Udfordringen med Wifi -part II: En mikrobølgeovn kan mere, end bare varme mad op

Bragt i Computerworld d. 2 juli 2015

Lad os tage et praktisk eksempel på hvordan wifi kan blive forstyrret, og hvilken effekt den forstyrrelse har på en almindelig applikation. Som så mange andre er jeg, og ikke mindst min datter, en ivrig forbruger af streaming via netflix. Jeg har ikke et nymodens smart-tv, så jeg benytter en chromecast-dongle fra Google til at se netflix på mit TV. Chromecast-donglen forbinder til internettet via 2,4GHz wifi. Dermed er det vigtigt, at bemærke at den konkrete problemstilling jeg opridser i denne artikel kun vedrører produkter på 2,4 GHz båndet. Den nemme løsning er, som beskrevet i første klumme, at benytte 5 GHz – forudsat at dine klienter understøtter det, selvfølgelig.

 

Figur 1 viser en skitse af mit hus, hvor man kan se placeringen af henholdsvis mit accesspunkt og min Chromecast-dongle. Jeg viser også placeringen af min mikrobølgeovn på skitsen af to årsager: For det første er det vigtigt at vide hvor man laver popcorn før Netflix startes, og for det andet er en mikrobølgeovn et fantastisk godt eksempel på en støjkilde.

<NERD-ALERT>

En mikrobølgeovn fungerer ved at molekylerne i maden påvirkes af et roterende elektromagnetisk felt. Molekylerne vil som konsekvens af den påvirkning opvarmes ved et princip kaldet dielektrisk opvarming. Et dielektrisk materiale er ikke-ledende, og i modsætning til et ledende materiale vil elektronerne derfor ikke flyde gennem materialet ved en påvirkning af et felt, men blot skifte til en polariseret tilstand. Lidt ligesom en kondensator, som i øvrigt også indeholder et dielektrikum. Hvis man nu roterer det elektriske felt vil molekylernes elektroner kontinuerligt veksle mellem yderpunkterne som udgøres af polariseringerne, og denne veksling giver kinetisk energi der resulterer i en opvarmning af materialet.

Det elektromagnetiske felt skabes af en magnetron inde i mikrobølgeovnen og for husholdningsapparater sker det typisk ved en frekvens omkring 2,45 GHz, og det er et ganske bredspektret signal med en båndbredde på flere hundrede MHz.

</NERD-ALERT>

Der er altså et overlap mellem det frekvensområde som en mikrobølgeovn opererer i og så den øvre del af 2,4GHz ISM båndet som wifi benytter. Overlap er den første forudsætning for indbyrdes forstyrrelser, og selvfølgelig det, at støj-signalet overhovedet er til stede ved modtageren.

En mikrobølgeovn skal tilberede maden inde i ovnen og det vil sikkert give klager, hvis personen som betjener ovnen også bliver kogt. Derfor er en mikrobølgeovn designet til at være HF-tæt, så det elektromagnetiske felt forbliver inde i ovnrummet.

I praksis er en mikrobølgeovn dog aldrig 100 % HF-tæt, og den energi som undslipper, udgør ganske vist ikke en fare for dig, men det gør den til gengæld for dit wifi-link!

Jeg har lavet en række forsøg for at prøve at vise hvilken effekt en mikrobølgeovn har på wifi signalet. Under forsøget streames der kontinuerligt en netflix film via et wifi-link, og jeg har så valgt latenstiden for linket som min metrik for wifi linkets kvalitet (sammen med den visuelle kvalitet af filmen, selvfølgelig). Grunden til at jeg kigger på latenstiden er, at det langt bedre viser effekten på wifi linket, end hvis jeg kun kigger på pakketab.

Streaming teknologier kan sagtens håndtere latenstid, men specielt jitter (variation i latenstid) kan være lige så ødelæggende som egentlig pakketab.

Hvis vi nu kigger på mit setup, så er der en mur (23cm gasbeton, ~4 dB) og en glasdør (~3 dB) mellem sender og modtager, hvilket svarer til en afstand mellem sender og modtager i frit felt på omkring 20-30 m. Dette skulle gerne være rigeligt indenfor hvad et nogenlunde fornuftigt wifi link kan håndtere, og jeg har da heller ikke normalt problemer med streamingen overhovedet.

Den RF støj som genereres af mikrobølgeovnen skal passere samme 23 cm ydermur, men på grund af den spidse vinkel (og det faktum at radiobølger bevæger sig i rette linjer) skal mikrobølgerne penetrere i omegnen af 70-80 cm gasbeton for at nå frem til Chromecast donglen. Mit setup er altså (ganske tilfældigt!) så heldigt udformet, at wifi linket har væsentlig bedre vilkår end støjsignalet.

Figur 2 viser latenstiden målt 10 gange i sekundet over en 150 sekunders periode. Den øverste graf viser situationen hvor mikrobølgeovnen ikke benyttes og nederste graf, situationen hvor den benyttes. Effekten på latenstiden er særdeles tydelig. Uden støj (i hvert fald uden bevidst provokeret støj) har latenstiden en middelværdi omkring 10 ms og kun enkelte spikes over 100 ms (de spikes kommer jeg ind på i næste artikel). Når mikrobølgeovnen tændes stiger middelværdien til over 100 ms og periodevist over et halvt sekund. I perioden tabes der i øvrigt omkring 3% af pakkerne.

Cirka 10 sekunder efter mikrobølgeovnen tændes, stopper netflix streamingen og genoptages først når mikrobølgeovnen slukkes igen. Jeg lavede testen adskillige gange, med lidt forskelligt udfald. Nogle gange gik der længere tid før streamingen stoppede, og en enkelt gang stoppede streamingen slet ikke. Fælles for alle forsøg var, at streamingen enten stoppede eller fortsatte med væsentlig reduceret billedkvalitet.

Mikrobølgeovne kan virkelig være en pest – her er et eksempel hvor det tog 17 år at identificere synderen. http://ing.dk/artikel/mysterium-opklaret-gaadefulde-signaler-stammede-fra-mikroovn-175436

Vil det sige, at man kan ikke bare sende konen ud og lave flere popcorn mens man selv ser filmen videre?

Nej bare rolig! Så drastiske ændringer i praksis er heldigvis ikke nødvendige. For at finde en løsning er det nødvendigt at lære fjenden lidt bedre at kende. Figur 3 viser den støj der genereres fra en mikrobølgeovn, målt ved chromecast-donglen, sammenlignet med støjen målt på den anden side af muren. De to placeringer af min måleantenne er vist som punkt A og B på Figur 1. Jeg har indsat de 13 wifi-kanaler på samme graf – bemærk, at kanalerne i virkeligheden er væsentlig bredere, end grafen viser. De smalle bånd er for overskuelighedens skyld.

Muren dæmper støj-signalet ganske meget, men den tilbageværende signalstyrke er altså stadigvæk rigelig til at påvirke mit wifi i særdeles negativ retning. Det behøver ikke være din egen ovn – Ovne i nabo-lejligheden eller hos over/underbo kan sagtens generere tilstrækkelig RF til at påvirke dit wifi.

Som man kan se, så dækker mikrobølgeovnens støj en meget væsentlig del af wifi spektret, men ikke den nederste del!

I mine tests ovenover lod jeg accesspunktet selv vælge den bedste wifi kanal, og da mikrobølgeovnen ikke var aktiv på det tidspunkt, så blev det til kanal 8. Hvis jeg manuelt vælger kanal 1, og gentager testen så er streamingen fuldstændig upåvirket!

Så vi har altså en løsning lige i tilfældet med mikrobølgeovne, men løsningen forudsætter jo dels at der ikke er anden støj i de nedre kanaler som er generende, og dels at alle mikrobølgeovne holder sig til den øvre del af ISM båndet. Så jeg kan desværre ikke garantere, at alle problemer er løst ved at vælge en af de lave kanaler.

Nok om mikrobølgeovne, næste artikel kommer til at handle om en anden og mere smalspektret type støj.