吐量可以達到 31.4Mbps。由於微波爐,藍牙裝置,ZigBee 等產品都工作在 ISM 頻段上,802.11g 裝置可能會受到其他裝置的干擾。

由於市場上對高速率的無線傳輸的需求,在 2003 年 1 月,雖然 802.11g 標準還未正式發布,11g 的裝置就大規模的部署了。802.11g 的裝置回溯相容 801.11b 網路。然而 11b 裝置會拖慢整個 11g 網路的吞吐量。

(3). 第四代 802.11n

IEEE 802.11n-2009,對於 IEEE 802.11-2007 無線區域網路標準的修正規格。它的目標在於改善先前的兩項無線網路標準,包括 802.11a 與 802.11g,在網路流量上的不足。它的最大傳輸速度理論值為 600Mbit/s,與先前的 54Mbit/s 相比有大幅提升,傳輸距離也會增加。2004 年 1 月時 IEEE 宣布組成一個新的單位來發展的新的 802.11 標準,於 2009 年 9 月正式批准。

對 802.11n 的後續研究正在 IEEE 802.11ac 草案中進行,預計可以於 2014 年 2 月正式發布,將提供 8xMIMO,最高 160MHz 頻寬和最高 866.7Mbit/s 的理論速度。

2.4GHz 和 5GHz 都可自由選擇 20MHz 或 40MHz 頻寬,但一些裝置只允許在 5GHz 下使用 40MHz 頻寬,例如 MacBook。如果用家購買一台只支援 2.4GHz 的 150Mbps 路由器,就只能使到 72Mbps,即是 20MHz 頻寬下的最快速度。

(4). 第五代 802.11ac

IEEE 802.11ac,俗稱 5G WiFi (5th Generation of Wi-Fi),是一個 802.11 無線區域網路(WLAN)通訊標準,它透過 5GHz 頻帶進行通訊。理論上,它能夠提供最少 1Gbps 頻寬進行多站式無線區域網通訊,或是最少 500Mbps 的單一連線傳輸頻寬。

2008 年年底,IEEE 802 標準組織成立新小組,目的是在於建立新標準來改善 802.11-2007 標準。包括建立提高無線傳輸的速度的標準,使無線網路的能夠提供與有線網路相當的傳輸效能。

802.11ac 是 802.11n 的繼承者。它採用並擴展了源自 802.11n 的空中介面(air interface)概念,包括:更寬的 RF 頻寬(提升至160MHz),更多的MIMO空間串流(spatial streams)(增加到 8),下行多使用者的 MIMO (最多至4個),以及高密度的調變(modulation)(達到 256QAM)。

協定 頻率(GHz) 頻寬(MHz) 每條流的速率(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

無線網路規畫要領

以下是建議的無線網路規劃要領。

(1). 天線的角度

無線網路訊號的發射範圍與天線垂直,一般單樓層的家庭就把天線垂直於地平面,住在透天厝就可以把天線平行於地平面放置,以便將無線訊號涵蓋到其他樓層。

(2). 使用 dBi 值較高的天線

理想的天線是朝四面八方發射訊號時,與天線相同距離的點所收到的訊號強度應相同,這就是理想天線,可惜目前的技術無法製造出這種天線。

另一常用的天線是偶極天線,偶極天線和理想天線相比,會有相同距離不同位置,所量測到訊號強度不同的狀況發生,某些地方量到的信號強度會比理想天線高,某些地方較低。所以依據偶極天線訊號最強的腹部與理想天線相比,發現偶極天線的訊號強度比理想天線強了 1.6倍,經轉換為 2.15dBi(i 指的是與理想天線相比較);也就是說一個偶極天線擁有的增益(gain)為 2.15dBi。

高 dBi 值的天線能夠加大訊號範圍,dBi 愈高效果愈好。如果你使用的無線路由器天線效果不佳,建議您可以更換較高的 dBi 值天線試試。

(3). 多台路由器使用時,頻道互相錯開

2.462GHz 共 11 個頻道,其中每個頻道約相差5MHz。在頻譜屏蔽標準來說,雖然有規定 ±22MHz 的能量限制,也就是傳遞的訊號隨著頻段不同跟著減弱,但多少還是會互相干擾。因此連線要好的話,盡量在 11 個頻道中最好都能互相錯開,選擇頻道 1、6、11 這 3 個會較好。

(4). 關閉 QoS 過濾機制

開啟 QoS 過濾機制會影響無線路由器的效能,造成路由器單位時間能傳輸的封包數降低,如果您有多台電腦、平板或行動裝置使用無線網路,建議關閉 QoS 過濾功能,或使用效能更高(更厲害的晶片)的路由器(價位更高)。

(5). 使用 5GHz 頻段

這個觀點其實很有趣,理論上是不會快,但實測偏偏就是會,與一般認知相反。原因在於家用無線路由器太便宜了,隨便開啟 Wi-Fi 功能一掃,跑出來一堆無線基地台,造成 2.4GHz 頻段壅塞。802.11n 可在 5GHz 頻段運作,由於 5GHz 的無線路由器較貴、較不普及,因此比較不壅塞,但前提是其它無線網路設備(電腦、平板、手機)也必須支援 5GHz 運作才行。

(6). 不要放在弱電箱

市面上的弱電箱大部分都是金屬製品,將無線路由器放入弱電箱會降低效能,因金屬會干擾無線訊號。如果您無法阻止無線路由器放入弱電箱,至少將天線延伸至弱電箱外。


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