Bluetooth kan gøre dit wifi vildt ustabilt – få forklaringen her

I modsætning til Wifi, hvor en fast frekvens vælges før transmission, benytter Bluetooth en teknik kaldet “frequency-hopping spread-spectrum”, hvilket vil sige, at der hele tiden skiftes mellem mange smalspektrede kanaler.

Min seneste klumme handler om mikrobølgeovne som støjkilder. Her er der tale om apparater, som ikke har til formål at udsende stråling, men som 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 klumme værd?

I denne klumme vil jeg beskæftige mig med 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.

Et liv fyldt med Bluetooth
Min stationære computer står på mit skrivebord, og til den benytter jeg trådløst keyboard og mus. Kommunikationen mellem enhederne 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 og så videre 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.

Sådan fungerer det
Lad os kigge lidt på, hvordan Bluetooth transmitterer data.

I modsætning til wifi, hvor en fast frekvens vælges før transmission, 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 1.600 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).

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

Figur 1 er et surface plot, som viser et spektrogram, hvor jeg sampler 2,4 GHz ISM-båndet cirka hvert 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.

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 i figur 2 samme måling for 5 GHz båndet, hvor Wifi-signalet har det hele for sig selv.

Figur 2: 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 i klummen 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 3, kan man lige ane en linje i bunden af plottet. Det er latency målt mellem min pc gennem en switch til min server. Under et millisekund og stort set ingen jitter. Lækkert!

I figur 4 kigger vi nu på samme måling genem Wifi-linket. Under målingen streames der en film, og samtidig har jeg et torrentprogram kørende for at generere trafik over linket.

Figur 4: 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 cirka 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, koster det typisk en CRC-fejl på wifi-pakken, der så må retransmitteres (det er det, som giver det kortvarige spring i latency).

Figur 5: Wifi-linket kan provokeres til at skifte til en anden kanal, hvis støjen på den nuværende kanal generer.

Bliver wifi-linket tilstrækkelig ‘irriteret’, hænder det, at wifi-linket skifter kanal som vist på spektrogrammet i figur 5.

Det hjælper bare ikke, når støjen stammer 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 genassocieres med wifi-routeren. Dette kan være voldsomt irriterende, da det opleves af slutbrugeren som om, at wifi-linket er totalt ustabilt.

I disse tilfælde kan det vise sig at være nødvendigt at tvinge Wifi-routeren til at benytte en enkelt kanal.

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

Mine råd til dig som bruger er:

• 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.
• 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. 1.000 Mbps, er throughput en helt anden sag. I praksis skal du sjældent regne med mere end 300-400 Mbps reelt throughput. Det slår et Ethernet-link let!
• Almindelig brug: E-mail, surf, facebook, streaming og så videre 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