Conversión de la intensidad de la señal en dBm a porcentaje en WiFi Explorer

WiFi Explorer, al igual que otras herramientas de exploración inalámbrica, proporciona una opción para mostrar la intensidad de la señal en dBm o en valores porcentuales. El propósito de este blog es describir este proceso de conversión en WiFi Explorer. También debería ayudar a aclarar por qué los valores porcentuales en WiFi Explorer pueden parecer tan diferentes cuando los comparamos con los valores que vemos en otras herramientas.

Antes de empezar a discutir cómo funciona la conversión, vamos a hacernos la siguiente pregunta: cuando decimos que una red tiene un 75% de intensidad de señal, ¿qué significa eso? Supongamos por un momento que ese valor representa el porcentaje de potencia transmitida con el que se está recibiendo la señal. Así, si el AP está transmitiendo a 100 mW, por ejemplo, el 90% significaría que la señal transmitida se está recibiendo a 90 mW, el 80% a 80 mW, y así sucesivamente. Desgraciadamente, no es así como funciona.

Debido a la física y a la Ley del Cuadrado Inverso de Isaac Newton, las señales se atenúan muy rápidamente a pocos metros del transmisor y siempre medirán por debajo de 1 mW en el receptor, lo que hace poco práctico utilizar valores porcentuales de esta manera. De hecho, esta es la razón por la que utilizamos dBm en su lugar. dBm es una unidad de comparación y la utilizamos para comparar una señal con 1 milivatio de potencia. Permite expresar valores muy grandes y muy pequeños de forma abreviada:

Puede convertir valores de milivatios a dBm mediante la fórmula:

PdBm = 10 x log10(PmW)

De forma inversa, para convertir dDm a valores de milivatios utilizaría:

PmW = 10(PdBm/10)

En el contexto de las redes 802.11, una señal recibida a -40 dBm (0,0001 mW) se consideraría una señal muy fuerte, mientras que una señal recibida a -80 dBm (0,00000001 mW) se consideraría muy débil. A estas alturas se puede concluir que cuanto más se acerque el valor de dBm a 0, más fuerte será la señal. Además, en la práctica, las mediciones típicas de dBm oscilan aproximadamente entre -20 y -95 dBm. Para ver la intensidad de la señal tan alta como -20 dBm hay que estar situado justo al lado del AP, pero por otro lado, la debilidad de la señal que puede ser «escuchada» por el receptor dependerá de la sensibilidad del receptor y del ruido de fondo.

En este punto, parece natural realizar una simple conversión uno a uno para expresar los valores de dBm como porcentaje, por ejemplo: 0 dBm = 100%, -1 dBm = 99%, -2 dBm = 98%, …, -98 dBm = 2%, -99 dBm = 1%, sin señal = 0%. Incluso podemos ajustar el modelo para considerar sólo el rango de valores de dBm que esperamos ver en la práctica. Por ejemplo, si asumimos una fuerza de señal máxima de -20 dBm y una fuerza de señal mínima de -85 dBm, entonces el valor porcentual puede ser calculado usando interpolación lineal como sigue:

porcentaje = 100 x (1 – (PdBm_max – PdBm) / (PdBm_max – PdBm_min))

¡El problema con este enfoque es que es que las señales de RF se propagan no linealmente! Consideremos por ejemplo un valor de señal recibida de -40 dBm. Si utilizamos un modelo lineal, eso equivaldría a una intensidad de señal del 60%, lo que se consideraría una señal no muy fuerte, pero en realidad lo es. A -40 dBm, no sólo la señal es fuerte, sino que su red puede alcanzar velocidades de transmisión muy altas (suponiendo un entorno ideal). Por lo tanto, usar un modelo lineal no es apropiado.

Si un modelo lineal no es una buena opción, ¿cómo se hace la conversión en WiFi Explorer? Hace unos años, mientras investigaba sobre la conversión de dBm a porcentaje y cómo implementarla en WiFi Explorer, me encontré con este documento titulado Signal Quality as a Percent for IPW2200. En este documento, el autor describe varios modelos de conversión: el modelo lineal que acabamos de discutir, tablas de búsqueda basadas en una percepción sobre el rendimiento de la red en varios niveles de señal (excelente, muy rápido, lento, no asociado, etc.), y modelos cuadráticos. Las tablas de búsqueda tal y como se describen son muy subjetivas (lo que se percibe como «rápido» para usted puede no ser lo mismo para otros), pero los modelos cuadráticos parecen proporcionar un mapeo matemático y consistente entre los dBm, los valores porcentuales y las expectativas del usuario sobre la calidad de la red a varios niveles de señal.

WiFi Explorer utiliza un modelo cuadrático derivado de la implementación del controlador IPW2200. Los parámetros del modelo han sido ajustados en base a mis propias observaciones, y aunque podemos seguir discutiendo que la precisión del modelo puede no ser la mejor, creo que es más consistente que la tabla de búsqueda y mejor que una conversión lineal, especialmente si te vuelves a hacer la pregunta de qué significa el 75% de la intensidad de la señal, no sólo desde la perspectiva del usuario sino también cómo se relaciona con la medición original de dBm.

Abajo puedes ver una comparación del modelo lineal y el modelo cuadrático utilizado en WiFi Explorer:

Y sólo como referencia, incluyo aquí la lista de mapeos de valores de dBm – porcentaje que se generan a partir de este modelo.