Udfordringen med Wifi -part III: Bluetooth kan give ustabilt wifi

Bragt i Computerworld d. 4. august 2015

Sidste artikel snakkede jeg om mikrobølgeovne som støjkilder. Her var der tale om apparater som ikke har til formål at udsende stråling, men støjer som en konsekvens af deres operation.

Det skal i parentes nævnes, at jeg ikke var specielt imponeret over min mikrobølgeovns evne til at minimere mængden af RF energi der undslipper. Jeg overvejer om jeg skulle besøge mine naboer sammen med lidt målegrej for at se om det er en tendens, eller om min ovn er specielt elendig. Måske en kommende artikel værd?

I denne artikel vil jeg snakke lidt om apparater som har til formål at udsende stråling, altså apparater som på samme måde som wifi benytter ISM båndene til at transmittere data.

 

Det mest oplagte eksempel kan du sikkert finde adskillige eksempler af på dit eget skrivebord: Bluetooth.

Min stationære computer står på mit skrivebord og til den benytter jeg et trådløst keyboard og mus. Kommunikationen mellem de enheder foregår ved hjælp af Bluetooth. Min telefon er sjældent langt væk og den benytter også Bluetooth.

Jeg er overgået fra tobak til damp, og som en rigtig nørd er jeg selvfølgelig gået all-in, og har valgt en model som sender statistikker om effekt, modstand, længde af de enkelte sug, etc . til min mobiltelefon. Via bluetooth selvfølgelig.

Min wifi-router står på bordet lige ved siden af, og i praksis har jeg dermed placeret adskillelige støjsendere lige op ad mit wifi accesspunkt.

Lad os kigge lidt på hvordan Bluetooth transmitterer data. I modsætning til wifi hvor en fast frekvens vælges før transmission, så benytter Bluetooth en teknik, kaldet ”frequency-hopping spread-spectrum”, hvilket vil sige at der hele tiden skiftes mellem mange smalspektrede kanaler. En kanal for Bluetooth er kun 1 MHz bred og der er i alt 79 kanaler spredt over 2,4 GHz ISM båndet. Skiftene mellem kanaler, kaldet hops, foregår efter en pseudo-random algoritme med helt op til 1600 hops i sekundet.

Denne teknik er mindre båndbredde-effektiv end wifi og kan dermed ikke tillade nær så høje data hastigheder. Til gengæld gør teknikken bluetooth meget robust overfor smalspektret støj.

En hyggestund med spectrum analyzeren giver mulighed for at kigge på hvordan det ser ud i den fysiske verden (=mit kontor).

Nedenstående surface plot viser et spektrogram, hvor jeg sampler 2,4 GHz ISM båndet ca. hver 10 sekund i en halv times tid. Bemærk, at jeg har rettet antennen mod Bluetooth enhederne for at fremhæve støjen. I virkeligheden ser det ikke helt så slemt ud.

 

Wifi blandet med Bluetooth på 2,4 GHz ISM båndet. Wifisignalet er 20 MHz bredt, og Bluetooth signalerne er alle de små 1 MHz spikes.
Wifi blandet med Bluetooth på 2,4 GHz ISM båndet. Wifisignalet er 20 MHz bredt, og Bluetooth signalerne er alle de små 1 MHz spikes.

 

Bluetooth laver alle de smalspektrede spikes og det er tydeligt, at der ikke er nogle kanaler som er fri for denne slags forstyrrelse. Til sammenligning viser jeg her samme måling for 5 GHz båndet, hvor wifi signalet har det hele for sig selv.

Ingen forstyrrende teknologier på 5 GHz båndet i mit hjem. Springet i frekvens skyldes at jeg foretog et kanalskifte under målingen.
Ingen forstyrrende teknologier på 5 GHz båndet i mit hjem. Springet i frekvens skyldes at jeg foretog et kanalskifte under målingen.

 

Hvad gør det så ved dine datapakker?

Bluetooth dræber ikke dit wifi link på same måde som en mikrobølgeovn kan gøre det. Der er mere tale om en ”mild irritation” som under visse omstændigheder kan udvikle sig til noget værre. Hvis vi betragter latenstiden for linket på samme måde som artiklen om mikrobølgeovne, kan vi se effekten. Men lad mig først vise hvor godt det kan se ud – når man bruger LAN. Hvis vi ser godt efter på figur 4 kan man lige ane en linje i bunden af plottet. Det er latency, målt mellem min PC, gennem en switch og så til min server. Under et millisekund og stort set ingen jitter. Lækkert!

 

Til reference: Latency-plot for LAN
Til reference: Latency-plot for LAN

 

Kigger vi nu på samme måling gennem wifi linket. Under målingen streames der en film og samtidig har jeg et torrentprogram kørende for at generere trafik over linket.

Latencyplot for 2,4 hhv. 5 GHz wifi, 1 meter mellem AP og klient i begge tilfælde
Latencyplot for 2,4 hhv. 5 GHz wifi, 1 meter mellem AP og klient i begge tilfælde

 

Man ser tydeligt, at “baseline” latenstiden for det første er ca. 5 gange så høj, som for Ethernet, og dernæst, at der er masser af jitter. Der tabes iøvrigt også et par pakker i løbet af testen. Ser vi på 2,4 versus 5 GHz er det tydeligt, at der er langt mere jitter på 2,4 GHz, hvilket skyldes alle de ’spikes’ jeg viste på frekvensplottet ovenfor.

Når der forekommer en kollision som følge af at wifi og bluetooth simultant transmitterer på en bestemt frekvens, så koster det typisk en CRC fejl på wifi pakken, der så må retransmitteres (det er det, som giver det kortvarige spring i latency). Bliver wifi-linket tilstrækkelig ’irriteret’, hænder det, at wifi linket skifter kanal, som vist på nedenstående spektrogram:

ChannelChangeSurf
Wifi linket kan provokeres til at skifte til en anden kanal, hvis støjen på den nuværende kanal generer.

 

Det hjælper bare ikke når støjen er fra Bluetooth eller lignende teknologier, da de jo bruger hele frekvensspektret. Dernæst er konsekvensen af et kanalskifte, at de aktive klienter, som minimum oplever et burst i jitter eller momentant pakketab. Og i værste fald – hvis klienten er af lidt ældre type – betyder kanalskiftet, at linket tabes og klienten må gen-associeres med wifi routeren. Dette kan være voldsomt irriterende, da det opleves af slutbrugeren som om at wifi linket er totalt ustabilt. I de tilfælde kan det vise sig at være nødvendigt at tvinge din wifi router til at benytte en enkelt kanal.

Denne type støj kommer ikke kun fra Bluetooth. Der er masser af teknologier som benytter 2,4 GHz ISM båndet, der i blandt DECT telefoner, tyverialarmer, radiostyrede biler og fly, osv.

Mine råd til dig, som bruger er:

  1. Er du gamer, brug LAN! Latency er bare bedre på LAN og for en gamer er lav latency altafgørende, så der er ingen grund til at give dine modstandere en konkurrencefordel.
  2. Har du behov for overførsel af store mængder data mellem klienter I dit hjem (f.eks. mellem NAS og PC), brug LAN! Selv om et wifi link påstås at være f.eks. 1000 Mbps, er throughput en helt anden sag. I praksis skal du sjældent regne med mere end 300-400 Mbps reel throughput. Det slår et Ethernet link let!
  3. Almindelig brug: email, surf, facebook, streaming, osv fungerer fint over wifi, så hvis du ikke har specifikke problemer med rækkevidde eller lignende så er det her, hvor wifi er den optimale løsning
It's only fair to share...Share on Facebook
Facebook
Tweet about this on Twitter
Twitter
Share on LinkedIn
Linkedin
Email this to someone
email

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.