Jak usprawnić sieć w domu? cz. 5

Wpis, który chronologicznie powinien pojawić się jako drugi, ponieważ dotyczy stanu wyjściowego, czyli WiFi. Oczywiście sprzęt to opisywany niedawno TP-Link WR841 z OpenWrt. Banana Pi wpięte do portu LAN, czyli na 100 Mbps, ale głównym ogranicznikiem jest sieć bezprzewodowa. Jasności dodam, że są to wyniki sprzed optymalizacji, ale o poprawianiu WiFi napiszę innym razem. Warto też zaznaczyć, że wyniki jako jedyne są przeprowadzane na środowisku nieizolowanym, „produkcyjnym”, tj. z podłączonymi innymi urządzeniami. O ile nie powinny specjalnie rzutować na wynik, bo nie korzystały intensywnie, to na pewno wpływały w jakiś sposób ujemnie.

1.
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth       Jitter    Lost/Total Datagrams
[  4]   0.00-60.04  sec   125 MBytes  17.5 Mbits/sec  10.997 ms  1908/16040 (12%)  
[  4] Sent 16040 datagrams

2.
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth       Retr
[  4]   0.00-60.00  sec  67.7 MBytes  9.46 Mbits/sec  186             sender
[  4]   0.00-60.00  sec  67.6 MBytes  9.45 Mbits/sec                  receiver

3.
— 192.168.0.139 ping statistics —
600 packets transmitted, 598 received, 0% packet loss, time 61057ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.766/2.303/42.995/4.036 ms

4.
— 192.168.0.139 ping statistics —
600 packets transmitted, 596 received, 0% packet loss, time 60280ms
rtt min/avg/max/mdev = 1.918/3.953/42.202/3.747 ms

5.
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth       Jitter    Lost/Total Datagrams
[  4]   0.00-3600.04 sec  6.27 GBytes  15.0 Mbits/sec  4.305 ms  71880/822270 (8.7%)
[  4] Sent 822270 datagrams
[…]
9.
Inea Orange

Jak widać stan wyjściowy nie był imponujący. Rzekłbym nawet, że zaskakująco słabe wyniki. Widać też, że brakuje części testów – przyznaję, że nie miałem ani cierpliwości, ani warunków. Ponieważ ustawienia lekko się zmieniły w międzyczasie, zostawię z brakiem, żeby nie fałszować. Zaskakuje słaby wynik transmisji w teście syntetycznym, w szczególności w porównaniu z testem do internetu.

Jak usprawnić sieć w domu? cz. 2

W poprzedniej części było o genezie cyklu, sposobach pomiaru i najlepszym możliwym połączeniu, czyli bezpośrednio skrętką. Ze względu na zainteresowanie paru osób wynikami testów PLC, przeskakuję WiFi i przechodzę do wyników testów PLC.

Na testy dostałem TL-PA4010P kit. Z tego co widzę, w wyszukiwarce znajduje zarówno, że jest to AV500 jak i AV600, ale na opakowaniu było AV600, więc link jest prawdopodobnie prawidłowy. Do podłączenia podszedłem zupełnie laicko – z tego miejsca w mieszkaniu internet ma trafić do tamtego – zupełnie nie wnikałem w to jakie są fazy i czy po drodze są listwy.

Błąd. Zalecane jest wpięcie w ten sam obwód i bezpośrednio do gniazdka, z pominięciem listew zasilających. W związku z tym wykonałem kilka testów, w tym wpisie zajmę się tylko wynikami pierwszej, najgorszej topologii – jeden kontroler bezpośrednio w gniazdku, drugi za listwą z włącznikiem i wpiętej w nią listwą zwykłą. Od razu podaję link do wskazówek jak najlepiej podłączyć PLC. Wyniki z optymalnego połączenia są lepsze i będą w kolejnym wpisie, ten to bardziej „jakoś wpiąłem i tak działało”.

Na wstępie miałem małe rozczarowanie, które rozwiewa dopiero lektura powyższego linka. AV600 oznacza 600 Mbps. I jakkolwiek przypuszczałem, że będzie to 300 upload, 300 download, to aby taki wynik osiągnąć, trzeba by mieć w urządzeniu port 1 GE. Tymczasem jak widać są tam porty 100 Mbps i taką prędkość linkowania się z urządzeniami osiągałem. Nie jest to dla mnie wielki problem, bo mój router także ma porty 100 Mbps, ale jeśli ktoś liczy na szybkie połączenie z NAS itp., to może się zawieść.

Samo podłączenie jest proste – sprowadza się do włożenia urządzeń w gniazdka, wpięcia ethernetu i naciśnięciu przycisku do parowania.

Wyniki z testu w niekomfortowych warunkach:

1.
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth       Jitter    Lost/Total Datagrams
[  4]   0.00-60.00  sec   547 MBytes  76.5 Mbits/sec  1.195 ms  0/70059 (0%) 
[  4] Sent 70059 datagrams

2.
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth       Retr
[  4]   0.00-60.00  sec   418 MBytes  58.4 Mbits/sec    0             sender
[  4]   0.00-60.00  sec   417 MBytes  58.3 Mbits/sec                  receiver

3.
--- 192.168.10.126 ping statistics ---
600 packets transmitted, 600 received, 0% packet loss, time 60299ms
rtt min/avg/max/mdev = 3.310/3.657/13.757/0.965 ms
4.
--- 192.168.10.126 ping statistics ---
600 packets transmitted, 600 received, 0% packet loss, time 60338ms
rtt min/avg/max/mdev = 21.582/24.445/35.531/2.837 ms

5.
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth       Jitter    Lost/Total Datagrams
[  4]   0.00-3600.00 sec  32.6 GBytes  77.9 Mbits/sec  1.447 ms  5136/4278660 (0.12%) 
[  4] Sent 4278660 datagrams

6.
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth       Retr
[  4]   0.00-3600.00 sec  24.6 GBytes  58.6 Mbits/sec    0             sender
[  4]   0.00-3600.00 sec  24.5 GBytes  58.6 Mbits/sec                  receiver

7.
--- 192.168.10.126 ping statistics ---
36000 packets transmitted, 36000 received, 0% packet loss, time 3625078ms
rtt min/avg/max/mdev = 2.759/4.280/16.010/1.247 ms

8.
--- 192.168.10.126 ping statistics ---
36000 packets transmitted, 36000 received, 0% packet loss, time 3618568ms
rtt min/avg/max/mdev = 22.662/24.105/106.475/2.133 ms, pipe 2

9.
Inea Orange

Jak widać nawet w tych niekomfortowych warunkach zestaw radził sobie przyzwoicie. Brak strat pakietów, niskie i stabilne opóźnienia. Widać wzrost czasu odpowiedzi w zależności od wielkości pakietu i jak sprawdziłem empirycznie pojawia się on przy rozmiarze pakietu między 900 a 1000 i jest to jedyna istotna różnica w stosunku do zwykłęgo ethernetu.

Niezła szybkość transmisji danych między urządzeniami nie wzbudziła mojej czujności; to, że coś chyba jest nie w porządku zacząłem podejrzewać dopiero po ostatnim teście, po podłączeniu jednego z końców kabla do routera. Dane z internetu pobierały się zwyczajnie wolno i… nie miało to pokrycia w testach syntetycznych. W tym momencie uprzedzę fakty i od razu napiszę, że przy zalecanym połączeniu wyniki w ostatnim teście były identyczne jak na kablu. Ale to już w kolejnym wpisie.

Na koniec słowo o zużyciu energii, ponieważ są to urządzenia aktywne. Podłączyłem urządzenie do watomierza. Bez podłączonego komputera pokazał 1,5W, po podłączeniu komputera i podczas transmisji danych 2,2-2,3W. Jeśli wyłączymy komputer, PLC po paru minutach przechodzi w stan uśpienia i pobiera wówczas 0,8W.

Jak usprawnić sieć w domu? cz. 1

Wstęp

Wpis jest wstępem do serii mini testów, które przeprowadziłem lub przeprowadzę w najbliższym czasie. Chodzi o rozwiązanie kwestii dostępu urządzeń w domu do internetu i zapewnienia ich łączności pomiędzy sobą. Powodem było moje WiFi, które choć doprowadzone aktualnie do zadowalającej używalności, niekoniecznie było optymalne zarówno jeśli chodzi o stabilność połączenia, jak i oferowane przepływności czy opóźnienia. Na rynku istnieje kilka rozwiązań, które mają za zadanie pomóc w dostarczeniu sieci, niedawny wpis o PLC przypomniał mi, że kiedyś interesowałem się bardziej tematem, a technika poszła naprzód.

Szybkie pytanie na wewnętrznym forum firmowym czy komuś nie zalega parka PLC spotkała się z pozytywnym odzewem (uroki pracy w większej firmie, z otwartymi geekami – ciekaw jestem czego nie dałoby się znaleźć… ;-)) i okazało się, że nie tylko zalega chwilowo, ale są różnego typu, stąd pomysł na porównanie i podzielenie się wnioskami.

Nie ma to być test uniwersalny ani profesjonalny – robię go przede wszystkim dla siebie i w dostępnym mi środowisku (a np. typ ścian czy otoczenie może mieć kolosalne znaczenie dla WiFi, podobnie wygląda kwestia sieci elektrycznej dla PLC), mam jednak nadzieję, że uda się wyciągnąć jakieś wnioski ogólne i może komuś pomoże w wyborze rozwiązania.

O ile nie napisano inaczej, wykorzystywany jest firmware dostarczony z urządzeniami. Systemy nie są specjalnie tuningowane – ot, linuksowy default. Z oczywistych względów trudno mi wypowiadać się na temat stabilności poszczególnych rozwiązań w dłuższym okresie czasu.

Topologia sieci

Topologia sieci jest następująca: modem ISP (kablówka) w przedpokoju, podłączony ethernetem do routera. Router (obecnie TL-841) z wgranym OpenWRT/LEDE dostarcza internet reszcie urządzeń po WiFi. Przedpokój to w miarę centralny punkt w mieszkaniu, odległość od urządzeń końcowych (laptopy, smartfony) ok. 7 metrów, część urządzeń pracuje w 802.11n, część w 802.11g i tak zostanie – modernizacja czy wymiana końcówek są nieopłacalne.

Dla jasności: to działa od lat i w zasadzie wystarcza, jeśli chodzi o przepływność. Wystarczało i na 802.11g, gdy transfery (do mojego laptopa) wynosiły 15-18 Mbps (wg speedtest.net). Po zmianie routera na nowszy jest lepiej – 30 Mbps. Nadal jest to gorzej niż to, co oferuje operator (60 Mbps), ale w zupełności wystarcza do transferów „z zewnątrz”. Zobaczymy jednak, czy są jakieś alternatywy i czego się spodziewać.

Ani mieszkanie w kamienicy, ani dość zaszumiony eter na 2,4 GHz, nie pomagają w dobrym działaniu WiFi, więc nieco gorzej wygląda sytuacja, jeśli chodzi o stabilność. Rzadko, bo rzadko, ale zdarzały się problemy (straty do routera, wzrost czasów odpowiedzi). Zwykle, w czasach gdy korzystałem z oryginalnego firmware producenta, wystarczał restart routera lub sprawdzenie jak wygląda sytuacja w eterze przy pomocy WiFi Analyzera i zmiana kanału na wskazany jako najlepszy (czyli najmniej używany).

Swoją drogą zmiana kanału na nieużywany jest najprostszym sposobem na poprawę zasięgu czy jakości WiFi, więc jeśli ktoś szuka odpowiedzi na pytanie jak poprawić sygnał WiFi, to zdecydowanie polecam zacząć od tego.

Pomiary

Wykonywane są cztery testy wewnętrzne, oraz ogólny test przy pomocy speedtest.net (beta, czyli bez Flash). Testy wewnętrzne wykonywane były w dwóch wariantach: krótkim (w założeniu ok. 60s) i długim (ok. 3600s).

  1. iperf3 -u -b 0 -t 60 -c 192.168.10.126
  2. iperf3 -t 60 -c 192.168.10.126
  3. ping -i 0.1 -c 600 192.168.10.126
  4. ping -s 1500 -i 0.1 -c 600 192.168.10.126
  5. iperf3 -u -b 0 -t 3600 -c 192.168.10.126
  6. iperf3 -t 3600 -c 192.168.10.126
  7. ping -i 0.1 -c 36000 192.168.10.126
  8. ping -s 1500 -i 0.1 -c 36000 192.168.10.126
  9. speedtest.net

Jak widać jest to pomiar przepływności przy użyciu pakietów UDP, TCP oraz pomiar opóźnień przy pomocy ping ze standardową oraz maksymalną (MTU 1500) wielkością pakietu. Ostatni test to „realne” połączenie z internetem. Wykorzystywane serwery mojego ISP oraz Orange, który często był wskazywany jako najlepszy.

Za klienta służy mój laptop z Debianem, za sondę posłużyło Banana Pi (jedyny SoC z gigabitowym portem, który miałem pod ręką). W obu systemach wykorzystany iperf3. Pomiar nie był jedyną czynnością wykonywaną przez laptopa, ale – poza testami WiFi – był wykorzystany osobny interfejs, a obciążenie było typowe, bez ekstremów.

Dodatkowo mogą pojawić się uwagi, jeśli coś nieplanowanego podczas testów rzuci mi się w oczy.

Wyniki bazowe

Na wstępie spiąłem oba urządzenie kablem „na krótko” i uruchomiłem testy. Synchronizacja oczywiście 1 Gbps.

1.
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth       Jitter    Lost/Total Datagrams
[  4]   0.00-60.00  sec  6.07 GBytes   869 Mbits/sec  0.136 ms  592341/795464 (74%)
2.
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth       Retr
[  4]   0.00-60.00  sec  5.47 GBytes   784 Mbits/sec  138             sender
[  4]   0.00-60.00  sec  5.47 GBytes   783 Mbits/sec                  receiver
3.
--- 192.168.10.126 ping statistics ---
600 packets transmitted, 600 received, 0% packet loss, time 62319ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.291/0.372/0.549/0.031 ms
4.
--- 192.168.10.126 ping statistics ---
600 packets transmitted, 600 received, 0% packet loss, time 62290ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.427/0.549/24.612/0.996 ms

5.
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth       Jitter    Lost/Total Datagrams
[  4]   0.00-3600.00 sec   374 GBytes   893 Mbits/sec  0.220 ms  36944269/49033499 (75%)
6.
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth       Retr
[  4]   0.00-3600.00 sec   349 GBytes   833 Mbits/sec  8735             sender
[  4]   0.00-3600.00 sec   349 GBytes   833 Mbits/sec                  receiver
7.
--- 192.168.10.126 ping statistics ---
36000 packets transmitted, 36000 received, 0% packet loss, time 3745436ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.278/0.369/40.914/0.398 ms

8.
--- 192.168.10.126 ping statistics ---
36000 packets transmitted, 36000 received, 0% packet loss, time 3745111ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.260/0.500/2.861/0.046 ms

9.
Inea Orange [1]

Jak widać bez większych niespodzianek – osiągnięte wyniki wynikają raczej z ograniczenia samego Banana Pi. Mimo to widać, że jest szybko, czasy odpowiedzi niskie i jest stabilnie.

[1] W przypadku pomiaru łącz topologia była nieco inna – laptop wpięty po kablu do portu routera (port 100 Mbps). W zasadzie dokładniej byloby wpiąć go bezpośrednio w modem kablowy, ale router jest stałym elementem zestawu w pozostałych topologiach… Dostawca internetu (Inea) deklaruje 60/10 Mbps.

Termometr na USB

Dawno temu byłem zafascynowany prostym układem DS18S20, który działa za pośrednictwem 1-wire i umożliwia dokładny odczyt temperatury przez komputer. Schematów podłączenia przez RS-232 była masa, koszt układu niewielki. Jedyne co powstrzymywało mnie wtedy przed uruchomieniem to… brak realnej potrzeby.

Potem sytuacja się zmieniła – port szeregowy zaczął w komputerach zanikać, a mnie coraz bardziej interesowała
temperatura z wbudowanych czujników (płyta główna, dyski), a nie temperatura otoczenia. Były co prawda schematy jak to podłączyć przez USB, ale w stosunku do pierwowzoru rósł i poziom skomplikowania, i koszt.

Niedawno pojawiła się potrzeba (no dobra, powiedzmy, że potrzeba, bardziej pretekst), więc odświeżyłem temat.
Okazało się, że istnieją tanie moduły PL2303HX USB UART, a także nieco nowsza wersja cyfrowych termometrów, oznaczona symbolem DS18B20. Różnica między wersjami w sumie pomijalna, z perspektywy tego wpisu. Każda z tych rzeczy to ok. 6 zł z dostawą (Allegro), a podłączenie jest jeszcze prostsze i nie
wymaga żadnych dodatkowych elementów, jak widać na schemacie.

Do odczytu temperatury służy digitemp. Opis użycia (zaczerpnięty stąd).

Instalacja pakietu:

apt-get install digitemp

Skanowanie układów:

digitemp_DS9097 -i -s /dev/ttyUSB0

Odczyt wartości:

digitemp_DS9097 -a

Bardziej zależało mi na sprawdzeniu, czy taka prosta wersja faktycznie będzie działać – w wielu miejscach podawane są bardziej skomplikowane schematy. Faktycznie, działa. Rozwiązanie zlutowane na krótko, bez żadnego przewodu ma jednak tę wadę, że moduł PL2303HX grzeje się na tyle, że wpływa na odczyt temperatury. Myślę, że ok. 10 cm kabla załatwi temat, ale gdyby ktoś był zainteresowany to można pomyśleć od razu o kupnie nieznacznie droższej wersji wodoodpornej, z przewodem. Mi akurat zależało żeby kabel się nie pałętał, ale wersję z kablem można zawsze skrócić…

Oczywiście gdyby ktoś chciał całkiem nowocześnie, to teraz czujniki temperatury montuje się do ESP8266 i odczytuje po WiFi. Tyle, że w moim wypadku to niewygodne – problem z zasilaniem, a dane i tak mają trafić do pełnoprawnego komputera, ew. do SoC z Linuksem.

Gdyby ktoś bał się, że blog skręca całkiem w tematy elektroniczne – bez obaw, będzie najwyżej parę wpisów i raczej w ramach wspomnienia o czymś, niż jako podstawowa tematyka.

Pierwsze pomiary

Wygląda, że w końcu mogę napisać, że powstało coś działającego. Nie jest to oczywiście pełna funkcjonalność, ale same pomiary są skończone. Nie twierdzę, że to ostateczna wersja, w szczególności muszę się przyjrzeć logowaniu, ale to jest ten moment, kiedy mogę pobawić się wartościami z konfiguracji i zobaczyć, jak wpływają na działanie w realnych warunkach.

Jak to wygląda? Otóż tak na szybko, uruchamiając modem GSM w sieci Virgin Mobile (3G) zarejestrowany do T-Mobile (roaming):

INFO:__main__:Route default got score 24.1516556059 on interface wlan0
INFO:__main__:Route default got score 89.6018913814 on interface enx582c80xxxxxx
INFO:__main__:Route default got score 23.7111227853 on interface wlan0
INFO:__main__:Route default got score 64.5852940423 on interface enx582c80xxxxxx
INFO:__main__:Route default got score 24.101962362 on interface wlan0
INFO:__main__:Route default got score 63.8392652784 on interface enx582c80xxxxxx
INFO:__main__:Route default got score 23.9711829594 on interface wlan0
INFO:__main__:Route default got score 78.0421457793 on interface enx582c80xxxxxx
INFO:__main__:Route default got score 66.7648989057 on interface wlan0
INFO:__main__:Route default got score 62.6970052719 on interface enx582c80xxxxxx

Widać, że w ostatnim pomiarze domowe WiFi (lub operator, ale stawiam na WiFi) dało się we znaki i wypadło gorzej, niż modem GSM. Różnica jest jednak minimalna i do zmiany routingu by nie doszło, nawet na domyślnych wartościach.

Wyniki po zalogowaniu natywnie, czyli do Play:

INFO:__main__:Route default got score 23.7996305738 on interface wlan0
INFO:__main__:Route default got score 307.032244546 on interface enx582c80xxxxxx
INFO:__main__:Route default got score 24.561555045 on interface wlan0
INFO:__main__:Route default got score 267.205837795 on interface enx582c80xxxxxx
INFO:__main__:Route default got score 24.0223884583 on interface wlan0
INFO:__main__:Route default got score 268.849682808 on interface enx582c80xxxxxx
INFO:__main__:Route default got score 23.7405095782 on interface wlan0
INFO:__main__:Route default got score 275.927570888 on interface enx582c80xxxxxx
INFO:__main__:Route default got score 38.6582265223 on interface wlan0
INFO:__main__:Route default got score 287.999381338 on interface enx582c80xxxxxx

Wszystkie wyniki dla przykładowego pliku konfiguracyjnego z repo, z dostosowaną nazwą interfejsu (jest interfejs modemu zamiast eth0) i zmienionym poziomem logowania na INFO. Wywołanie w pętli 5 razy:

for i in {1..5}; do python abcc.py --config local_test.yaml; done

Przyznaję, że jestem zaskoczony wynikami – wydawać by się mogło, że natywnie będzie działać lepiej, a tu niespodzianka. Muszę jeszcze dokładniej potestować na różnych urządzeniach, dotychczas miałem wrażenie, że w roamingu jest gorzej. Ale to już temat na inny, niezwiązany z DSP2017, wpis.

Przy okazji, to drugie wywołanie wykonuje się 71 sekund, czyli około 14 sekund na jeden pełen przebieg, a ilość przesłanych podczas badania danych (odczyt z ifconfig) to:

RX packets 11342  bytes 7440400 (7.0 MiB)
TX packets 9789  bytes 1133957 (1.0 MiB)
RX packets 11640  bytes 7475184 (7.1 MiB)
TX packets 10087  bytes 1169257 (1.1 MiB)

Czyli jakieś 7kB RX i 7 kB TX per pomiar. Czyli jakieś 10 MB/dobę, przy założeniu, że będzie wywoływane co minutę, 27/7. Czyli mniej więcej mieści się w limicie bezpłatnego pakietu Freemium w Virgin Mobile. 🙂