Conversie van signaalsterkte in dBm naar percentage in WiFi Explorer

WiFi Explorer, net als andere draadloze scantools, biedt een optie om de signaalsterkte weer te geven in dBm of percentage waarden. Het doel van deze blog is om dit conversieproces in WiFi Explorer te beschrijven. Het zou ook moeten helpen verduidelijken waarom procentuele waarden in WiFi Explorer er zo anders kunnen uitzien als we ze vergelijken met de waarden die we in andere tools zien.

Voordat we gaan bespreken hoe de conversie werkt, stellen we onszelf de volgende vraag: als we zeggen dat een netwerk een signaalsterkte van 75% heeft, wat betekent dat dan? Laten we even aannemen dat die waarde het percentage van het uitgezonden vermogen vertegenwoordigt waarbij het signaal wordt ontvangen. Dus, als het AP bijvoorbeeld uitzendt op 100 mW, zou 90% betekenen dat het uitgezonden signaal wordt ontvangen op 90 mW, 80% op 80 mW, enzovoort. Helaas werkt het zo niet.

Omwille van de natuurkunde en de omgekeerd-kwadraatwet van Isaac Newton, verzwakken signalen zeer snel binnen enkele meters afstand van de zender en zullen ze altijd minder dan 1 mW meten bij de ontvanger, waardoor het onpraktisch is om op deze manier procentuele waarden te gebruiken. In feite is dit de reden waarom we in plaats daarvan dBm gebruiken. dBm is een eenheid van vergelijking en we gebruiken het om een signaal te vergelijken met 1 milliwatt aan vermogen. Het maakt het mogelijk om zowel zeer grote als zeer kleine waarden in een korte vorm uit te drukken:

U kunt milliwatt-waarden omrekenen naar dBm met de formule:

PdBm = 10 x log10(PmW)

Omgekeerd gebruikt u voor het omrekenen van dDm naar milliwatt-waarden:

PmW = 10(PdBm/10)

In de context van 802.11 netwerken zou een signaal dat op -40 dBm (0,0001 mW) wordt ontvangen als een zeer sterk signaal worden beschouwd, terwijl een signaal dat op -80 dBm (0,00000001 mW) wordt ontvangen als zeer zwak zou worden beschouwd. Je kunt nu wel concluderen dat hoe dichter de dBm-waarde bij 0 ligt, hoe sterker het signaal is. In de praktijk variëren typische dBm-metingen ongeveer van -20 tot -95 dBm. Om signaalsterktes zo hoog als -20 dBm te zien moet je vlak naast het AP staan, maar aan de andere kant hangt het van de gevoeligheid van de ontvanger en de ruisvloer (de achtergrondruis) af hoe zwak een signaal door de ontvanger kan worden “gehoord”.

Op dit punt lijkt het natuurlijk om een eenvoudige één-op-één conversie uit te voeren om dBm-waarden uit te drukken als percentage, bijvoorbeeld: 0 dBm = 100%, -1 dBm = 99%, -2 dBm = 98%, …, -98 dBm = 2%, -99 dBm = 1%, geen signaal = 0%. We kunnen het model zelfs aanpassen om alleen rekening te houden met het bereik van dBm-waarden die we in de praktijk verwachten te zien. Als we bijvoorbeeld uitgaan van een maximale signaalsterkte van -20 dBm en een minimale signaalsterkte van -85 dBm, dan kan de procentuele waarde met behulp van lineaire interpolatie als volgt worden berekend:

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

Het probleem met deze benadering is dat RF-signalen zich niet-lineair voortplanten! Neem bijvoorbeeld een ontvangen signaal waarde van -40 dBm. Als we een lineair model gebruiken, dan zou dat overeenkomen met 60% signaalsterkte, wat zou worden beschouwd als geen erg sterk signaal, maar in werkelijkheid is het dat wel. Bij -40 dBm is niet alleen het signaal sterk, maar kan uw netwerk ook zeer hoge transmissiesnelheden bereiken (uitgaande van een ideale omgeving). Daarom is het gebruik van een lineair model niet geschikt.

Als een lineair model geen goede keuze is, hoe wordt de conversie dan gedaan in WiFi Explorer? Een paar jaar geleden, tijdens het onderzoek over dBm naar procent conversie en hoe het te implementeren in WiFi Explorer, kwam ik dit document tegen getiteld Signal Quality as a Percent for IPW2200. In dit document beschrijft de auteur verschillende conversiemodellen: het lineaire model dat we zojuist besproken hebben, opzoektabellen gebaseerd op een perceptie over de prestaties van het netwerk bij verschillende signaalniveaus (uitstekend, zeer snel, traag, niet geassocieerd, enz.), en kwadratische modellen. Opzoektabellen zoals beschreven zijn zeer subjectief (wat voor u wordt waargenomen als “snel” is misschien niet hetzelfde voor anderen), maar kwadratische modellen lijken een wiskundige en consistente mapping te bieden tussen dBm, percentage waarden, en de verwachtingen van de gebruiker voor de kwaliteit van het netwerk op verschillende signaalniveaus.

WiFi Explorer gebruikt een kwadratisch model afgeleid van de IPW2200 driver implementatie. De parameters van het model zijn aangepast op basis van mijn eigen waarnemingen, en hoewel we nog steeds kunnen betogen dat de nauwkeurigheid van het model misschien niet de beste is, geloof ik dat het consistenter is dan de opzoektabel en beter dan een lineaire conversie, vooral als je jezelf opnieuw de vraag stelt wat 75% signaalsterkte betekent, niet alleen vanuit het perspectief van een gebruiker, maar ook hoe het zich verhoudt tot de oorspronkelijke dBm-meting.

Hieronder ziet u een vergelijking van het lineaire model en het kwadratische model dat in WiFi Explorer wordt gebruikt:

En ter referentie voeg ik hier de lijst met dBm – procentuele waarde-omzettingen bij die uit dit model worden gegenereerd.