Проблема: Wi-Fi работает только во время дождя

Вот что ответил отец на мой вопрос о проблеме с домашним подключением к интернету: «Wi-Fi работает, только когда идёт дождь».


Давайте сделаем шаг назад, чтобы осознать смехотворность этой ситуации.

В то время я был студентом колледжа (это произошло больше десяти лет назад). Перед началом осеннего семестра я на пару недель приехал к своим родителям. Я не был дома почти целый год, потому что колледж находился на другом континенте.

Мой отец — инженер, он работал с сетевым оборудованием, ещё когда я не родился. В основанной им компании он проектировал и внедрял множество сложных сетевых систем в организациях по всей стране: он гигабитного Ethernet для офисного здания до междугородных соединений при помощи микроволновых линий связи прямой области видимости.

Он последний, кто мог бы сказать нечто столь абсурдное.

«Что?», — удивлённо произнёс я. «Wi-Fi работает, только когда идёт дождь. Это началось пару недель назад, у меня пока не было времени с этим разобраться», — повторил он терпеливо.

«Да не может быть», — ответил я. Скорее должно быть наоборот — дождь ухудшает качество беспроводного сигнала, а не улучшает. Он никак не может его улучшить!

Две недели без надёжного сигнала интернета? Я начал быстро проходить все стадии принятия…

▍ Отрицание

Я включил свой ноутбук и приступил к анализу сети.

При пинговании любого веб-сайта 98% пакетов терялось. Подключение к интернету сохранялось, но только в самом раздражающем теоретическом смысле. Ничто не будет грузиться, если теряется 98% пакетов! С тем же успехом сеть вообще могла отсутствовать.

Я был расстроен. За несколько месяцев до этого я начал встречаться с девушкой, а теперь она находилась в другой части планеты! Как объяснить ей, что я смогу общаться с ней только во время дождя?

[Мобильная передача данных в то время была крайне дорогой; настолько, что у меня даже не было дома тарифного плана с интернетом. Я не мог просто воспользоваться интернетом с телефона, как бы сделал сегодня в похожей ситуации.]

Я ходил по дому и кипел. Вторая стадия принятия!

И в этот момент начался дождь.

▍ Торг

Случилось чудо — спустя пять минут после начала дождя уровень потери пакетов снизился до 0%!

Я не мог поверить своим глазам! Я был готов к тому, что соединение в любую секунду умрёт, поэтому одновременно открыл миллион вкладок (как будто обычно я этого не делаю).

Дождь шёл примерно час, столько же сохранялось и подключение к интернету.

Затем спустя примерно пятнадцать минут после завершения дождя коэффициент потери пакетов снова скакнул до 90 с лишним процентов. Подключением к интернету снова стало невозможно пользоваться.

Я был готов на всё, лишь бы снова начался дождь.

К счастью, несколько следующих дней погода была хмурой и облачной. Каждый раз схема оставалась одинаковой:

• Начинается дождь, спустя несколько минут подключение к интернету становится чётким и быстрым.
• Дождь прекращается, спустя пятнадцать минут интернетом снова невозможно пользоваться.

Мне сложно было это принять, но все доказательства налицо: Wi-Fi работает только во время дождя!

В этот момент мне нужно было принять решение. Можно было пройти все стадии принятия: сдаться и планировать созвоны с подругой, основываясь на прогнозе погоды… Или вырваться из этой порочного круга и разобраться, что же происходит.

«Будь ты проклято, магическое мышление! Я инженер, или кто?», — сказал я себе. Решение было принято. Я не сдамся без боя.

▍ Решимость

Здесь стоит немного рассказать о структуре нашей домашней сети.

Помните, что компания моего отца активно работала с сетевыми решениями? Дома у нас тоже была устроена сложная сеть, работавшая практически без проблем в течение десяти последних лет.

В офисе моего отца было подключено очень дорогое и быстрое (на то время, естественно) корпоративное интернет-соединение. Однако для дома провайдеры не могли предложить ничего хорошего! А моя семья часто упорно отказывается соглашаться на меньшее, только если нет абсолютно никакого другого выбора.

Офис отца и наша квартира находились на расстоянии нескольких кварталов на небольшом холме; при этом квартира на втором этаже расположена выше офиса. Немного потрудившись, мой отец настроил между своим офисом и квартирой беспроводной мост — пару направленных друг на друга антенн Wi-Fi с большим усилением. Теперь мы пользуемся дома быстрым корпоративным подключением!

Я начал изучать сеть, чтобы понять, где рвётся соединение. Локальный маршрутизатор Wi-Fi дома работал хорошо — никаких потерь пакетов. Локальный конец моста Wi-Fi тоже не создавал проблем. А вот пингование удалённого конца моста Wi-Fi демонстрировало высокий коэффициент потери пакетов (больше 90%), как и пингование любого другого сетевого устройства за ним. Ага, значит, что-то не так с мостом Wi-Fi! Но что конкретно? И почему сейчас, хотя система отлично работала почти десять лет? Как вообще дождь может починить мост Wi-Fi? Очень много вопросов. Настала пора найти на них ответы!

▍ Отладка

Как любой опытный инженер, я первым делом попробовал выключить и включить все устройства. Не сработало.

Затем я проверил все устройства в сети по отдельности:

• Возможно, одно из устройств поломалось от старости? Неа. [Я физически подключал свой ноутбук к локальному Ethernet каждого из устройств, проводил диагностику, пинговал устройства по проводному подключению и так далее.]
• Возможно, где-то отсоединился или болтается кабель? Неа.
• Возможно, со временем плохо стал работать блок питания? Неа.
• Возможно, неудачно завершилось автоматическое обновление прошивки и что-то при этом поломало? Неа.
• Возможно, от долгого нахождения на улице заржавел разъём антенны? Неа.

В отличие от отладки ПО, вся эта отладка оборудования раздражала необходимостью физического доступа. Мне приходилось ползать по лестницам, проверять кабели, которые никто не трогал десять лет, много ходить туда-обратно между офисом и нашей квартирой.

В одну из этих прогулок я начал замечать, как сильно поменялся наш квартал, пока я не жил дома.

[Перед колледжем я провёл четыре года в старшей школе-интернате. Я был в национальной команде математиков и программистов, участвовавшей в IMO и IOI, поэтому даже летом находился в подготовительных лагерях и на соревнованиях.]

По соседству появилось множество новых магазинов. Многие дома покрасили или заштукатурили. Деревья, которые раньше были побегами, выросли и стали мощными.

И тогда меня озарило.

▍ Осознание

Я побежал домой и поднялся наверх, держа в руках антенну беспроводного моста. Я аккуратно высунулся из окна дома, двумя этажами выше нашей квартиры.

[Сейчас я думаю, что стоило воспользоваться страховочной привязью. Вот риск, на который люди идут ради интернета! Не забывайте, что дело касалось ещё и девушки — только ради Netflix или Twitter я бы на это не пошёл.]

Затем я посмотрел вниз по холму, туда, где находилась вторая часть моста Wi-Fi. Точнее, в направлении этой антенны, потому что я не мог её увидеть — мне помешало дерево, растущее во дворе соседа! Его верхние ветви качались, закрывая вид на антенну.

Бинго!

▍ Проблема и решение

Вот в чём было дело: много лет назад мы установили беспроводной мост. Долгое время всё было отлично. Но с каждым годом соседское дерево росло всё выше и выше. Вскоре после того, как я вернулся домой этим летом, верхние ветви вытянулись так, что стали мешать нашему сигналу Wi-Fi. Но они только едва перекрывали сигнал!

Во время каждого дождя вода скапливалась на его листьях и ветвях, опуская их вниз. Благодаря этому дополнительному весу антенны снова оказывались на линии прямой видимости друг друга!

[Любопытно, что объекты вне прямой линии между антеннами всё равно могут вызывать помехи! Для наилучшего качества сигнала не должно быть помех в ближней зоне антенн. Но на практике совершенства не достичь, поэтому радиооборудование, в том числе и Wi-Fi, использует техники наподобие кодов коррекции ошибок, чтобы обеспечивать работу даже без идеально чистой ближней зоны.]

После завершения дождя вода продолжала стекать с дерева. Примерно спустя пятнадцать минут она полностью стекала, позволяя листьям и веткам снова встать на пути битов и байтов. И тогда Wi-Fi переставал работать.

Решить проблему было легко: мы обновили оборудование, заменив старые устройства 802.11g на новые 802.11n, в которых используются новые волшебные математика и физика, делающие сигналы более устойчивыми к помехам.

[Один из таких новых волшебных аспектов Wi-Fi 802.11n называется beamfoming: передатчик может использовать несколько антенн, выполняющих передачу на одной частоте, чтобы управлять сигналом, повышая его эффективный диапазон и качество. Современный Wi-Fi выполняет beamforming при помощи лишь нескольких антенных элементов, но если увеличить это количество, мы получим фазированную антенную решётку. Вы задумывались когда-нибудь, почему антенны Starlink плоские, а не параболические, как старые спутниковые телевизионные антенны? В них используются фазированные решётки, чтобы нацеливать сигнал на спутники Starlink в небе без подвижных деталей. Магия! Физика!]

Несколько дней спустя нам доставили новое оборудование и я нетерпеливо забрался наверх, чтобы установить новые антенны. Достаточно было нескольких винтов, стяжек и подключённых кабелей, чтобы индикаторы Wi-Fi «соединение установлено» снова загорелись зелёным.

И на этот раз дождя не понадобилось. Всё опять работало замечательно.

Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT