Konvertering af signalstyrke i dBm til procent i WiFi Explorer

WiFi Explorer, såvel som andre værktøjer til trådløs scanning, giver mulighed for at vise signalstyrken i dBm- eller procentværdier. Formålet med denne blog er at beskrive denne konverteringsproces i WiFi Explorer. Den skal også hjælpe med at afklare, hvorfor procentværdier i WiFi Explorer kan se så forskellige ud, når vi sammenligner dem med de værdier, vi ser i andre værktøjer.

Hvor vi begynder at diskutere, hvordan konverteringen fungerer, skal vi stille os selv følgende spørgsmål: Når vi siger, at et netværk har 75 % signalstyrke, hvad betyder det så? Lad os for et øjeblik antage, at en sådan værdi repræsenterer den procentdel af den sendestyrke, som signalet bliver modtaget med. Så hvis AP’en f.eks. sender med 100 mW, vil 90 % betyde, at det transmitterede signal modtages med 90 mW, 80 % med 80 mW osv. Desværre er det ikke sådan, det fungerer.

På grund af fysikken og Isaac Newtons lov om omvendt kvadrat svækkes signalerne meget hurtigt inden for få meter fra senderen, og de vil altid blive målt under 1 mW ved modtageren, hvilket gør det upraktisk at bruge procentvise værdier på denne måde. Det er faktisk grunden til, at vi i stedet bruger dBm. dBm er en sammenligningsenhed, og vi bruger den til at sammenligne et signal med 1 milliwatt effekt. Det gør det muligt at udtrykke både meget store og meget små værdier i en kort form:

Du kan omregne milliwatts-værdier til dBm ved hjælp af formlen:

PdBm = 10 x log10(PmW)

I omvendt for at omregne dDm til milliwatts-værdier skal du bruge:

PmW = 10(PdBm/10)

I forbindelse med 802.11-netværk vil et signal modtaget ved -40 dBm (0,0001 mW) blive betragtet som et meget stærkt signal, mens et signal modtaget ved -80 dBm (0,000000000001 mW) vil blive betragtet som et meget svagt signal. Du kan nu konkludere, at jo tættere dBm-værdien er på 0, jo stærkere er signalet. I praksis ligger de typiske dBm-målinger også ca. mellem -20 og -95 dBm. For at se signalstyrker så høje som -20 dBm skal du være placeret lige ved siden af AP’et, men på den anden side vil det på den anden side afhænge af modtagerens følsomhed og støjgulv (baggrundsstøjen), hvor svagt et signal kan “høres” af modtageren.

På dette tidspunkt forekommer det naturligt at foretage en simpel en-til-en-konvertering for at udtrykke dBm-værdierne som procenter, f.eks. 0 dBm = 100%, -1 dBm = 99%, -2 dBm = 98%, …, -98 dBm = 2%, -99 dBm = 1%, intet signal = 0%. Vi kan endda justere modellen til kun at tage hensyn til det interval af dBm-værdier, som vi forventer at se i praksis. Hvis vi f.eks. antager en maksimal signalstyrke på -20 dBm og en minimal signalstyrke på -85 dBm, kan procentværdien beregnes ved hjælp af lineær interpolation på følgende måde:

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

Problemet med denne fremgangsmåde er, at er, at RF-signaler udbreder sig ikke-lineært! Tag f.eks. et modtaget signal med en værdi på -40 dBm. Hvis vi bruger en lineær model, ville det svare til 60 % signalstyrke, hvilket ikke ville blive betragtet som et meget stærkt signal, men det er det i virkeligheden. Ved -40 dBm er signalet ikke kun stærkt, men dit netværk kan også opnå meget høje transmissionshastigheder (under forudsætning af et ideelt miljø). Derfor er det ikke hensigtsmæssigt at bruge en lineær model.

Hvis en lineær model ikke er et godt valg, hvordan foregår konverteringen så i WiFi Explorer? For et par år siden, da jeg forskede i dBm- til procentkonvertering, og hvordan den skal implementeres i WiFi Explorer, faldt jeg over dette dokument med titlen Signal Quality as a Percent for IPW2200 (Signalkvalitet som procent for IPW2200). I dette dokument beskriver forfatteren forskellige konverteringsmodeller: den lineære model, som vi lige har diskuteret, opslagstabeller baseret på en opfattelse af netværkets ydeevne ved forskellige signalniveauer (fremragende, meget hurtig, langsom, ikke forbundet osv.) og kvadratiske modeller. Opslagstabeller som beskrevet er meget subjektive (hvad der opfattes som “hurtigt” for dig er måske ikke det samme for andre), men kvadratiske modeller synes at give en matematisk og konsistent kortlægning mellem dBm, procentvise værdier og brugerens forventninger til netværkets kvalitet ved forskellige signalniveauer.

WiFi Explorer bruger en kvadratisk model, der er afledt af implementeringen af IPW2200-driveren. Modellens parametre er blevet justeret på baggrund af mine egne observationer, og selv om vi stadig kan argumentere for, at modellens nøjagtighed måske ikke er den bedste, mener jeg, at den er mere konsistent end opslagstabellen og bedre end en lineær konvertering, især hvis du igen stiller dig selv spørgsmålet, hvad betyder 75 % signalstyrke, ikke kun fra et brugerperspektiv, men også hvordan det hænger sammen med den oprindelige dBm-måling.

Nedenfor kan du se en sammenligning af den lineære model og den kvadratiske model, der anvendes i WiFi Explorer:

Og bare som reference medtager jeg her listen over dBm – procentvise værditilknytninger, der genereres ud fra denne model.