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無線網路規劃建議


無線網路環境中,一般傳輸距離在開放空間中可達 300 公尺、室內空間可達 100 公尺,但是實際上合理的傳輸範圍約為 50 公尺左右,而這還要視環境情況而可能有所遞減。影響無線訊號涵蓋範圍的原因很多,像是建築物的死角、結構、天線定位等等,在使用無線網路產品時,常常會因為訊號太弱、連線速度變慢、訊號斷斷續續、常斷線等問題,造成連線品質不穩定,甚至電腦就在路由器(或稱之為基地台、AP)旁邊,卻依然沒有訊號,針對以上問題可能造成的情況,饅頭老師的這篇文章將簡述該如何處理的方式。


無線網路的影響原因

以下是無線網路的影響原因:

訊號干擾

在一般的辦公室或開放空間中不容易遇到訊號干擾的問題,這通常是在家庭環境較容易受到影響。發生此狀況時,請檢查一下周圍環境,看看是否有電磁波較強的物體,例如微波爐、電磁爐等,如果有,建議將無線路由器或電腦遠離電磁波較強的物體,可以有效避免訊號干擾。

訊號不佳、容易斷線、傳輸速度慢

在無線環境中,訊號會因建築物結構、天線方向、無線路由器位置、資料量多寡等影響訊號接收效能,這些情況容易造成無線傳輸的品質低落,遇到此情況有以下建議:

  • 更換無線路由器位置:讓無線路由器與電腦之間不要有太多的障礙物,或是使用電腦時能看到無線路由器是最佳,中間阻隔物愈多,訊號就愈弱。阻隔物又以金屬材質影響最大,像是鋼筋水泥牆、鐵門等。
  • 天線調整:先確認天線位置,看看周圍是否有物品擋住訊號,若有則將天線調整至無線路由器與電腦相互能接收的位置,需注意天線有分全向性天線和指向性天線,一般無線分享器都以全向性天線為主,若調整後訊號接收能力並未改變,那麼可更換天線和外加天線來改善。
  • 更換天線或外加天線:訊號距離可以藉由更換天線的方式來延長訊號的傳輸距離,更換目的是增加訊號傳輸的距離,與外加天線類似,實際上是以原本的銜接天線位置做更換。要注意的是,更換天線只能增加傳輸距離,無法加強對阻隔物的穿透力。
    • 全向性天線:不需要指定天線方向位置,水平訊號 360 度發射,涵蓋範圍廣,但傳輸距離短。
    • 指向性天線:需要指定一個方向,水平訊號發射角度約 10~30 度,涵蓋範圍窄,但傳輸距離長。
  • 增加無線路由器:如果連線兩點之間距離過長,或者樓層與樓層之間有所阻隔,可以增加無線路由器來延長距離使訊號得以延長,但是還是需要注意流量瓶頸產生、樓與樓之間材質等問題。

無線路由器與電腦之間介質的影響

在不同介質影響的情況下,訊號穿透能力的衰減情形。在金屬部份幾乎完全阻隔了訊號的傳輸,因此在無線環境的配置上,盡量讓無線路由器與電腦之間不要有間隔阻擋,如此無線傳輸才能更加順暢。


Wi-Fi 無線網路頻段

由於 ISM 頻段中的 2.4GHz 頻段被廣泛使用,例如微波爐、藍牙等,它們會干擾 WiFi,令速度減慢,5GHz 干擾則較小。雙頻路由器可同時使用 2.4GHz 和 5GHz,但裝置(電腦、平板、手機)則只能同時使用其中一個頻段。


Wi-Fi 無線網路種類

在規劃無線網路前,首先了解一下無線路由器使用的無線網路晶片種類,亦即 Wi-Fi 的種類。

目前 Wi-Fi 可分為六代,描述如下:

  • 第一代 802.11,基於IEEE 802.11 原始標準,1997 年制定,只使用 2.4GHz 工作頻段,最快 2Mbit/s,目前已被市場淘汰。
  • 第二代 802.11b,只使用 2.4GHz 工作頻段,最快 11Mbit/s,目前已被市場淘汰。
  • 第三代 802.11g/a,分別使用 2.4GHz 和 5GHz 工作頻段,最快 54Mbit/s,目前已被市場淘汰。
  • 第四代 802.11n,可使用 2.4GHz 或 5GHz,20 和 40MHz 頻寬下最快 72 和 150Mbit/s,第四代已漸被市場淘汰。
  • 第五代 基於 IEEE 802.11ac,世代名稱 Wi-Fi 5,頻寬 20MHz、40MHz、80MHz、80+ 80MHz、160MHz,5GHz 頻段,最高 8 條空間流,最大副載波調製 256-QAM,最高速率 6.9 Gbit/s,認證計劃為「Wi-Fi CERTIFIED ac」。
  • 第六代 基於IEEE 802.11ax,世代名稱 Wi-Fi 6,頻寬 20MHz、40MHz、80MHz、80+ 80MHz、160MHz,2.4GHz 和 5GHz 頻段,最高 8 條空間流,最大副載波調製 1024-QAM,最高速率 9.6 Gbit/s,認證計劃為「Wi-Fi CERTIFIED 6」。

因第一代與第二代已完全淘汰,我們從第三代開始介紹。

第三代 802.11g/a

802.11g 標準,全稱為 IEEE 802.11g-2003 是對 802.11 原始標準實體層上的一個修訂。802.11g 工作在 2.4G 信道上,實體層速率提升至 54Mbps。該規範已在世界上得到了廣泛的應用。相關的修改已經整合進 IEEE 802.11-2007 和後續版本,成為 802.11 協定的一部分。

801.11g 工作在 2.4G 的 ISM 頻段上,實體層上使用了正交頻分復用(OFDM)調變方式,不同於 802.11 原始標準和 802.11b 標準,而與 802.11a 標準相同,使得最大速率達到 54Mbps。在介質存取控制上,標準採用載波偵聽多路存取/衝突避免(CSMA/CA)的方式,這與其他標準相同。考慮到 CSMA/CA 協定的開銷,802.11g 裝置間的最大吞吐量可以達到 31.4Mbps。由於微波爐,藍牙裝置,ZigBee 等產品都工作在 ISM 頻段上,802.11g 裝置可能會受到其他裝置的干擾。

由於市場上對高速率的無線傳輸的需求,在 2003 年 1 月,雖然 802.11g 標準還未正式發布,11g 的裝置就大規模的部署了。802.11g 的裝置回溯相容 801.11b 網路。然而 11b 裝置會拖慢整個 11g 網路的吞吐量。

第四代 802.11n

IEEE 802.11n-2009,對於 IEEE 802.11-2007 無線區域網路標準的修正規格。它的目標在於改善先前的兩項無線網路標準,包括 802.11a 與 802.11g,在網路流量上的不足。它的最大傳輸速度理論值為 600Mbit/s,與先前的 54Mbit/s 相比有大幅提升,傳輸距離也會增加。2004 年 1 月時 IEEE 宣布組成一個新的單位來發展的新的 802.11 標準,於 2009 年 9 月正式批准。

對 802.11n 的後續研究正在 IEEE 802.11ac 草案中進行,預計可以於 2014 年 2 月正式發布,將提供 8xMIMO,最高 160MHz 頻寬和最高 866.7Mbit/s 的理論速度。

2.4GHz 和 5GHz 都可自由選擇 20MHz 或 40MHz 頻寬,但一些裝置只允許在 5GHz 下使用 40MHz 頻寬,例如 MacBook。如果用家購買一台只支援 2.4GHz 的 150Mbps 路由器,就只能使到 72Mbps,即是 20MHz 頻寬下的最快速度。

第五代 802.11ac

IEEE 802.11ac,俗稱 5G WiFi (5th Generation of Wi-Fi),是一個 802.11 無線區域網路(WLAN)通訊標準,它透過 5GHz 頻帶進行通訊。理論上,它能夠提供最少 1Gbps 頻寬進行多站式無線區域網通訊,或是最少 500Mbps 的單一連線傳輸頻寬。

2008 年年底,IEEE 802 標準組織成立新小組,目的是在於建立新標準來改善 802.11-2007 標準。包括建立提高無線傳輸的速度的標準,使無線網路的能夠提供與有線網路相當的傳輸效能。

802.11ac 是 802.11n 的繼承者。它採用並擴展了源自 802.11n 的空中介面(air interface)概念,包括:更寬的 RF 頻寬(提升至160MHz),更多的MIMO空間串流(spatial streams)(增加到 8),下行多使用者的 MIMO (最多至4個),以及高密度的調變(modulation)(達到 256QAM)。

協定 頻率(GHz) 頻寬(MHz) 每條流的速率(Mbit/s) MIMO 支援
802.11b 2.4 20 1, 2, 5.5, 11 N/A
802.11g 2.4 20 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 N/A
802.11n 2.4/5 20 7.2, 14.4, 21.7, 28.9, 43.3, 57.8, 65, 72.2 4
40 15, 30, 45, 60, 90, 120, 135, 150
802.11ac 5 20 最大 87.6 8
40 最大 200
80 最大 433.3
160 最大 866.7

Wi-Fi 6

Wi-Fi 6 是前幾代的大幅升級,儘管一般使用者似乎沒有立即感受到明顯的差異。Wi-Fi 6 所帶來的變化並沒有徹底革新我們使用無線路由器或無線網路的方式,而是由許多遞增提升所構成,並逐漸累積為具有潛力的大幅升級。

IEEE 802.11ax 是無線區域網路標準,Wi-Fi 聯盟稱之為 Wi-Fi 6,又稱為高效率無線區域網路(High Efficiency WLAN,縮寫HEW)。

Wi-Fi 聯盟於 2019 年 9 月 16 日開啟 Wi-Fi CERTIFIED 6 認證計劃,於 2020 年 1 月 3 日將使用 6GHz 頻段的 IEEE 802.11ax 稱為Wi-Fi 6E。

802.11ax 支援從 1GHz 至 6GHz 的所有 ISM 頻段,包括目前已使用的 2.4GHz 和 5GHz 頻段,向下相容 a/b/g/n/ac。目標是支援室內室外場景、提高頻譜效率。其相比 802.11ac,密集用戶環境下實際吞吐量提升 4 倍,標稱傳輸速率提升 37%,延遲下降 75%。

更快的速度

更快 Wi-Fi 的意思是,由於 Wi-Fi 6 可提供更大頻寬,進而加快上傳和下載速度(或傳輸量)。由於檔案大小不斷增加,以及串流傳輸高品質影片和大量通訊線上遊戲對數據的更高要求,傳輸速度變得愈來愈重要。進行多人遊戲同時還能在 Twitch 串流直播,需要大量的頻寬以及可靠穩定的連線。

因此,許多遊戲玩家或內容製作者仍透過乙太網路纜線直接連接到路由器或網路交換器,而不是利用無線網路提供的靈活性。Wi-Fi 6 把有線和無線訊號拉近到幾乎相同,讓更多使用者可以擺脫固定線材連線到數據機的限制。

那麼,Wi-Fi 6 究竟有多快?儘管把數值考量進來很重要,且 Wi-Fi 6 能提供跨多通道高達 9.6 Gbps 的最大傳輸量(相較於Wi-Fi 5 只有 3.5 Gbps ),這也只是理論上的最大值;但在實際情況下,頻寬不會在本機達到這樣的速度,並且整體網際網路連線速度也會受到寬頻連線的影響。儘管如此(關鍵在於多個裝置共享最大傳輸量),但具有 Wi-Fi 6 的裝置仍可享受相當快的速度。

如果您在單個裝置上使用 Wi-Fi 路由器,則 Wi-Fi 6 的最大潛在速度應比 Wi-Fi 5 高出 40%。Wi-Fi 6 透過多種技術實現了這些更高的資料傳輸速度,首先是資料編碼更有效率,以及藉由更強大的處理器而能夠合理使用無線頻譜。

Wi-Fi 6 還可透過更有效率地處理大量網路流量來提升速度。對遊戲玩家而言,這表示遊戲下載更快、串流遊戲的上傳速度更佳、最多達 75% 的更少延遲,以及更可靠的媒體多工處理。

流量優先順序

與五年前相比,現今大多數家庭顯然有更多具 Wi-Fi 功能的裝置。從智慧型手機和平板電腦,到電視和恆溫器及門鈴等物聯網裝置,如今幾乎所有東西都可以連接到無線路由器。Wi-Fi 6 可與同時需要資料的多部裝置進行更好的通訊,並能在這些裝置之間更有效率處理流量優先順序。透過使用「正交頻分多址」 (OFDMA) 是實現此目標的方法之一。OFDMA 透過將通道細分為子載波並允許同時傳輸到多個端點(裝置)。Wi-Fi 6 路由器可在同一個傳輸視窗中傳送不同的訊號。這樣就形成了路由器的單次傳輸能與多部裝置通聯,而不必讓每部裝置都要等待路由器先服務網路裏的其它資料,再輪到處理其資料。

對於較舊版本的 Wi-Fi,裝置在嘗試連接到網路時會採用「先聽後傳」的程序,這表示所有裝置都必須在傳送資料前,先「聽取」通道上的任何雜訊。如果通道上存在任何雜訊,即使來自遙遠的網路,這些裝置也必須等到通道暢通後再進行傳輸,以避免可能的干擾。OBSS 讓存取點得以運用「顏色」特別用來識別網絡。如果在通道上偵測到其他流量,但與區域網路的顏色不同,則裝置可以忽略這些流量並繼續作傳輸。這樣可協助提高可靠度並改善延遲。OFDMA 與 OBSS 一起搭配,可以在擁擠的網路上進行更有效的通訊。當愈來愈多的裝置使用 Wi-Fi 時,上述作法將有助於保持連線的速度與穩定性。

波束成形

Wi-Fi 6 持續提升的另一項技術是波束成形。這種聽起來很新潮的資料傳輸方法實際上相對簡單。路由器不是在所有方向播送資料,而是偵測請求資料的裝置位於何處,再朝那個方向傳送更加本地化的資料串流。波束成形並不是 Wi-Fi 6 的新功能,但功效在 Wi-Fi 6 這一代已經作提升。波束成形與其他像是 OFDMA 和 OBSS 之整合技術協同作業,有助於使 Wi-Fi 6 更為快速。

WPA 3 保證提升安全性

「Wi-Fi 保護存取 (WPA) 」是一種常見的 Wi-Fi 安全通訊協定,該協定會使用密碼進行加密。在任可時候,要登入 Wi-Fi 網路都需要輸入密碼,這就是 WPA 在作用。WPA 2 早已成為標準,但隨著 Wi-Fi 6 的出現,情況就在改變。最大的提升之一是透過「蜻蜓密鑰交換協議」系統(也稱為 或「對等實體同步驗證 (SAE)」),來執行密碼安全性的強化。此驗證方法透過使用更複雜的與 Wi-Fi 網路建立交握的方式,使得密碼更難破解。這種結合更強大加密方式的新增安全層,意謂著 Wi-Fi 能擁有比以往更強大的安全選項。

此額外的安全層是 Wi-Fi 6 如何在不對使用者體驗產生負面影響的前提下,使作業變得更順暢的一個絕佳範例。

電池續航力與目標喚醒時間

另一項結合到 Wi-Fi 6 的前瞻性發展是「目標喚醒時間 (TWT)」,具有增加某些裝置電池續航力的潛在能力。這項技術可以使路由器和裝置之間,就何時進入睡眠或喚醒狀態進行更有效的通訊。透過與裝置 Wi-Fi 無線電進行有效通訊,並僅在需要喚醒時才將其啟動,您的裝置將花費更少的時間和電力來搜尋無線訊號。這可以提升電池續航力。

我需要什麼才能使 Wi-Fi 6 運作?

Wi-Fi 6 提供了重大提升,因此您可能想知道,要利用此新通訊協定需要準備什麼。您需要進行的最重要升級,就是購買一個可支援 Wi-Fi 6 的路由器。大多數製造商已提供具有 Wi-Fi 6 功能的路由器,因此有許多選擇。

您還需要能使用 Wi-Fi 6 的裝置。雖然 Wi-Fi 6 可回溯相容較舊的 802.11ac (Wi-Fi 5),但您仍需要可支援 Wi-Fi 6 的裝置,才能充分利用上述所列的所有功能。隨著 Wi-Fi 6 在未來幾年內將日漸成為標準,更新的裝置將開始併入該技術,且將成為新的常態。

無線存取

Wi-Fi 6 將對我們與無線裝置的互動方式產生巨大影響。更快的速度、更好的流量順序和新增的安全性,共同造就了 Wi-Fi 6 在無線網路技術裏向前邁出一大步。無論您在玩遊戲、在工作,或者只是串流傳輸影片,升級到 Wi-Fi 6 都是很值得考慮。


無線網路規畫要領

以下是建議的無線網路規劃要領。

天線的角度

無線網路訊號的發射範圍與天線垂直,一般單樓層的家庭就把天線垂直於地平面,住在透天厝就可以把天線平行於地平面放置,以便將無線訊號涵蓋到其他樓層。

使用 dBi 值較高的天線

理想的天線是朝四面八方發射訊號時,與天線相同距離的點所收到的訊號強度應相同,這就是理想天線,可惜目前的技術無法製造出這種天線。

另一常用的天線是偶極天線,偶極天線和理想天線相比,會有相同距離不同位置,所量測到訊號強度不同的狀況發生,某些地方量到的信號強度會比理想天線高,某些地方較低。所以依據偶極天線訊號最強的腹部與理想天線相比,發現偶極天線的訊號強度比理想天線強了 1.6 倍,經轉換為 2.15dBi(i 指的是與理想天線相比較);也就是說一個偶極天線擁有的增益(gain)為 2.15dBi。

高 dBi 值的天線能夠加大訊號範圍,dBi 愈高效果愈好。如果你使用的無線路由器天線效果不佳,建議您可以更換較高的 dBi 值天線試試。

多台路由器使用時,頻道互相錯開

2.462GHz 共 11 個頻道,其中每個頻道約相差5MHz。在頻譜屏蔽標準來說,雖然有規定 ±22MHz 的能量限制,也就是傳遞的訊號隨著頻段不同跟著減弱,但多少還是會互相干擾。因此連線要好的話,盡量在 11 個頻道中最好都能互相錯開,選擇頻道 1、6、11 這 3 個會較好。

關閉 QoS 過濾機制

開啟 QoS 過濾機制會影響無線路由器的效能,造成路由器單位時間能傳輸的封包數降低,如果您有多台電腦、平板或行動裝置使用無線網路,建議關閉 QoS 過濾功能,或使用效能更高(更厲害的晶片)的路由器(價位更高)。

使用 5GHz 頻段

這個觀點其實很有趣,理論上是不會快,但實測偏偏就是會,與一般認知相反。原因在於家用無線路由器太便宜了,隨便開啟 Wi-Fi 功能一掃,跑出來一堆無線基地台,造成 2.4GHz 頻段壅塞。802.11n 可在 5GHz 頻段運作,由於 5GHz 的無線路由器較貴、較不普及,因此比較不壅塞,但前提是其它無線網路設備(電腦、平板、手機)也必須支援 5GHz 運作才行。

不要放在弱電箱

市面上的弱電箱大部分都是金屬製品,將無線路由器放入弱電箱會降低效能,因金屬會干擾無線訊號。如果您無法阻止無線路由器放入弱電箱,至少將天線延伸至弱電箱外。

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