Hoe werkt Wi-Fi eigenlijk? En waarom blijft uw telefoon soms aan het verkeerde access point hangen?

Wi-Fi gebruiken we iedere dag. Op kantoor, thuis, in een magazijn, hotel, ziekenhuis of productieomgeving. We lopen rond met onze telefoon of laptop en verwachten eigenlijk maar één ding:

Het moet gewoon werken.

Toch kennen veel mensen het verschijnsel: u staat vlak onder een Wi-Fi access point, maar uw telefoon heeft alsnog een slechte verbinding. Of u loopt tijdens een Teams-gesprek door het gebouw en ineens hapert het geluid.

Misschien hangen er zelfs meerdere access points in het gebouw, maar blijft uw laptop hardnekkig verbonden met een access point dat veel verder weg hangt.

Hoe kan dat?

Om dat te begrijpen hoeven we niet heel diep de techniek in. Wel moeten we eerst weten hoe Wi-Fi, radiosignalen en roaming in de basis werken.

Wat is Wi-Fi eigenlijk?

Een access point, vaak afgekort tot AP, kunt u zien als een radiostation waarmee uw telefoon, laptop, scanner of ander apparaat communiceert.

Die communicatie gaat altijd twee kanten op.

Het access point zendt informatie naar uw apparaat, maar uw apparaat moet ook informatie kunnen terugsturen naar het access point.

Dat laatste wordt regelmatig vergeten.

Een krachtig access point kan bijvoorbeeld prima een laptop bereiken. Maar als de Wi-Fi-radio en antennes in die laptop minder krachtig zijn, kan de laptop moeite hebben om terug te praten.

Vergelijk het met twee mensen die tegenover elkaar staan.

De ene persoon heeft een megafoon en is op grote afstand nog prima te horen. De andere persoon moet zonder megafoon terugroepen.

De persoon met de megafoon hoort u uiteindelijk niet meer, terwijl u hem zelf nog uitstekend kunt verstaan.

Bij Wi-Fi kan hetzelfde gebeuren.

Cisco waarschuwt hiervoor ook bij het ontwerpen van draadloze netwerken: een access point dat harder zendt dan de client aankan, kan op papier prima dekking geven terwijl de communicatie van de client terug naar het AP problemen oplevert.

Een goed Wi-Fi-netwerk draait daarom niet alleen om de access points.

De telefoons, laptops, scanners en andere apparaten die het netwerk gebruiken zijn minstens zo belangrijk.

Wi-Fi 4, Wi-Fi 5, Wi-Fi 6, Wi-Fi 6E en Wi-Fi 7

Wi-Fi is door de jaren heen steeds verder ontwikkeld.

De technische standaarden hebben namen zoals 802.11n, 802.11ac, 802.11ax en 802.11be. Voor gewone gebruikers zijn hiervoor eenvoudigere generatienamen bedacht.

Welke frequenties daadwerkelijk beschikbaar zijn, is mede afhankelijk van lokale regelgeving en het gebruikte apparaat.

Iedere nieuwe generatie brengt verbeteringen op het gebied van bijvoorbeeld snelheid, capaciteit en efficiëntie.

Maar er zit een belangrijke kanttekening aan:

De mogelijkheden van een verbinding worden bepaald door zowel het access point als het apparaat.

Een Wi-Fi 7 access point maakt een oude Wi-Fi 5-laptop niet ineens een Wi-Fi 7-laptop.

Wat is het verschil tussen 2,4 GHz, 5 GHz en 6 GHz?

Een modern Wi-Fi-netwerk kan verschillende frequentiebanden gebruiken.

Zie ze als verschillende wegen waarover het draadloze verkeer kan rijden.

2,4 GHz

2,4 GHz heeft over het algemeen een relatief groot bereik en komt redelijk goed door obstakels heen.

Het nadeel is dat er relatief weinig ruimte beschikbaar is. Bovendien gebruiken veel andere draadloze apparaten dezelfde frequentieband.

Daardoor kan het er behoorlijk druk zijn.

5 GHz

Op 5 GHz is veel meer ruimte beschikbaar voor Wi-Fi.

Dat maakt deze band zeer geschikt voor moderne bedrijfsnetwerken. Er zijn meer kanalen beschikbaar en daardoor kunnen verschillende access points beter naast elkaar functioneren.

Het bereik is doorgaans kleiner dan op 2,4 GHz, zeker wanneer muren en andere obstakels tussen het access point en de gebruiker staan.

6 GHz

6 GHz biedt moderne apparatuur nog meer beschikbare ruimte.

Daarmee zijn hoge snelheden en brede kanalen mogelijk. Tegelijkertijd is het bereik door obstakels in de praktijk doorgaans beperkter dan bij lagere frequenties.

Dus:

Meer GHz betekent niet automatisch betere Wi-Fi.

De beste keuze hangt af van het gebouw, de apparatuur, het aantal gebruikers en de toepassing.

Brede kanalen: meer snelheid is niet altijd beter

Bij Wi-Fi horen ook verschillende kanaalbreedtes.

Denk bijvoorbeeld aan 20, 40, 80 en 160 MHz. Wi-Fi 7 kan onder de juiste omstandigheden nog bredere kanalen gebruiken.

U kunt dit vergelijken met een snelweg.

Een kanaal van 20 MHz is een relatief smalle weg. Een kanaal van 160 MHz heeft veel meer rijstroken en kan daardoor in theorie meer verkeer verwerken.

Dat klinkt alsof breder altijd beter is.

Maar die brede snelweg neemt ook veel meer ruimte in beslag.

In een gebouw met veel access points kan het daarom juist slimmer zijn om smallere kanalen te gebruiken. Zo kunnen verschillende access points beter naast elkaar functioneren zonder elkaar voortdurend in de weg te zitten.

Een access point instellen op de hoogst mogelijke snelheid is daarom niet hetzelfde als een goed Wi-Fi-netwerk ontwerpen.

Wat doet de Wi-Fi-chip in uw telefoon of laptop?

In ieder Wi-Fi-apparaat zit een Wi-Fi-chipset.

Samen met de antennes, firmware, drivers en het besturingssysteem bepaalt deze voor een belangrijk deel hoe het apparaat zich op een Wi-Fi-netwerk gedraagt.

Niet iedere chipset ondersteunt dezelfde mogelijkheden.

Het ene apparaat ondersteunt bijvoorbeeld alleen 2,4 en 5 GHz, terwijl een ander apparaat ook 6 GHz kan gebruiken.

Een moderne laptop kan Wi-Fi 7 ondersteunen, terwijl een oudere handscanner misschien nog gebruikmaakt van een oudere Wi-Fi-generatie.

Maar er zijn meer verschillen.

De ene fabrikant gebruikt andere antennes dan de andere. De positie van die antennes verschilt. Ook zendvermogen, gevoeligheid, drivers en software verschillen.

Daardoor kunnen twee apparaten die letterlijk naast elkaar op dezelfde tafel liggen verschillend reageren op hetzelfde Wi-Fi-netwerk.

De ene laptop kan een uitstekende verbinding aangeven, terwijl de andere laptop al problemen begint te krijgen.

En er is nóg een belangrijk verschil:

Niet ieder apparaat neemt dezelfde beslissingen over roaming.

Wat is roaming?

Stel dat uw kantoor drie access points heeft.

U begint met uw telefoon naast access point A.

Vervolgens loopt u door het gebouw richting access point B.

Daarna loopt u verder richting access point C.

U wilt natuurlijk dat uw telefoon tijdens het lopen steeds het access point gebruikt dat op dat moment de beste verbinding kan bieden.

Dat proces noemen we roaming.

Veel mensen denken dat access point A op een bepaald moment tegen de telefoon zegt:

"U bent nu dichter bij access point B. Ik draag uw verbinding over."

Maar bij normale Wi-Fi werkt het meestal niet zo eenvoudig.

De client — bijvoorbeeld uw telefoon of laptop — speelt zelf een belangrijke rol in de beslissing wanneer hij naar een ander access point overstapt.

Omada benoemt dit zelf ook in zijn documentatie over clients die niet naar het dichtstbijzijnde AP roamen. Een client kan bij een verder gelegen AP blijven door zijn eigen roamingmechanisme. Zolang de bestaande verbinding voor het apparaat nog goed genoeg lijkt, kan het besluiten niet over te stappen.

Apple documenteert voor zijn eigen apparaten zelfs concrete waarden waarop een apparaat begint te zoeken naar een alternatief access point.

Waarom blijft mijn telefoon aan het verkeerde access point hangen?

Omdat uw telefoon niet weet dat u vindt dat hij moet overstappen.

Zolang de bestaande verbinding volgens het apparaat nog voldoende bruikbaar is, kan het apparaat besluiten verbonden te blijven.

Dit wordt vaak een sticky client genoemd: een apparaat dat als het ware aan zijn huidige access point blijft plakken.

Stel:

U begint vlak bij access point A.

U loopt dertig meter verder.

Daar hangt access point B praktisch boven uw hoofd.

Toch kan uw laptop nog verbonden zijn met access point A.

De laptop kan in feite redeneren:

"Mijn huidige verbinding werkt nog. Ik hoef nog niet te veranderen."

Een andere laptop of telefoon kan onder exact dezelfde omstandigheden wél besluiten over te stappen.

Omada noemt onder andere de signaalsterkte, interferentie, netwerkdrukte, instellingen van het apparaat, plaatsing van access points en beperkingen van de client als factoren die invloed hebben op dit gedrag.

Daarom kan een Wi-Fi-probleem soms alleen optreden bij één bepaald model telefoon, laptop of scanner.

Het netwerk kan een apparaat wel helpen

Dat de client belangrijk is bij roaming betekent niet dat het Wi-Fi-netwerk helemaal niets kan doen.

Professionele Wi-Fi-systemen kunnen apparaten helpen om sneller een beter access point te vinden.

Daarvoor bestaan onder andere de standaarden 802.11k, 802.11v en 802.11r.

Zowel Cisco als Omada gebruiken deze technieken om roaming te verbeteren.

In gewone taal:

802.11k: waar kan ik nog meer naartoe?

Zonder hulp zou een apparaat verschillende Wi-Fi-kanalen moeten onderzoeken om te ontdekken welke access points beschikbaar zijn.

802.11k helpt daarbij.

Het netwerk kan informatie geven over access points in de omgeving. Daardoor hoeft een telefoon of laptop minder lang zelf te zoeken.

Omada omschrijft dit als een manier waarop een client een beter beeld krijgt van de radio-omgeving en sneller een sterker alternatief kan vinden.

802.11v: misschien kunt u beter daarheen

802.11v gaat een stap verder.

Het netwerk kan een apparaat informatie geven waarmee het een betere keuze kan maken en kan het richting een geschikter access point sturen.

Cisco beschrijft 802.11v eveneens als een techniek waarmee het netwerk een client kan aanmoedigen om te roamen.

Maar belangrijk is:

Een advies betekent niet automatisch dat iedere client direct vertrekt.

Het gedrag blijft mede afhankelijk van wat het apparaat zelf ondersteunt en hoe zijn roamingsoftware is ontworpen.

802.11r: sneller overstappen

Wanneer een apparaat naar een ander access point gaat, speelt ook beveiliging een rol.

Normaal gesproken moeten daarbij verschillende stappen worden uitgevoerd.

802.11r, ook wel Fast BSS Transition genoemd, is ontworpen om deze overgang sneller te maken. Omada beschrijft dit als een mechanisme waarmee een client vooraf een deel van het authenticatieproces met een mogelijk volgend access point kan uitvoeren.

Vooral bij toepassingen waarbij een korte onderbreking direct merkbaar is — bijvoorbeeld spraak- en videogesprekken — kan dat belangrijk zijn.

Moet de telefoon deze technieken ook ondersteunen?

Ja.

Alleen functies inschakelen op het access point is niet voldoende.

Omada vermeldt expliciet dat 802.11k, 802.11v en 802.11r alleen effect hebben wanneer de aangesloten client de betreffende functies eveneens ondersteunt.

Dat verklaart opnieuw waarom twee verschillende apparaten zich op hetzelfde netwerk anders kunnen gedragen.

Een nieuwe telefoon kan gebruikmaken van verschillende roaminghulpmiddelen, terwijl een oudere scanner die mogelijkheden misschien helemaal niet kent.

Kan het netwerk een sticky client ook dwingen?

Hier wordt het interessant.

Normaal gesproken probeert het netwerk de client vooral te helpen of adviseren.

Maar fabrikanten kunnen aanvullende mechanismen aanbieden.

Omada heeft bijvoorbeeld een functie die Non-Stick Roaming heet. Omada beschrijft deze functie specifiek voor clients die met een slecht signaal aan een ongunstig access point verbonden blijven.

Het netwerk kan zo'n sticky client loskoppelen van het huidige access point, zodat het apparaat opnieuw een verbinding moet kiezen.

Dat verandert het antwoord op de vraag “Wie bepaalt de roaming?” dus enigszins.

In eenvoudige vorm:

De client bepaalt normaal gesproken zelf wanneer hij roamt. Het netwerk kan daarbij informatie en adviezen geven. Professionele Wi-Fi-systemen kunnen daarnaast mechanismen gebruiken om slecht roaminggedrag actiever bij te sturen.

Het is dus geen simpele overdracht zoals bij sommige mobiele netwerken.

Omada Fast Roaming

Omada combineert onder andere 802.11k en 802.11v om clients bij roaming te ondersteunen.

Volgens de Omada-documentatie houden de access points daarbij onder andere de kwaliteit van de clientverbinding in de gaten. Wanneer de verbinding slechter wordt, kan informatie over omliggende access points worden gebruikt om de client naar een geschikter AP te sturen.

Omada adviseert bij zo'n ontwerp ook voldoende overlap tussen aangrenzende access points en het gebruik van verschillende kanalen om interferentie te verminderen.

Cisco hanteert in zijn ontwerpdocumentatie eveneens het principe dat voldoende overlap belangrijk is om een client te laten roamen voordat de verbinding met het vorige access point wegvalt. Voor spraaktoepassingen gebruikt Cisco bijvoorbeeld -67 dBm als bekende ontwerpwaarde en adviseert het voldoende overlap tussen cellen.

Het exacte ontwerp blijft echter afhankelijk van het gebruikte apparaat en de toepassing.

Wanneer wordt een Wi-Fi-signaal te zwak?

Wi-Fi-signaalsterkte wordt meestal weergegeven in dBm.

Dat ziet er in eerste instantie vreemd uit, omdat we daarbij meestal negatieve getallen zien.

Hierbij geldt:

-50 dBm is sterker dan -70 dBm.

En -70 dBm is sterker dan -80 dBm.

Als algemene indicatie:

Dit zijn nadrukkelijk geen universele harde grenzen.

Het benodigde signaal hangt af van het apparaat, de toepassing, de gebruikte datasnelheid en de hoeveelheid achtergrondruis.

Cisco gebruikt voor voice-toepassingen bijvoorbeeld -67 dBm als aanbevolen minimale signaalsterkte in combinatie met een minimale signaal-ruisverhouding van 25 dB.

Een laptop die alleen e-mail hoeft op te halen stelt andere eisen dan een mobiele telefoon waarop tijdens het lopen een belangrijk VoIP-gesprek wordt gevoerd.

Wanneer besluit een apparaat daadwerkelijk te roamen?

Daar bestaat geen universeel getal voor.

Fabrikanten kunnen hun eigen roaminggedrag bepalen.

Apple geeft hiervan een duidelijk voorbeeld.

Volgens Apple beginnen recente iPhones en iPads rond -70 dBm naar roamingkandidaten te kijken. Voor Macs noemt Apple ongeveer -75 dBm.

Bovendien moet een alternatief access point voldoende beter zijn voordat daadwerkelijk wordt overgestapt. Voor een actieve iPhone of iPad noemt Apple bijvoorbeeld een verschil van ongeveer 8 dB; bij een niet-actief apparaat kan meer verschil nodig zijn.

Dat betekent dat een dichter access point niet automatisch direct wordt gekozen.

Stel:

Uw telefoon is nog met access point A verbonden op -68 dBm.

U loopt ondertussen bijna onder access point B.

Access point B is misschien veel sterker, maar zolang de roamingregels van de telefoon nog niet worden geactiveerd, kan hij voorlopig aan A verbonden blijven.

Precies daardoor ontstaan situaties waarin gebruikers zeggen:

"Maar ik sta toch letterlijk onder het access point?"

Dat klopt.

Alleen heeft de telefoon nog niet besloten dat hij weg wil bij de vorige.

Waarom meer access points niet automatisch betere Wi-Fi betekent

Een veelgemaakte reactie op slechte Wi-Fi is:

"Dan hangen we er gewoon nog een access point bij."

Dat kan soms nodig zijn, maar meer access points betekent niet automatisch betere Wi-Fi.

Access points moeten gebruikmaken van hetzelfde beschikbare radiospectrum.

Wanneer te veel access points elkaar horen en dezelfde of overlappende kanalen gebruiken, moeten apparaten vaker op elkaar wachten.

Ook een te hoog zendvermogen kan problemen veroorzaken.

Het klinkt aantrekkelijk om ieder access point zo hard mogelijk te laten zenden. U krijgt dan immers een groter bereik.

Maar voor roaming kan dat juist ongunstig zijn.

Als access point A veel te ver blijft reiken, blijft uw telefoon dat access point namelijk nog lange tijd horen terwijl u al richting B of C bent gelopen.

U maakt daarmee de Wi-Fi-cel te groot.

Een goed Wi-Fi-netwerk probeert daarom niet alle access points maximaal te laten zenden.

Het doel is dat de verschillende Wi-Fi-cellen op een gecontroleerde manier op elkaar aansluiten.

Ook storing speelt een grote rol

Signaalsterkte vertelt bovendien niet het hele verhaal.

Stel dat u met iemand probeert te praten in een stille kamer.

Zelfs als die persoon op enige afstand staat, kunt u elkaar waarschijnlijk prima verstaan.

Zet dezelfde twee personen midden in een volle evenementenhal met harde muziek en honderden pratende mensen.

De afstand tussen u beiden is hetzelfde, maar het gesprek is ineens veel moeilijker.

Bij Wi-Fi gebeurt iets vergelijkbaars.

Een sterk Wi-Fi-signaal met veel storing kan slechter functioneren dan een iets zwakker signaal in een rustige radio-omgeving.

Daarom kijkt een professionele Wi-Fi-analyse niet alleen naar bereik.

Ook zaken zoals achtergrondruis, interferentie, kanaalgebruik, capaciteit, overlap en de eigenschappen van de gebruikte clients zijn belangrijk.

Cisco benadrukt daarom naast RSSI ook de Signal-to-Noise Ratio, oftewel SNR.

Band Steering is iets anders dan roaming

Nog een term die vaak voor verwarring zorgt is Band Steering.

Roaming gaat over het wisselen tussen access points.

Band Steering gaat over de keuze tussen bijvoorbeeld 2,4, 5 en 6 GHz.

Omada kan geschikte clients bijvoorbeeld richting 5 of 6 GHz sturen om de drukte op 2,4 GHz te verminderen. Omada geeft daarbij aan dat 5 en 6 GHz meer niet-overlappende kanalen en vaak minder interferentie beschikbaar hebben dan 2,4 GHz.

Dat betekent:

Roaming: AP A → AP B.

Band Steering: bijvoorbeeld 2,4 GHz → 5 GHz.

Beide kunnen invloed hebben op de gebruikerservaring, maar het zijn verschillende mechanismen.

De zwakste schakel zit soms helemaal niet in het access point

Dit is misschien wel de belangrijkste conclusie.

Een modern access point kan technisch enorm veel mogelijkheden hebben.

Maar uiteindelijk communiceert het met een:

telefoon, laptop, tablet, handscanner, printer, camera, machine of IoT-apparaat.

En ieder apparaat heeft zijn eigen combinatie van chipset, antennes, zendvermogen, Wi-Fi-standaarden, drivers, firmware en roaminggedrag.

Daarom kan hetzelfde Wi-Fi-netwerk uitstekend werken op een moderne laptop en tegelijkertijd problemen geven op een oudere handscanner.

Omada adviseert bij roamingproblemen daarom expliciet ook naar het gedrag en de beperkingen van de client zelf te kijken.

Een Wi-Fi-ontwerp moet dus worden gemaakt voor de apparaten en toepassingen die het netwerk daadwerkelijk gaan gebruiken.

Goede Wi-Fi gaat niet alleen over bereik

De vraag:

"Hebben we overal Wi-Fi-signaal?"

is eigenlijk niet voldoende.

De betere vraag is:

"Kunnen alle apparaten op iedere belangrijke locatie betrouwbaar doen wat ze moeten doen?"

Voor een bezoeker die af en toe een e-mail leest, zijn de eisen heel anders dan voor iemand die tijdens het lopen telefoneert over Wi-Fi.

Een magazijn met honderden scanners vraagt om een ander ontwerp dan een klein kantoor met twintig laptops.

En een productieruimte met staal, machines en storingsbronnen vraagt weer om een andere aanpak.

Daarom bestaat een goed Wi-Fi-netwerk uit veel meer dan access points ophangen en controleren of overal Wi-Fi-streepjes zichtbaar zijn.

Het gaat om:

• dekking;
• capaciteit;
• frequenties;
• kanaalplanning;
• interferentie;
• roaming;
• zendvermogen;
• overlap;
• en vooral de eigenschappen van de apparaten die het netwerk gebruiken.

Conclusie

Wi-Fi lijkt voor de gebruiker eenvoudig: u kiest een netwerk en bent verbonden.

Achter de schermen voeren het access point en uw apparaat echter continu een radiosgesprek.

De kwaliteit daarvan wordt bepaald door veel meer dan alleen de afstand tot het access point.

Vooral bij roaming ontstaat vaak verwarring.

De client — uw telefoon, laptop of scanner — speelt normaal gesproken een belangrijke rol bij de beslissing wanneer hij van access point wisselt. Het netwerk kan die beslissing ondersteunen met technologieën zoals 802.11k en 802.11v. 802.11r kan vervolgens helpen om de overgang sneller te laten verlopen.

Professionele systemen kunnen daarnaast verder ingrijpen. Omada biedt bijvoorbeeld Non-Stick Roaming om clients die onnodig aan een slecht access point blijven hangen los te koppelen en opnieuw te laten verbinden.

Cisco en Omada laten in hun documentatie daarmee uiteindelijk hetzelfde belangrijke principe zien:

Een betrouwbaar Wi-Fi-netwerk ontstaat door het samenspel tussen het netwerk én de clients. Daarom begint een goed Wi-Fi-ontwerp niet met de vraag:

"Hoeveel access points moeten we ophangen?"

maar met vragen zoals:

"Welke apparaten gebruiken het netwerk?"

"Waar bewegen gebruikers zich door het gebouw?"

"Welke toepassingen moeten altijd blijven werken?"

"Hoe ziet de radio-omgeving eruit?"

En:

"Hoe gedragen de clients zich wanneer ze van het ene naar het andere access point bewegen?"

Pas wanneer die vragen worden meegenomen, kan een Wi-Fi-netwerk worden ontworpen dat niet alleen op papier goed bereik heeft, maar ook in de praktijk betrouwbaar werkt.

Ervaart u problemen zoals wegvallende gesprekken, trage Wi-Fi, slechte dekking of apparaten die aan het verkeerde access point blijven hangen? Dan is meten en analyseren vaak veel effectiever dan simpelweg een extra access point plaatsen. EMC Solutions kijkt naar het volledige Wi-Fi-netwerk: van access points en interferentie tot roaming en het gedrag van de aangesloten apparatuur.