大户型 wifi 组网方式对比+一个案例


本文分析对比几种适合 wifi 组网方式,并找出适合大户型的组网方式。文末介绍一个组网案例。

目录

大户型里 wifi 组网遇到的困难

这里粗略的把100平以下的划分为小户型,比如最常见的89方户型。在小户型里,wifi 的覆盖有两个优势:

  • 面积小,wifi 信号传播路径短,
  • 高层楼房的墙体使用轻质隔板,wifi 信号衰减小。

因为高层建筑的墙体不承重,所以为了成本考虑,一般使用石膏板(类似下图)或者空心粉末砖做隔墙,所以比水泥的楼板衰减小很多,可以认为是对 wifi 透明。


(图片来自网络)

所以大多数情况下,小户型的 wifi 覆盖不是问题,一台50块钱的无线路由器解决。

但是当户型面积增大后,wifi 覆盖遇到的问题有:

  • 面积大造成wifi 信号传播路径增加
  • 大平层的楼上楼下的 wifi 信号容易产生干扰

图中的三个楼层为了能让信号覆盖到全屋,选择了大功率的“穿墙”无线路由器,但是3米不到的层高相对于整个房屋的尺寸来说只是薄薄的一层。所以在二楼的房间里,一楼和三楼(甚至四楼、五楼)的 wifi 信号很容易穿透进来,成为干扰。

严格说来,无线路由的 天线方向图 并不是像图中的各向同性,但是也能定性的看出楼层之间相互干扰的来源。

  • 多楼层的别墅、排屋的楼板对 wifi 信号的衰减比轻质墙体大的多。

由于以上的原因,在大户型(无论是大平层还是多层的独栋)里,常见的无线路由器一定会遇到 wifi 覆盖和干扰问题。

无线信号的背景知识

关于无线信号的传播,有一些必要的简单知识:

衰减

频率越低的信号,越不容易衰减;频率越高的信号,越容易衰减。

比如,电波手表的基地台,全世界才有6个,使用大约 70kHz 频率的电波,覆盖范围几千公里。而你的 wifi 信号使用2.4GHz 的电波(频率是前者的3万多倍),覆盖范围出不了你的小区。

容量

空口的无线信号资源是所有人共享的,所以容量是有限的,除你之外其余的信号对你来说都是干扰。

空口的信道就像高架路,路窄,车多。像下面的图:


(图片来自网络)

电缆中的信道是独占的,就像平地,道路几乎无限宽,车再多也不嫌多。像下面的图:


(图片来自网络)

传播

无线信号的传播类似光线,有阴影的效果

虽然 wifi 信号能穿透墙体,但是主要是像光线一样的直线传播和反射。想象一下,家里只留门口的一盏灯开着,其他灯全部关上。这时候你在黑暗房间里看到的光亮程度就类似于一台集中式无线路由器的效果。

下图模拟了房间中心一个发射源的效果。可以看到墙体后方有明显的阴影效应。


(图片来自网络)

组网原则

基于上面的背景知识,我们在选择 wifi 组网方案时,推荐一个原则:

在链路中尽量多的使用线缆、尽量少的占用空口

无线路由器

无线路由器是是“二合一”发明法的代表作,将普通路由器和无线射频单元用“胶水”粘接起来。从里面的软件配置到外观的硬件组合,都形成一个整体。无线路由器俨然已经成为家庭宽带接入的必需品,在大众心目中 wifi 方案的不二之选。

这种大众心目中的形象来带的代价就是,当大户型里的无线路由器遇到 覆盖困难 时,仍然囿于无线路由器,只有选择更高功率的“穿墙王”,结果就是引入更多的干扰。钱花了,但是效果没有提升。


(图片来自华硕路由器的配置界面)

另外,路由器多个 LAN 口的速率不如专门的千兆交换机有保障,即使他标称的千兆 LAN 口。让路由器同时干交换机的事情,有些强人所难。

优点:

方便配置、方便携带

缺点:

传输性能受 CPU 限制
无线性能受集中式天线的限制

一个类比

面对无线路由器集中式天线的困难,我们先看看在更大的尺度下,类似的问题是怎么解决的。因为工程化的方案都是踩过 N 多坑之后才选择的最优解。

广播电视

广播电视使用的信号频率低、衰减小,在一个城市的范围内,只用一根天线就够了,比如东方明珠、埃菲尔铁塔等,都是广播用的天线塔,覆盖了整个城市。


(图片来自网络)

移动通信

移动通信使用的信号频率高、衰减大,所以人们发明了蜂窝形状的移动通信网络,将小尺寸的天线分布在多个相互交错的区域内。以对抗高频无线信号快速衰减的弊病。

Wifi 的频段和移动通信使用了相近的频段,所以应该采用类似的思路,也就是分布式天线。而信号如何传递到远端的天线则有不同的方法,例如馈线、电力线、空口、网线等。

下面列举一些扩展信号的方法。

馈线分布系统

大楼、地下车库的移动通信覆盖采用了馈线分布系统,将射频信号通过馈线送到无源天线处。理论上 Wifi 也可以用这种方法,将无线路由器的射频天线拆卸掉,接上 SMA 馈线连接到个房间的吸顶天线。

SMA 接头

无线路由器一般用 SMA 接头, SMA 全称是 SubMiniature version A,SubMiniature 意思是比“迷你型”还小。最基本的公头类型是外面一圈是内丝螺母作为固定,中心是针形接头。叫做 SMA 公头(Male SMA):

有时为了方便称呼,SMA 公头也叫做“内丝内针”

如果公头的内针改为向内的,叫做反转极性SMA公头(Male Reverse-Polarity SMA ,Male RP-SMA ):

类似的,反转极性 SMA 公头也叫做“内丝内孔”

SMA 公头、反转极性SMA公头分别匹配的母头,就叫 Female SMA 和 Female RP-SMA

图片来源

为路由器选择馈线

路由器本体一般采用 Female RP-SMA 接头,

图片来源

对应天线使用 Male RP-SMA 接头,所以我们选用的延伸馈线也应该使用 Female RP-SMA 接头 和 Male RP-SMA 接头,如下图:

这种作法简单粗暴,但是缺点也是致命的。

优点:

空口资源占用少
无需切换 SSID
无需软件配置
网络设备少

缺点:

在装修时就要布好馈线
可能需要一些功分器等无源射频器件

电力猫

电力猫可以算是“理想丰满,现实骨感”的代表作,理论上墙里的电力线缆里只有 50Hz 的低频交流信号,在 频谱 的其他频带上一马平川,不用简直浪费。但是家用电器并不只是电阻丝,还有很多的感性负载,比如电吹风、油烟机、吸尘器、节能灯等等,能反过来向电网中源源不断的输送高频杂波,这些无功功率越大,电力线中的杂波也越大。

电力猫是没有铺好网线的“后悔药”,但是无奈自身效果不够好。

优点:

无需后期布线

缺点:

电力线中的干扰比想象中大的多,造成传输性能不足

AC+AP 组合

最接近 移动通信 的组网方式,尤其是配合了 802.11v 协议后,更是实现了 移动通信 中的 移动台监测、同 SSID 的 AP 间切换、无缝漫游等高级功能。同时缺点也是显而易见的。

优点:

共享 SSID ,理论上切换 AP时 无感知

缺点:

需要提前布好网线,一般 AP 只有吸顶和面板两种,只适合装修时设计安装。
价格昂贵
配置较复杂

无线扩展器

一些无线路由器能实现无线扩展器的功能,又叫无线桥接、中继器。有点类似手机的“个人热点”功能。


(图片来自华硕路由器的配置界面)

根据 上面总结出的原则 ,这种方法的缺点是显而易见的:和源信号同时处在一个区域内,放大了信号的同时,自身也成为了干扰。

优点:

无需布线

缺点:

引入干扰

无线 Mesh 网络

无线 Mesh 网络继承了上面二者( 无线扩展器AC+AP 组合 )的缺点:

优点:

无需布线

缺点:

引入干扰
价格昂贵
配置较复杂

有线路由器+AP(推荐)

这种模式是我个人比较倾向的方案,使用普通的有线路由器做网段控制(现在有些运营商提供的光猫就直接带了 DHCP 和路由功能,那么这个路由器就免了)。这个路由器的位置没有要求,可以放在弱电箱中,或者其他方便的地方。比起无线路由的位置舒服多了。

接着下游配一个交换机,扩展出所有的网络设备(包括所有的 AP)。

AP 可以用无线路由器实现,现在的无线路由器都有 AP 模式,由于 无线路由器 已经泛滥,所以这种 AP 比 AC+AP 组合 中提到的 面板时 AP 便宜很多。家里废弃的无线路由,或者到二手平台上淘来的,都能胜任。

优点:

需要提前布线
占用空口较少
成本较低
配置较简单

缺点:

需要提前布好网线
多个 SSID,需要手动切换

这个方案其实是把 无线路由器 的“粘在一起” 的两个功能重新拆开了。

组网案例

这里按照 有线路由器+AP 的方案提供一些选型推荐。

设备选型
  • 路由器

选择最普通的即可(类似下图),二手的千兆在 200RMB 以内,百兆在 50RMB 以内

如果已有淘汰的 无线路由器 ,也完全可以代替,关闭无线功能即可,这是最划算的方式。

  • 交换机

根据自己家里的设备数量确定端口个数,二手的16口千兆在 100RMB 左右,塑料外壳和铁皮外壳对于家用来说没有区别。

  • 无线 AP

无线路由器 都有无线 AP 模式,找一些淘汰下来的 无线路由器 做 无线 AP 是最划算的方式。也有其他专用的无线 AP 比如下图:

网络结构

如果入户光猫不带 DHCP 和路由功能,那么需要自备一个路由器,如下图:

如果入户光猫带 DHCP 和路由功能,那么直接用交换机相连即可,如下图:


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