Cómo desplegar redes wifi y solucionar problemas de WiFi

Barcelona, 28 de Marzo de 2017.

Hoy en día nos encontramos con un Punto de Acceso WiFi en prácticamente todos los hogares que dan soporte a un amplio margen de aplicaciones que van desde la navegación por Internet habitual hasta el streaming de servicios de vídeo (unos usos muy distintos) y sufren interferencias desde muchas fuentes distintas. No solo tus vecinos tienen WiFi, sino que puedes encontrarte con otros Puntos de Acceso en tu propio domicilio o así mismo en el exterior.

Puntos de acceso inalámbrico de “Baja densidad”

Un gran número de dispositivos en el hogar utilizan WiFi para conectarse a Internet. Un Smart TV es un buen ejemplo de ello, pero existen muchos nuevos modelos de receptores de cable o satélite que incorporan un Punto de Acceso WiFi para servir vídeo a dispositivos móviles como teléfonos inteligentes o tabletas. Así, es muy posible que tengas varios Puntos de Acceso en tu domicilio.

Esta clase de Puntos de Acceso que se utilizan en el hogar o en la oficina tienden a denominarse de “baja densidad” porque toleran pocas conexiones simultáneas (diez o veinte como máximo). Por lo general cuentan con un único transceptor de radio y se pueden configurar para trabajar en un canal WiFi específico, para operar bajo un determinado “nombre” y por lo general tienen diferentes opciones de seguridad y características.

Punto de acceso inalámbrico de baja densidad

Puntos de acceso inalámbrico de “alta densidad”

Existen otras clases de Puntos de Acceso utilizados en hoteles, centros de convenciones o para recintos multitudinarios como estadios de fútbol a los cuales se les denomina de “alta densidad”, soportando cientos de conexiones simultáneas. Por lo general cuentan con múltiples transceptores de radio y permiten opciones de configuración adicionales como el ajuste de la potencia de salida que se convierte en algo importante cuando, por ejemplo, se hace el ajuste fino de las redes WiFi.

Punto de acceso inalámbrico de alta densidad

El vídeo es un servicio de alta demanda de recursos como para que una red IP lo deje en manos de un solo Punto de Acceso Wifi. El streaming de vídeo sobre Wifi será el corazón de una futura versión.

Pros y contras del analizador WiFi de tu teléfono inteligente

No es extraño tener que afrontar problemas WiFi difíciles de comprender y arreglar. Hay una amplia variedad de apps llamadas “analizador WiFi” para teléfonos móviles, tabletas y ordenadores PC (incluyendo la nuestra propia), muchas de las cuales son gratuitas o financiadas por medio de publicidad.

A pesar que sean excelentes aplicaciones a la hora de exprimir las capacidades del WiFi del teléfono móvil o el PC, no se pueden etiquetar de auténticos analizadores WiFi porque en primer lugar no cuentan con un auténtico analizador de espectros que cubra la capa física y en segundo lugar porque visualizan el entorno WiFi desde los “ojos” del transceptor de radio WiFi del dispositivo móvil. El analizador de espectros será necesario para, por ejemplo, ver la interferencia no-WiFi como se explica más adelante.

Medidores de campo RANGER Neo
Los medidores de campo RANGERNeo cuentan con un nuevo conjunto de utilidades para ayudar a ganar la guerra del WiFi. Este texto cubre una primera versión de ellas.

RANGERNeo es el nuevo estándar de medidores de campo para TV, Satélite y WiFi, creados para ayudar a los técnicos a luchar no solo con lo que clásicamente se denomina distribución de TV lineal (satélite, TV cable, radiodifusión) y sus problemas sino que también para enfrentarse a los muchos retos que lleva de la mano el mundo inalámbrico y las nuevas plataformas de distribución de vídeo.

Sobre el terreno

WiFi utiliza las bandas de frecuencia ISM (Industrial Scientific Medical). No es necesaria licencia alguna para operar en estas bandas, así que se utilizan por muchos otros dispositivos como auriculares Bluetooth, hornos microondas, lámparas de sulfuro (!), cámaras CCTV inalámbricas, teléfonos inalámbricos, etc.

Durante mucho tiempo los sistemas WiFi han utilizado de forma casi exclusiva la banda de 2,4 GHz que por mucho es la banda ISM más popular. A día de hoy está densamente utilizada si no saturada en algunos lugares y por lo tanto algunos sistemas nuevos utilizan la banda de los 5 GHz. No todos los dispositivos WiFi (teléfonos, tabletas, portátiles) son de doble banda (compatibles con 2,4 y 5 GHz) por tanto esta es una decisión importante que hay que tomar si vas a configurar un nuevo Punto de Acceso.

La banda de 2,4 GHz consta de 14 canales de 4 MHz (1 a 14) pero algunos países no los usan todos. Por ejemplo el Canal 14 no se utiliza en Europa. El ancho de banda típico de la señal WiFi es de 20 MHz así que los Puntos de Acceso se van a superponer si están configurados en canales adyacentes. La banda de 5 GHz incluye más canales con anchos de banda desde 20 hasta 160 MHz. Según el país se aplican diferentes reglas que no resultan ser universales en cuanto a la asignación de los canales.

Una búsqueda rápida en Internet nos provee de muchos detalles sobre la asignación exacta de canales y las particularidades de cada país. La tabla inferior describe las principales diferencias prácticas entre las bandas de 2,4 y 5 GHz:

  2.4 GHz 5 GHz
Margen alta baja
Ancho de banda / Velocidad baja alta
Atenuación al atravesar muros baja alta
Compatibilidad de dispositivos alta baja

Una visión rápida de los canales WiFi en tu área

En cuanto empezamos a trabajar, la función analizador de espectros nos proporcionará una buena visión general de la situación del WiFi en el área que estamos explorando. También nos permitirá identificar nuestros Puntos de Acceso, ya que la intensidad de la señal crecerá según nos acerquemos a ellos. Por descontado, siempre que conozcamos ese dato, también podemos identificarlos por nombre (SSID o Service Set IDentifier).

Canales WiFi en el área
Canales WiFi en el área.

En este punto podemos extraer varias conclusiones de la imagen anterior. Varios Puntos de Acceso pueden estar operando en canales adyacentes o incluso utilizar el mismo canal. En ambos casos existirán entre ellos interferencias cruzadas pero los esquemas de modulación y los protocolos utilizados en WiFi permiten que la comunicación tenga lugar  en estas condiciones. De todas maneras, la calidad de la comunicación se verá deteriorada a medida que varios Puntos de Acceso usen el mismo canal o se superpongan con los limítrofes o si tienen una carga de trabajo alta.

Como la banda ISM es gratuita solo puedes controlar lo que hacen tus Puntos de Acceso, y por tanto instalar y configurar tus sistemas Wifi termina siendo un equilibrio entre hacer las cosas bien en tu beneficio y comprender tu entorno.

Potencia de señal y SNR. Distancia límite.

Para poder hacer uso de un Punto de Acceso, los dispositivos WiFi necesitan recibir suficiente potencia desde el mismo. De la misma forma, el Punto de Acceso también debe ser capaz de recibir las señales de los dispositivos WiFi que intentan establecer comunicación con él. Es una comunicación bidireccional. Tomaremos a modo de referencia la señal del Punto de Acceso asumiendo que si funciona en un sentido también lo hará en el otro. Si puedo recibir la señal desde el Punto de Acceso, el Punto de Acceso podrá recibir la señal desde cualquier dispositivo en mi ubicación. Así que lo primero que hay que observar es la potencia de la señal. Esto se lleva a cabo usando las lecturas de RSSI (Received Signal Strength Indication).

Ya que pueden haber múltiples fuentes de ruido e interferencia, la potencia de la señal por si sola no es suficiente para determinar la cobertura del Punto de Acceso o también llamada distancia límite. Especialmente si tu sistema opera en áreas densamente pobladas, te arriesgas a que el ruido y la interferencia limiten la calidad de tu comunicación mucho antes que lo haga la potencia de la señal. El SNR (Signal to Noise Ratio) mide la diferencia entre potencia de señal y ruido y por tanto es un buen indicador de la calidad de la señal.

El SNR tiene un impacto directo en la tasa de datos de la comunicación WiFi. A mayor SNR, mayores son las tasas de datos posibles. Por tanto es recomendable estudiar el SNR para tu inspección de la distancia límite. De todas formas no hay una regla universal. Recuerda que nuestros Puntos de Acceso están compartiendo ancho de banda con otros que no podemos controlar y que no todos los dispositivos WiFi presentan la misma sensibilidad, pero como regla general un SNR en el margen de 25 a 30 es el objetivo para lograr una buena cobertura del Punto de Acceso.

El RSSI y el SNR se muestran en la esquina superior derecha de la pantalla del analizador de espectros del RANGERNeo.

Medidas en interiores. A 1 metro, 10 metros y 14 metros del router WiFi.
Medidas en interiores. A 1 metro, 10 metros y 14 metros del router WiFi.

Interferencia autoinducida: Canales WiFi no superpuestos

En un mundo ideal, donde nada más haga uso de nuestro ancho de banda, tendría mucho sentido evitar crear nuestra propia interferencia. Esto es fácil que suceda si operamos más de un Punto de Acceso y no organizamos adecuadamente los canales que utilizan.

Muchos routers WiFi vienen configurados de fábrica para seleccionar el canal automáticamente. En este modo, el Punto de Acceso elegirá un canal según los algoritmos internos de su software. Esta no es siempre una buena elección. Seleccionar el canal de forma manual te permitirá saber dónde está ubicado ahora mismo tu Punto de Acceso, y quedará ahí por siempre.

Existe un número limitado de canales no superpuestos que puedes elegir según la configuración de tu ancho de banda. Ten en cuenta que un Punto de Acceso típico de 20 MHz ocupará cuatro canales. La siguiente tabla describe el escenario:

Canales WiFi no superpuestos
Canales WiFi de 2,4 GHz no superpuestos. Fuente: WikiMedia Commons.

La primera opción describe la situación que creemos es la más probable: Los canales 1, 6 y 11 (el 14 no se utiliza en la Unión Europea) no están superponiéndose. Por ejemplo vamos a decir que usamos dos routers WiFi. En ese caso, podríamos seleccionar los pares de canales 1-6, 1-11 o 6-11.

Estudiando tu entorno WiFi

Pero no estamos nosotros solos y vamos a encontrar numerosos dispositivos WiFi y no-Wifi utilizando la misma banda de frecuencia (comenzando por los Puntos de Acceso del vecindario). Será muy interesante explorar la banda para identificar qué canales soportan en primer lugar un bajo número de Puntos de Acceso y en segundo lugar menos tráfico. Dos cosas distintas: El número de estaciones que usan un canal y el volumen o tráfico que manejan.

El número de Puntos de Acceso que están operando en un canal se puede leer directamente del N.AP en pantalla. Naturalmente, cuanto más bajo sea este número mejor.

Hay cuatro Puntos de Acceso utilizando el canal 4
Hay cuatro Puntos de Acceso utilizando el canal 4.

Te puedes encontrar con la situación donde un canal se utilice tan solo por uno o dos Puntos de Acceso, pero que manejen tanto tráfico que hagan el canal prácticamente inviable de utilizar. A mayor nivel de actividad de un Punto de Acceso, mayor ocupación del canal.

Esto puede interpretarse de las lecturas MaxPower y AvPower (Potencia Máxima y Potencia Promedio). Pero en este caso el gráfico de “temperatura” del analizador de espectros del RANGERNeo resulta sumamente práctico porque a mayor brillo del gráfico mayores son los niveles de uso del canal, por lo tanto puedes ver la misma información de un vistazo.

Un Punto de Acceso proporcionando un vídeo de YouTube a tres dispositivos móviles
Un Punto de Acceso proporcionando un vídeo de YouTube a tres dispositivos móviles.

Estudiando tu entorno no-WiFi

Cualquier equipo que utilice la banda ISM puede crear interferencia, elevar los niveles de ruido de fondo reduciendo el SNR y causando un impacto en el funcionamiento de tus Puntos de Acceso. Periféricos Bluetooth, teléfonos inalámbricos o incluso monitores de bebés y hornos microondas operan en el mismo margen de frecuencias. Las imágenes inferiores exponen dos ejemplos de esa clase de interferencias.

Una vez más, la función analizador de espectros resulta vital para detectar, identificar e intentar mitigar esas fuentes de interferencia.

Interferencia causada por un horno microondas visible justo sobre el canal 14, pero que probablemente eleve los niveles de ruido en toda la banda
Interferencia causada por un horno microondas visible justo sobre el canal 14, pero que probablemente eleve los niveles de ruido en toda la banda.
Interferencia Bluetooth en los canales 1, 2, 3, 8, 9 ,10
Interferencia Bluetooth en los canales 1, 2, 3, 8, 9 ,10.

Los dispositivos Bluetooth utilizan modulaciones de banda estrecha que saltan de una frecuencia a otra, así que tienden a crear interferencia en toda la banda. Aunque Bluetooth utiliza poca potencia y tiene un margen bajo, muchos dispositivos que funcionen a la vez en la misma área pueden tener un impacto sobre tu recepción de WiFi.

PROMAX es un fabricante líder en sistemas de test y medida y en equipos para emisión y distribución de señales de televisión. Nuestras líneas de producto incluyen instrumentos de medida para TV por cable, TV vía satélite, radiodifusión, redes de fibra óptica e inalámbricas y analizadores para FTTH y GPON. Entre los últimos desarrollos de la compañía se encuentran moduladores DVB-T, streamers IP o convertidores IP (ASI, DVB-T).
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