Převod síly signálu v dBm na procenta v aplikaci WiFi Explorer

WiFi Explorer, stejně jako další nástroje pro skenování bezdrátových sítí, nabízí možnost zobrazení síly signálu v dBm nebo v procentech. Účelem tohoto blogu je popsat tento proces převodu v aplikaci WiFi Explorer. Měl by také pomoci objasnit, proč mohou procentuální hodnoty v aplikaci WiFi Explorer vypadat tak odlišně, když je porovnáme s hodnotami, které vidíme v jiných nástrojích.

Než začneme diskutovat o tom, jak převod funguje, položme si následující otázku: Když řekneme, že síť má sílu signálu 75 %, co to znamená? Předpokládejme na chvíli, že taková hodnota představuje procento vysílaného výkonu, při kterém je signál přijímán. Pokud tedy AP vysílá například výkonem 100 mW, 90 % by znamenalo, že vysílaný signál je přijímán výkonem 90 mW, 80 % výkonem 80 mW atd. Bohužel to tak nefunguje.

Vzhledem k fyzikálním zákonům a zákonu inverzního kvadrátu Isaaca Newtona dochází k velmi rychlému útlumu signálu ve vzdálenosti pouhých několika metrů od vysílače a na přijímači bude vždy naměřen výkon nižší než 1 mW, takže použití procentuálních hodnot tímto způsobem je nepraktické. Ve skutečnosti je to důvod, proč místo toho používáme dBm. dBm je srovnávací jednotka a používáme ji k porovnání signálu s výkonem 1 miliwatt. Umožňuje vyjádřit velmi velké i velmi malé hodnoty ve zkrácené podobě:

Hodnoty v miliwattech můžete převést na dBm podle vzorce:

PdBm = 10 x log10(PmW)

Pro převod dDm na hodnoty v miliwattech použijete obráceně:

PmW = 10(PdBm/10)

V kontextu normy 802.11 sítí by byl signál přijímaný při -40 dBm (0,0001 mW) považován za velmi silný signál, zatímco signál přijímaný při -80 dBm (0,00000001 mW) by byl považován za velmi slabý. Nyní můžete dojít k závěru, že čím blíže je hodnota dBm k 0, tím silnější je signál. V praxi se také typická měření v dBm pohybují přibližně od -20 do -95 dBm. Abyste viděli sílu signálu až -20 dBm, musíte se nacházet přímo u přístupového bodu, ale na druhou stranu to, jak slabý signál může přijímač „slyšet“, závisí na citlivosti přijímače a šumové hladině (šumu pozadí).

V tomto okamžiku se zdá přirozené provést jednoduchý převod jedna ku jedné a vyjádřit hodnoty dBm v procentech, například: 0 dBm = 100 %, -1 dBm = 99 %, -2 dBm = 98 %, …, -98 dBm = 2 %, -99 dBm = 1 %, žádný signál = 0 %. Model můžeme dokonce upravit tak, aby zohledňoval pouze rozsah hodnot dBm, které očekáváme v praxi. Pokud například předpokládáme maximální sílu signálu -20 dBm a minimální sílu signálu -85 dBm, pak lze procentuální hodnotu vypočítat pomocí lineární interpolace takto:

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

Problémem tohoto přístupu je, že se VF signály šíří nelineárně! Uvažujme například hodnotu přijímaného signálu -40 dBm. Pokud bychom použili lineární model, pak by to odpovídalo síle signálu 60 %, což by se nepovažovalo za příliš silný signál, ale ve skutečnosti tomu tak je. Při hodnotě -40 dBm je nejen signál silný, ale vaše síť může dosahovat velmi vysokých přenosových rychlostí (za předpokladu ideálního prostředí). Proto není použití lineárního modelu vhodné.

Jestliže lineární model není dobrou volbou, jak se provádí převod v aplikaci WiFi Explorer? Před několika lety jsem při zkoumání převodu dBm na procenta a jeho implementace v aplikaci WiFi Explorer narazil na tento dokument s názvem Signal Quality as a Percent for IPW2200. V tomto dokumentu autor popisuje různé modely převodu: lineární model, který jsme právě probrali, vyhledávací tabulky založené na vnímání výkonu sítě při různých úrovních signálu (vynikající, velmi rychlý, pomalý, nesouvisející atd.) a kvadratické modely. Popsané vyhledávací tabulky jsou velmi subjektivní (co je pro vás vnímáno jako „rychlé“, nemusí být stejné pro ostatní), ale zdá se, že kvadratické modely poskytují matematické a konzistentní mapování mezi hodnotami dBm, procenty a očekáváním uživatele ohledně kvality sítě při různých úrovních signálu.

WiFi Explorer používá kvadratický model odvozený z implementace ovladače IPW2200. Parametry modelu byly upraveny na základě mých vlastních pozorování, a přestože stále můžeme polemizovat o tom, že přesnost modelu nemusí být nejlepší, domnívám se, že je konzistentnější než vyhledávací tabulka a lepší než lineární převod, zejména pokud si znovu položíte otázku, co znamená 75 % síly signálu nejen z pohledu uživatele, ale také jak souvisí s původním měřením v dBm.

Níže můžete vidět srovnání lineárního modelu a kvadratického modelu použitého v aplikaci WiFi Explorer:

A jen pro srovnání zde uvádím seznam mapování dBm – procentuální hodnoty, které jsou generovány na základě tohoto modelu.