Jak zapojíme síť: WiFi bez tajemství
7.10.2009, Martin Kuchař, článek
Připravili jsme článek podrobně rozebírající všechny technické aspekty bezdrátových sítí pracujících v pásmu 2,4GHz. Podívejte se, jak vlastně WiFi pracuje, jaké má parametry, jaký máte zvolit aktivní a pasivní hardware a kde je potřeba co a jak nastavit.
Kapitoly článku:
Aktivní prvky tvoří ten nejpodstatnější základ pro funkční WiFi síť. Chceme-li ale vytvořit přístupový bod, který bude vysílat do širokého okolí anebo si připojit ke kartě externí anténu, nevyhneme se ani použití pasivních prvků. Především se tedy podíváme na antény, ale také koaxiální kabeláž určenou pro použití v bezdrátových sítích a v neposlední řadě také na konektory.
Nejprve si ukážeme jednotlivé antény. Tato problematika je zcela zásadní pro správný chod naší sítě a volbu správné antény není radno přenechat amatérům či nezkušeným uživatelům. Při výběru je potřeba zvážit mnoho zásadních aspektů:
Antén je na trhu mnoho různých typů a liší se buď jen nepatrnými detaily anebo zcela zásadně - například všesměrová anténa je určena pro zcela jiné nasazení než síto. Aby bylo vše jasnější, rozebereme si jednotlivé druhy antén podrobněji a u každé si vysvětlíme její výhody, doporučené použití a také nevýhody.
Nejčastěji jsou k vidění antény typu "síto". Ty jsou primárně určeny pro spoje point-to-point (z bodu do bodu) čili například z AP přímo k jednomu klientovi. Jejich provedení tomu zcela odpovídá - vyzařovací úhel se pohybuje kolem 10° a zisk od 15 do 24 dBi. Díky tomu dokáží signál "prostřelit" až na vzdálenost několika kilometrů při zachování kvalitní úrovně.
Hodnota polarizační separace se zde pohybuje kolem -25 dB. Detailní parametry se poněkud liší u každého výrobce - především pak vyzařovací diagram může být zcela odlišný. Pro nás je ale podstatné, že tyto antény jsou určeny pro point-to-point spoje na větší vzdálenosti a dokáží přenést velmi silný signál. Za tyto antény zaplatíte přibližně 1800 - 2500 korun (podle zisku a značky).
Nejlepší značka tohoto typu antén - zde je Andrew 18 dBi
Mezi další směrové antény se dá bezesporu zařadit anténa YAGI. Její zisk se běžně pohybuje mezi 15 - 17 dBi, což se hodí na menší vzdálenosti. Díky svému provedení a vlastnostem je spíše vhodná pro nasazení u koncového uživatele - na AP se opravdu příliš nehodí. Její výhodou je ale poměrně nízká cena a snadná dostupnost. Zde je potřeba upozornit na levné napodobeniny - mnoho firem tyto antény vyrábí lisováním z tvrdého plechu - sice jsou funkční, ale kvalita se liší kus od kusu a mnohokrát se stane, že jejich chybovost je prakticky neúnosná.
YAGI originál - takto vypadá originální anténa
Mnohdy ale chce správce sítě pokrýt svým signálem území o nějaké rozloze a ne pouze vytvořit spoj na jednoho klienta. Pro tyto účely slouží antény sektorové a všesměrové. Nejprve se podíváme na antény všesměrové. Jak již asi z názvu tušíte, tak signál je šířen do všech směrů současně - pokrývá tedy 360°. Jelikož je ale vyzařovací úhel tak vysoký, je jasné, že se to odrazí v celkovém zisku antény - ten tak dosahuje maximálně 15 dBi.
Tyto antény se tedy hodí na AP, které je hojně využíváno uživateli například v městské čtvrti - správce se nemusí starat o složité směřování. Další jejich výhodou je jejich provedení - díky poměrně malým rozměrům a bílému plastu jsou antény nenápadné a snadněji zapadnou do okolí než například mohutná síta. Tyto antény jsou jedny z nejdražších - cena nejlevnějších je zhruba 2300,- a nejdražších profesionálních pak až 6500,- .
Všesměrová anténa se ziskem 13 dBi - dole je konektor typu N
Někdy ale nastane situace, kdy potřebujeme vytvořit pokrytí jen nějaké lokace v daném směru. Například úhel 45 - 120° - pro tyto účely nám slouží sektorové antény, které jsou právě pro tyto podmínky jako dělané. Snadno tak pokryjeme pouze určitou oblast a nemusíme se obávat, že signálem budeme zarušovat místa, která leží mimo zvolený úhel.
Provedení těchto antén je opět velmi nenápadné a rozměry jsou velice malé. Běžný zisk těchto antén se pohybuje kolem 9 - 17 dBi. Z toho tedy jasně vyplívá, že nejsou příliš vhodné na spoje na velkou vzdálenost. Za nejslabší model zaplatí zákazník přibližně 1400,- a za nejvýkonnější s širokým pokrytím až 5000,- Kč.
Jedna z nejsilnějších, ale také největších sektorových antén
Na trhu je antén opravdu nespočet. Stejně jako u aktivních prvků i zde platí - kupujte osvědčené zboží a neuděláte chybu. Rozhodně pokud uvažujete o nějaké anténě typu síto, pak neváhejte a pořiďte si Andrew - za své peníze získáte to nejlepší na trhu. U ostatních antén již nejsou značky tak výrazně známé - je tedy především na vaší úvaze a na typu budované sítě, jakou anténu zvolíte. Jejich vzájemnou kombinací na AP se dá vytvořit opravdu robustní síť pro stovky uživatelů.
Nyní se podíváme na zoubek kabeláži pro WiFi účely. Předem si ujasníme, že každý kabel pro připojení antény do WiFi adaptéru musí být koaxiální s impedancí 50 ohm. Jeho detailní parametry se ale velmi podstatně liší podle typu nasazení. Jedním z nejpodstatnějších faktorů, na který při pořizování nahlížíme, je bezesporu útlum na metr. Tato hodnota udává, kolik dB ze signálu vysílaného z adaptéru se na každém metru kabelu ztratí. Optimální hodnota u moderní kabeláže se pohybuje v rozmezí od 0,22 do 0,5 dB/m.
Každý si tedy dokáže snadno spočítat, že když má na výstupu řekněme 5 dB a má kabel délky 7 m s útlumem 0,35 dB/m tak k anténě dorazí 2,55 dB. Z toho vyplývá, že kabeláž mezi anténou a WiFi adaptérem by měla být pokud možno co nejkratší.
Belden RLF10
Mezi kabely je nejznámější a nejuznávanější značkou Belden. Kabely této společnosti se vyrábějí již několik desítek let a jejich použití a nasazení je velmi široké. Pro naše účely se bude jednat především o kabely H125CUPE, RLF10 a H1000. Každý se svými parametry hodí do jiných podmínek. První z nich (H125CUPE) je vhodný na krátké „pigtaily“, neboť je velmi pružný, tenký a ohebný. Zbylé dva jsou pak primárně určeny pro delší vedení, neboť mají menší útlum signálu - proto jsou ale širší (10 mm) a méně ohebné.
Několikrát jsme se zmínili o krátké a dlouhé trase kabelu - jako krátkou lze považovat zhruba do 1,5 - 2 m. Jako dlouhou a nevhodnou pak trasu nad 10 m, kdy se již vyplatí zauvažovat nad jiným provedením.
Neznačkový kabel - průměr 5 mm, útlum 0,45 dB/m
U kabeláže platí několik zásad, které je potřeba dodržet, aby byl signál dostatečně kvalitní:
Pokud se budete držet těchto zásad, máte slušnou šanci, že vše bude fungovat jak má - velký vliv hrají samozřejmě i konektory a jejich provedení a tak si je nyní také probereme.
Konektor tvoří vodivé spojení mezi kabeláží a vstupem do antény nebo výstupem z WiFi adaptéru. Je tedy jasné, že pokud je tento spoj jakýmkoliv způsobem narušen, okamžitě dochází k nechtěnému snížení úrovně signálu či úplnému přerušení linky. Proto velmi doporučuji nechat si konektory na kabel přidělat odborníkem - sice za to možná zaplatíte nějaké ty finance, avšak ve výsledku se vám to několikanásobně vrátí.
Bohužel na trhu se vyskytuje několik běžně používaných typů konektorů a tudíž je potřeba si předem zjistit, jaké budeme na každý konec kabelu potřebovat. Nezapomeňte se také ujistit, že si necháváte nakrimpovat správný konektor z hlediska samec vs. samice.
Mezi nejčastěji používané konektory patří N. Ten byl vynalezen již v roce 1940 v Bellových laboratořích a používá se dodnes. Je primárně vhodný jak pro použití v exteriéru, tak i v interiéru a tudíž je škála možností jeho nasazení opravdu široká. Hodí se pro kabely s tloušťkou v rozmezí od 4 do 11 mm a připevní se na ně buď klasicky pájením anebo pomocí krimpovacích kleští. Více praktikovaná je možnost první a to především proto, že není potřeba vlastnit speciální nářadí.
Nahoře je foto konektoru připraveného pro montáž a dole pak technický náčrt
Velmi často se vyskytuje novější typ konektoru známý pod označením TNC. Je vyroben z poniklovaného kovu a vnitřní hroty bývají buď pozlacené, nebo také pouze poniklované. Tyto konektory naleznete především na zařízeních firmy Linksys.
Takto vypadá rozmontovaný TNC konektor
Posledním konektorem, o kterém se zmíním, je R-SMA. Ten je určen pro vnitřní použití a naleznete ho prakticky na všech kartách do PCI, na mnoha HWAP a na tenkých kabelech. Původně byl tento konektor používán americkou armádou v 70. letech a až později s příchodem WiFi se zabydlel i v této rádiové sekci. Jeho hlavní předností je obrovský frekvenční rozsah použitelnosti - dokáže pracovat až na 18 GHz. Jeho předností jsou také malé kompaktní rozměry, které ho předurčují pro použití v budoucích miniaturizovaných zařízeních.
Opět foto rozmontovaného konektoru
A zde jsou přesné rozměry
Antény
Nejprve si ukážeme jednotlivé antény. Tato problematika je zcela zásadní pro správný chod naší sítě a volbu správné antény není radno přenechat amatérům či nezkušeným uživatelům. Při výběru je potřeba zvážit mnoho zásadních aspektů:
- Plánovaný počet uživatelů a místa, odkud se budou připojovat
- Rozsah plánovaného pokrytí
- Míra zahlcení pásma 2,4 GHz v dané lokalitě
- Finanční prostředky
Antén je na trhu mnoho různých typů a liší se buď jen nepatrnými detaily anebo zcela zásadně - například všesměrová anténa je určena pro zcela jiné nasazení než síto. Aby bylo vše jasnější, rozebereme si jednotlivé druhy antén podrobněji a u každé si vysvětlíme její výhody, doporučené použití a také nevýhody.
Nejčastěji jsou k vidění antény typu "síto". Ty jsou primárně určeny pro spoje point-to-point (z bodu do bodu) čili například z AP přímo k jednomu klientovi. Jejich provedení tomu zcela odpovídá - vyzařovací úhel se pohybuje kolem 10° a zisk od 15 do 24 dBi. Díky tomu dokáží signál "prostřelit" až na vzdálenost několika kilometrů při zachování kvalitní úrovně.
Hodnota polarizační separace se zde pohybuje kolem -25 dB. Detailní parametry se poněkud liší u každého výrobce - především pak vyzařovací diagram může být zcela odlišný. Pro nás je ale podstatné, že tyto antény jsou určeny pro point-to-point spoje na větší vzdálenosti a dokáží přenést velmi silný signál. Za tyto antény zaplatíte přibližně 1800 - 2500 korun (podle zisku a značky).
Nejlepší značka tohoto typu antén - zde je Andrew 18 dBi
Mezi další směrové antény se dá bezesporu zařadit anténa YAGI. Její zisk se běžně pohybuje mezi 15 - 17 dBi, což se hodí na menší vzdálenosti. Díky svému provedení a vlastnostem je spíše vhodná pro nasazení u koncového uživatele - na AP se opravdu příliš nehodí. Její výhodou je ale poměrně nízká cena a snadná dostupnost. Zde je potřeba upozornit na levné napodobeniny - mnoho firem tyto antény vyrábí lisováním z tvrdého plechu - sice jsou funkční, ale kvalita se liší kus od kusu a mnohokrát se stane, že jejich chybovost je prakticky neúnosná.
YAGI originál - takto vypadá originální anténa
Mnohdy ale chce správce sítě pokrýt svým signálem území o nějaké rozloze a ne pouze vytvořit spoj na jednoho klienta. Pro tyto účely slouží antény sektorové a všesměrové. Nejprve se podíváme na antény všesměrové. Jak již asi z názvu tušíte, tak signál je šířen do všech směrů současně - pokrývá tedy 360°. Jelikož je ale vyzařovací úhel tak vysoký, je jasné, že se to odrazí v celkovém zisku antény - ten tak dosahuje maximálně 15 dBi.
Tyto antény se tedy hodí na AP, které je hojně využíváno uživateli například v městské čtvrti - správce se nemusí starat o složité směřování. Další jejich výhodou je jejich provedení - díky poměrně malým rozměrům a bílému plastu jsou antény nenápadné a snadněji zapadnou do okolí než například mohutná síta. Tyto antény jsou jedny z nejdražších - cena nejlevnějších je zhruba 2300,- a nejdražších profesionálních pak až 6500,- .
Všesměrová anténa se ziskem 13 dBi - dole je konektor typu N
Někdy ale nastane situace, kdy potřebujeme vytvořit pokrytí jen nějaké lokace v daném směru. Například úhel 45 - 120° - pro tyto účely nám slouží sektorové antény, které jsou právě pro tyto podmínky jako dělané. Snadno tak pokryjeme pouze určitou oblast a nemusíme se obávat, že signálem budeme zarušovat místa, která leží mimo zvolený úhel.
Provedení těchto antén je opět velmi nenápadné a rozměry jsou velice malé. Běžný zisk těchto antén se pohybuje kolem 9 - 17 dBi. Z toho tedy jasně vyplívá, že nejsou příliš vhodné na spoje na velkou vzdálenost. Za nejslabší model zaplatí zákazník přibližně 1400,- a za nejvýkonnější s širokým pokrytím až 5000,- Kč.
Jedna z nejsilnějších, ale také největších sektorových antén
Na trhu je antén opravdu nespočet. Stejně jako u aktivních prvků i zde platí - kupujte osvědčené zboží a neuděláte chybu. Rozhodně pokud uvažujete o nějaké anténě typu síto, pak neváhejte a pořiďte si Andrew - za své peníze získáte to nejlepší na trhu. U ostatních antén již nejsou značky tak výrazně známé - je tedy především na vaší úvaze a na typu budované sítě, jakou anténu zvolíte. Jejich vzájemnou kombinací na AP se dá vytvořit opravdu robustní síť pro stovky uživatelů.
Koaxiální kabeláž
Nyní se podíváme na zoubek kabeláži pro WiFi účely. Předem si ujasníme, že každý kabel pro připojení antény do WiFi adaptéru musí být koaxiální s impedancí 50 ohm. Jeho detailní parametry se ale velmi podstatně liší podle typu nasazení. Jedním z nejpodstatnějších faktorů, na který při pořizování nahlížíme, je bezesporu útlum na metr. Tato hodnota udává, kolik dB ze signálu vysílaného z adaptéru se na každém metru kabelu ztratí. Optimální hodnota u moderní kabeláže se pohybuje v rozmezí od 0,22 do 0,5 dB/m.
Každý si tedy dokáže snadno spočítat, že když má na výstupu řekněme 5 dB a má kabel délky 7 m s útlumem 0,35 dB/m tak k anténě dorazí 2,55 dB. Z toho vyplývá, že kabeláž mezi anténou a WiFi adaptérem by měla být pokud možno co nejkratší.
Belden RLF10
Mezi kabely je nejznámější a nejuznávanější značkou Belden. Kabely této společnosti se vyrábějí již několik desítek let a jejich použití a nasazení je velmi široké. Pro naše účely se bude jednat především o kabely H125CUPE, RLF10 a H1000. Každý se svými parametry hodí do jiných podmínek. První z nich (H125CUPE) je vhodný na krátké „pigtaily“, neboť je velmi pružný, tenký a ohebný. Zbylé dva jsou pak primárně určeny pro delší vedení, neboť mají menší útlum signálu - proto jsou ale širší (10 mm) a méně ohebné.
Několikrát jsme se zmínili o krátké a dlouhé trase kabelu - jako krátkou lze považovat zhruba do 1,5 - 2 m. Jako dlouhou a nevhodnou pak trasu nad 10 m, kdy se již vyplatí zauvažovat nad jiným provedením.
Neznačkový kabel - průměr 5 mm, útlum 0,45 dB/m
U kabeláže platí několik zásad, které je potřeba dodržet, aby byl signál dostatečně kvalitní:
- kabel musí být co nejkratší
- pokud je delší, tak zvolit co možná nejkvalitnější
- neohýbat ho více, než je předepsáno (může dojít k poškození hlavní žíly)
- kabel by měl být spojitý bez přerušení a následného spojení – jinak je lepší vyměnit kabel celý
Pokud se budete držet těchto zásad, máte slušnou šanci, že vše bude fungovat jak má - velký vliv hrají samozřejmě i konektory a jejich provedení a tak si je nyní také probereme.
Kabelové konektory
Konektor tvoří vodivé spojení mezi kabeláží a vstupem do antény nebo výstupem z WiFi adaptéru. Je tedy jasné, že pokud je tento spoj jakýmkoliv způsobem narušen, okamžitě dochází k nechtěnému snížení úrovně signálu či úplnému přerušení linky. Proto velmi doporučuji nechat si konektory na kabel přidělat odborníkem - sice za to možná zaplatíte nějaké ty finance, avšak ve výsledku se vám to několikanásobně vrátí.
Bohužel na trhu se vyskytuje několik běžně používaných typů konektorů a tudíž je potřeba si předem zjistit, jaké budeme na každý konec kabelu potřebovat. Nezapomeňte se také ujistit, že si necháváte nakrimpovat správný konektor z hlediska samec vs. samice.
Mezi nejčastěji používané konektory patří N. Ten byl vynalezen již v roce 1940 v Bellových laboratořích a používá se dodnes. Je primárně vhodný jak pro použití v exteriéru, tak i v interiéru a tudíž je škála možností jeho nasazení opravdu široká. Hodí se pro kabely s tloušťkou v rozmezí od 4 do 11 mm a připevní se na ně buď klasicky pájením anebo pomocí krimpovacích kleští. Více praktikovaná je možnost první a to především proto, že není potřeba vlastnit speciální nářadí.
Nahoře je foto konektoru připraveného pro montáž a dole pak technický náčrt
Velmi často se vyskytuje novější typ konektoru známý pod označením TNC. Je vyroben z poniklovaného kovu a vnitřní hroty bývají buď pozlacené, nebo také pouze poniklované. Tyto konektory naleznete především na zařízeních firmy Linksys.
Takto vypadá rozmontovaný TNC konektor
Posledním konektorem, o kterém se zmíním, je R-SMA. Ten je určen pro vnitřní použití a naleznete ho prakticky na všech kartách do PCI, na mnoha HWAP a na tenkých kabelech. Původně byl tento konektor používán americkou armádou v 70. letech a až později s příchodem WiFi se zabydlel i v této rádiové sekci. Jeho hlavní předností je obrovský frekvenční rozsah použitelnosti - dokáže pracovat až na 18 GHz. Jeho předností jsou také malé kompaktní rozměry, které ho předurčují pro použití v budoucích miniaturizovaných zařízeních.
Opět foto rozmontovaného konektoru
A zde jsou přesné rozměry
