Wi-Fi дальнего действия используется для недорогих, нерегулируемых компьютерных сетевых подключений точка-точка в качестве альтернативы другим фиксированным беспроводным, сотовым сетям или спутниковому доступу в Интернет.
Сети Wi-Fi имеют диапазон, который ограничен частотой, мощностью передачи, типом антенны, местоположением, в котором они используются, и окружающей средой. Типичный беспроводной маршрутизатор в системе многоточечной связи внутри помещений с использованием 802.11n и стандартной антенны может иметь радиус действия 50 метров (160 футов) или меньше. Наружные двухточечные схемы за счет использования направленных антенн могут быть увеличены на многие километры (мили) между станциями.
С момента разработки стандарта радиосвязи IEEE 802.11 (продаваемого под торговой маркой Wi-Fi ) эта технология стала заметно дешевле и достигла более высоких скоростей передачи данных. Wi-Fi большого радиуса действия, особенно в диапазоне 2,4 ГГц (поскольку более короткие диапазоны с более высокой скоростью передачи данных 5,8 ГГц становятся популярной альтернативой проводным соединениям LAN), быстро распространился со специальными устройствами. В то время как точки доступа Wi-Fi повсеместно распространены в городских районах, в некоторых сельских районах используются более мощные трансиверы с большим радиусом действия в качестве альтернативы сотовым ( GSM, CDMA ) или фиксированным беспроводным ( Motorola Canopy и другие 900 МГц) приложениям. Основные недостатки 2,4 ГГц по сравнению с этими низкочастотными вариантами:
Несмотря на отсутствие коммерческих поставщиков услуг, приложения для Wi-Fi на большом расстоянии появились по всему миру. Он также использовался в экспериментальных испытаниях в развивающихся странах, чтобы связать сообщества, разделенные сложной географией, с небольшим количеством других вариантов подключения или без них. Некоторые преимущества использования Wi-Fi дальнего действия для этих приложений включают в себя:
Некоммерческие организации, эксплуатирующие широко распространенные установки, такие как службы лесного хозяйства, также широко используют Wi-Fi дальнего действия для расширения или замены старых коммуникационных технологий, таких как коротковолновые или микроволновые приемопередатчики в лицензированных диапазонах.
Проект «Технологии и инфраструктура для развивающихся регионов» (TIER) Калифорнийского университета в Беркли в сотрудничестве с Intel использует модифицированную настройку Wi-Fi для создания двухточечных соединений на большие расстояния для нескольких своих проектов в развивающихся странах. Этот метод, получивший название Wi-Fi на большом расстоянии (WiLD), используется для соединения офтальмологической больницы Аравинд с несколькими отдаленными клиниками в штате Тамил Наду, Индия. Расстояния варьируются от пяти до пятнадцати километров (3–10 миль) со станциями, расположенными на прямой видимости друг друга. Эти ссылки позволяют специалистам больницы общаться с медсестрами и пациентами клиники с помощью видеоконференцсвязи. Если пациенту требуется дальнейшее обследование или уход, можно записаться на прием в больницу. Другая сеть в Гане связывает университет Ганы, кампус Легона с его удаленными кампусами в Медицинской школе Корле бу и городском кампусе; Дальнейшее расширение будет иметь связи на расстоянии до 80 км (50 миль) друг от друга.
В рамках проекта Tegola Эдинбургского университета разрабатываются новые технологии для обеспечения высокоскоростной и доступной широкополосной связи в сельских районах, недоступных для оптоволокна. Кольцо из 5 звеньев соединяет Нойдарт, северный берег озера Лох-Хурн и удаленное поселение в Килбеге с транспортным рейсом от гэльского колледжа на острове Скай. Все звенья проходят над приливными водами; они имеют длину от 1+1 / 2 до 12 миль (2,4 до 19,3 км).
В большинстве стандартных маршрутизаторов Wi-Fi трех стандартов a, b и g достаточно. Но в Wi-Fi дальнего действия используются специальные технологии, чтобы получить максимальную отдачу от подключения Wi-Fi. Стандарт 802.11-2007 добавляет режимы OFDM 10 МГц и 5 МГц к стандарту 802.11a и увеличивает время защиты циклического префикса с 0,8 мкс до 3,2 мкс, что в четыре раза увеличивает защиту от многолучевых искажений. Некоторые общедоступные наборы микросхем 802.11a / g поддерживают «половинную частоту» и «четверть тактовой частоты» OFDM, которые предусмотрены стандартом 2007 года, а продукты с частотами 4,9 и 5,0 ГГц доступны с полосой пропускания канала 10 МГц и 5 МГц. Вероятно, что некоторые наборы микросхем 802.11n D.20 также будут поддерживать «половинную синхронизацию» для использования в полосе пропускания канала 10 МГц, что вдвое превышает диапазон стандарта 802.11n.
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, несколько входов и выходов. В ходе испытаний было заявлено, что увеличение скорости происходит только на коротких расстояниях, а не на больших расстояниях, необходимых для большинства соединений 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 дальнему пути.
Другой способ увеличения дальности - использование усилителя мощности. Эти небольшие устройства, обычно известные как «усилители-расширители диапазона», обычно подают на антенну около 1 ⁄ 2 Вт мощности. Такие усилители могут увеличить дальность действия существующей сети более чем в пять раз. Каждые 3 дБ удваивают эффективную выходную мощность. Антенна, получающая мощность 1 Вт и усиление 6 дБ, будет иметь эффективную мощность 4 Вт.
Направленные антенны специальной формы могут увеличить дальность передачи Wi-Fi без значительного 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; Достаточно для дальности прямой видимости (LOS) в несколько километров (миль) и улучшения краевых участков.
Стандартные реализации протокола IEEE 802.11 могут быть изменены, чтобы сделать их более подходящими для использования на больших расстояниях, точка-точка, с риском нарушения взаимодействия с другими устройствами Wi-Fi и возникновения помех от передатчиков, расположенных рядом с антенной. Эти подходы используются в проекте TIER.
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 милю). На больших расстояниях задержка приведет к повторной передаче. В стандартной прошивке для некоторого профессионального оборудования, такого как Cisco Aironet 1200, этот параметр можно настроить для 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 протокола, поскольку философия состоит в том, чтобы раскрыть все возможности радиочипсета и позволить пользователю изменять их. Эта стратегия была особенно эффективна с маршрутизаторами начального уровня, такими как WRT54G, которые обладали отличными аппаратными функциями, которые коммерческое микропрограммное обеспечение не поддерживало. По состоянию на 2011 год многие поставщики по-прежнему поддерживали только часть функций набора микросхем, которые разблокировали микропрограммы с открытым исходным кодом, и большинство поставщиков активно поощряют использование микропрограмм с открытым исходным кодом для взлома протоколов, отчасти для того, чтобы избежать трудностей, связанных с попытками поддержки пользователей коммерческих микропрограмм, пытающихся это сделать..
Фрагментация пакетов также может использоваться для повышения пропускной способности в условиях шума / перегрузки. Хотя фрагментация пакетов часто считается чем-то плохим и действительно увеличивает накладные расходы, снижая пропускную способность, иногда она необходима. Например, в ситуации перегрузки время эхо-запроса 30-байтовых пакетов может быть отличным, в то время как время пинга 1450-байтовых пакетов может быть очень низким с большой потерей пакетов. Разделение пакета пополам путем установки порога фрагментации на 750 может значительно улучшить пропускную способность. Порог фрагментации должен быть делением MTU, обычно 1500, поэтому должно быть 750, 500, 375 и т. Д. Однако чрезмерная фрагментация может усугубить проблему, поскольку увеличенные накладные расходы увеличат перегрузку.
Методы, увеличивающие радиус действия Wi-Fi-соединения, также могут сделать его хрупким и нестабильным из-за различных факторов, в том числе:
Препятствия - одна из самых больших проблем при настройке Wi-Fi дальнего действия. Деревья и леса ослабляют микроволновый сигнал, а холмы затрудняют установление распространения в прямой видимости. Дождь и мокрая листва могут еще больше уменьшить дальность действия при сильном дожде.
В городе здания будут влиять на целостность, скорость и возможность подключения. Стальные рамы и листовой металл в стенах или крышах могут частично или полностью отражать радиосигналы, вызывая потерю сигнала или проблемы с многолучевым распространением. Бетонные или оштукатуренные стены значительно поглощают микроволновые сигналы, уменьшая общий сигнал. Больницам с их чрезмерным экранированием может потребоваться тщательное планирование для создания жизнеспособной сети.
Когда беспроводные соединения точка-точка пересекают приливные устья или архипелаги, многолучевые помехи от отражений над приливной водой могут быть значительно разрушительными. В проекте Тегола используется метод медленной скачкообразной перестройки частоты для смягчения приливных замираний.
Микроволновые печи в жилых домах преобладают в диапазоне 2,4 ГГц и вызывают "нарушения времени приема пищи" минимального уровня шума. Есть много других источников помех, которые создают серьезное препятствие для использования на больших расстояниях в населенных пунктах. Домашние беспроводные телефоны, концентраторы USB 3.0, радионяни, беспроводные камеры, устройства дистанционного управления автомобилем и устройства Bluetooth могут передавать данные в диапазоне 2,4 ГГц.
Из-за предполагаемого характера диапазона 2,4 ГГц, есть много пользователей этого диапазона, потенциально с десятками устройств в каждой семье. По самой своей природе «дальний» означает антенную систему, которая может видеть многие из этих устройств, которые при сложении создают очень высокий минимальный уровень шума, в результате чего ни один сигнал не может быть использован, но, тем не менее, все еще принимается. Целью системы дальнего действия является создание системы, которая обеспечивает избыточное усиление этих сигналов и / или использует направленные антенны, чтобы приемник не «видел» эти устройства, тем самым снижая минимальный уровень шума.
Самая длинная линия Wi-Fi без усиления - это 304 км, достигнутая CISAR (Итальянский центр радиодеятельности). Новый мировой рекорд в области беспроводного широкополосного доступа на большие расстояния.
Еще одно примечательное соединение Wi-Fi без усиления - это канал длиной 279 км (173 мили), достигнутый Фондом латиноамериканской сетевой школы.
В Лорето, в районе джунглей Перу, находится самая длинная в мире многозвенная сеть на основе Wi-Fi. Эта сеть была реализована Исследовательской группой сельских телекоммуникаций Папского католического университета Перу (GTR PUCP). Сеть Wi-Fi проходит через множество небольших деревень и занимает семнадцать переходов, чтобы преодолеть все расстояние. Он начинается в медпункте Кабо-Пантоха и заканчивается в центре города Икитос. Его длина составляет около 445 км (277 миль). Зона вмешательства была создана в низменных джунглях на высоте менее 500 метров (1600 футов) над уровнем моря. Это ровная зона, поэтому GTR PUCP установила башни средней высотой 80 метров (260 футов).