Wi-Fi дальнего действия

Wi-Fi дальнего действия используется для недорогих, нерегулируемых двухточечных компьютерных сетевых подключений в качестве альтернативы другим фиксированным беспроводным , сотовым сетям или спутниковому доступу в Интернет .

Диапазон сетей Wi-Fi ограничен частотой, мощностью передачи, типом антенны, местом, в котором они используются, и окружающей средой. ^[1] Типичный беспроводной маршрутизатор в схеме «точка-многоточка» внутри помещения , использующий стандарт 802.11n и штатную антенну, может иметь радиус действия 50 метров (160 футов) или меньше. Наружные схемы связи «точка-точка» за счет использования направленных антенн могут быть расширены на многие километры между станциями.

Введение

С момента разработки радиостандарта IEEE 802.11 (продаваемого под торговой маркой Wi-Fi ) эта технология стала заметно дешевле и достигла более высоких скоростей передачи данных . Wi-Fi дальнего действия, особенно в диапазоне 2,4 ГГц (поскольку диапазоны 5,8 ГГц с более коротким диапазоном и более высокой скоростью передачи данных становятся популярной альтернативой проводным подключениям к локальной сети), получили распространение благодаря специализированным устройствам. В то время как точки доступа Wi-Fi распространены повсеместно в городских районах, в некоторых сельских районах используются более мощные трансиверы большего радиуса действия в качестве альтернативы сотовым ( GSM , CDMA ) или фиксированным беспроводным приложениям ( Motorola Canopy и другие 900 МГц). Основными недостатками частоты 2,4 ГГц по сравнению с этими более низкочастотными вариантами являются:

плохое проникновение сигнала – соединения 2,4 ГГц эффективно ограничиваются прямой видимостью или мягкими препятствиями;
гораздо меньший радиус действия – GSM или CDMA сотовые телефоны могут надежно подключаться на расстоянии > 16 км (10 миль); дальность действия GSM, налагаемая параметрами множественного доступа с временным разделением , установлена на уровне 35 км (22 мили);
немногие поставщики услуг на коммерческой основе поддерживают междугородные соединения Wi-Fi.

Несмотря на отсутствие коммерческих поставщиков услуг, приложения для Wi-Fi большого радиуса действия появились по всему миру. Он также использовался в экспериментальных испытаниях в развивающихся странах для связи сообществ, разделенных сложным географическим положением, с небольшим количеством других вариантов подключения или вообще без них. Некоторые преимущества использования Wi-Fi большого радиуса действия для этих приложений включают в себя:

нелицензированный спектр – избегание переговоров с действующими поставщиками телекоммуникационных услуг, правительствами и другими лицами; ^{[ сомнительно – обсудить ]}
антенны меньшего размера, более простые и дешевые – антенны 2,4 ГГц имеют размер менее половины размера антенн сопоставимой мощности 900 МГц и требуют меньшей молниезащиты;
наличие проверенного бесплатного программного обеспечения , такого как OpenWrt , DD-WRT , Tomato , которое работает даже на старых маршрутизаторах ( WRT54G например, ) и делает такие режимы, как WDS , OLSR и т. д., доступными для всех, включая модели распределения доходов для точек доступа.

Некоммерческие организации, эксплуатирующие широко распространенные установки, такие как лесные службы, также широко используют Wi-Fi дальнего действия для дополнения или замены старых коммуникационных технологий, таких как коротковолновые или микроволновые трансиверы, в лицензированных диапазонах.

Приложения

Бизнес

Обеспечьте покрытие большого офиса, делового комплекса или кампуса.
Установите прямую связь между большими небоскребами или другими офисными зданиями или аэропортами.
Подключите Интернет к удаленным строительным площадкам или исследовательским лабораториям.
Упростите сетевые технологии, объединив небольшое количество широко используемых Интернет-технологий, ограничив или исключив устаревшие технологии, такие как коротковолновое радио, чтобы их можно было использовать там, где они действительно необходимы.
Подключите Интернет в доме, если там невозможно подключить обычный кабель/DSL.
Подведите Интернет в загородный дом или коттедж на отдаленной горе или на озере.
Подведите Интернет на яхту или большое морское судно.
Поделитесь соседней сетью Wi-Fi .

Некоммерческие и правительственные организации

Подключите широко распространенные посты физической охраны, например, для лесников, которые охраняют физическую территорию, без какой-либо новой проводки.
В туристических регионах заполнить мертвые зоны сотовой связи покрытием Wi-Fi и обеспечить подключение местных операторов туристической торговли.
Сократите затраты на выделенную сетевую инфраструктуру и повысьте безопасность за счет применения современного шифрования и аутентификации.

Военный

Объедините лидеров общественного мнения, инфраструктуру, такую как школы и полицейские участки, в сеть, которую могут поддерживать местные власти.
Построить устойчивую инфраструктуру с более дешевым оборудованием, которое может себе позволить обедневший, раздираемый войной регион, т.е. используя сетевые технологии коммерческого уровня, а не военного класса, которые затем могут быть оставлены вооруженным силам развитого мира.
Сократите затраты и упростите/защитите цепочки поставок за счет использования более дешевого и простого оборудования, которое потребляет меньше топлива и энергии аккумулятора; В целом это высокие приоритеты для коммерческих технологий, таких как Wi-Fi, особенно когда они используются в мобильных устройствах.

Научные исследования

Сеть сейсмических датчиков дальнего действия использовалась во время Андского сейсмического проекта в Перу. Был пересечен многоскачковый участок общей длиной 320 километров (200 миль) с некоторыми участками длиной от 30 до 50 километров (от 19 до 31 мили). Целью было подключиться к отдаленным станциям Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе , чтобы получать сейсмические данные в режиме реального времени. ^[2]

Крупномасштабные развертывания

Проект «Технологии и инфраструктура для развивающихся регионов» (TIER) Калифорнийского университета в Беркли в сотрудничестве с Intel использует модифицированную настройку Wi-Fi для создания междугородных соединений «точка-точка» для нескольких своих проектов в развивающихся странах. ^[3] Этот метод, получивший название Wi-Fi на большом расстоянии (WiLD), используется для связи офтальмологической больницы Аравинд с несколькими отдаленными клиниками в Тамил Наду штате , Индия . ^[4] Расстояния варьируются от пяти до более пятнадцати километров (3–10 миль), при этом станции расположены на прямой видимости друг друга. Эти ссылки позволяют специалистам больницы общаться с медсестрами и пациентами клиник посредством видеоконференцсвязи. Если пациенту требуется дальнейшее обследование или уход, можно записаться на прием в больницу. Другая сеть в Гане соединяет кампус Университета Ганы в Легоне с его отдаленными кампусами в Медицинской школе Корле-бу и кампусом Сити; дальнейшее расширение будет включать в себя линии на расстоянии до 80 км (50 миль) друг от друга.

Проект Tegola разрабатывает Эдинбургского университета новые технологии, позволяющие обеспечить высокоскоростную и доступную широкополосную связь в сельских районах, недоступных для оптоволокна. ^[5] Кольцо из 5 каналов соединяет Нойдарт, северный берег Лох-Хорна и отдаленный поселок в Килбеге, обеспечивая транзитную связь с гэльским колледжем на острове Скай. Все звенья проходят над приливными водами; их длина варьируется от От 1 + 1 ⁄ 2 до 12 миль (от 2,4 до 19,3 км).

Увеличение дальности другими способами

Специализированные каналы Wi-Fi

В большинстве стандартных маршрутизаторов Wi-Fi достаточно трех стандартов: a, b и g. Но в Wi-Fi дальнего действия используются специальные технологии, позволяющие максимально эффективно использовать соединение Wi-Fi. Стандарт 802.11-2007 добавляет OFDM к стандарту 802.11a режимы 10 МГц и 5 МГц и увеличивает время защиты циклического префикса с 0,8 мкс до 3,2 мкс, увеличивая в четыре раза защиту от многолучевых искажений. Некоторые общедоступные наборы микросхем 802.11a/g поддерживают «половинную» и «четверть тактовую частоту» OFDM, предусмотренную стандартом 2007 года, а продукты с полосой пропускания 4,9 ГГц и 5,0 ГГц доступны с полосой пропускания канала 10 МГц и 5 МГц. Вполне вероятно, что некоторые наборы микросхем 802.11n D.20 также будут поддерживать «половину тактовой частоты» для использования в полосе пропускания канала 10 МГц, что в два раза превышает диапазон стандарта 802.11n.

802.11n и MIMO

Предварительная работа 802.11n стала доступна во многих маршрутизаторах в 2008 году. Эта технология может использовать несколько антенн для нацеливания на один или несколько источников для увеличения скорости. Это известно как MIMO , множественный вход, множественный выход. В ходе испытаний было отмечено, что увеличение скорости происходит только на коротких расстояниях, а не на больших расстояниях, необходимых для большинства установок «точка-точка». С другой стороны, использование двойных антенн с ортогональной полярностью вместе с набором микросхем 2x2 MIMO эффективно позволяет отправлять и принимать два независимых сигнала несущей по одному и тому же пути на большие расстояния.

Увеличение мощности или повышение чувствительности приемника

Другой способ увеличения дальности действия — использование усилителя мощности. Эти небольшие устройства, широко известные как «усилители расширения диапазона», обычно поставляют 1 ⁄ Вт мощности на антенну. Такие усилители могут увеличить дальность действия существующей сети более чем в пять раз. Каждые 3 дБ усиления удваивают эффективную выходную мощность. Антенна, получающая мощность 1 Вт и усиление 6 дБ, будет иметь эффективную мощность 4 Вт.

Антенны с более высоким коэффициентом усиления и размещение адаптера

специальной формы Направленные антенны могут увеличить дальность передачи Wi-Fi без резкого увеличения мощности передачи. Антенна с высоким коэффициентом усиления может иметь множество конструкций, но все они позволяют передавать узкий луч сигнала на большее расстояние, чем ненаправленная антенна, часто сводя на нет близлежащие источники помех. Такие методы « WokFi » обычно дают выигрыш более чем на 10 дБ по сравнению с голой системой; ^[6] достаточно для дальности прямой видимости (LOS) в несколько километров (миль) и улучшений в маргинальных местах.

Взлом протокола

Реализации стандартного протокола IEEE 802.11 могут быть изменены, чтобы сделать их более подходящими для использования на больших расстояниях и в режиме «точка-точка», при этом существует риск нарушения совместимости с другими устройствами Wi-Fi и возникновения помех от передатчиков, расположенных рядом с антенной. Эти подходы используются в проекте TIER. ^[7]

Помимо уровней мощности, также важно знать, как протокол 802.11 подтверждает каждый полученный кадр . Если подтверждение не получено, кадр передается повторно. По умолчанию максимальное расстояние между передатчиком и приемником составляет 1,6 км (1 миля). На больших расстояниях задержка приведет к повторной передаче. В стандартной прошивке некоторого профессионального оборудования, например Cisco Aironet 1200, этот параметр можно настроить для достижения оптимальной пропускной способности . OpenWrt , DD-WRT и все его производные также позволяют такую настройку. В целом, программное обеспечение с открытым исходным кодом значительно превосходит коммерческое встроенное ПО для всех целей, связанных со взломом протоколов, поскольку его философия заключается в том, чтобы раскрыть все возможности радиочипсета и позволить пользователю модифицировать их. Эта стратегия была особенно эффективна с маршрутизаторами начального уровня, такими как WRT54G , которые имели отличные аппаратные функции, которые не поддерживала коммерческая прошивка. По состоянию на 2011 год многие поставщики по-прежнему поддерживали только часть функций чипсета, которые были разблокированы прошивкой с открытым исходным кодом, и большинство поставщиков активно поощряют использование прошивки с открытым исходным кодом для взлома протоколов, отчасти для того, чтобы избежать трудностей с попыткой поддержки пользователей коммерческих прошивок, пытающихся это сделать. .

Фрагментацию пакетов также можно использовать для повышения пропускной способности в условиях шума/перегрузки. Хотя фрагментацию пакетов часто считают чем-то плохим и она действительно увеличивает накладные расходы, снижая пропускную способность, иногда она необходима. Например, в ситуации перегрузки время пинга для пакетов размером 30 байт может быть отличным, тогда как время пинга для пакетов размером 1450 байт может быть очень плохим с высокой потерей пакетов. Разделение пакета пополам путем установки порога фрагментации, равного 750, может значительно улучшить пропускную способность. Порог фрагментации должен быть делением MTU , обычно 1500, поэтому он должен быть 750, 500, 375 и т. д. Однако чрезмерная фрагментация может усугубить проблему, поскольку увеличение накладных расходов приведет к увеличению перегрузки.

Препятствия для Wi-Fi дальнего действия

Методы, увеличивающие дальность действия Wi-Fi-соединения, также могут сделать его хрупким и нестабильным из-за различных факторов, в том числе:

Вмешательство ландшафта

Препятствия являются одной из самых больших проблем при настройке Wi-Fi дальнего действия. Деревья и леса ослабляют микроволновый сигнал, а холмы затрудняют распространение в пределах прямой видимости . Дождь и мокрая листва могут еще больше уменьшить дальность действия при сильном дожде.

В городе здания влияют на целостность, скорость и возможности подключения. Стальные каркасы и листовой металл в стенах или крышах могут частично или полностью отражать радиосигналы, вызывая потерю сигнала или проблемы многолучевого распространения. Бетонные или оштукатуренные стены значительно поглощают микроволновые сигналы, уменьшая общий уровень сигнала. Больницам с их чрезвычайной степенью защиты может потребоваться тщательное планирование для создания жизнеспособной сети.

Приливное замирание

Когда беспроводные соединения «точка-точка» пересекают приливные устья или архипелаги, многолучевые помехи от отражений от приливной воды могут быть весьма разрушительными. ^[8] В проекте Тегола используется метод медленного скачкообразного изменения частоты для смягчения приливных замираний.

Помехи 2,4 ГГц

Микроволновые печи в жилых домах доминируют в диапазоне 2,4 ГГц и вызывают «нарушения уровня шума во время еды» . Существует множество других источников помех, которые в совокупности образуют серьезное препятствие на пути использования дальней связи на оккупированных территориях. Бытовые беспроводные телефоны, концентраторы USB 3.0, радионяни, беспроводные камеры, устройства дистанционного запуска автомобилей и продукты Bluetooth — все они способны передавать данные в диапазоне 2,4 ГГц.

Из-за предполагаемого характера диапазона 2,4 ГГц существует множество пользователей этого диапазона, потенциально с десятками устройств на семью. По самой своей природе термин «дальний радиус действия» означает антенную систему, которая может видеть многие из этих устройств, которые при сложении вместе создают очень высокий уровень шума, в результате чего ни один сигнал не может быть использован, но, тем не менее, все равно принимается. Целью системы дальнего действия является создание системы, которая подавляет эти сигналы и/или использует направленные антенны, чтобы приемник не «видел» эти устройства, тем самым снижая уровень шума.

Известные ссылки

Италия

Самая длинная неусиленная линия Wi-Fi — это линия длиной 304 км, созданная CISAR (Итальянским центром радиодеятельности). ^[9] Новый мировой рекорд беспроводной широкополосной связи на большие расстояния.

ссылка впервые установлена 7 мая 2016 г. и 8 мая 2016 г.
кажется, он постоянный от Монте-Амиата (Тоскана) до Монте-Лимбара (Сардиния).
частота: 5765 МГц
IEEE 802.11a (Wi-Fi), полоса пропускания 50 МГц
скорость передачи данных: до 356,33 Мбит/с
Радио: радиостанции Ubiquiti Networks AF-5X
Беспроводные маршрутизаторы: Ubiquiti airFiber
Длина: 304 км (189 миль).
Антенна длиной 120 см (4 фута) с волноводом ручной работы. 35 дБи примерно ^[10]

Венесуэла

Еще одна примечательная линия Wi-Fi без усиления — это линия длиной 279 км (173 мили), созданная Фондом латиноамериканской сетевой школы. ^[3]^[11]

Пик Орла – Линк Эль-Бауль.
частота: 2412 МГц
ссылка установлена в 2006 году
IEEE 802.11 (Wi-Fi), канал 1, полоса пропускания 22 МГц
Беспроводные маршрутизаторы: Linksys WRT54G , OpenWrt прошивка DD-WRT в Эль-Бауле. в Эль-Агиле и прошивка
Длина: 279 км (173 мили).
На обоих концах использовались параболические антенны, переработанные со спутниковой службы.
На площадке в Эль-Агиле - отражатель из алюминиевой сетки диаметром 2,74 м (9 футов) с центральным питанием, в Эль-Бауле - сплошной отражатель из стекловолокна со смещенным питанием, 2,44 на 2,74 м (8 на 9 футов). На обоих концах подавались сигналы Yagi мощностью 12 дБи .
Маршрутизаторы Linksys серии WRT54G запитывают антенны короткими кабелями LMR400, поэтому эффективное усиление комплектной антенны оценивается в 30 дБи . ^[12]
Это наибольшая известная дальность, достигнутая с помощью этой технологии, и она лучше предыдущего рекорда США в 201 км (125 миль), достигнутого в прошлом году в США. Шведское космическое агентство достигло 315 км (196 миль), но для достижения накладных расходов использовались 6-ваттные усилители. стратосферный шар . ^[13]

Перу

Лорето , расположенный в джунглях Перу, является местом расположения самой длинной в мире многоточечной сети Wi-Fi. Эта сеть была реализована Исследовательской группой сельских телекоммуникаций Папского католического университета Перу (GTR PUCP). Цепь Wi-Fi проходит через множество небольших деревень и преодолевает все расстояние за семнадцать прыжков. Он начинается в медицинском пункте Кабо-Пантохи и заканчивается в центре города Икитос . Его длина составляет около 445 км (277 миль). ^[3] Зона вмешательства была создана в равнинных джунглях на высоте менее 500 метров (1600 футов) над уровнем моря. Это плоская зона, и по этой причине GTR PUCP установила башни средней высотой 80 метров (260 футов).

Связь была установлена в 2007 году. GTR PUCP, региональное правительство Лорето и викариат Сан-Хосе-де-Амазонас вместе работают над обслуживанием сети.
Используемые частотные каналы: 1, 6 и 11, каналы 802.11g без помех.
Doodle Labs . Использовались беспроводные маршрутизаторы
Использовались антенны L-com.

См. также

Ссылки

^ Джошуа Бардвелл; Девин Акин (2005). Официальное учебное пособие сертифицированного администратора беспроводной сети (Третье изд.). МакГроу-Хилл . п. 418. ИСБН 978-0-07-225538-6 .
^ Мартин Лукач; Игорь Стубайло; Ричард Гай; Пол Дэвис; Виктор Агилар Пурухуая; Роберт Клейтон; Дебора Эстрин (2009). «Первоклассные метаданные: шаг к высоконадежной беспроводной сейсмической сети в Перу» (PDF) . Калифорнийский технологический институт . Проверено 14 октября 2011 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Иоаннис Николаидис; Куй Ву (13 июля 2010 г.). Ad-Hoc, мобильные и беспроводные сети: 9-я Международная конференция, ADHOC-NOW 2010, Эдмонтон, AB, Канада, 20–22 августа 2010 г., Материалы . Springer Science+Business Media . п. 202. ИСБН 978-3-642-14784-5 .
^ Майкл Чжао (9 апреля 2007 г.). «60-мильный Wi-Fi» . Форбс . Архивировано из оригинала 11 мая 2008 года . Проверено 7 октября 2011 г.
^ Рори Селлан-Джонс (3 июня 2008 г.). «Просьба о широкополосном доступе» . Новости Би-би-си . Проверено 7 октября 2011 г.
^ Сергей Недевский (2008). Максимизация производительности беспроводных сетей дальней связи в развивающихся регионах . п. 28. ISBN 978-1-109-09610-1 .
^ Лакшминараян Субраманиан; Сонеш Сурана; Рабин Патра; Сергей Недевский; Мелисса Хо; Эрик Брюэр и Анмол Шет (ноябрь 2006 г.). «Переосмысление беспроводной связи для развивающихся стран» (PDF) . Калифорнийский университет в Беркли . Проверено 8 октября 2011 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Алекс Макмиллан; Махеш К. Марина; Джайр Токансипа Триана (март 2010 г.). «Медленное скачкообразное изменение частоты для смягчения приливных замираний в сельских беспроводных каналах над водой на большие расстояния» (PDF) . Школа информатики Эдинбургского университета . Проверено 14 октября 2011 г.
^ Мэтт Чепмен (23 августа 2007 г.). «Мировой рекорд Wi-Fi установлен на расстоянии 304 км» . Острые СМИ . Проверено 19 июля 2011 г.
^ «Беспроводная связь большой мощности на большие расстояния» (PDF) . www.cisar.it . Архивировано (PDF) из оригинала 5 мая 2022 г.
^ Эрманно Пьетроземоли. «Установка записей Wi-Fi на больших расстояниях: решения для проверки связи в сельской местности» . Fundación Escuela Latinoamericana de Redes Университет Анд (Венесуэла) . Проверено 8 октября 2011 г.
^ Фликенгер и др. 2008 , с. 355
^ «Самое длинное в мире соединение Wi-Fi, созданное Шведской космической корпорацией» .

Библиография

Фликенджер, Роб; Фонда, Карло; Форстер, Джим; Ховард, Ян; Крэг, Томас (февраль 2008 г.). Беспроводные сети в развивающихся странах (PDF) (2-е изд.). ООО «Хакер Френдли». ISBN 978-0-9778093-6-3 . Архивировано (PDF) из оригинала 27 октября 2011 г.

Внешние ссылки

[1] Джошуа Бардвелл; Девин Акин (2005). Официальное учебное пособие сертифицированного администратора беспроводной сети (Третье изд.). МакГроу-Хилл . п. 418. ИСБН 978-0-07-225538-6 .

[2] Мартин Лукач; Игорь Стубайло; Ричард Гай; Пол Дэвис; Виктор Агилар Пурухуая; Роберт Клейтон; Дебора Эстрин (2009). «Первоклассные метаданные: шаг к высоконадежной беспроводной сейсмической сети в Перу» (PDF) . Калифорнийский технологический институт . Проверено 14 октября 2011 г.

[conf-3] Jump up to: ^а ^б ^с Иоаннис Николаидис; Куй Ву (13 июля 2010 г.). Ad-Hoc, мобильные и беспроводные сети: 9-я Международная конференция, ADHOC-NOW 2010, Эдмонтон, AB, Канада, 20–22 августа 2010 г., Материалы . Springer Science+Business Media . п. 202. ИСБН 978-3-642-14784-5 .

[tier-4] Майкл Чжао (9 апреля 2007 г.). «60-мильный Wi-Fi» . Форбс . Архивировано из оригинала 11 мая 2008 года . Проверено 7 октября 2011 г.

[5] Рори Селлан-Джонс (3 июня 2008 г.). «Просьба о широкополосном доступе» . Новости Би-би-си . Проверено 7 октября 2011 г.

[6] Сергей Недевский (2008). Максимизация производительности беспроводных сетей дальней связи в развивающихся регионах . п. 28. ISBN 978-1-109-09610-1 .

[7] Лакшминараян Субраманиан; Сонеш Сурана; Рабин Патра; Сергей Недевский; Мелисса Хо; Эрик Брюэр и Анмол Шет (ноябрь 2006 г.). «Переосмысление беспроводной связи для развивающихся стран» (PDF) . Калифорнийский университет в Беркли . Проверено 8 октября 2011 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[8] Алекс Макмиллан; Махеш К. Марина; Джайр Токансипа Триана (март 2010 г.). «Медленное скачкообразное изменение частоты для смягчения приливных замираний в сельских беспроводных каналах над водой на большие расстояния» (PDF) . Школа информатики Эдинбургского университета . Проверено 14 октября 2011 г.

[9] Мэтт Чепмен (23 августа 2007 г.). «Мировой рекорд Wi-Fi установлен на расстоянии 304 км» . Острые СМИ . Проверено 19 июля 2011 г.

[10] «Беспроводная связь большой мощности на большие расстояния» (PDF) . www.cisar.it . Архивировано (PDF) из оригинала 5 мая 2022 г.

[11] Эрманно Пьетроземоли. «Установка записей Wi-Fi на больших расстояниях: решения для проверки связи в сельской местности» . Fundación Escuela Latinoamericana de Redes Университет Анд (Венесуэла) . Проверено 8 октября 2011 г.

[12] Фликенгер и др. 2008 , с. 355

[13] «Самое длинное в мире соединение Wi-Fi, созданное Шведской космической корпорацией» .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]