Le Wi-Fi

New York 1960

Tout de bleu, de rouge enlycré, vous êtes au sommet du gratte-ciel, les orteils dépassant du parapet.

À vos poignets, deux appareils cracheurs de fil d’araignée, d’une portée de 50 à 100 mètres. Autour de vous, une skyline de barres d'immeubles de toutes les hauteurs et largeurs, en verre, en béton, rugueux et lisses.

De la main droite, vous visez un bâtiment suffisamment proche. D’une pression des doigts dans votre paume, vous projetez un fil, qui s’arrime. La tension se fait dans le fil, vous pouvez vous lancer.

Vous sautez, vous tombez, vous prenez de la vitesse, le vent siffle dans vos oreilles. Vous êtes au maximum de la vitesse, tout au bas de la courbe, et puis vous commencez à remonter, la vitesse diminue. Passé un certain seuil, vous cherchez le prochain point d’accroche, vous ne voudriez pas revenir en arrière!

Vous scannez les environs, visez le meilleur building, pas trop lointain, de votre main gauche, et appuyez au cœur de la paume. C’est arrimé, vous pouvez lâcher le fil de votre main droite, et vous continuez votre périple aérien.

Vous vous réveillez en sursaut: non, vous n'êtes pas Spider-Man… vous êtes un ingénieur WiFi en train de rêver de roaming.

Car tel est le skyline qui peuple les rêves des ingénieurs WiFi:

Spectre radio affiché par inSSIDer 1.3

Ne se croirait-on pas à New York? Cela ne vous donne-t-il pas envie de roamer fougueusement?

Mais n'allons pas trop vite en besogne, et profitons un peu de cette dernière occasion de publier sur le site le plus éclectechnique de la blogofrancosphère.

Depuis quelques années, je travaille dans le WiFi, et aujourd'hui je vais essayer de vous apporter quelques clés de compréhension. Peut-être vous permettront-elles d’améliorer le WiFi chez vous, de savoir quoi faire quand la connection sans-fil de votre appareil devient capricieuse. Mais aussi de comprendre comment laptop, tablette, smartphone s’y prennent pour rester en ligne, et pour, tels d'agiles Spider-Man passant de gratte-ciel en gratte-ciel, ne jamais s’écraser au sol mais gracieusement “roamer” d’une borne à l’autre.

 

New York, juillet 1999

Souvenez-vous du bon temps où, pour se connecter à un réseau, il fallait un fil. La question ne se posait même pas. Les puristes diront que l'iMac avait un port infrarouge dès 1998, mais bon, ça n'était pas pour accéder au réseau proprement dit (seulement point à point), c'était aussi pratique que d'aligner deux HP48 face à face et les faire communiquer à 9600 Baud.

Donc passons, il fallait un câble.

Or le 21 juillet 1999, à la MacWorld de New York, tout changea.

À la fin de la keynote donnée par un Steve barbu et goguenard, l’assistance médusée voyait l’introduction de l’iBook orange (et bleu), mais surtout, One More Thing magistral… de l’AirPort. Une surprise totale: le standard 802.11 avait été défini en 1997, mais personne n’en avait parlé, rien n’existait sur le marché, et Apple, avec l’aide de Lucent, fut la première à adopter la révision 802.11b de la norme en 1999, dans la bande 2.4GHz, avec des débits de 11Mbps.

La révision 802.11a, antérieure mais plus rapide (54Mbps car exploitant le 5GHz), n’eut pas le succès espéré, étant basée sur des puces plus chères. Le 5GHz, avec la performance accrue permise par cette bande de fréquence 6 fois plus large, ne se démocratisera finalement qu’avec la norme 802.11n près de 10 ans plus tard, et c'est aujourd'hui la bande préférée de la plupart des appareils mobiles modernes.

13:30 pour l’iBook à travers le hula-hoop et la réaction du public, 17:10 pour l’AirPort Base Station.

Ce jour-là, j’étais dans la salle, nous étions plusieurs de Pomme A. Et disséminés dans le public, incognito, se tenaient une vingtaine d’employés d’Apple, des iBooks sur les genoux cachés sous un drap noir. Tout le public put essayer cette fonction dès la fin de la keynote.

Un moment de stupeur technologique totale.

<nostalgie>Sur la seconde image, Steve Jobs, Tim Cook et Avie Tevanian. Sur la dernière, votre serviteur, l'iBook premier client wireless de notre site PommeA.com. Et on peut distinguer la page de Tests que François Cuneo remplissait déjà de son enthousiasme légendaire. La passion du Cuk ne date pas de Cuk.ch, elle remonte à bien avant, longtemps même avant l'invention d'internet!</nostalgie>

Le WiFi a gardé ce quelque chose d'un peu magique et mystérieux: ça marche on ne sait pas trop comment, et quand ça plante, on ne sait jamais exactement pourquoi non plus.

Parfois c’est de votre côté (le client) qu’il faut chercher l’erreur, mais le souvent c’est la faute à celui qui a installé l’infrastructure sans être bien formé, sans réglages fins.

 

San Francisco, juin 2010

Parfois enfin, c’est le contexte radio du moment qui est en cause, à un moment donné. Qui a vécu par le colt périra par le colt (Lucky Luke): Steve Jobs sera, en 2010, victime des… 570 partages de connexion en 2.4GHz dans la salle, qui ont fusillé sa démonstration d’iPhone 4 et sa… maigrelette radio mono-bande)

Peut-être est-ce un élément qui a fait que l’iPhone 5, deux ans plus tard, fut doté d’une puce radio dual-band?

 

Voyage au cœur du WiFi

Le WiFi c’est pas compliqué… ou bien? D'ailleurs le métier d'enseignant, je vois très bien en quoi ça consiste, puisque j'ai été à l'école.

- Bonne nouvelle! nous avons remporté l'offre pour construire un réseau sans-fil couvrant tout le pays.
- Mauvaise nouvelle! nous ne savons pas comment construire un réseau sans-fil couvrant tout le pays.
- C'est sans-fil. En quoi cela peut-il être compliqué de ne pas installer de fils?

Ce strip de Dilbert le montre bien: dans l'esprit de beaucoup de gens, le WiFi ça marche, tout le monde peut le faire.

Quoique...

Le WiFi ne vient pas du laptop, de même que le courant ne vient pas de la prise, ni l'eau du robinet. Il y a des réseaux derrière ces services, et des professionnels qui les conçoivent, les installent et les mettent en service (traduction libre de Steven Heinsius, Cisco, 7 Ways to Fail as a Wireless Expert à 7:00).

"WiFi is now our primary access method into a network.
And we all expect that it just works.
We think it's like electricity that comes from the wall
You plug into a wall, and there is electricity.
You open a tap, you have water.
You open your device, there's WiFi.
Yes, but… electricity is installed by a professional.
See?"

 

Accrochez votre ceinture, suivez-nous dans ce petit voyage dans les arcanes du WiFi.

Sommaire:

Indicateurs côté client
1 – Barres
2 – SSIDs
3 – RSSI, la puissance du signal
4 – Outils intégrés d’Apple
5 – Visualisation des Canaux (Hz) et des RSSI (dBm)

L'infrastructure
6 – PowerLine, data sur courant fort
7 – Mesh, data via radio
8 – Power-over-Ethernet (PoE), data+power via courant faible

Outils professionnels
9 – Stumbling, WiFi scanners
10 – Troubleshooting
11 – Survey, Heatmaps
12 – NetSpot
13 – Hardware dédié

Ciao, mon Cuk!
Signing off!

Notions théoriques
Théorie 1 – La norme WiFi – paramètres électromagnétiques
Théorie 2 – Le contexte – les lois de la physique
Théorie 3 – Bonnes et mauvaises pratiques

Bonnes sources

Mauvaises sources

 

 

1 – Barres

Pour les gens normaux, c’est pas sorcier, le WiFi c'est des barres. Il suffit donc de regarder le menu WiFi pour savoir "combien de WiFi on a" (4 sur macOS, 3 sur iOS). Ben tiens.

Mais c’est trompeur, car le “nombre de barres” n’est absolument pas synonyme de performance. Le nombre de barres varie en fonction du RSSI, pour Received Signal Strength Indication — le seul terme dont il faudrait vous souvenir après la lecture de cet article.

Varie, mais selon quelles valeurs? Hahhaaaa! Ça, aucun fabricant ne le dit explicitement! Les barres de Samsung n'ont pas nécessairement les mêmes valeurs que les barres d'Apple, et les barres d'iPad ne sont pas forcément les mêmes que les barres de MacBook.

 

2 – SSIDs

Cliquez sur l’icône WiFi: s’affiche la liste des SSID perçus par la carte radio de l’appareil à ce moment-là (en somme, une vue en liste des buildings de New York que Spiderman voit en relief), sans aucune indication explicite de vitesse ou de performance (à part une nouvelle icône en 4 barres…), seulement les noms, et le réseau est en clair ou exige un mot de passe.

On est parfois pris d'un vertige à voir la liste des WiFi disponibles dépasser la longueur de l'écran... On se doute que ça doit être un peu la foire d'empoigne.

Vous ne croyez pas si bien dire!

 

3 – RSSI, la puissance du signal

Exercice psycho-moteur, sortez votre autre main de sa poche. Alt-Cliquez ce même menu WiFi.

Menu WiFi cliqué en appuyant sur la touche alt: informations essentielles !

Hohooo! Là ça commence à devenir croustillant, on voit des indications plus techniques, et en particulier le fameux RSSI.

Bonus caché: lorsque vous êtes dans ce menu alt-cliqué, lorsque vous laissez traîner la souris une seconde sur un autre SSID que celui sur lequel vous êtes connecté, un pop-up menu surgit et vous donne des indications chiffrées de cet autre réseau WiFi, et notamment son RSSI. Cool, non?

Le RSSI, c'est la mesure objective de la puissance du signal reçu par votre appareil. L'unité du RSSI est en dBm, Déci Bel rapporté à 1 Milliwatt (0 dBm = 1mW).

Dans l'exemple ci-dessus, j'avais un signal de -66dBm, soit moins d'un nanowatt. Pour donner une idée, un nanowatt, c'est ce qu'émet la Galaxie d'Andromède sur un mètre carré de la Terre (donc c'est… pas beaucoup de radiation).

Sachez que les antennes WiFi sont très sensibles, capables de communiquer jusqu'à environ -80dBm, soit 10 pW (picowatt).

Au Chapitre 1, nous parlions du nombre de barres, 4 sur macOS. Or d’après nos mesures empiriques de RSSI, voici le lien que nous avons trouvé entre les barres et le RSSI, sur un appareil macOS:

• jusqu’à un RSSI de -78dBm: macOS affiche 4 barres
• de -79dBm à -85dBm: 3 barres
• de -86dBm à -92dBm: 2 barres
• dès -93dBm: 1 barre.

Nos mesures empiriques correspondant à l'affichage d'1-2-3-4 barres. Très trompeur!

Ces valeurs — étonnamment faibles — choisies par Apple pour son interface ont de quoi nous intriguer, car les professionnels du WiFi savent que les processus de roaming se déclenchent bien avant -78dBm: autour de -70dBm, et que la performance commence à chuter dès -67dBm (soit 25dB au-dessus du bruit, qui par convention est fixé autour de -92dBm, là où Apple n’affiche plus qu’une dernière petite barre).

Illustration:

Apple se veut rassurante avec les barres, mais vous donne de faux espoirs en réalité…

Cisco recommande un strict minimum de 25dB de signal pour les applications VoIP (donc des cellules se touchant à peu près à 67dBm), et Ruckus recommande également 25dB pour le 2.4GHz, voire 35dB pour une performance maximale — gigabit — en 5GHz.

Même Apple indique très clairement -70dBm comme “Roaming Trigger Threshold” dans l’article “About wireless roaming for enterprise” de la Knowledge Base — un must pour comprendre le fonctionnement des drivers WiFi des appareils iOS.

Le concepteur WiFi calcule le plus souvent des cellules se touchant à -67dBm, mais les barres d'Apple ne commencent à refléter une dégradation qu'à partir de -78dBm, soit un signal plus de 10 fois plus faible! Non mais au secours!

Donc si vous perdez une barre, en réalité vous n’avez déjà presque plus de connexion, ou plus de vitesse. Et inversement, quand vous avez quatre barres, vous n'avez pas la garantie d'avoir une connexion à haute vitesse.

En conclusion:

• Si vous n'avez que trois barres, alors c'est que votre signal est déjà passablement dégradé (voire carrément mauvais)
• ne faites jamais — jamais ! — confiance aux barres. De grâce!
• placez votre/vos antenne/s WiFi de manière à garantir un RSSI de -60 à -65dBm à vos appareils, si vous voulez du WiFi performant.
• le rapport signal/bruit doit être d'environ 25 à 35dB pour espérer atteindre les débits Gigabit promis par le 802.11ac.

 

4 –  Outils intégrés d’Apple

Si les barres n'indiquent finalement rien de fiable, alors comment doit-on faire pour mesurer la qualité d'un WiFi?

macOS – Wireless Diagnostics

Sur macOS, Apple propose Diagnostic sans fil (explications ici: https://support.apple.com/fr-ch/HT202663). On le trouve dans les Utilitaires, ou directement dans le menu WiFi alt-cliqué.

Le plus utile se trouve dans les quelques utilitaires dédiés, accessibles depuis le menu Fenêtres: en particulier Rechercher (Scan), Performances, et Gérer (Monitor). 

Rechercher (Scan)

 

Performances

 

Gérer (Monitor)

Ça reste assez basique, mais ça donne une indication déjà nettement meilleure que “quatre barres, mon bon Monsieur”.

iOS – AirPort Utility

Sur iOS, on a peu de moyens de mesurer précisément le RSSI, Apple ayant retiré de l’App Store dès mars 2010 tous les scanners WiFi, ou “WiFi Stumblers”, rudement pratiques, qui s’y trouvaient au début (notamment WiFiFoFum, WiFi-Where, yFy Network Finder).

Alors on peut être surpris de dénicher un tel outil… au sein même de l’App gratuite AirPort Utility, en v1.3.4 depuis... mi-septembre 2014 (téléchargez-la vite avant qu’Apple la retire, maintenant qu’ils semblent qu’ils arrêtent les bornes AirPort!)

C’est un peu caché: activez d'abord la Recherche Wi-Fi (Wi-Fi Scanner en anglais) dans les Réglages de l’appareil iOS, puis retournez dans l'App AirPort Utility. Là, miracle, un bouton “Recherche de WiFi” est apparu en haut à droite. Sélectionnez ensuite une durée courte (20 à 30 secondes mais surtout pas "Continue", qui fera chauffer rapidement votre appareil).

– 1 –	– 2 –	– 3 –	– 4 –
Activez la Recherche Wi-Fi (Wi-Fi Scanner en anglais) dans les Réglages de votre iPhone	Un bouton supplémentaire apparaît en haut à droite	Indiquez une durée de quelques dizaines de secondes au maximum, sinon votre batterie va se vider	Et voilà! Les RSSI de toutes les radios environnantes sont affichés, triés par puissance!

Le résultat figure sur la quatrième copie d’écran: votre appareil a scanné les radios environnantes, et vous les liste par RSSI décroissant (la  radio la plus puissante se trouve tout en haut). Dans notre cas de figure, les deux radios de la borne du bureau émettent à -51dBm en 2.4GHz et -65dBm en 5GHz.

De grâce, si vous avez un iPhone, ne regardez plus les barres WiFi qu'il affiche, mais faites l'effort de lancez AirPort Utility pendant quelques instants, pour mesurer les RSSI environnants.

Il existe, fort heureusement, des outils moins frustes et plus visuels.

 

5 – Visualisation des Canaux (Hz) et des RSSI (dBm)

La façon la plus intelligible de visualiser le WiFi est de reporter sur un graphe spectral...

• en abscisse les canaux hertziens (numérotés 1 à 11 dans la bande 2.4GHz, et 36 à 165 en 5GHz)
• en ordonnée, les dBm de RSSI (puissance du signal reçu).

Pourquoi? Parce que c'est ce que perçoit une puce radio avec ses 1, 2 ou 3 antennes, et que c'est sur les valeurs respectives de ces puissances que le driver prendra ses décisions, afin de négocier la meilleure vitesse de transmission avec l'antenne.

Voici typiquement le spectre radio 2.4GHz et 5GHz dans un bâtiment correctement couvert en WiFi:

Un WiFi correctement conçu et réglé, avec plusieurs radios bien réparties, dont certaines émettent au-delà de -70dBm.

C’est beau, vous ne trouvez pas? Si vous étiez un driver WiFi, tel Spider-Man, vous sauriez tout de suite à quel signal, quel building vous accrocher, n'est-ce pas?

Ah non? Vous ne sauriez pas? Alors voici quelques explications sur la manière dont un driver choisira la meilleure radio pour le SSID EDU-VD de l'illustration ci-dessus (je me réfère une fois encore à l'excellent article "About wireless roaming for enterprise" d'Apple):

1. Si j'ai du signal clair en 5GHz, je vais prendre le meilleur: ci-dessus, sur la moitié droite, deux bornes émettent fort et clair en 5GHz, signaux bleu et turquoise. Le meilleur est le turquoise. Conclusion: je dialogue en WiFi 5GHz sur le canal 60 +64 (40MHz de large).
2. Faute de signal 5GHz plus fort que -70dBm, alors si j'ai un signal 2.4GHz au-dessus de -70dBm, je vais prendre le meilleur: ci-dessus, sur la moitié gauche, les signaux rose et vert sont au-dessus de -70dBm. Conclusion: je dialogue en WiFi 2.4GHz sur le canal 6 (20MHz de large).
3. Tant que mon signal ne baisse pas en deçà de -70dBm, je reste là où je suis.

Et toutes les 100 millisecondes, ça recommence!

Autrement dit, dans notre exemple:

• un appareil dual-band typique (un iPhone 5, 6 ou 7, un iPad, une chaîne Sony CMT-SX7B, etc.) va se connecter sur le canal 60.
• un appareil 2.4GHz only (un iPhone 4, une Apple Watch, un lecteur de paiement mobile, un chaîne Denon CEOL N9) va se connecter sur le canal 6.

On voit qu'au même endroit, avec le même mot de passe de réseau, deux appareils différents ne vont pas nécessairement se connecter à la même radio. Quand bien même le réseau WiFi est parfaitement réglé!

On soulignera ici un point essentiel: en WiFi, c'est le client qui choisit son antenne préférée, et pas le contraire. Le client est roi!

Notez, ce n’est pas toujours Manhattan avec ses rues et ses avenues perpendiculaires, ses hauts buildings. Parfois c’est plutôt le Bronx:

Plein air, Exposition de Cossonay, plus de 20 Natels en partage de connexion, et les habitants du voisinage (on reconnaît UPC-Cablecom).

Ou alors carrément Gotham City:

Aéroport de Gatwick, bonne chance pour le "Free WiFi"!

Une dernière pour la route, lorsque vous êtes dans un wagon des CFF, et que tous vos voisins activent le partage de connexion, cela a pour effet que tous les smartphones deviennent des bornes mono-bande 2.4GHz (pour des questions de batterie).

Wagon des CFF, tout le monde émet sur les trois canaux 1-6-11, le spectre 5GHz reste totalement vide. Vous avez bien meilleur temps de raccorder votre iPhone à votre laptop via un câble Lightning, et prendre de la data wireless en 4G!

Ces spectres radio montrent le sacerdoce du concepteur... et du driver WiFi.

Après avoir analysé ce qui se passe du côté du client, regardons un peu ce qui est possible du côté de l'Access Point, la borne WiFi.

 

6 – PowerLine, data sur courant fort

Plusieurs fabricants se sont profilés dans ce marché, notamment Devolo, TP-Link, Fritz! ou Netgear, sur cette une idée simple d'amener du data en utilisant un câble 230V, présent dans toutes les pièces de chaque bâtiment.

J'ai toujours trouvé que c'était une fausse bonne idée

J'en ai utilisé plusieurs années dans un grand bâtiment, quand Ascom en fabriquait et que l'Ethernet était onéreux. C'était toujours un équipement difficile à faire bien fonctionner, parce que:

• le réseau 230V n'est pas au départ conçu pour transporter des données, surtout pas aux débits Fast Ethernet ou Gigabit.
• le courant fort est triphasé, et une phase n'irrigue pas toutes les pièces au sein d'un bâtiment (une paire de modems CPL doivent être sur la même phase pour bien communiquer).
• les modems doivent établir la communication avec leur collègue d'en face, et ce processus (un peu comme la négociation audible au début d'un fax) prend un certain temps pour être stabilisée. Les usagers n'interprètent pas toujours correctement la signification des diodes clignotantes sur un modem CPL, et s'impatientent.
• les perturbations sont difficile à isoler, à répéter, et à éviter. Il arrivait par exemple que le CPL marche, mais lorsqu'on connectait dans une prise de la même pièce une alimentation de MacBook (ce qui est tout de même relativement fréquent), le modem CPL perdait le signal, parce que l'alimentation "bourdonnait" sur la phase. Aussi lorsque les aspirateurs étaient branchés, ou parfois lorsqu'un frigo était ouvert...

Autrement dit, c'est ardu à régler, parce que les prises 230V sont faites pour être accessible à l'usager des locaux, et donc que la configuration change fréquemment, sans prévenir. Le câble 230V n'est pas réservé, dédié au réseau.

 

7 – Mesh, data via radio

"— Un répéteur, c'est super. — Comment? — Je dis, un répéteur, c'est super. — Ah, OK! — Quoi? — Je dis OK! — Ah!"

Petite pause récréative au milieu de cet article éreintant: quid des Répéteurs WiFi, Boosters ou Extenders? On rentre là dans le monde merveilleusement marketing du "Mesh Networking", le WiFi "maillé" où les bornes communiquent entre elles par une de leurs radios.

Tous ces fabricants ont compris deux choses:

• qu'il était vain de tenter de passer par un câble courant fort 230V (PowerLine)
• que le client ne consentira pas l'effort financier de faire tirer du câblage courant faible, Ethernet par un électricien, jusqu'aux emplacements déterminées par un spécialiste radio.

Eh bien, là aussi, fuyez ces solutions!

Un article approfondi de Ruckus en explique les raisons (bon, ils défendent leur bifteck, vous me direz), mais pour prendre une analogie, c'est comme tenter d'améliorer la portée d'un talkie-walkie en lui ajoutant... un second talkie-walkie derrière, en cascade: immédiatement, vous coupez votre performance en deux (parce que le talkie-walkie 1 doit se taire lorsque le talkie-walkie 2 émet). Et en pratique, toujours de beaucoup plus.

Cela n'empêche pas certains fabricants d'en faire leur fonds de commerce, notamment Ubiquiti avec son système AmpliFi. Déjà leur schéma de base est erroné (dessiné par le team marketing, manifestement), on ne placerait jamais les deux répéteurs à l'endroit qu'ils indiquent. Les répéteurs doivent se placer à mi-chemin des clients et de la borne de base:

À vous de voir, mais nous, on ne recommande pas ce genre de solutions, même pour le domicile. Et si tous vos voisins font pareil…

Ubiquiti n'est d'ailleurs pas seul sur le segment du WiFi en mesh:

Ubiquiti AmpliFi	Netgear Orbi	Linksys Velop
Env. CHF 400.–	Env. CHF 444.–	Env. CHF 489.–

On trouve aussi quelques nouveaux entrants et startups sur ce marché naissant.

Google Wi-Fi	Eero	Lumahome
Env. CHF 239.– pièce	Env. $ 500.00	Env. $ 400.00

Si chacun prend cette solution dans un locatif, il va falloir bientôt recouvrir les murs de peinture métallique pour s'isoler les uns des autres!

 

8 – Power-over-Ethernet (PoE), data+power via courant faible

La meilleure solution pour du WiFi robuste, c'est d'avoir un bon électricien, et de lui demander de câbler en Ethernet les locaux à couvrir, de manière à placer idéalement — en règle générale en hauteur — un nombre adéquat d'antennes PoE. Pas nécessairement le maximum d'antennes d'ailleurs: juste le bon nombre, bien orientées.

Notre conseil de base, c'est toujours de commencer par placer idéalement les antennes (comme votre architecte place ampoules, radiateurs et robinets lors de la phase CVSE - Chauffage, Ventilation, Sanitaire, Electricité) à la conception ou à la transformation d'un bâtiment.

J'ai au fil des ans eu le plaisir de collaborer avec d'excellents électriciens, dans toute la Suisse romande, si vous en cherchez un, je peux vous donner quelques adresses.

Certains ricaneront, nous répliquant "Ha! Belle solution, de tirer un câble Ethernet! Autrement dit, votre sans-fil a besoin de fils!". À quoi nous répondrions quelque chose comme "Et les répéteurs Mesh, ils n'ont pas besoin de fils de 230V, hm?". Ça nous rappelle le célèbre article "Logitech M700, la souris sans fil à deux fils" de François en 2002.

Eh oui, le WiFi a besoin de câblage... Mais le câblage Ethernet est autrement plus approprié que le 230V.

L'alternative est donc "Courant fort, 230V, ou radio, ou courant faible, 48V PoE via de l'Ethernet?".

Parce que le WiFi, ce sont des Watt (des nanowatt, OK, mais une certaine puissance malgré tout), et qu'il faut bien alimenter ces émetteurs, en leur acheminant un minimum de puissance. En Ethernet, le consortium IEEE a défini pour cela le 802.11af, PoE à 15W, et le 802.11at, PoE+ à 30W. C'était un peu l'Internet of Things avant la lettre, si vous voulez, pour alimenter des petits appareils dans un bâtiment, des antennes, des téléphones, des caméras, des lecteurs de badges.

Citons quelques-uns des acteurs historiques du WiFi d'entreprise, proposant des équipements fonctionnant en PoE:

Cisco/Meraki	HP/Aruba	Ruckus/Xclaim	Aerohive
Très beaux produits	Coûts récurrents faibles	Excellentes antennes	Aucun contrôleur, abordable

Avec contrôleur...

Il y a 10-15 ans, ces acteurs avaient obligatoirement besoin d'un appareil central de coordination et de gestion du WiFi, un Contrôleur. C'était un objet puissant (en terme de processeur), onéreux, qu'il fallait racker, et rendre redondant (en cas de panne d'un contrôleur unique, tout le WiFi risquait de tomber).

... ou sans?

Aujourd'hui, la tendance est soit à la virtualisation de ces contrôleurs, qui se déplacent sur le Cloud (comme Ruckus et sa gamme Unleashed), voire à l'absence pure et simple de contrôleur (comme chez Aerohive, qui n'en a jamais eu), les bornes modernes disposant de processeurs basse consommation leur permettant de se coordonner entre elles, directement, sans instance centrale. Là aussi, ce qui a été déterminant, c'est le ratio "Performance-per-Watt" cher à Steve Jobs, lors du switch vers les processeurs Intel en 2005. Une simple antenne WiFi aujourd'hui peut faire routeur, switch, firewall, juste à partir de son processeur embarqué. Et un MacBook a une alimentation de 29W, et tient une dizaine d'heures sur sa batterie. C'est le même phénomène technique à l'œuvre, au niveau des puces.

Pour suivre le mouvement, et plutôt que de développer entièrement une solution Controller-less, Cisco a racheté Meraki, HP a racheté Aruba. D'autre acteurs réseau ont procédé de même, en acquérant des compétences WiFi de pointe, Brocade a acquis Ruckus, Fortinet a croqué Meru.

On le voit, la tendance est à la consolidation des réseaux câblés avec les réseaux sans-fil.

Par ailleurs, Cisco a annoncé un partenariat avec Apple l'an dernier, leur page est intéressante à consulter, notamment quand ils décrivent le fast roaming en détail.

802.11r, 802.11k, 802.11v expliqués en détail.

Aussi pour les particuliers

Pour s'adapter à la lame de fond de la "consumérisation de l'IT", mais aussi pour contrer l'offensive des vendeurs de réseau Mesh précédemment cités, donc pour mieux atteindre le grand public et les PME, plusieurs de ces acteurs historiques déclinent désormais leur solution en la simplifiant, de manière que le particulier puisse s'acheter une ou deux bornes à prix raisonnable, et les déployer à domicile en bénéficiant d'antennes haut de gamme, sans véritable formation, avec la possibilité d'upgrader progressivement vers un outil de management plus complet, si le besoin s'en fait sentir.

Relevons les initiatives suivantes:

• Ruckus avec sa gamme Xclaim (à partir de 300 et quelque francs l'antenne)
• Aerohive Connect, tout récemment (31 janvier 2017), des bornes dotées d'un très bon logiciel de coopération, dès CHF 236.– pour l'AP122, ou dès 308.– pour une AP130. Et cerise sur le gâteau, désormais sans aucun frais de licence récurrente.

De l'excellent matériel, désormais à prix abordable pour le grand public. On vous conseille volontiers si cela vous tente.

Il vous faudra seulement commencer par:

• faire amener un câble Ethernet vers tous les emplacements d'antennes, déterminés par un spécialiste.
• acheter un petit switch Gigabit+PoE pour votre réseau, comme le Netgear GS108PE à CHF 129.–

Et après, vous aurez du WiFi de compétition.

 

9 – Stumbling, WiFi scanners

Revenons aux outils logiciels, côté client.

Comme outils pour le profane, nous avons déjà mentionné Wireless Diagnostics sur macOS et AirPort Utility sur iOS.

Wireless Diagnostics 7.0	AirPort Utility 1.3.4
gratuit, macOS Analyseur canaux/RSSI	gratuit, iOS Analyseur canaux/RSSI

Il y a naturellement des outils un peu plus avancés de WiFi Stumbling pour l’amateur:

inSSIDer 1.3	WiFi Explorer 2.2	KisMac2 0.3.4	iStumbler 101
			>
CHF 5.–, macOS Analyseur canaux/RSSI Retiré	CHF 20.–, macOS Analyseur canaux/RSSI	gratuit, macOS Analyseur canaux/RSSI	gratuit, macOS Analyseur canaux/RSSI

Ceux-ci vous permettront de visualiser des RSSI sur une certaine durée (typiquement quelques minutes, de manière à localiser un signal source d’interférence, ou un SSID mal réglé par un voisin indélicat).

 

10 – Troubleshooting

Les logiciels suivants sont destinés à scanner le réseau, tant en radio qu’au niveau des paquets Ethernet. Ils sont plus spécialisés, et s’adressent aux ingénieurs réseau chevronnés, ou aux pirates du dimanche.

Debookee 5.2.2	Wireshark 2.2.3	inSSIDer Office	Wi‑Spy + Chanalyzer
$70, macOS Analyseur trafic WiFi	gratuit, PC et macOS Analyseur paquets réseau	$149 à $649, PC Analyseur spectre	$849 à $2349, PC Analyseur spectre

 

11 – Site Survey, Heatmaps

Enfin, pour le cas où il s’agira de planifier les emplacements des antennes sur plusieurs étages d’un bâtiment, en trois dimensions, d’établir un concept et de coordonner un projet de construction ou de transformation, d’autres logiciels sont des références dans le domaine:

WiFiPerf	NetSpot 2.4.623	Ekahau Site Survey
CHF 100.– Analyseur performance WiFi	gratuit, $149, Mac (PC depuis peu) Analyseur canaux/RSSI Site Survey Heatmaps	$2295, PC (Mac depuis peu) Site Survey Heatmaps

 

12 – NetSpot

Si vous ne deviez en tester qu’un seul? prenez NetSpot (www.netspotapp.com/netspotpro.html).

Il faudrait un article entier sur NetSpot, voire plusieurs, ce sera pour un autre site, malheureusement!

NetSpot est gratuit pour un seul étage et 50 points de mesure, et vous permettra de visualiser le WiFi d’une façon particulièrement complète et intelligible. En plus les développeurs sont réactifs et très ouverts. Testez-le en toute confiance.

Il dispose d’un mode Discover (un scanner, un stumbler WiFi en live), et d’un mode Survey (ou Relevé WiFi en français) où il vous permettra d’ajouter le plan d’un bâtiment, et d’aller cliquer dans tous les coins. Ensuite, il vous calculera un rendu du WiFi émis par chacune des radios perçues, et vous pourrez sélectivement les activer/désactiver. Un outil de réflexion indispensable pour optimiser le placement de vos antennes!

Mode Discover

Cliquez sur Détails en bas à gauche de la fenêtre, et vous aurez une vue graphique des canaux et des RSSI de chacun d’entre eux.

NetSpot, mode Discover: Visualisation des canaux et des RSSI

Le seul reproche qu'on pourrait faire à ce mode, c'est qu'on ne visualise pas simultanément les deux bandes 2.4GHz et 5GHz.

Mode Survey

Jouons à "C'est chaud... non là c'est froid", voulez-vous?

Après un peu de travail (import du plan, clics de mesure aux points indiqués en rouge), voilà le rendu que NetSpot vous livre.

Un heatmap WiFi dans toute sa splendeur.

Il vous permet de comprendre que le WiFi des deux bornes concernées sera exploitable en 5GHz dans une bonne partie du nord du bâtiment, mais pas dans les autres locaux (zone bleue).

Il vous est également possible de cliquer ensuite n’importe où sur la carte, et NetSpot vous indique le signal que vous pouvez raisonnablement espérer à cet endroit-là, provenant de quelles bornes:

Interpolation de la puissance espérée à n'importe quel endroit de la carte.

Dans l’exemple ci-dessus, une borne donnera environ 31dB, quand l’autre, plus éloignée, ne donnera que 13dB — soit moins que le plancher de 15dB que vous avez fixé pour votre analyse, c'est pourquoi elle apparaît grisée, elle ne sera pas utilisable en pratique.

Petit truc du professionnel: pour lire le rendu ci-dessus, il y a lieu de “contraster” un peu l’image, en modifiant les paramètres par défaut du Signal-to-noise ratio de NetSpot à 15dB et 65dB respectivement:

Modifiez les limites min-max de SNR par défaut, à 15dB et 65dB

Sinon, si vous laissez les réglages par défaut (0dB pour le plancher bleu foncé et 86dB pour le plafond rouge), votre image restera “molle”, vous laissant croire que du WiFi potable existe à certains endroits où les usagers se plaindront, notamment le local en bas à gauche, ou tout en haut à droite:

Heatmap peu lisible, trop "doux", le signal WiFi semble "moyen" un peu partout.

Voilà, à vous de jouer maintenant, importez le plan de votre logement dans NetSpot, et hardi, cliquez à plusieurs endroits, je parie que vous aurez des surprises!

 

13 – Hardware dédié

Ceinture noire, 5e dan.

Si vous avez des besoins encore plus pointus, des usagers plus inquiets, des environnements plus difficiles, des problèmes encore plus insolubles, il reste une ultime catégorie d'outils pour mesurer les rayonnements jusque dans leurs derniers décibel: des appareil dédiés, avec des antennes d'une sensibilité extrême et au spectre étendu, qui sont les seuls à même de mesurer directement la radio, au niveau physique, au-delà des seuls paquets WiFi (ce que font toutes les solutions logicielles évoquées plus haut).

Ce sont ces appareils qui montreront (par exemple) que le coupable des interférences que vous subissez est simplement le four micro-ondes, ou le clavier Bluetooth, le vieux DECT de votre collègue de bureau, le voisin cibiste qui dialogue avec la Nouvelle-Zélande, ou l'émetteur de Sottens qui crachote à quelques centaines de mètres de chez vous (cas véridique).

Les prix sont en proportion, comme vous pouvez le voir:

Fluke Aircheck	NetScout Aircheck G2	Narda NBM 550	Narda SRM 3006
CHF 2'590.– Analyseur Wi-Fi	CHF 2'865.– Analyseur Wi-Fi	dès 5'769€ HT Analyseur 100kHz à 3GHz	dès 12'733€ HT Analyseur 9kHz à 6GHz

J'ai pu voir ces produits à l'œuvre, en utiliser certains pour des tests ponctuels, ils sont très efficaces et fort utiles. Difficile d'en rentabiliser l'achat cependant, ce sont d'ailleurs des produits qu'il est possible de louer, comme souvent pour les électriciens avec les produits Fluke, pour les protocoles de câblage lors de la mise en service d'une installation.

Seuls de tels produits sont à même de valider les normes de sécurité édictées par les organismes nationaux (je pense ici au programme de recherche PNR 57 sur le rayonnement non-ionisant, qui fut commandé par la Confédération suisse entre 2009 et 2011).

Par exemple, nous reproduisons ci-dessous un graphe figurant dans la présentation 2016 aux répondants informatiques des écoles vaudoises (en page 12).

Etude multi-bande de rayonnements non-ionisants, réalisée dans une école en 2012, pendant une heure

Ce graphe en Volt par mètre cumule une heure de scan dans 6 bandes de fréquences distinctes.

On y distingue, en bleu et en noir, la puissance d'émission 2.4GHz et 5GHz d'une borne WiFi réglée au maximum de 100mW (20dBm), que l'on peut ainsi comparer à la GSM, 2G et 3G, bien plus forte (les personnes présentes dans la pièce recevaient des SMS ou des appels). On voit que le DECT est de puissance comparable au WiFi, et surtout que la 2G et la 3G sont beaucoup plus fortes.

La norme suisse de 6 V/m n'est ainsi jamais dépassée, le WiFi restant même le plus souvent en-deçà d'un demi-Volt par mètre. Un organisme spécialisé dans les rayonnements non-ionisants et l'électrosmog existe en Suisse, l'ASEB.

Au vu de tels graphiques, à la maison, jai préféré installer deux antennes WiFi… mais pas de micro-ondes (750W, soit environ 10'000x plus puissant qu'une borne).

Principe de précaution!

 

Signing off

Pour les gens normaux, qui n’en peuvent plus de mes élucubrations, je tenais à vous remercier d’avoir lu jusqu’ici, mais surtout tout au fil de la longue existence de cuk.ch, pour de loooongs articles FileMaker ou photographiques (iPod en Ouzbékistan, certains s’en souviendront peut-être).

Lectrices, lecteurs, je vous salue! Et aux (Ô?) Cuneo, père et fils, mon admiration sans bornes (ha, ha!) pour 15 ans de dévouement et d’abnégation. Quelle œuvre, chapeau! Et les rédacteurs, quelle équipe pluridisciplinaire de classe mondiale! Tous les domaines que Cuk.ch m'aura fait découvrir...

*sigh*, dirait Snoopy.

 

Pour celles et ceux qui ne sont pas encore dégoûtés par cet article, je me permets d’approfondir quelques points théoriques après ces salutations, en terminant par quelques recommandations (bonnes et mauvaises pratiques, rions un peu).

Et pour celles et ceux qui en redemanderaient encore, qui auraient besoin de mes services, elles ou ils peuvent me joindre directement chez Computis, à mbesson@computis.ch, ou sur SwissFi.ch, je leur répondrai avec enthousiasme, précision et dévouement.

Nous sommes spécialistes radio, et revendeurs Meraki, Aerohive, Ruckus et Ubiquiti, actifs dans toute la Suisse romande, et au-delà.

 

Notions théoriques

• Théorie 1 – La norme WiFi – paramètres électromagnétiques
  • Access Point, Client, Streams
  • Bandes –  Plus grande capacité en 5GHz
  • Canal
  • Le client est roi (1) – les bornes sont dépassées
  • Le client est roi (2) - roaming... sur une seule borne
  • Half-Duplex – Talkie-walkie
  • Chacun mon tour – mais silence, les autres!
  • Signal – le minimum requis
  • RSSI – les drivers des fabricants

• Théorie 2 – Le contexte – les lois de la physique
  • Bruit – il y en a toujours
  • Décibel – 10dB = 10x moins
  • Propagation – en fonction des matériaux
  • Propagation – en fonction de la fréquence

• Théorie 3 – Bonnes et mauvaises pratiques
  • Emplacement – Placez l’antenne en hauteur, dégagée
  • Puissance – rarement, voire jamais au maximum
  • Channel Bonding – à utiliser avec parcimonie, et jamais en 2.4GHz
  • Roaming – Adaptez les puissances relatives des bornes — et des radios — entre elles
  • WiFi Haute-Densité – concevez votre WiFi pour un usage 5GHz

 

Théorie 1 – La norme WiFi

Commençons par décrire la norme WiFi 802.11 (ici détaillée avec toutes ses déclinaisons).

Posons une tautologie: le WiFi, c’est de la radio. C’est un processus de communication “half-duplex”, comme on dit: ça fonctionne comme un talkie-walkie, quand l’un parle, l’autre écoute, et réciproquement. Mais pas les deux simultanément (“full duplex”). Sinon on est bons pour émettre à nouveau, en perdant un temps précieux.

De plus, le WiFi opère dans des domaines de fréquence, des zones bien définies du spectre électromagnétique, mais qui sont libres. Tout fabricant peut donc exploiter ces plages, en respectant une norme, certes, mais sans payer de licence (donc sans pouvoir réserver sa place dans le spectre, sans aucune autorité de contrôle, sans licence). Ceci explique sans doute le succès commercial de la norme WiFi depuis vingt ans. Et aussi que ce soit un peu le foutoir électromagnétique par moments.

Par opposition:

• les stations de radio ont une fréquence réservée dans une région donnée (sur emetteurs.ch vous trouverez une liste de fréquences et de puissances des émetteurs. Ils vont de 500W à 20’000W).
• les émetteurs de 3G/4G, pour nos connexions cellulaires, doivent être autorisés avant de pouvoir être mis en service.

Access Point, Client

En terminologie WiFi, on dénomme “Access Point”, ou AP, la borne (la “AirPort Base Station” pour Steve 1999). La plupart des bornes actuelles sont “Dual-band”, elles ont donc 2 radios pour servir leurs clients, en même temps.

Les “Clients” sont les appareils mobiles connectés (on dit “associés”) à la borne.

Les bornes sont statiques et les appareils sont mobiles (d’où la phrase célèbre de Matthew Gast “People move, networks don’t”, dans la première édition de son livre “802.11 Wireless network” en 2002, révisé en 2005 pour le 802.11n, puis en 2013 pour le 802.11ac).

C’est toute la science (certains diront tout l’art) du spécialiste WiFi et de l’électricien de placer idéalement les AP pour offrir une infrastructure versatile et durable.

Bandes

Contrairement au billard qui en a quatre, le WiFi a deux bandes, appelées 2.4GHz et 5GHz.

Il y a deux éléments à retenir:

• ces deux bandes sont de capacités très inégales, la largeur de spectre à disposition n’est pas la même. En 2.4GHz, on a 100MHz de spectre environ (de 2.40GHz à 2.50GHz, mais seulement 60MHz en pratique, canaux 1-6-11). En 5GHz, on en a beaucoup plus: 600MHz (200MHz de 5.15GHz à 5.35GHz, et encore près de 400MHz entre 5.47GHz et 5.85GHz). Dans un futur assez proche, on pourrait se retrouver avec près de 800MHz contigus (37 canaux de 5.15GHz à 5.925GHz).
• la bande 2.4GHz, exploitée depuis les premiers jours du WiFi, est très bruitée, quantité d’objets y émettent (voir List of 2.4GHz radio use, sur Wikipedia). Pour obtenir de la performance, il faut l’abandonner (c’est ce que fait le 802.11ac, qui opère dans le spectre 5GHz).

La plupart des bornes et des appareils mobiles modernes sont dual-band, capables de se connecter à l'une ou l'autre.

Largeur comparée de la bande 2.4GHz, trois canaux, face aux 25 à 37 canaux de la bande 5GHz.

Exceptions notables: l’iPhone jusqu’aux modèles 4 et 4S, tous les smartphones lorsqu’ils basculent en “partage de connexion” (tethering), et surtout l’Apple Watch. Ces appareils sont ou deviennent mono-bande, 2.4GHz seulement, pour des questions de consommation de batterie et de portée.

Autrement dit: à un même endroit, votre Apple Watch ne “verra” pas nécessairement la même radio que votre iPad, par exemple.

Canal

Comme pour les routes en circulation routière, la largeur est le premier facteur de vitesse. Et le WiFi dispose de deux bandes: 2.4GHz (802.11b puis g), et 5GHz (802.11a, 802.11n, et surtout depuis 2013, 802.11ac).

En 2.4GHz, un canal a 22MHz de large. Dans les 100MHz de spectre à disposition, un plaisantin a eu l’idée de numéroter… 14 canaux, séparés entre eux par… 5MHz seulement. C’est pour cela que sont accessibles les canaux 1 à 11 (autorisés dans tous les pays), mais en réalité, seuls 1, 6 et 11, séparés de 25MHz, sont utilisables sans interférer entre eux. Comme il y a fort à parier que votre voisin du dessus et votre voisin du dessous ne connaissent pas grand-chose au WiFi (car ils ne lisent pas cuk.ch), ils peuvent décider d’utiliser le canal 3 et le 9 (Murphy aidant), vous n’aurez aucun canal de libre qui ne sera pas bruité. Heureusement que le WiFi ne s’entend pas, il y aurait des querelles de voisinage!

Masque OFDM d'un signal 2.4GHz, et le chevauchement des 11 canaux (seuls 1-6-11 sont utilisables en réalité).

En 5GHz, les canaux font 20MHz de large, et là, au moins, seuls sont définis en WiFi les canaux 36, 40, 44, 48, etc. (séparés par 20MHz, justement). Dans les 600MHz disponibles autour de 5GHz, on a 25 canaux possibles (et 37 dans quelques années si les négociations avec les organismes de régulation des radars se déroulent bien).

En résumé: 3 canaux en 2.4GHz contre 25 canaux en 5GHz, on conçoit aisément la différence de performance respective!

Streams MIMO

Chaque radio 802.11n ou 802.11ac d’une AP ou d’un client dispose d’une, deux ou trois antennes (des “streams”, 2x2 ou 3x3 MIMO). Ce sont un peu comme des lignes sur une autoroute, ça permet d’augmenter le débit. Ça n’empêche par les autoroutes de subir des bouchons, mais quand le trafic est fluide, le débit est fortement augmenté.

Un facteur solide pour gagner en performance, mais qui requiert des circuits plus gourmands en énergie, c’est le MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). Il existe depuis le 802.11n, et a contribué à augmenter les débits d’un facteur 10, ou presque (450Mbps au lieu de 54Mpbs en 802.11g). L’astuce, c’est la multiplication des antennes, du côté de l’émetteur et du récepteur (on doit être symétrique). La plupart des iPhones ont typiquement une antenne (pour des raisons d’autonomie), mais les iPhones 6s, iPad, MacBook et MacBook Air en ont deux (ils peuvent théoriquement aller à 867 Mbps), et les MacBook Pro, iMac et Mac Pro en ont trois (1.3Gbps théoriques).

Autrement dit, une borne AirPort Extreme 802.11ac 3x3 MIMO est capable de dialoguer avec des appareils de capacités différentes à des vitesses différentes, elle s'adaptera à chacun, faisant varier le nombre d'antennes utilisées à chaque microseconde.

Comme un serveur de terrasse parisienne est capable de servir des chopes de bière ou des petits cafés, en les transportant sur le même plateau. Et il sert chaque client avec la vitesse adaptée. Sans rien renverser.

Le client est roi (1)

Ça peut surprendre, mais en WiFi, c’est comme ça: ce n’est pas la borne qui choisit qui elle va servir avec une de ses radios, c’est le client qui va décider en fin de compte (côté bornes, on peut tout au plus influencer le choix).

En particulier pour le roaming, lorsque vous vous trouvez dans un espace couvert par plusieurs bornes du même réseau d’entreprise, c’est le client qui va décider quand il souhaitera roamer, et pour quelle radio. C’est logique, au fond, car c’est le client qui est le mieux à même de se rendre compte de la borne lui fournissant le meilleur signal, la borne, parfois distante de plusieurs dizaines de mètres, ne peut pas “entendre” d’autres bornes que le client, lui, entendra.

Le client est roi (2)

Si on a compris que le client est roi, alors le client dual-band (tous les iPads, laptops ou desktops Apple, ou les iPhones à partir du 5) est doublement roi: il va choisir la meilleure radio d’une borne donnée, avec, toujours, une préférence pour le 5GHz s’il est au-dessus d’un certain niveau. S'il est dans un réseau d'entreprise à un endroit où il perçoit, disons, quatre bornes, lors d'un roaming, il évaluera les huit radios pour déterminer celle qui lui garantira la meilleure connexion.

Cas inverse: même un seul client, avec une seule borne, peut roamer d'une radio à l'autre, et vous pouvez ressentir ces fluctuations de performance, ou ces coupures.

Typiquement, chez vous, en admettant qu'il n'y a qu'une borne, et que vous alliez sur votre terrasse en vous éloignant de la borne, votre appareil risque de basculer sur la radio 2.4GHz, sans que vous le remarquiez. Lorsque vous vous rapprocherez à nouveau de votre borne, votre appareil ne va pas tout de suite basculer en sens contraire, vers la meilleure radio 5GHz (puisque la 2.4GHz est elle aussi excellente). Et votre débit peut du coup avoir été divisé d'un facteur 5 ou 10.

Le seul moyen de forcer un client à se réassocier (et donc de déclencher le mécanisme de sélection de la meilleure radio à ce moment-là), c'est de couper le WiFi, et le réactiver.

Comme dans IT Crowd: "Have You Tried Turning It Off And On Again?":

Half-duplex, Data Rate et Throughput

Le WiFi, c’est du trafic descendant… mais aussi montant (contrairement à nos chaînes de radio FM citées plus haut, qu’on ne fait qu’écouter). L’émetteur et le récepteur étant calés sur la même fréquence, par conséquent le WiFi est half-duplex: c’est du talkie-walkie, ou une route à circulation alternée, si vous voulez (contrairement à un bon vieux câble Ethernet, qui est full-duplex, une route à deux voies de circulation). En conséquence, les débits réels en WiFi (les Mégabytes/seconde que vous téléchargez sur votre iPad depuis votre NAS) sont toujours très, très inférieurs aux débits nominaux inscrits sur l’emballage de la borne 802.11n ou 802.11ac (et au mieux, de l’ordre de la moitié, mais plutôt en pratique autour du tiers du Data Rate annoncé). Les appareils WiFi appliquent la norme du mieux qu’ils peuvent, dans le cadre des lois de la physique… malgré tout l’enthousiasme marketing du fabricant.

Un peu comme la vitesse au compteur des voitures: en pratique, on ne roule jamais à de telles vitesses, la route a ses contraintes propres, et les conditions de route sont changeantes. Pareil en WiFi. On s’adapte aux conditions, du mieux possible.

Le Data Rate, c’est la théorie, le Throughput (débit), c’est la pratique.

Chacun mon tour

On pense souvent que le WiFi, c’est comme une salle de cours, où le professeur reçoit et coordonne les questions des élèves, et leur répond tour à tour. Or, en WiFi, il faut bien comprendre que la borne d’accès n’est pas plus prioritaire que les clients, elle ne coordonne en réalité rien du tout. L’accès au medium, au canal d’émission, est réglé par un algorithme appelé DCF, Distributed Coordination Function. En particulier, toutes les antennes qui émettent sur une fréquence donnée écoutent ce qu’il s’y passe, et seulement lorsque canal est vide (Clear Channel), une des antennes prend la parole, et toutes les autres… repartent en écoute pour un tour, attendent que la transmission soit terminée. Donc, en WiFi, on est plutôt à une grande table ronde de bistrot, où tout le monde, les clients comme la borne, attend son tour pour parler. Donc plus on est, et plus c’est lent, forcément.

On l’a dit, l’antenne WiFi n’est pas capable de parler à plusieurs clients simultanément (ça pourrait commencer à changer avec le MU-MIMO de la seconde vague de bornes 802.11ac, mais les professionnels du secteur, le sourire en coin, attendent de voir de combien cela va vraiment augmenter les débits en conditions réelles). L’antenne WiFi va très vite, mais elle ne sert, à un instant donné, qu’un client. Tous les clients entendent chaque paquet de données, mais un seul renvoie un ACK disant qu’il a été reçu sans corruption. Les clients, la plupart du temps, attendent leur tour et se la coincent.

Les meilleures bornes du marché sont les plus sensibles, celles qui arriveront le mieux à distinguer les faibles “ACK” de leurs clients parmi le bruit ambiant. Et pas celles qui gueulent le plus fort, contrairement à ce que l’on croit souvent.

Signal

Pour une performance maximale en 2.4GHz, on doit garantir un SNR de 25dB. En 5GHz, pour des performances de l’ordre du gigabit, on voudra 35dB. Si on se trouve au-dessous, la vitesse commence à chuter. En dessous de 15dB, le signal peut commencer à être coupé. C’est le plancher à ne pas traverser. C’est essentiel dans un bon concept WiFi.

RSSI

Le RSSI (Received signal strength indication), c’est le meilleur indicateur, la seule vraie bonne mesure de la qualité d’un signal WiFi, et sur laquelle les drivers WiFi basent leur décision de changer de radio. La limite à ne pas dépasser, c’est –67dBm à –70dBm. En dessous de ce niveau-là, on commence à tomber en dessous des 25dB de signal-bruit (–67dBm à –92dBm = 25dB), et la performance se dégrade. Dès –70dBm, certains fabricants déclenchent donc la préparation au roaming (comme l’explique cet article très détaillé de la Knowledge Base d’Apple). Par expérience, dès –75dBm, on commence à subir des coupures, dès –80dBm, la plupart du temps le débit est très faible, voire nul. Mais les barres sont toujours bien là, on croit faussement que le WiFi est toujours au taquet.

 

Théorie 2 – Le contexte

Il faut également prendre en compte les caractéristiques propres du lieu, de l’espace où vous avez besoin d’utiliser votre WiFi. En gardant toujours à l’esprit que ces caractéristiques peuvent être changeantes, on peut aller jusqu’à dire que le WiFi n’est pas une science exacte.

Bruit

Qui dit radio dit friture: on doit composer avec interférences et bruit. À la conception d’une infrastructure, à l’émission on fera en sorte de les minimiser autant que possible (en choisissant finement emplacements, canaux et puissances), pour obtenir le meilleur rapport Signal/Bruit (SNR, Signal-Noise Ratio) dans la zone à couvrir. À la réception, du côté du client, on s’évertuera à recomposer le signal du mieux possible, faute de quoi on ne pourra pas le quittancer (ACK)… et l’émetteur le renverra (Retry) après quelques millisecondes, avant d’abandonner.

Décibel

Le WiFi, c’est une onde, elle se propage comme l’énergie d’une vaguelette sur un étang calme: sa puissance décroît rapidement et rapidement (en fonction inverse du carré de la distance).

Et comme le signal de départ est déjà très faible (un dixième de Watt, au maximum, souvent moins), pour ne pas se retrouver avec des valeurs pleines de zéros après la virgule, on mesure la force d’un signal en dB, ou en dBm (decibel par rapport à 1 milliwatt). 10dB de moins, c’est 10 fois moins de signal, 20dB 100 fois moins, 30dB 1000 fois moins, etc. Lorsque vous êtes à quelques centimètres d’une borne, le signal maximal est typiquement de -20dBm à -30dBm, mais à quelques mètres, dans la même pièce, sans obstacle, vous avez typiquement un signal entre -50 et -60dBm. C’est anecdotique: à toutes ces valeurs, les cartes WiFi sont capables d’extraire le débit maximal théorique, tant que les conditions de bruit et d’interférences sont faibles (le bruit se situant en général autour de -92dBm, proche du niveau de sensibilité des équipements WiFi).

Propagation - en fonction des matériaux

Les ondes s’atténuent au fur et à mesure de leur propagation, mais sont aussi influencées par les matériaux rencontrés, de plusieurs manières: absorption, réflexion, dispersion, réfraction, diffraction.

• Absorption – béton, brique, tout obstacle atténue le signal WiFi de manière variable. Pour le béton, on peut prendre comme règle 1cm = 1dB, donc un mur porteur de 20cm réduit un signal de 20dB, soit… un facteur 100. Un mur béton large comme une main ouverte absorbe donc en général 99% d’un signal. À partir de 30cm, en pratique, votre signal devient inutilisable.
• Réflexion – si vous rencontrez du métal (faux-plafond, Portakabin, container, panneaux magnétiques, film d’aluminium isolant dans une chape, couche isolante dans un vitrage), c’est cuit: c’est un miroir à WiFi, voire une boule à facettes. Pareil si vous placez votre borne à même le métal (contre un faux-plafond): les ondes sont immédiatement réfléchies, c’est très mal parti pour émettre correctement. Avant le 802.11n, qui permet de tirer profit des réflexions parasites (“Multipath”, dans le jargon), c’était le pire ennemi du WiFi.
• Dispersion – en frappant un obstacle (non-métallique), un signal rebondit en fonction de la texture de la surface.
• Réfraction – lorsqu’un signal passe à travers un obstacle, même de l’air: humidité, température, pression influencent le trajet d’une onde.
• Diffraction – lorsqu’un signal passe autour d’un obstacle (comme l’eau d’un fleuve autour d’un rocher), on obtient des “turbulences” derrière l’obstacle.

Propagation - en fonction de la fréquence

Un autre facteur à prendre en compte, c’est que des ondes de fréquences différentes ne traversent pas les obstacles de manière identique.

De même que vous entendez plutôt les basses fréquences de vos voisins (les pas, la basse et le beat des haut-parleurs), et beaucoup moins les aiguës, un signal WiFi 2.4GHz est plus pénétrant qu’un signal 5GHz. Vous avez bien lu: le signal d’une radio 5GHz, dans la bande large et performante, se propage environ quatre fois moins bien qu’un signal en 2.4GHz. Donc une cellule 5GHz 802.11ac est plus petite qu’une cellule 2.4GHz.

 

Théorie 3 – Bonnes et mauvaises pratiques

Pour optimiser la performance de votre WiFi, vous pourrez ajuster certains paramètres. Vous le verrez, il s’agit surtout de bon sens, en s’inspirant du monde de l’audio et de l’éclairage (qui sont aussi des ondes). Un spécialiste travaille un peu comme un ingénieur du son lors d’un sound check avant un concert, salle vide.

Précisons qu’ils ne nécessiteront pas tous une intervention manuelle de votre part: certains fabricants de bornes vont ajuster le signal automatiquement en fonction des circonstances, avec des algorithmes plus ou moins raffinés.

Emplacement – placez l’antenne en hauteur, dégagée

Pour optimiser un réseau WiFi, on commence toujours par placer le mieux possible la borne ou l’antenne: en hauteur, loin d’obstacles épais ou métalliques.

C'est, de très loin, le facteur le plus important d'un WiFi stable et performant.

C’est exactement ce que fait Jean Maurer (par exemple), en plaçant des enceintes pour restituer un son Hi-Fi. On n’aurait pas idée de tourner des haut-parleurs face au mur, ou contre un rideau, par exemple, mais en WiFi, parfois, les gens le font (si vous  avez envie de bien rigoler, allez faire un tour sur BadFi.com).

On ne le dira jamais assez: l’emplacement du point d’accès est le facteur décisif de performance d’un réseau WiFi. Et même si votre borne est un Centro Grande fourni par Swisscom, pas vraiment conçu pour être accroché au mur, faites l’effort de dégager la borne et de l’orienter face à la zone à couvrir. Ne la planquez pas derrière le home cinéma, sous un tas de câbles entremêlés. S’il-vous-plaît. Please. Pour l’amour de Dieu.

Puissance – rarement, voire jamais au maximum

Un point d’accès WiFi a le droit d’émettre à 0.1 Watt (100 milliwatt), au maximum. Après, on peut jouer avec des antennes de gains différents, mais la puissance d’émission, c’est 100mW, un point c’est tout.

En face, pour un client WiFi, un iPad, un MacBook, c’est 25mW (mais il y a toujours beaucoup plus de clients que de bornes dans un espace donné), parce qu’il doit bien répondre. On devine donc que le signal va se propager nettement moins loin qu’un émetteur radio qui émet à des dizaines de kilomètres, avec des émetteurs grosso modo un million de fois plus puissants. On comprend aussi que si on est électro-sensible, alors il vaut mieux avoir chez soi une borne WiFi plutôt qu’un four-micro-ondes (10’000 fois plus puissant)!

Important, et contre-intuitif (sauf pour Jean Maurer probablement): la meilleure performance n’est en général pas obtenue en poussant une ou plusieurs bornes à fond. On ne fait qu’augmenter les interférences, on fait se chevaucher les cellules encore plus. Une partie de la science du WiFi consiste à trouver à quelle puissance régler les antennes entre elles. Chaque fabricant élabore son algorithme, mais l’expérience humaine reste fort utile. Et Jean Maurer nous expliquera certainement pourquoi on ne met jamais un ampli à fond pour avoir le son optimal (peut-être qu’on l’ajuste à la sensibilité de notre tympan?).

Channel Bonding – à utiliser avec parcimonie, et jamais en 2.4GHz

Un canal fait 20MHz de large, on vient de le dire, mais depuis le 802.11n, on peut décider d’utiliser deux (voire quatre ou huit en 802.11ac) canaux adjacents pour augmenter la performance. C’est très tentant, mais c’est parfois à double tranchant: s’il y a des obstacles, s’il y a des interférences ou d’autres WiFi voisins, votre appareil risque de ne pas arriver à soutenir longtemps une connexion sur 40MHz, 80MHz.

Retenez ces deux règles de base:

• en 2.4GHz, restez toujours à 20MHz de large, c’est très, très malpoli de monopoliser deux tiers de la largeur disponible (rappelez-vous qu’il n’y a que trois canaux à disposition, 1, 6 et 11).

Deux cuistres forcent les gens bien éduqués à s'entasser sur le canal 11

À gauche, deux bornes monopolisent la bande 2.4GHz en cumulant les canaux 1+6, les autres sont comme des sardines sur le canal 11. Un dernier en violet se retrouve sur le canal 8, pour maximiser les interférences, probablement. Remarquez qu’aucune borne n’émet en 5GHz, sur la partie droite (donc toutes ces bornes sont assez anciennes).

• En 5GHz, tentez 40MHz (voire 80MHz si vous avez une antenne et des clients 802.11ac), mais faites d’autant plus gaffe au placement de votre antenne, qu’elle puisse émettre un signal clair. Et s’il y a un obstacle en béton sur votre chemin (une dalle, un mur même mince de 10 à 15cm), alors il est possible que cela ne serve à rien du tout de chercher le surplus de performance. Restez sagement à 20MHz.

Donc: Channel bonding seulement en 5GHz, et uniquement lorsque vous êtes en ligne directe avec la borne.

Roaming – Adaptez les puissances relatives des bornes — et des radios — entre elles

Vous croyez que le roaming ne vous concerne pas, parce que vous n’avez qu’une borne à la maison, ou à votre travail? Or, combien votre borne a-t-elle de… radios? Haha! Parions qu’elle est Simultaneous Dual-Band, n’est-ce pas?

Dès lors, un appareil peut passer la journée à roamer sans changer de position ni de borne, simplement en alternant les bandes.

La seule manière de stabiliser la connexion d’un client, c’est de s’assurer que le signal d’une radio au moins soit plus fort que les autres, de manière à éviter que le driver ne déclenche une tentative de roaming intempestive.

WiFi Haute-Densité – concevez votre WiFi pour un usage 5GHz

Les cellules 5GHz sont plus petites qu’une cellule 2.4GHz. On n’a donc pas le beurre et l’argent du beurre: en 802.11ac, a la performance, mais la zone couverte sera plus petite.

En réalité, c’est une chance: la vieille bande 2.4GHz est tellement encombrée, bruitée et pénétrante, on entend son signal tellement loin, que la seule opportunité de faire du WiFi plus “dense”, plus rapproché, avec moins d’obstacles, c’est d’utiliser la bande 5GHz.

 

Bonnes sources

Comment un appareil iOS choisit la meilleure radio "About wireless roaming for enterprise"
https://support.apple.com/en-us/HT203068

Comment l’Apple Watch unlocke votre MacBook Pro (grâce à 802.11v)
https://networkingnerd.net/2016/09/21/apple-watch-unlock-802-11ac-and-time/

Répéteur WiFi, bonne ou mauvaise idée? (spoiler: très mauvaise)
http://www.ruckussolutions.com/wifi-blog/65-wifi-repeaters-boosters-extenders

Forme d’ondes radio comparées (WiFi and non-WiFi Interference Examples)
https://support.metageek.com/hc/en-us/articles/200628894-WiFi-and-non-WiFi-Interference-Examples

Cisco Enterprise Best Practices for iOS Devices on Cisco Wireless LAN (notamment en page 6: "Design Recommendations for iOS Devices on Cisco WLAN")
http://www.cisco.com/c/dam/en/us/td/docs/wireless/controller/technotes/8-3/Enterprise_Best_Practices_for_Apple_Devices_on_Cisco_Wireless_LAN.pdf

Présentation “7 Ways to Fail as a Wireless Expert” par Steven Heinsius de Cisco
https://www.youtube.com/watch?v=sSG33ZdiNGU

Jamais plus de 3 à 4 SSID pour ne pas étouffer votre WiFi: "SSID Overhead - How Many Wi-Fi SSIDs Are Too Many?"
http://www.revolutionwifi.net/revolutionwifi/2013/10/ssid-overhead-how-many-wi-fi-ssids-are.html

PNR 57, Recherche sur le rayonnement non-ionisant — Les utilisateurs sont souvent eux-mêmes à l’origine de l’exposition au rayonnement
http://www.nfp57.ch/f_index.cfm

ASEB, organisme spécialisé dans les rayonnements non-ionisants et l'électrosmog
http://www.aseb-ch.com

Valeurs typiques ratio signal-bruit (SNR)
http://www.wireless-nets.com/resources/tutorials/define_SNR_values.html

Spectral mask shape et canaux 2.4GHz et 5GHz
http://chimera.labs.oreilly.com/books/1234000001739/ch02.html#radio_channel_layout

Les bandes ISM comprenant le 2.4GHz du WiFi
https://en.wikipedia.org/wiki/ISM_band#Non-ISM_uses

Les principaux objets émettant en 2.4GHz (il n'y a de loin pas que le WiFi, puisque cette bande est libre!)
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_2.4_GHz_radio_use

Les bandes U-NII 1-2-3-4 du 5GHz
https://en.wikipedia.org/wiki/U-NII

5GHz channels
http://securityuncorked.com/2013/11/the-best-damn-802-11ac-channel-allocation-graphics/

Proposition d’extension des canaux disponibles dans la bande 5GHz, pour en obtenir 37 adjacents (permettant quatre blocs de 160MHz pour le WiFi)
http://www.its.bldrdoc.gov/media/66261/lansford.pdf

Jason Cole, propagation WiFi
http://space.gizmodo.com/using-physics-to-find-the-perfect-router-location-1627029102

 

Mauvaises sources

Sur YouTube, 5 trucs (pas tous corrects)
https://www.youtube.com/watch?v=UygPcBCFRrA

Tripler la vitesse de son routeur (n’im-por-te quoi!)
https://www.youtube.com/watch?v=rNTSBjuK_7g

Et surtout, pour finir en beauté, faites un tour sur BadFi.com, c’est à hurler de rire. C’est une source réputée de toutes les pires horreurs WiFi que les spécialistes ont rencontrées dans leur profession. Un must!