Konvertering av signalstyrka i dBm till procent i WiFi Explorer

WiFi Explorer, liksom andra verktyg för trådlös skanning, erbjuder ett alternativ för att visa signalstyrka i dBm eller procentvärden. Syftet med den här bloggen är att beskriva denna konverteringsprocess i WiFi Explorer. Den ska också hjälpa till att klargöra varför procentvärden i WiFi Explorer kan se så olika ut när vi jämför dem med de värden vi ser i andra verktyg.

För att börja diskutera hur konverteringen fungerar kan vi ställa oss följande fråga: När vi säger att ett nätverk har en signalstyrka på 75 %, vad betyder det då? Låt oss för ett ögonblick anta att ett sådant värde representerar den procentandel av sändningseffekten som signalen tas emot. Om AP:n till exempel sänder med 100 mW skulle 90 % innebära att den överförda signalen tas emot med 90 mW, 80 % med 80 mW och så vidare. Tyvärr är det inte så det fungerar.

På grund av fysiken och Isaac Newtons lag om invers kvadrat dämpas signalerna mycket snabbt inom bara några meter från sändaren och de kommer alltid att mätas under 1 mW vid mottagaren, vilket gör det opraktiskt att använda procentvärden på detta sätt. Detta är faktiskt anledningen till att vi använder dBm i stället. dBm är en jämförelsenhet och vi använder den för att jämföra en signal med 1 milliwatt effekt. Det gör det möjligt att uttrycka både mycket stora och mycket små värden i en kort form:

Du kan konvertera milliwattsvärden till dBm med hjälp av formeln:

PdBm = 10 x log10(PmW)

In omvänt sätt, för att konvertera dDm till milliwattsvärden, skulle du använda:

PmW = 10(PdBm/10)

I samband med 802.11-nätverk skulle en signal som tas emot vid -40 dBm (0,0001 mW) betraktas som en mycket stark signal, medan en signal som tas emot vid -80 dBm (0,00000001 mW) skulle betraktas som mycket svag. Nu kan du dra slutsatsen att ju närmare dBm-värdet ligger 0, desto starkare är signalen. I praktiken sträcker sig dessutom typiska dBm-mätningar ungefär från -20 till -95 dBm. För att se signalstyrkor som är så höga som -20 dBm måste du befinna dig alldeles intill AP, men å andra sidan beror hur svag en signal som kan ”höras” av mottagaren på mottagarens känslighet och brusnivå (bakgrundsbruset).

I det här läget verkar det naturligt att utföra en enkel en-till-en-omvandling för att uttrycka dBm-värden i procent, till exempel: 0 dBm = 100 %, -1 dBm = 99 %, -2 dBm = 98 %, …, -98 dBm = 2 %, -99 dBm = 1 %, ingen signal = 0 %. Vi kan till och med justera modellen så att den endast tar hänsyn till det intervall av dBm-värden som vi förväntar oss att se i praktiken. Om vi till exempel antar en maximal signalstyrka på -20 dBm och en minimal signalstyrka på -85 dBm kan procentvärdet beräknas med hjälp av linjär interpolation enligt följande:

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

Problemet med detta tillvägagångssätt är att RF-signaler utbreder sig olinjärt! Tänk till exempel på ett mottaget signalvärde på -40 dBm. Om vi använder en linjär modell skulle det motsvara 60 % signalstyrka, vilket inte skulle anses vara en särskilt stark signal, men i verkligheten är det så. Vid -40 dBm är inte bara signalen stark, utan ditt nätverk kan också uppnå mycket höga överföringshastigheter (om man utgår från en idealisk miljö). Därför är det inte lämpligt att använda en linjär modell.

Om en linjär modell inte är ett bra val, hur görs då konverteringen i WiFi Explorer? När jag för några år sedan forskade om konverteringen från dBm till procent och hur den ska implementeras i WiFi Explorer, stötte jag på det här dokumentet med titeln Signal Quality as a Percent for IPW2200. I det här dokumentet beskriver författaren olika konverteringsmodeller: den linjära modellen som vi just diskuterade, uppslagstabeller baserade på en uppfattning om nätverkets prestanda vid olika signalnivåer (utmärkt, mycket snabb, långsam, inte associerad, etc.) och kvadratiska modeller. Uppslagstabeller som beskrivs är mycket subjektiva (vad som uppfattas som ”snabbt” för dig är kanske inte detsamma för andra), men kvadratiska modeller verkar ge en matematisk och konsekvent mappning mellan dBm, procentuella värden och användarens förväntningar på nätets kvalitet vid olika signalnivåer.

WiFi Explorer använder en kvadratisk modell som härstammar från implementeringen av drivrutinen IPW2200. Modellens parametrar har justerats utifrån mina egna observationer, och även om vi fortfarande kan argumentera för att modellens noggrannhet kanske inte är den bästa, anser jag att den är mer konsekvent än uppslagstabellen och bättre än en linjär konvertering, särskilt om du återigen ställer dig frågan vad betyder 75 % signalstyrka, inte bara ur ett användarperspektiv utan också hur det förhåller sig till den ursprungliga dBm-mätningen.

Nedan kan du se en jämförelse mellan den linjära modellen och den kvadratiska modellen som används i WiFi Explorer:

Och bara som referens bifogar jag här listan över mappningar av dBm – procentvärde som genereras från den här modellen.