Спектральный анализ Wi-Fi — это процесс измерения сигнала Wi-Fi в определенной области и определения его силы. Спектральный анализ Wi-Fi обычно выполняется для обнаружения помех, негативно влияющих на производительность беспроводной сети, и для их устранения. Сети Wi-Fi транслируются в диапазоне частот 2,4 или 5 ГГц. Каждая из этих двух полос частот разделена на множество каналов, что обеспечивает определенную степень разделения отдельных сетей. Без анализаторов спектра Wi-Fi определить точный источник помех было бы неоправданно сложно. К счастью, сегодня доступно множество отличных программных решений для анализа спектра Wi-Fi, и многие из них, в том числе, настолько просты в использовании, что даже домашние пользователи без какой-либо подготовки в области ИТ могут использовать их для оптимизации своих домашних сетей и попрощаться с замедлениями и связь падает.
Анализ спектра Wi-Fi должен выполняться на протяжении всего жизненного цикла сети Wi-Fi. Во-первых, необходимо проанализировать район развертывания, чтобы определить, есть ли какие-то существующие помехи. В большинстве случаев будут другие сети Wi-Fi, а иногда даже устройства Bluetooth или крупные электроприборы.
После выбора наиболее оптимального частотного диапазона и канала Wi-Fi и развертывания сети непрерывный анализ спектра должен сгладить все проблемы с производительностью и найти новые источники помех.
Почему помехи и шум влияют на сети Wi-Fi (802.11)?
Если вам интересно, почему помехи в первую очередь влияют на сети Wi-Fi, мы приветствуем вас за правильный вопрос. Ответ на эту в противном случае сложную проблему прост: устройства Wi-Fi обмениваются данными с помощью радиоволн.
Радиоволны — это тип электромагнитного излучения, которое может излучаться всеми видами устройств, которые можно найти в большинстве домов и офисов, включая смартфоны, бесшумные телефоны, Bluetooth-клавиатуры и мыши, интеллектуальные счетчики и многое другое. На самом деле все теплые объекты излучают некоторое количество радиоволн, в том числе и сама Земля.
Когда несколько источников радиоволн расположены в одной и той же области, это похоже на то, когда несколько человек одновременно разговаривают рядом друг с другом, и их голоса превращаются в шум. Вот почему всегда полезно заблаговременно устранить как можно больше источников шума с помощью платного или бесплатного анализатора спектра Wi-Fi.
Какой анализатор спектра Wi-Fi следует использовать?
Хороший анализатор спектра Wi-Fi должен соответствовать определенным критериям. Он должен принимать все сигналы на частотах 2,4 ГГц и 5 ГГц и идентифицировать все сети 802.11.
Технология 802.11 представляет собой набор спецификаций управления доступом к среде (MAC) и физического уровня (PHY) для реализации беспроводных локальных сетей, и сегодня в современных беспроводных маршрутизаторах и устройствах используется несколько различных протоколов 802.11. Следующие три являются наиболее распространенными:
802.11g имеет пропускную способность 54 Мбит/с при использовании диапазона 2,4 ГГц. Аппаратное обеспечение 802.11g полностью обратно совместимо с предыдущей спецификацией 802.11, 802.11b. 802.11g страдает от тех же помех, что и 802.11b, в уже переполненном диапазоне 2,4 ГГц.
802.11n имеет пропускную способность 600 Мбит/с при использовании полосы частот 2,4 или 5 ГГц. 802.11n использует стандарт беспроводной сети, который использует несколько антенн для увеличения скорости передачи данных, MIMO (множественный вход и несколько выходов). 802.11n удваивает ширину канала с 20 МГц до 40 МГц, что приводит к чуть более чем двукратному увеличению скорости передачи данных в перегруженном диапазоне 2,4 ГГц.
Стандарт 802.11ac, разрабатывавшийся с 2008 по 2013 год и опубликованный в декабре 2013 года Ассоциацией стандартов IEEE, имеет пропускную способность для нескольких станций не менее 1 Гбит/с и пропускную способность для одного канала не менее 500 Мбит/с. Он расширяет канал до 160 МГц и добавляет больше пространственных потоков MIMO (до восьми) и многопользовательский MIMO нисходящей линии связи (до четырех клиентов).
Помимо новейших протоколов 802.11, хороший анализатор радиочастотного спектра также должен уметь проверять настройки безопасности и понимать три наиболее часто используемых протокола безопасности Wi-Fi: WEP, WPA и WPA2.
WEP: ратифицированный в 1997 году, WEP (Wired Equivalent Privacy) — это алгоритм безопасности для беспроводных сетей IEEE 802.11. В 2004 году IEEE объявил WEP устаревшим из-за его слабой безопасности. Несмотря на то, что WEP все еще существует во многих сетях, безопасность, которую они обеспечивают, не выдерживает серьезных попыток взлома.
WPA Wi-Fi Protected Access — это протокол безопасности и программа сертификации безопасности, разработанная Wi-Fi Alliance в качестве замены WEP. Доступный с 2003 года, WPA включает в себя проверку целостности сообщения, которая предназначена для предотвращения изменения и повторной отправки пакетов данных злоумышленником, заменяя проверку циклическим избыточным кодом (CRC), которая использовалась в стандарте WEP.
Хотя WPA2 не идеален, WPA2 является наиболее часто используемым протоколом безопасности Wi-Fi и программой сертификации безопасности сегодня, и он включает в себя режим шифрования на основе AES, а также поддержку CCMP (протокол кода аутентификации сообщений с цепочкой шифров в режиме счетчика). В январе 2018 года Wi-Fi Alliance анонсировал WPA3 в качестве замены WPA2, но пройдет некоторое время, прежде чем маршрутизаторы и устройства Wi-Fi будут его поддерживать.
Wi-Fi Spectrum Analysis
A Wi-Fi spectrum analysis is the process of measuring the Wi-Fi signal in a certain area and determining its strength. A Wi-Fi spectrum analysis is typically performed to find interference that negatively impacts wireless performance and to eliminate it. Wi-Fi networks are broadcasted either on the 2.4 or the 5 GHz frequency band. Each of these two frequency bands is divided into multiple channels, which provide a degree of separation of individual networks. Without Wi-Fi spectrum analyzers, locating the exact source of interference would be unreasonably difficult. Fortunately, there are many excellent Wi-Fi spectrum analyzer software solutions available today, and many of them, including, are so easy to use that even home users without any IT training can use them to optimize their home networks and say goodbye to slowdowns and connection drops.
A Wi-Fi spectrum analysis should be performed throughout the lifecycle of a Wi-Fi network. First, it’s necessary to analyze the area of deployment to determine whether there is some kind of existing interference. In most cases, there will be other Wi-Fi networks, and sometimes even Bluetooth devices or large electric appliances.
After the most optimal Wi-Fi frequency band and channel are selected and the network is deployed, an ongoing spectrum analysis should iron out all performance problems and look for new sources of interference.
Why Do Interference and Noise Affect Wi-Fi (802.11) Networks?
If you’re wondering why interference affects Wi-Fi networks in the first place, then we applaud you for asking the right question. The answer to this otherwise complicated problem is simple: Wi-Fi devices exchange data by radio waves.
Radio waves are a type of electromagnetic radiation that can be emitted by all kinds of devices found in most homes and offices, including smartphones, dumb phones, Bluetooth keyboards and mice, smart meters, and more. In fact, all objects that are warm emit some radio waves, including the Earth itself.
When multiple sources of radio waves are located in the same general area, it’s like when multiple people talk at the same time next to one another and their voices turn to noise. That’s why it’s always a good idea to proactively eliminate as many noise sources as possible using a paid or free Wi-Fi spectrum analyzer.
Which Wi-Fi Spectrum Analyzer Should I Use?
A good Wi-Fi spectrum analyzer should meet certain criteria. It should be able to pick up all signals on the 2.4 GHz and 5 GHz frequencies and identify all 802.11 networks.
802.11 technology is a set of media access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications for implementing wireless local area networks, and there are several different 802.11 protocols used by modern wireless routers and devices today. The following three are by far the most common:
802.11g has a throughput of 54 Mbit/s using the 2.4 GHz band. 802.11g hardware is fully backward compatible with the previous 802.11 specification, 802.11b. 802.11g suffers from the same interference as 802.11b in the already crowded 2.4 GHz range.
802.11n has a throughput of 600 Mbit/s using either the 2.4 or 5 GHz frequency band. 802.11n uses a wireless-networking standard that uses multiple antennas to increase data rates, MIMO (multiple-input and multiple-output). 802.11n doubles the channel width, from 20 MHz to 40 MHz, which results in slightly more than double the data rate over the congested 2.4 GHz band.
802.11ac developed from 2008 through 2013 and published in December 2013 in the IEEE Standards Association, 802.11ac has a multi-station throughput of at least 1 Gbit/s and single-link throughput of at least 500 Mbit/s. It extends the channel with to 160 MHz and adds more MIMO spatial streams (up to eight) and downlink multi-user MIMO (up to four clients).
Besides latest 802.11 protocols, a good RF spectrum analyzer should also be able to check security settings and understand the three most commonly used Wi-Fi security protocols, which are WEP, WPA, and WPA2.
WEP: ratified in 1997, WEP (Wired Equivalent Privacy) is a security algorithm for IEEE 802.11 wireless networks. In 2004, WEP was declared deprecated by the IEEE due to its weak security. While there are still many networks that WEP, the security they provide couldn’t hold up to any serious hacking attempts.
WPA Wi-Fi Protected Access is a security protocol and security certification program developed by the Wi-Fi Alliance as a replacement for WEP. Available since 2003, WPA includes a Message Integrity Check, which is designed to prevent an attacker from altering and resending data packets, replacing the cyclic redundancy check (CRC) that was used by the WEP standard.
WPA2 while not perfect, WPA2 is the most commonly used Wi-Fi security protocol and security certification program today, and it includes an AES-based encryption mode as well as support for CCMP (Counter Mode Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol). In January 2018, the Wi-Fi Alliance announced WPA3 as a replacement to WPA2, but it will still take some time before Wi-Fi routers and devices will support it.