Konwersja siły sygnału w dBm na wartość procentową w WiFi Explorer

WiFi Explorer, podobnie jak inne narzędzia do skanowania sieci bezprzewodowych, udostępnia opcję wyświetlania siły sygnału w dBm lub wartościach procentowych. Celem tego bloga jest opisanie tego procesu konwersji w WiFi Explorer. Powinno to również pomóc wyjaśnić, dlaczego wartości procentowe w WiFi Explorer mogą wyglądać tak różnie, gdy porównamy je z wartościami, które widzimy w innych narzędziach.

Zanim zaczniemy omawiać, jak działa konwersja, zadajmy sobie następujące pytanie: kiedy mówimy, że sieć ma 75% siły sygnału, co to oznacza? Załóżmy na chwilę, że wartość ta reprezentuje procent mocy nadawanej, przy której sygnał jest odbierany. Czyli jeśli AP nadaje np. z mocą 100 mW, to 90% oznaczałoby, że nadawany sygnał jest odbierany z mocą 90 mW, 80% z mocą 80 mW itd. Niestety, to nie tak działa.

Z powodu fizyki i prawa odwrotności kwadratu Isaaca Newtona, sygnały tłumią się bardzo szybko w odległości zaledwie kilku metrów od nadajnika i zawsze będą mierzyć poniżej 1 mW w odbiorniku, co czyni niepraktycznym używanie wartości procentowych w ten sposób. W rzeczywistości, to jest powód, dla którego używamy dBm zamiast. dBm jest jednostką porównania i używamy go do porównania sygnału do 1 miliwata mocy. Umożliwia to wyrażenie zarówno bardzo dużych, jak i bardzo małych wartości w krótkiej formie:

Wartości w miliwatach można przeliczyć na dBm za pomocą wzoru:

PdBm = 10 x log10(PmW)

W odwrotnej kolejności, aby przeliczyć dDm na wartości w miliwatach, należy użyć:

PmW = 10(PdBm/10)

W kontekście sieci 802.11, sygnał odbierany przy -40 dBm (0,0001 mW) byłby uważany za bardzo silny sygnał, podczas gdy sygnał odbierany przy -80 dBm (0,00000001 mW) byłby uważany za bardzo słaby. Z tego można wywnioskować, że im bardziej wartość dBm zbliża się do 0, tym silniejszy jest sygnał. Ponadto, w praktyce typowe pomiary dBm mieszczą się w zakresie od -20 do -95 dBm. Z drugiej strony, jak słaby sygnał może być „słyszalny” przez odbiornik, zależy od jego czułości i poziomu szumu (szumu tła).

W tym momencie wydaje się naturalne, aby wykonać prostą konwersję jeden do jednego, aby wyrazić wartości dBm jako procent, na przykład: 0 dBm = 100%, -1 dBm = 99%, -2 dBm = 98%, …, -98 dBm = 2%, -99 dBm = 1%, brak sygnału = 0%. Możemy nawet dostosować model tak, aby uwzględniał tylko zakres wartości dBm, które spodziewamy się zobaczyć w praktyce. Na przykład, jeśli założymy, że maksymalna moc sygnału wynosi -20 dBm, a minimalna moc sygnału -85 dBm, wówczas wartość procentową można obliczyć za pomocą interpolacji liniowej w następujący sposób:

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

Problem z tym podejściem polega na tym, że sygnały RF rozchodzą się nieliniowo! Rozważmy na przykład wartość odbieranego sygnału -40 dBm. Jeśli używamy modelu liniowego, to byłoby to równoważne 60% siły sygnału, który byłby uważany za nie bardzo silny sygnał, ale w rzeczywistości jest. Przy -40 dBm, nie tylko sygnał jest silny, ale również sieć może osiągać bardzo wysokie prędkości transmisji (zakładając idealne środowisko). Dlatego stosowanie modelu liniowego nie jest właściwe.

Jeśli model liniowy nie jest dobrym wyborem, w jaki sposób konwersja odbywa się w WiFi Explorer? Kilka lat temu, szukając informacji na temat konwersji dBm na procenty i sposobu jej wdrożenia w programie WiFi Explorer, natknąłem się na dokument zatytułowany Signal Quality as a Percent for IPW2200. W tym dokumencie autor opisuje różne modele konwersji: model liniowy, który właśnie omówiliśmy, tabele oparte na postrzeganiu wydajności sieci przy różnych poziomach sygnału (doskonały, bardzo szybki, wolny, nie kojarzony, itp.) oraz modele kwadratowe. Opisane tabele Lookup są bardzo subiektywne (to co jest postrzegane jako „szybkie” dla Ciebie może nie być takie samo dla innych), ale modele kwadratowe wydają się zapewniać matematyczne i spójne odwzorowanie pomiędzy dBm, wartościami procentowymi i oczekiwaniami użytkownika co do jakości sieci na różnych poziomach sygnału.

WiFi Explorer używa modelu kwadratowego pochodzącego z implementacji sterownika IPW2200. Parametry modelu zostały dostosowane na podstawie moich własnych obserwacji i choć nadal możemy się spierać, że dokładność modelu może nie być najlepsza, to uważam, że jest on bardziej spójny niż tabela lookup i lepszy niż konwersja liniowa, zwłaszcza jeśli ponownie zadamy sobie pytanie, co oznacza 75% siły sygnału, nie tylko z perspektywy użytkownika, ale także jak to się ma do oryginalnego pomiaru dBm.

Poniżej można zobaczyć porównanie modelu liniowego i modelu kwadratowego używanego w WiFi Explorer:

I tylko jako odniesienie, załączam tutaj listę mapowań dBm – wartości procentowych, które są generowane z tego modelu.