Wi-Fi dalekiego zasięgu

Wi-Fi dalekiego zasięgu służy do tanich, nieuregulowanych połączeń sieci komputerowych typu punkt-punkt , jako alternatywa dla innych stacjonarnych sieci bezprzewodowych , komórkowych lub satelitarnego dostępu do Internetu .

Wi-Fi mają zasięg ograniczony częstotliwością, mocą transmisji, typem anteny, lokalizacją, w której są używane, oraz środowiskiem. Typowy router bezprzewodowy w układzie punkt-wielopunkt w pomieszczeniu , korzystający ze standardu 802.11n i standardowej anteny, może mieć zasięg do 50 metrów (160 stóp). Zewnętrzne punkt-punkt , dzięki zastosowaniu anten kierunkowych , mogą zostać wydłużone o wiele kilometrów między stacjami.

Wstęp

Od czasu opracowania standardu radiowego IEEE 802.11 (sprzedawanego pod marką Wi-Fi ) technologia ta stała się znacznie tańsza i osiągnęła wyższe przepływności . Wi-Fi dalekiego zasięgu, zwłaszcza w paśmie 2,4 GHz (ponieważ pasma 5,8 GHz o krótszym zasięgu i wyższej przepływności stają się popularną alternatywą dla przewodowych połączeń LAN) rozpowszechniły się wraz ze specjalistycznymi urządzeniami. Podczas gdy hotspoty Wi-Fi są wszechobecne na obszarach miejskich, niektóre obszary wiejskie używają mocniejszych nadajników-odbiorników o większym zasięgu jako alternatywy dla sieci komórkowych ( GSM , CDMA ) lub stacjonarnych sieci bezprzewodowych ( Motorola Canopy i inne aplikacje 900 MHz). Główne wady 2,4 GHz w porównaniu z opcjami o niższej częstotliwości to:

Pomimo braku komercyjnych usługodawców, aplikacje Wi-Fi dalekiego zasięgu pojawiły się na całym świecie. Został również wykorzystany w eksperymentalnych próbach w krajach rozwijających się, aby połączyć społeczności oddzielone trudnym położeniem geograficznym z kilkoma innymi opcjami łączności lub bez nich. Niektóre korzyści płynące z korzystania z Wi-Fi dalekiego zasięgu w tych zastosowaniach obejmują:

Organizacje non-profit obsługujące rozległe instalacje, takie jak służby leśne, również szeroko wykorzystują Wi-Fi dalekiego zasięgu w celu rozszerzenia lub zastąpienia starszych technologii komunikacyjnych, takich jak nadajniki-odbiorniki krótkofalowe lub mikrofalowe w licencjonowanych pasmach.

Aplikacje

Biznes

  • Zapewnij pokrycie dużego biura, kompleksu biznesowego lub kampusu.
  • Ustanowienie połączenia punkt-punkt między dużymi drapaczami chmur lub innymi biurowcami lub lotniskami.
  • Doprowadź Internet do odległych placów budowy lub laboratoriów badawczych.
  • Uprość technologie sieciowe, łącząc niewielką liczbę szeroko stosowanych technologii związanych z Internetem, ograniczając lub eliminując starsze technologie, takie jak radio krótkofalowe, aby można je było wykorzystać tam, gdzie są faktycznie potrzebne.
  • Przynieś Internet do domu, jeśli nie można podłączyć zwykłego kabla/DSL w danej lokalizacji.
  • Wprowadź Internet do domu wakacyjnego lub domku na odległej górze lub nad jeziorem.
  • Doprowadź Internet do jachtu lub dużego statku morskiego.
  • Udostępnij sąsiednią sieć Wi-Fi .

Organizacja non-profit i rząd

  • Podłącz szeroko rozpowszechnione fizyczne posterunki ochronne, np. dla leśników, które pilnują obszaru fizycznego, bez żadnego nowego okablowania
  • W regionach turystycznych wypełnić martwe strefy komórek zasięgiem Wi-Fi i zapewnić łączność lokalnym operatorom branży turystycznej
  • Obniż koszty dedykowanej infrastruktury sieciowej i popraw bezpieczeństwo, stosując nowoczesne szyfrowanie i uwierzytelnianie.

Wojskowy

  • Połącz krytycznych liderów opinii, infrastrukturę, taką jak szkoły i posterunki policji, w sieć, którą mogą utrzymywać władze lokalne
  • Zbuduj odporną infrastrukturę za pomocą tańszego sprzętu, na który stać zubożały region ogarnięty wojną, tj. przy użyciu technologii sieciowej klasy komercyjnej, a nie wojskowej, która może zostać pozostawiona armii krajów rozwiniętych
  • Zmniejsz koszty i uprość/chroń łańcuchy dostaw, używając tańszego, prostszego sprzętu, który zużywa mniej paliwa i baterii; Ogólnie rzecz biorąc, są to priorytety dla technologii komercyjnych, takich jak Wi-Fi, zwłaszcza gdy są one używane w urządzeniach mobilnych.

Badania naukowe

Zobacz też: Bezprzewodowa sieć czujników
  • Sieć czujników sejsmicznych dalekiego zasięgu została wykorzystana podczas projektu Andean Seismic Project w Peru. Rozpiętość wielu przeskoków o łącznej długości 320 kilometrów (200 mil) została przekroczona z niektórymi segmentami o długości około 30 do 50 kilometrów (19 do 31 mil). Celem było połączenie z odległymi stacjami UCLA w celu odbierania danych sejsmicznych w czasie rzeczywistym.

Wdrożenia na dużą skalę

Projekt Technology and Infrastructure for Emerging Regions (TIER) na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley we współpracy z firmą Intel wykorzystuje zmodyfikowaną konfigurację Wi-Fi do tworzenia długodystansowych połączeń punkt-punkt dla kilku swoich projektów w krajach rozwijających się. Ta technika, nazwana Wi-Fi na duże odległości (WiLD), jest używana do łączenia szpitala okulistycznego Aravind z kilkoma odległymi klinikami w stanie Tamil Nadu w Indiach . Odległości wahają się od pięciu do ponad piętnastu kilometrów (3–10 mil), a stacje są umieszczone w jednej linii wzroku. Łącza te umożliwiają specjalistom w szpitalu komunikowanie się z pielęgniarkami i pacjentami w klinikach za pośrednictwem wideokonferencji. Jeśli pacjent wymaga dalszych badań lub opieki, można zaplanować wizytę w szpitalu. Inna sieć w Ghanie łączy kampus University of Ghana , Legon z jego odległymi kampusami w Szkole Medycznej Korle bu i kampusie City; dalsze rozszerzenie będzie zawierało łącza oddalone od siebie do 80 km (50 mil).

W ramach projektu Tegola Uniwersytetu w Edynburgu opracowywane są nowe technologie, które umożliwią szybkie i niedrogie łącza szerokopasmowe na obszarach wiejskich poza zasięgiem światłowodów. Pierścień z 5 ogniwami łączy Knoydart, północny brzeg jeziora Loch Hourne i odległą społeczność w Kilbeg, aby łączyć się z Gaelic College na Skye. Wszystkie połączenia przechodzą przez wody pływowe; mają długość od 1 + 1 / 2 do 12 mil (2,4 do 19,3 km).

Zwiększanie zasięgu w inny sposób

Dalsze informacje: Niestandardowy sprzęt 802.11 i propagacja radiowa

Wyspecjalizowane kanały Wi-Fi

Dalsze informacje: Lista kanałów WLAN

W większości standardowych routerów Wi-Fi wystarczą trzy standardy, a, b i g. Ale w Wi-Fi dalekiego zasięgu używane są specjalne technologie, aby jak najlepiej wykorzystać połączenie Wi-Fi. Standard 802.11-2007 dodaje do standardu 802.11a tryby OFDM 10 MHz i 5 MHz oraz wydłuża czas ochrony przed cyklicznym prefiksem od 0,8 μs do 3,2 μs, czterokrotnie zwiększając ochronę przed zniekształceniami wielościeżkowymi. Niektóre powszechnie dostępne chipsety 802.11a/g obsługują „półtaktowanie” i „ćwierćtaktowanie” OFDM w standardzie 2007, a produkty 4,9 GHz i 5,0 GHz są dostępne z kanałami o szerokości pasma 10 MHz i 5 MHz. Jest prawdopodobne, że niektóre chipsety 802.11n D.20 będą również obsługiwać „półtaktowanie” do użytku w kanałach o szerokości pasma 10 MHz i przy dwukrotnie większym zasięgu standardu 802.11n.

802.11n i MIMO

Wstępne działanie 802.11n stało się dostępne w wielu routerach w 2008 roku. Ta technologia może wykorzystywać wiele anten do kierowania na jedno lub więcej źródeł w celu zwiększenia prędkości. Jest to znane jako MIMO , Multiple Input Multiple Output. W testach stwierdzono, że wzrost prędkości występuje tylko na krótkich dystansach, a nie na dużym zasięgu wymaganym w przypadku większości konfiguracji punkt-punkt. Z drugiej strony, użycie podwójnych anten z ortogonalną polaryzacją wraz z chipsetem 2x2 MIMO skutecznie umożliwia wysyłanie i odbieranie dwóch niezależnych sygnałów nośnych tą samą trasą dalekiego zasięgu.

Zwiększenie mocy lub zwiększenie czułości odbiornika

Wzmacniacz Wi-Fi o mocy 1 W na dachu, zasilający prostą antenę pionową po lewej stronie.

Innym sposobem na zwiększenie zasięgu jest użycie wzmacniacza mocy. Te małe urządzenia, powszechnie znane jako „wzmacniacze przedłużające zasięg”, zwykle dostarczają do anteny około 1 ⁄ 2 wata mocy. Takie wzmacniacze mogą zapewnić ponad pięciokrotnie większy zasięg istniejącej sieci. Każde wzmocnienie o 3 dB podwaja efektywną moc wyjściową. Antena otrzymująca 1 wat mocy i zysk 6 dB miałaby efektywną moc 4 watów.

Anteny o większym zysku i rozmieszczenie adapterów

Specjalnie ukształtowane anteny kierunkowe mogą zwiększyć zasięg transmisji Wi-Fi bez drastycznego wzrostu mocy nadawania. Antena o dużym zysku może mieć wiele konstrukcji, ale wszystkie umożliwiają przesyłanie wąskiej wiązki sygnału na większą odległość niż antena bezkierunkowa, często eliminując pobliskie źródła zakłóceń. Takie techniki „ WokFi ” zazwyczaj dają wzrost o ponad 10 dB w stosunku do samego systemu; wystarczająca dla zasięgu linii wzroku (LOS) wynoszącego kilka kilometrów (mili) i ulepszeń w marginalnych lokalizacjach.

Hakowanie protokołu

Standardowe implementacje protokołu IEEE 802.11 można zmodyfikować, aby były bardziej odpowiednie do użytku na duże odległości, w trybie punkt-punkt, co wiąże się z ryzykiem zerwania współpracy z innymi urządzeniami Wi-Fi i zakłóceniami powodowanymi przez nadajniki znajdujące się w pobliżu anteny. Podejścia te są wykorzystywane w projekcie TIER.

Oprócz poziomów mocy ważne jest również, aby wiedzieć, w jaki sposób protokół 802.11 potwierdza każdą odebraną ramkę . Jeśli potwierdzenie nie zostanie odebrane, ramka jest ponownie przesyłana. Domyślnie maksymalna odległość między nadajnikiem a odbiornikiem wynosi 1,6 km (1 mi). Na większych odległościach opóźnienie wymusi retransmisje. W standardowym oprogramowaniu sprzętowym niektórych profesjonalnych urządzeń, takich jak Cisco Aironet 1200, ten parametr można dostroić w celu uzyskania optymalnej przepustowości . OpenWrt , DD-WRT a wszystkie jego pochodne również umożliwiają takie podkręcanie. Ogólnie rzecz biorąc, oprogramowanie typu open source jest znacznie lepsze od komercyjnego oprogramowania układowego we wszystkich celach związanych z hakowaniem protokołów, ponieważ filozofią jest ujawnienie wszystkich możliwości chipsetu radiowego i pozwolenie użytkownikowi na ich modyfikację. Ta strategia okazała się szczególnie skuteczna w przypadku routerów z niższej półki, takich jak WRT54G który miał doskonałe funkcje sprzętowe, którego komercyjne oprogramowanie układowe nie obsługiwało. Od 2011 r. Wielu dostawców nadal obsługiwało tylko podzbiór funkcji chipsetu, które odblokowało oprogramowanie układowe typu open source, a większość dostawców aktywnie zachęca do korzystania z oprogramowania układowego typu open source do hakowania protokołów, częściowo po to, aby uniknąć trudności związanych z próbą obsługi komercyjnego oprogramowania układowego. .

Fragmentację pakietów można również wykorzystać do poprawy przepustowości w hałaśliwych/przeciążonych warunkach. Chociaż fragmentacja pakietów jest często uważana za coś złego i rzeczywiście powoduje duży narzut, zmniejszając przepustowość, czasami jest konieczna. Na przykład w sytuacji przeciążenia czasy ping pakietów 30-bajtowych mogą być doskonałe, podczas gdy czasy ping pakietów 1450-bajtowych mogą być bardzo słabe przy dużej utracie pakietów. Podzielenie pakietu na pół poprzez ustawienie progu fragmentacji na 750 może znacznie poprawić przepustowość. Próg fragmentacji powinien być częścią jednostki MTU , zwykle 1500, więc powinno być 750, 500, 375 itd. Jednak nadmierna fragmentacja może pogorszyć problem, ponieważ zwiększone obciążenie zwiększy przeciążenie.

Przeszkody w Wi-Fi dalekiego zasięgu

Metody zwiększające zasięg połączenia Wi-Fi mogą również sprawić, że będzie ono kruche i niestabilne z powodu różnych czynników, w tym:

Ingerencja w krajobraz

Przeszkody należą do największych problemów podczas konfigurowania sieci Wi-Fi o dużym zasięgu. Drzewa i lasy osłabiają mikrofalowy , a wzgórza utrudniają ustalenie propagacji w linii wzroku . Deszcz i mokre liście mogą jeszcze bardziej zmniejszyć zasięg przy ekstremalnych ilościach deszczu.

W mieście budynki będą miały wpływ na integralność, szybkość i łączność. Stalowe ramy i blachy w ścianach lub dachach mogą częściowo lub całkowicie odbijać sygnały radiowe, powodując utratę sygnału lub problemy z wielodrożnością. Ściany betonowe lub gipsowe znacznie pochłaniają sygnały mikrofalowe, zmniejszając całkowity sygnał. Szpitale, z ich ekstremalnymi ekranami, mogą wymagać szeroko zakrojonego planowania w celu stworzenia opłacalnej sieci.

Zanikanie pływów

Kiedy połączenia bezprzewodowe typu punkt-punkt przecinają ujścia rzek lub archipelagi pływowe, zakłócenia wielościeżkowe spowodowane odbiciami od wód pływowych mogą być znacznie destrukcyjne. Projekt Tegola wykorzystuje technikę powolnego przeskakiwania częstotliwości, aby złagodzić zanikanie pływów.

Zakłócenia 2,4 GHz

Główny artykuł: Zakłócenia elektromagnetyczne przy 2,4 GHz

Kuchenki mikrofalowe w rezydencjach dominują w paśmie 2,4 GHz i powodują „zakłócenia w czasie posiłku” poziomu szumów . Istnieje wiele innych źródeł zakłóceń, które łączą się w potężną przeszkodę w umożliwieniu używania dalekiego zasięgu na okupowanych obszarach. Mieszkaniowe telefony bezprzewodowe, koncentratory USB 3.0, elektroniczne nianie, kamery bezprzewodowe, zdalne rozruszniki samochodowe i Bluetooth mogą nadawać w paśmie 2,4 GHz.

Ze względu na przeznaczenie pasma 2,4 GHz użytkowników tego pasma jest wielu, a na jedno gospodarstwo domowe przypada potencjalnie kilkadziesiąt urządzeń. Ze swej natury „daleki zasięg” oznacza system antenowy, który może widzieć wiele z tych urządzeń, które po zsumowaniu wytwarzają bardzo wysoki poziom szumów, przez co żaden pojedynczy sygnał nie jest użyteczny, ale mimo to jest nadal odbierany. Celem systemu dalekiego zasięgu jest stworzenie systemu, który przeciąża te sygnały i / lub wykorzystuje anteny kierunkowe, aby uniemożliwić odbiornikowi „widzenie” tych urządzeń, zmniejszając w ten sposób poziom szumów.

Godne uwagi linki

Włochy

Najdłuższe niewzmocnione łącze Wi-Fi to łącze o długości 304 km osiągnięte przez CISAR (Włoskie Centrum Działalności Radiowej). Nowy rekord świata w bezprzewodowej łączności szerokopasmowej dalekiego zasięgu.

  • link ustanowiony po raz pierwszy 2016-05-07 i 2016-05-08
  • wydaje się być stały od Monte Amiata (Toskania) do Monte Limbara (Sardynia)
  • częstotliwość: 5765 MHz
  • IEEE 802.11a (Wi-Fi), szerokość pasma 50 MHz
  • szybkości transmisji danych: do 356,33 Mbit/s
  • Radio: radia Ubiquiti Networks AF-5X
  • Routery bezprzewodowe: Ubiquiti airFiber
  • Długość: 304 km (189 mil).
  • Antena ma 120 cm (4') z ręcznie wykonanym falowodem. Oszacowano 35 dBi

Wenezuela

Innym godnym uwagi niewzmocnionym łączem Wi-Fi jest łącze o długości 279 km (173 mil) osiągnięte przez Latin American Networking School Foundation.

  • Pico del Águila – El Baúl Link.
  • częstotliwość: 2412MHz
  • połączenie utworzone w 2006 r
  • IEEE 802.11 (Wi-Fi), kanał 1, szerokość pasma 22 MHz
  • Routery bezprzewodowe: Linksys WRT54G , firmware OpenWrt w el Águila i firmware DD-WRT w El Baúl.
  • Długość: 279 km (173 mil).
  • Na obu końcach zastosowano paraboliczne anteny talerzowe, pochodzące z recyklingu z serwisu satelitarnego.
  • W El Aguila odbłyśnik z siatki aluminiowej o średnicy 2,74 m (9 stóp), zasilany centralnie, w El Baúl odbłyśnik z litego włókna szklanego, zasilany z przesunięciem, 2,44 na 2,74 m (8 na 9 stóp). Na obu końcach kanały wynosiły 12 dBi Yagis .
  • Linksys serii WRT54G zasilały anteny krótkimi przewodami LMR400, więc efektywny zysk całej anteny szacowany jest na 30 dBi .
  • Jest to największy znany zasięg osiągnięty dzięki tej technologii, lepszy od poprzedniego rekordu USA wynoszącego 201 km (125 mil) osiągniętego w zeszłym roku w USA. Szwedzka agencja kosmiczna osiągnęła 315 km (196 mil), ale przy użyciu 6-watowych wzmacniaczy balon stratosferyczny .

Peru

Instalacja anteny w Napo, Loreto (marzec 2007)

Loreto w dżungli w Peru to lokalizacja najdłuższej na świecie sieci multihop opartej na Wi-Fi. Sieć ta została wdrożona przez Grupę Badawczą Telekomunikacji Wiejskiej Pontificia Universidad Católica del Perú (GTR PUCP). Łańcuch Wi-Fi przechodzi przez wiele małych wiosek i wymaga siedemnastu przeskoków, aby pokonać całą odległość. Rozpoczyna się w Cabo Pantoja's Health Post, a kończy w centrum Iquitos . Jego długość wynosi około 445 km (277 mil). Strefę interwencji utworzono w nizinnej dżungli na wysokości poniżej 500 metrów (1600') nad poziomem morza. Jest to teren płaski iz tego powodu GTR PUCP zainstalował wieże o średniej wysokości 80 metrów (260').

  • Połączenie zostało ustanowione w 2007 roku. GTR PUCP, samorząd regionalny Loreto i Wikariat San José de Amazonas wspólnie pracują nad utrzymaniem sieci.
  • Używane kanały częstotliwości: 1, 6 i 11, kanały niezakłócone 802.11g
  • Wykorzystano routery bezprzewodowe Doodle Labs .
  • Zastosowano anteny firmy L-com.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Long-range_Wi-Fi&oldid=1115505071 ”