Conversão da intensidade do sinal em dBm para percentagem no WiFi Explorer

WiFi Explorer, bem como outras ferramentas de digitalização sem fios, fornece uma opção para exibir a intensidade do sinal em dBm ou valores percentuais. O objetivo deste blog é descrever este processo de conversão no WiFi Explorer. Ele também deve ajudar a esclarecer porque os valores percentuais no WiFi Explorer podem parecer tão diferentes quando os comparamos com os valores que vemos em outras ferramentas.

Antes de começarmos a discutir como a conversão funciona, vamos nos fazer a seguinte pergunta: quando dizemos que uma rede tem 75% de intensidade de sinal, o que isso significa? Vamos assumir por um momento que tal valor representa a porcentagem da potência transmitida na qual o sinal está sendo recebido. Então, se o AP está transmitindo a 100 mW, por exemplo, 90% significaria que o sinal transmitido está sendo recebido a 90 mW, 80% a 80 mW, e assim por diante. Infelizmente, não é assim que funciona.

Por causa da física e da Lei do Quadrado Inverso de Isaac Newton, os sinais atenuam muito rapidamente a poucos metros de distância do transmissor e sempre medirão abaixo de 1 mW no receptor, tornando impraticável o uso de valores percentuais desta forma. Na verdade, esta é a razão pela qual usamos dBm. dBm é uma unidade de comparação e nós a usamos para comparar um sinal com 1 milliwatt de potência. Ele torna possível expressar tanto valores muito grandes como muito pequenos de forma curta:

Você pode converter valores de milliwatts para dBm usando a fórmula:

PdBm = 10 x log10(PmW)

De forma inversa, para converter valores de dDm para milliwatts você usaria:

PmW = 10(PdBm/10)

No contexto de 802.11 redes, um sinal recebido a -40 dBm (0.0001 mW) seria considerado um sinal muito forte, enquanto um sinal recebido a -80 dBm (0.00000001 mW) seria considerado muito fraco. A esta altura já se pode concluir que quanto mais próximo o valor de dBm estiver de 0, mais forte será o sinal. Também, na prática, as medições típicas de dBm variam aproximadamente de -20 a -95 dBm. Para ver a intensidade do sinal tão alta quanto -20 dBm você deve estar localizado bem próximo ao AP, mas por outro lado, o quão fraco de um sinal pode ser “ouvido” pelo receptor dependerá da sensibilidade do receptor e do piso de ruído (o ruído de fundo).

Neste ponto, parece natural realizar uma simples conversão um-para-um para expressar valores de dBm como percentagem, por exemplo: 0 dBm = 100%, -1 dBm = 99%, -2 dBm = 98%, …, -98 dBm = 2%, -99 dBm = 1%, sem sinal = 0%. Podemos até ajustar o modelo para considerar apenas o intervalo de valores de dBm que esperamos ver na prática. Por exemplo, se assumirmos uma força máxima de sinal de -20 dBm e uma força mínima de sinal de -85 dBm, então o valor percentual pode ser calculado usando interpolação linear da seguinte forma:

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

O problema com esta abordagem é que os sinais de RF se propagam de forma não linear! Considere, por exemplo, um valor de sinal recebido de -40 dBm. Se usarmos um modelo linear, então isso seria equivalente a 60% da força do sinal, o que seria considerado não um sinal muito forte, mas na realidade é. A -40 dBm, não só o sinal é forte, como a sua rede pode atingir taxas de transmissão muito altas (assumindo um ambiente ideal). Portanto, usar um modelo linear não é apropriado.

Se um modelo linear não é uma boa escolha, como é feita a conversão no WiFi Explorer? Há alguns anos, ao pesquisar sobre a conversão de dBm para percentagem e como implementá-la no WiFi Explorer, deparei-me com este documento intitulado Qualidade do Sinal como Percentagem para IPW2200. Neste documento, o autor descreve vários modelos de conversão: o modelo linear que acabámos de discutir, tabelas de pesquisa baseadas numa percepção sobre o desempenho da rede a vários níveis de sinal (excelente, muito rápido, lento, não associado, etc.), e modelos quadráticos. As tabelas de pesquisa como descritas são muito subjetivas (o que é percebido como “rápido” para você pode não ser o mesmo para outros), mas modelos quadráticos parecem fornecer um mapeamento matemático e consistente entre dBm, valores percentuais e as expectativas do usuário quanto à qualidade da rede em vários níveis de sinal.

WiFi Explorer usa um modelo quadrático derivado da implementação do driver IPW2200. Os parâmetros do modelo foram ajustados com base nas minhas próprias observações, e embora ainda possamos argumentar que a precisão do modelo pode não ser a melhor, acredito que seja mais consistente do que a tabela de pesquisa e melhor do que uma conversão linear, especialmente se você se perguntar novamente o que significa 75% de força do sinal, não apenas do ponto de vista do usuário, mas também como ele se relaciona com a medida original de dBm.

Below você pode ver uma comparação entre o modelo linear e o modelo quadrático usado no WiFi Explorer:

E apenas como referência, estou incluindo aqui a lista de mapeamentos de dBm – valores percentuais que são gerados a partir deste modelo.