Wi-Fi дальнего действия

редактировать

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.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Введение
  • 2 Приложения
    • 2.1 Бизнес
    • 2.2 Некоммерческие и государственные
    • 2.3 Военные
    • 2.4 Научные исследования
  • 3 Крупномасштабные развертывания
  • 4 Другие способы увеличения дальности
    • 4.1 Специализированные каналы Wi-Fi
      • 4.1.1 802.11n и MIMO
    • 4.2 Увеличение мощности или повышение чувствительности приемника
    • 4.3 Антенны с большим усилением и размещение адаптера
    • 4.4 Взлом протокола
  • 5 препятствий на пути к Wi-Fi на больших расстояниях
    • 5.1 Ландшафтные помехи
    • 5.2 Приливное замирание
    • 5.3 Помехи на частоте 2,4 ГГц
  • 6 Известные ссылки
    • 6,1 Италия
    • 6,2 Венесуэла
    • 6.3 Перу
  • 7 См. Также
  • 8 ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Вступление

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:

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

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:

  • нелицензированный спектр - избегание переговоров с действующими операторами связи, правительствами или другими лицами;
  • меньшие, более простые и дешевые антенны - антенны 2,4 ГГц имеют размер вдвое меньше, чем антенны 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 (например, WRT54G ) 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 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.

Приложения

Бизнес

  • Обеспечьте покрытие большого офиса или бизнес-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 связанных с Интернетом широко используемых технологий, ограничив или исключив устаревшие технологии, такие как коротковолновое радио, чтобы их можно было использовать там, где они действительно необходимы.
  • Подключите Интернет к дому, если обычный кабель / DSL не может быть подключен в этом месте.
  • Подключите Интернет в загородный дом или коттедж на удаленных горах или на озере.
  • Подключите Интернет к яхте или большому морскому судну.
  • Поделитесь соседней сетью Wi-Fi.

Некоммерческие и государственные

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

Военный

  • Подключите критически настроенных лидеров мнений, инфраструктуру, такую ​​как школы и полицейские участки, в сеть, которую местные власти могут поддерживать.
  • 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 развитых стран.
  • Снижение затрат и упрощение / защита цепочек поставок за счет использования более дешевого и простого оборудования, потребляющего меньше топлива и энергии аккумуляторных батарей; В целом это высокие приоритеты для коммерческих технологий, таких как Wi-Fi, особенно когда они используются в мобильных устройствах.

Научное исследование

См. Также: Беспроводная сенсорная сеть
  • Сеть сейсмических датчиков дальнего действия использовалась во время Андского сейсмического проекта в Перу. Участок с множеством пролетов общей протяженностью 320 километров (200 миль) пересекался с некоторыми сегментами от 30 до 50 километров (от 19 до 31 мили). Цель состояла в том, чтобы подключиться к удаленным станциям Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, чтобы получать сейсмические данные в реальном времени.

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 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).

Увеличение дальности другими способами

Дополнительная информация: нестандартное оборудование 802.11 и распространение радиоволн.

Специализированные каналы Wi-Fi

Дополнительная информация: Список каналов WLAN.

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.

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, 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.

Увеличение мощности или повышение чувствительности приемника

Крышный усилитель Wi-Fi мощностью 1 Вт, питающий простую вертикальную антенну слева.

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.

Антенны с большим усилением и размещение адаптера

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.

Взлом протокола

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.

Препятствия на пути к Wi-Fi на больших расстояниях

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

Вмешательство ландшафта

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.

Приливное замирание

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.

Помехи 2,4 ГГц

Основная статья: Электромагнитные помехи на частоте 2,4 ГГц

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.

Известные ссылки

Италия

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.

  • ссылка впервые установлена ​​7 мая 2016 г. и 8 мая 2016 г.
  • кажется постоянным 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
  • Протяженность: 304 км.
  • Антенна 120 см (4 фута) с волноводом ручной работы. Приблизительно 35 дБи

Венесуэла

Еще одно примечательное соединение Wi-Fi без усиления - это канал длиной 279 км (173 мили), достигнутый Фондом латиноамериканской сетевой школы.

  • Пико-дель-Агила - Эль-Бауль Линк.
  • частота: 2412 МГц
  • ссылка установлена ​​в 2006 году
  • IEEE 802.11 (Wi-Fi), канал 1, полоса пропускания 22 МГц
  • Беспроводные маршрутизаторы: Linksys WRT54G, прошивка OpenWrt в Эль-Агила и прошивка DD-WRT в Эль-Бауле.
  • Длина: 279 км.
  • На обоих концах использовались параболические тарелочные антенны, переработанные со спутниковой связи.
  • На площадке Эль-Агила алюминиевый сетчатый отражатель диаметром 2,74 м (9 футов) с центральной подачей, на Эль-Бауле - сплошной отражатель из стекловолокна со смещенной подачей, 2,44 на 2,74 м (8 на 9 футов). На обоих концах сигналы были 12 дБи Яги.
  • Маршрутизаторы серии Linksys WRT54G снабжали антенны короткими кабелями LMR400, поэтому эффективное усиление всей антенны оценивается в 30 дБи.
  • Это самая большая известная дальность, достигнутая с помощью этой технологии, улучшая предыдущий рекорд США в 201 км (125 миль), достигнутый в прошлом году в США. Шведское космическое агентство достигло 315 км (196 миль), но с использованием 6-ваттных усилителей для достижения накладных расходов. стратосферный шар.

Перу

Установка антенны в Напо, Лорето (март 2007 г.)

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).

  • Связь была установлена ​​в 2007 году. GTR PUCP, региональное правительство Лорето и Vicariate San José de Amazonas совместно работают над обслуживанием сети.
  • Используемые частотные каналы: 1, 6 и 11, каналы 802.11g без помех
  • Использовались беспроводные маршрутизаторы Doodle Labs.
  • Использовались антенны L-com.

Смотрите также

использованная литература

Библиография

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2023-03-19 08:51:00
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте