ทฤษฎีเครือข่ายไร้สายเบื้องต้น (WLAN101 Solution)

  • เข้าใจเรื่องทฤษฎีของเครือข่ายไร้สายเบื้องต้น

การส่งสัญญาณทางไฟฟ้า ผ่านทางไร้สาย จะแตกต่างจากทางส่งสัญญาณแบบสาย คือไม่มีสื่อใด ๆ ในการนำส่งสัญญาณจากต้นทางไปสู่ปลายทาง  แต่อย่างไรก็ตามสัญญาณทางไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านทางอากาศได้

สังเกตจากภาพที่ผู้รับ พร้อมในการรับข้อมูลจากทางผู้ส่ง (ให้เชือกเป็นเหมือนสื่ออากาศ)

การส่งสัญญาณให้กับผู้รับ ทางผู้ส่งต้นทางต้องทำการ นำเชือกขึ้นลง เพื่อให้เกิดแรงคลื่นไปถึงผู้รับได้ ผู้ส่งที่ได้นำเชือกขึ้นลงก็เปรียบเสมือน Antenna ที่ทำหน้าที่ส่งสัญญาณออกไปสู่ภายนอก

ในโลกแห่งความเป็นจริงแล้วนั้น จะไม่เหมือนกับการส่งสัญญาณตามรูปด้านบนเสมอไป ซึ่ง Antenna จะทำการส่งสัญญาณไปรอบทิศทางได้เช่นเดียวกัน

  • ความเข้าใจเกี่ยวกับเรื่องของความถี่

ความถี่ที่ถูกส่งออกไปจะอยู่ในรูปแบบของรูปคลื่น โดยที่ 1 Cycle ลูกคลื่น จะมีค่ากับ คลื่นกำลังขึ้นจากเส้นศูนย์ ไปจนถึง คลื่นกำลังขึ้นลูกใหม่อีกลูกหนึ่งตามรูป และภายใน 1 วินาที ได้ลูกคลื่นจำนวนทั้งหมดกี่ลูกคลื่น นั่นคือความถี่ที่ได้มีหน่วยเป็น Hz (เฮิร์ตซ์)

เราจะเจอหน่วยต่าง ๆ ตามด้านล่าง ยิ่งความถี่เยอะขึ้นแสดงว่าใน 1 วินาที Antenna มีกำลังในการส่งที่ดีขึ้นนั่นเอง

อย่างไรก็ตามความถี่ก็จะแปลผันกลับกันกับความยาวคลื่น หากความถี่สูงก็จะมีความยาวที่สั้นกว่า แต่หากความถี่ต่ำก็จะมีความยาวคลื่นที่สูงกว่าเช่นเดียวกัน

ตามด้านล่างนี้จะเป็น ช่วงความถี่ในย่าน 2.4 GHz ที่ใช้งานทั่วไปของ Wireless ตามมาตรฐาน 802.11b/g/n ซึ่งในแต่ละ Channel จะมีความห่างของความถี่ที่ 5 MHz (0.005 GHz) ยกเว้น Channel ที่ 14 ช่องว่างระหว่าง Channel นี่เองเราจะเรียกว่า Channel Width ซึ่งจะสามารถนำมารวมกันเพื่อสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการส่งข้อมูลเพื่อให้ได้ความเร็วที่มากขึ้นได้

  • ความเข้าใจเกี่ยวกับ RF Power และ dB

RF Signal จะถูกส่งออกไปด้วยกำลัง เสมือนกับแรงของมือที่ตวัดเชือกขึ้นและลง หากให้กำลังมากขึ้นก็จะได้ลูกคลื่นที่มีขนาดใหญ่ขึ้นด้วย เราจะเรียกค่าในส่วนนี้ว่า Amplitude เป็นหน่วยที่ให้เรารู้ระยะใกล้ไกลของอุปกรณ์

โดยที่หน่วยของ Amplitude นี้เราจะใช้หน่วยเป็น Watts (วัตต์) ยกตัวอย่างเช่น สถานีวิทยุ FM ทำการส่งสัญญาณวิทยุแบบบรอดคาสท์ที่กำลัง 16,000 วัตต์ ในทางเดียวกัน Wireless LAN จะส่งสัญญาณกำลังที่ 0.1 W (100 mW) และ 0.001 W (1 mW)

ในการคำนวณค่าของ dB จะใช้สูตรตามด้านล่างนี้ โดยที่ P1 เป็นกำลังในการรับส่งข้อมูลต้นทาง ส่วน P2 เป็นกำลังในการรับส่งข้อมูลปลายทาง

กฎของ RF และ dB นั้นโดยปกติพื้นฐานแล้ว dB จะมีการเปลี่ยนแปลงค่าที่ 0, 3, 10

  • Law of Zero – เมื่อตั้ง 2 ด้านมีกำลังเท่ากันจะให้ค่า dB เป็น 0 dB = 10 log (x/x) = 10 log (1) = 0
  • Law of 3s – เมื่อค่าของกำลังมีความต่างเป็นจำนวนเท่าตัวแบบ x2 หรือดับเบิ้ล (Double) ค่าของ dB จะมีการเปลี่ยนแปลงที่ 3 dB ไม่ว่าจะเป็น -/+ ก็ตาม ยกตัวอย่างเช่น P2 = 2, P1 = 1 ดังนั้นแล้วจะได้ค่าเป็น 10log(2/1) = 10log(2) = 3 , ในทางกลับกันหาก P2 = 1, P1 = 2 จะได้ค่าเป็น 10log(1/2) = -3 dB
  • Law of 10s เมื่อค่าของกำลังมีความต่างเป็นจำนวน 10 Watts ค่าของ dB ก็จะมีการเปลี่ยนแปลงที่ 10 dB จะได้ค่าเป็น 10 ทั้งด้านบวกและลบ

ด้านล่างเป็นตารางสำเร็จรูป แสดงถึงค่าที่ถูกคำนวณมาเรียบร้อยแล้ว

ยกตัวอย่างเช่นตามรูปด้านล่าง D และ E มีค่ากำลังอยู่ที่ 5 mW และ 200 mW

จากรูปด้านล่างนี้เราสามารถนำมาเข้าสูตรได้เป็น dB = 10 log (0.00031623 mW/100mW) = -65 dB เพราะฉะนั้น Net Loss ในอากาศ จะอยู่ที่ 65 dB หากเราต้องการที่จะให้ dB มีค่ามากขึ้น เพื่อลดอัตราความเสี่ยงในการเกิด Loss ขึ้นในอากาศ เราต้องทำการเปลี่ยนกำลังส่งให้เพิ่มขึ้น ซึ่งอาจจะเพิ่มกำลังส่งเป็น 1000 mW (1 Watts) ก็ได้

สูตรของ Wireless Network นั้น เรามักจะเพิ่ม Watt เข้าไปใน dB ทำให้หน่วยกลายเป็น dBm (decibel Milliwatts) เราสามารถคำนวณหาค่า dBm ของ กำลังที่อยู่ปลายทางได้

  • EIRP ย่อมาจาก Effective Isotropic Radiated Power คือ กำลังในการส่งสัญญาณที่มีการรวม dB ของ Power Level ต่าง ๆ และค่าของความยาว Cable และ Antenna Gain ค่าของ EIRP เป็น Parameter ที่สำคัญมาก เพราะว่าในแต่ละประเทศจะถูกกำหนดอนุญาตให้ใช้งานได้ที่แตกต่างกัน ซึ่งจะมีหน่วยวัดเป็น dBm

ตามด้านล่างจะได้สูตรในการคำนวณทั้งหมดของ Rx Signal

ตัวอย่างวิธีคำนวณค่าต่าง ๆ ตลอดการรับส่งระหว่างอุปกรณ์

ฉบับนี้เราสามารถเข้าใจถึงการทำงานของอุปกรณ์ไร้สาย ตลอดจนค่ารับส่งต่าง ๆ ของอุปกรณ์นะครับ ไว้ฉบับหน้าจะมาอธิบายเรื่องการใช้งาน รวมถึงการ Configuration อุปกรณ์เครือข่ายไร้สายกันต่อนะครับ หากมีข้อเสนอแนะ หรือข้อสงสัยก็สามารถอีเมล์มาที่ info@ablenet.co.th หรือติดต่อผ่านทาง Hotline มาได้เลยครับ

ขอขอบคุณเอกสารอ้างอิงจากหนังสือ CCNA Wireless 200-355 Official Cert Guide

ขอบคุณทุกท่านที่ติดตามบทความจากทาง AbleNet มาตลอดด้วยนะครับ