Bezdrátové sítě - zkušenosti a doplnění (1. část)
3.3.2000, Zdeněk Michálek, recenze
Lehký úvod do problematiky realizace bezdrátových sítí
Před pár měsíci jsme uveřejnili řadu článků o produktech od taiwanské firmy Z-Com, Inc., prodávané u nás pod hlavičkou firmy Planet pod jejím OEM označením a distribuované v České republice firmou ASM - jsou k dispozici tady a tady. Od té doby už uběhl nějaký ten čas, při instalaci bezdrátových sítí jsme nasbírali zkušenosti, poučili se od dalších implementátorů a výsledkem bylo několik úspěšně realizovaných sítí.
Protože zájem čtenářů o toto téma byl značný, budeme se věnovat bezdrátovým sítím šířeji - po Planetech přijdou na řadu o generaci novější produkty od Lucent technology a zřejmě i další konkurenční produkty. Začněme však od základů.
Obecně k mikrovlnným sítím
Každý výrobce definuje maximální dosah s daným zařízením. Tento dosah je obecně dán vyzářeným výkonem vysílače na vysílací straně použitou anténou, citlivostí a šumovým číslem přijímače na straně přijímací. Citlivost a šumové číslo přijímače jednoduchými prostředky ovlivnit nemůžete (pokud nechcete za pomoci rozmítače vylepšovat vstupní obvody přijímače, což už je skutečně "vyšší dívčí" pro pár vyvolených), výkon vysílače rovněž ne (opět pokud nechcete upravovat obvody vysílače a navíc překročit předepsaný maximální výkon pro použité kmitočtové pásmo a kategorii zařízení), takže zbývá to co je mezi nimi - konektory, kabely a hlavně antény.
První zásada zní : co nejkratší kabely.
Na kmitočtu kolem 2,4 GHz je útlum běžně užívaných koaxiálních kabelů již hodně vysoký, takže zapomeňte na RG-58 a spol. (pokud se nejedná o spojení na pár set metrů). Vhodnými jsou kabely Aircom a jim podobné, jejichž útlum je řádově 10x menší, takže ani délka kabelů kolem 20 metrů nemusí být na závadu. Obecně tedy dělejte kabely k anténě co nejkratší (žádné motání přebytečného kabelu do klubíčka, jak je běžné u LAN) a LAN pěkně přiveďte třeba až na půdu - tam na nějakém metru až tak nesejde.
Dalším zdrojem útlumu mohou být použité konektory.
Takový konektor ke kabelu Aircom přijde bratru na 800 Kč, parametry a povrchová úprava (která způsobuje zvýšenou cenu) však ceně odpovídají - a hlavně máte zaručeno, že po první přestálé zimě vám nevzroste útlum nad únosnou míru. Pokud nemáte zkušenosti při pájení konektorů (ve slušné společnosti mikrovln se nekrimpuje), doporučuji nechat si kabelové komplety vyrobit, pár ušetřených korun vás už při celkové finanční náročnosti nezachrání a pokud dodavatel umí (a má příslušné nástroje), jeden velice nepříjemný zdroj problémů máte eliminován. Pokud je konektor vystaven povětrnostním vlivům, nezapomeňte jej "oblemtat" silikonem (prodává se pro založení do "pistolí" a používají jej mj. stavaři pro spárování nepřesností na vanách nebo umyvadlech) a důkladně (vodotěsně) omotat umělohmotnou mrazuvzdornou izolepou. Dvojí ochrana se může zdát zbytečná, ale jistota je jistota...
Antény
Pro dané pásmo existuje dlouhá řada vyráběných typů, zkuste vybrat takový, který nejlépe vyhovuje kladeným požadavkům - parabola pro spojení na pár set metrů je opravdu zbytečná. Nicméně při delších trasách (a trasách u nichž není zajištěna přímá viditelnost - viz dále) zvolte buď parabolu nebo "dlouhé" YAGI antény - každý decibel zisku může být při dešti nebo sněžení dobrý. Drátové reflektory jsou výhodné svými menšími nároky na upevnění (přece jen když vám foukne vichřice do plochy, je to něco jiného než když má v cestě jen pár drátů). V oblastech s častějšími mrazy nepohrdněte anténami s krytem, námraza anténu "rozostří", klesne zisk a vzrostou ztráty. Opět nezbytné pro spolehlivé spojení na hraniční vzdálenosti. Neboli - 15dB zisku je dobrý základ, 24 dB jistota a nezbytnost pro vzdálenost nad 10 km (na obou stranách).
Umístění antén - existuje něco čemu se říká Fresnelova zóna. Je to v podstatě vzdálenost od osy mezi anténami, do níž by neměly být žádné překážky pro šíření vln - stromy atd. Její velikost je závislá na vzdálenosti od antény a na kmitočtu a při spojení na cca 1 km je kolem 12 metrů. Jinak řečeno - pokud máte v rovinaté krajině spojení na přímou viditelnost na vzdálenost 1 km, antény máte na střeše budov ve výšce 15 metrů a uprostřed trasy je železobetonová budova vysoká 10 metrů, zasahuje do Fresnelovy zóny a působí ztráty. Tím samozřejmě nechci říci, že trasa je nepoužitelná, je však třeba počítat s jistým útlumem a použít pro jistotu lepší anténu.
Na druhé straně - nic se nemá přehánět, areál menšího podniku s přehledem pokryje jedna všesměrová anténa umístěná na střeše nejvyšší budovy pokud možno uprostřed areálu, na druhé straně pak většinou postačí pokojová anténa dodávaná s kartou, většinou nevadí ani mezilehlá zeď (pokud železná armatura v ní si s úspěchem nehraje na Faradayovu klec, což se ji - při používané vlnové délce - většinou nedaří). Výše uvedené platí spíše pro propojení středisek podniku na vzdálenost řádu jednotek až desítek kilometrů.
Nezapomeňte rovněž na bleskojistky (ne že bych si myslel, že něco ovlivní - když vám v blízkosti antény udeří blesk, stejně odejde vše co má procesor a z čeho čouhá drát delší než metr, ale revizní technik ji bude vyžadovat) pro všechny antény instalované venku.
Směrování antén
Antény jsou nainstalovány, kabely od nich svedeny, připojeny ke krabičkám, teď je nutné je nasměrovat. Pokud se jedná o spojení na krátkou vzdálenost, na niž rozeznáte , kde je protistanice, není to problém, horší je to při spojení "za roh" nebo na velkou vzdálenost. GPS nebo mapa s kompasem jsou výborným pomocníkem, pokud se však jedná o spojení na velkou vzdálenost a s vysoce ziskovými anténami, u nichž už odchylka několika stupňů znamená, že signál zmizí. Problémem je rovněž to, že Planet karty nemají indikaci síly signálu - jejich indikace kvality spojení vychází z kvality přenosu, tj. počtu nepotvrzených paketů, což je značnou nevýhodou při přesném směrování. Pokud si můžete někde půjčit vf generátor a měřicí přijímač pro toto pásmo, vřele doporučuji. V opačném případě přeji pevné nervy, až vám severák bude fičet za límec a kolegové dole v teple u notebooku budou nahoru řvát - "furt tam nic není, pokračuj !!!" V okamžiku, když přenesete první pakety, máte vyhráno, protože pak už stačí použít metodu, při níž vychýlíte anténu až do bodu, v němž právě přestane přenos fungovat, poté provedete to samé na druhou stranu a nakonec nastavíte anténu přesně doprostřed (vycházíme ze symetrického vyzařovacího diagramu antény, což - pokud vám někdo na anténu nešlápl - je většinou splněno.)
Ze všeho výše uvedeného ještě vyplývá ještě jedna věc : vždy si všechno nejdříve rozchoďte na stole, než vyrazíte do terénu.
Jak je to s tím spojením na přímou viditelnost ?
Vlny s kmitočtem 2,4 GHz mají vlnovou délku kolem 12 cm, dipól má 6 cm, takže každý předmět s porovnatelnou velikostí (a větší, samozřejmě) ovlivňuje jejich šíření. Z toho vyplývá, že jejich šíření ovlivňuje téměř vše a vždy je třeba experimentovat, zda právě touto zdí vlny projdou s rozumným útlumem či zda se o něco odrazí nebo ne. Příkladem budiž to, že pokud byla pokojová anténa umístěna 100 metrů od paneláku, v bytě na jeho druhé straně v některých místnostech signál je, v jiných není a je třeba zkoušet - někdy stačí výkonnější (a bohužel směrovější anténa), jindy pomůže jen vnější anténa. Cihlové budovy nejsou problémem, železobeton někdy vadí, někdy ne.
Existuje obecná teze, že však vždy musí být zajištěna přímá viditelnost. Postavili jsme spolehlivé spojení na trase, ohledně jejíž použitelnosti i ostřílení radioamatéři byli více než skeptičtí - vzdálenost sice jen 1 km, nicméně lehce za obzorem, s budovami v trase. S 15 dB anténami bylo směrování kritické (stačila minimální odchylka od správného směru aby signál zmizel - naštěstí se dal přesný směr pohledem zjistit), antény však jsou natolik "ostré" že nebylo nutné pro spolehlivé spojení použít výrazně dražší paraboly (i za hustého sněžené byla ztráta paketů pod 1%) a spojení funguje naprosto spolehlivě bez nutnosti retranslace (a tím dalších poplatků za pronájem umístění převaděče, nemluvě o investičních nákladech).
Když už vše selže, je nezbytné použít retranslaci.
U Planetů můžete zapomenout na duplexery a podobná udělátka, která by vám umožnila připojit k jednomu vysílači dvě antény s ideou - paket přijmu a pak ho odvysílám. Neznám nikoho, komu by se povedlo s Planety něco podobného rozchodit na větší vzdálenosti - teď nemluvím o "opakovačích" na vzdálenosti řádově sta metrů pro vykrytí hluchých míst v areálu. Duplexer má již z principu útlum 3 dB, k tomu je třeba připočíst nějaký ten decibel ztrát. Na vysílací straně by to nebylo až tak kritické, na straně přijímače to však znamená značné zvýšení šumového čísla, takže přijímač je výrazně "tupější". A i pokud se vše překoná, retranslace funguje nějak divně - extrémně nízké přenosové rychlosti jsou nejlepším důkazem. Vřele doporučuji - pokud potřebujete retranslaci s Planety, pořiďte si dvě jejich WL-2400 ISA karty, ke každé připojte jednu anténu a vše odroutujte Linuxem - koneckonců ASM dodává na zakázku model WAP-1500, což je vlastně počítač v malé krabičce, s flash diskem a vodovzdorném provedení s nainstalovaným Linuxem a dvěma ISA sloty, ideální pro tento účel. Na inetu je dokonce k dispozici přímo sofwarový router v provedení "wash and go" s do jádra zakompilovanou podporou pro Planet ISA karty a běžné ethernetové karty (od Matthiase Weingarta), který stačí stáhnout, jednoduše nainstalovat na jakoukoliv PC kompatibilní mašinu od 386 výše a spustit.
(pokračování příště)
Protože zájem čtenářů o toto téma byl značný, budeme se věnovat bezdrátovým sítím šířeji - po Planetech přijdou na řadu o generaci novější produkty od Lucent technology a zřejmě i další konkurenční produkty. Začněme však od základů.
Obecně k mikrovlnným sítím
Každý výrobce definuje maximální dosah s daným zařízením. Tento dosah je obecně dán vyzářeným výkonem vysílače na vysílací straně použitou anténou, citlivostí a šumovým číslem přijímače na straně přijímací. Citlivost a šumové číslo přijímače jednoduchými prostředky ovlivnit nemůžete (pokud nechcete za pomoci rozmítače vylepšovat vstupní obvody přijímače, což už je skutečně "vyšší dívčí" pro pár vyvolených), výkon vysílače rovněž ne (opět pokud nechcete upravovat obvody vysílače a navíc překročit předepsaný maximální výkon pro použité kmitočtové pásmo a kategorii zařízení), takže zbývá to co je mezi nimi - konektory, kabely a hlavně antény.
První zásada zní : co nejkratší kabely.
Na kmitočtu kolem 2,4 GHz je útlum běžně užívaných koaxiálních kabelů již hodně vysoký, takže zapomeňte na RG-58 a spol. (pokud se nejedná o spojení na pár set metrů). Vhodnými jsou kabely Aircom a jim podobné, jejichž útlum je řádově 10x menší, takže ani délka kabelů kolem 20 metrů nemusí být na závadu. Obecně tedy dělejte kabely k anténě co nejkratší (žádné motání přebytečného kabelu do klubíčka, jak je běžné u LAN) a LAN pěkně přiveďte třeba až na půdu - tam na nějakém metru až tak nesejde.
Dalším zdrojem útlumu mohou být použité konektory.
Takový konektor ke kabelu Aircom přijde bratru na 800 Kč, parametry a povrchová úprava (která způsobuje zvýšenou cenu) však ceně odpovídají - a hlavně máte zaručeno, že po první přestálé zimě vám nevzroste útlum nad únosnou míru. Pokud nemáte zkušenosti při pájení konektorů (ve slušné společnosti mikrovln se nekrimpuje), doporučuji nechat si kabelové komplety vyrobit, pár ušetřených korun vás už při celkové finanční náročnosti nezachrání a pokud dodavatel umí (a má příslušné nástroje), jeden velice nepříjemný zdroj problémů máte eliminován. Pokud je konektor vystaven povětrnostním vlivům, nezapomeňte jej "oblemtat" silikonem (prodává se pro založení do "pistolí" a používají jej mj. stavaři pro spárování nepřesností na vanách nebo umyvadlech) a důkladně (vodotěsně) omotat umělohmotnou mrazuvzdornou izolepou. Dvojí ochrana se může zdát zbytečná, ale jistota je jistota...
Antény
Pro dané pásmo existuje dlouhá řada vyráběných typů, zkuste vybrat takový, který nejlépe vyhovuje kladeným požadavkům - parabola pro spojení na pár set metrů je opravdu zbytečná. Nicméně při delších trasách (a trasách u nichž není zajištěna přímá viditelnost - viz dále) zvolte buď parabolu nebo "dlouhé" YAGI antény - každý decibel zisku může být při dešti nebo sněžení dobrý. Drátové reflektory jsou výhodné svými menšími nároky na upevnění (přece jen když vám foukne vichřice do plochy, je to něco jiného než když má v cestě jen pár drátů). V oblastech s častějšími mrazy nepohrdněte anténami s krytem, námraza anténu "rozostří", klesne zisk a vzrostou ztráty. Opět nezbytné pro spolehlivé spojení na hraniční vzdálenosti. Neboli - 15dB zisku je dobrý základ, 24 dB jistota a nezbytnost pro vzdálenost nad 10 km (na obou stranách).
Umístění antén - existuje něco čemu se říká Fresnelova zóna. Je to v podstatě vzdálenost od osy mezi anténami, do níž by neměly být žádné překážky pro šíření vln - stromy atd. Její velikost je závislá na vzdálenosti od antény a na kmitočtu a při spojení na cca 1 km je kolem 12 metrů. Jinak řečeno - pokud máte v rovinaté krajině spojení na přímou viditelnost na vzdálenost 1 km, antény máte na střeše budov ve výšce 15 metrů a uprostřed trasy je železobetonová budova vysoká 10 metrů, zasahuje do Fresnelovy zóny a působí ztráty. Tím samozřejmě nechci říci, že trasa je nepoužitelná, je však třeba počítat s jistým útlumem a použít pro jistotu lepší anténu.
Na druhé straně - nic se nemá přehánět, areál menšího podniku s přehledem pokryje jedna všesměrová anténa umístěná na střeše nejvyšší budovy pokud možno uprostřed areálu, na druhé straně pak většinou postačí pokojová anténa dodávaná s kartou, většinou nevadí ani mezilehlá zeď (pokud železná armatura v ní si s úspěchem nehraje na Faradayovu klec, což se ji - při používané vlnové délce - většinou nedaří). Výše uvedené platí spíše pro propojení středisek podniku na vzdálenost řádu jednotek až desítek kilometrů.
Nezapomeňte rovněž na bleskojistky (ne že bych si myslel, že něco ovlivní - když vám v blízkosti antény udeří blesk, stejně odejde vše co má procesor a z čeho čouhá drát delší než metr, ale revizní technik ji bude vyžadovat) pro všechny antény instalované venku.
Směrování antén
Antény jsou nainstalovány, kabely od nich svedeny, připojeny ke krabičkám, teď je nutné je nasměrovat. Pokud se jedná o spojení na krátkou vzdálenost, na niž rozeznáte , kde je protistanice, není to problém, horší je to při spojení "za roh" nebo na velkou vzdálenost. GPS nebo mapa s kompasem jsou výborným pomocníkem, pokud se však jedná o spojení na velkou vzdálenost a s vysoce ziskovými anténami, u nichž už odchylka několika stupňů znamená, že signál zmizí. Problémem je rovněž to, že Planet karty nemají indikaci síly signálu - jejich indikace kvality spojení vychází z kvality přenosu, tj. počtu nepotvrzených paketů, což je značnou nevýhodou při přesném směrování. Pokud si můžete někde půjčit vf generátor a měřicí přijímač pro toto pásmo, vřele doporučuji. V opačném případě přeji pevné nervy, až vám severák bude fičet za límec a kolegové dole v teple u notebooku budou nahoru řvát - "furt tam nic není, pokračuj !!!" V okamžiku, když přenesete první pakety, máte vyhráno, protože pak už stačí použít metodu, při níž vychýlíte anténu až do bodu, v němž právě přestane přenos fungovat, poté provedete to samé na druhou stranu a nakonec nastavíte anténu přesně doprostřed (vycházíme ze symetrického vyzařovacího diagramu antény, což - pokud vám někdo na anténu nešlápl - je většinou splněno.)
Ze všeho výše uvedeného ještě vyplývá ještě jedna věc : vždy si všechno nejdříve rozchoďte na stole, než vyrazíte do terénu.
Jak je to s tím spojením na přímou viditelnost ?
Vlny s kmitočtem 2,4 GHz mají vlnovou délku kolem 12 cm, dipól má 6 cm, takže každý předmět s porovnatelnou velikostí (a větší, samozřejmě) ovlivňuje jejich šíření. Z toho vyplývá, že jejich šíření ovlivňuje téměř vše a vždy je třeba experimentovat, zda právě touto zdí vlny projdou s rozumným útlumem či zda se o něco odrazí nebo ne. Příkladem budiž to, že pokud byla pokojová anténa umístěna 100 metrů od paneláku, v bytě na jeho druhé straně v některých místnostech signál je, v jiných není a je třeba zkoušet - někdy stačí výkonnější (a bohužel směrovější anténa), jindy pomůže jen vnější anténa. Cihlové budovy nejsou problémem, železobeton někdy vadí, někdy ne.
Existuje obecná teze, že však vždy musí být zajištěna přímá viditelnost. Postavili jsme spolehlivé spojení na trase, ohledně jejíž použitelnosti i ostřílení radioamatéři byli více než skeptičtí - vzdálenost sice jen 1 km, nicméně lehce za obzorem, s budovami v trase. S 15 dB anténami bylo směrování kritické (stačila minimální odchylka od správného směru aby signál zmizel - naštěstí se dal přesný směr pohledem zjistit), antény však jsou natolik "ostré" že nebylo nutné pro spolehlivé spojení použít výrazně dražší paraboly (i za hustého sněžené byla ztráta paketů pod 1%) a spojení funguje naprosto spolehlivě bez nutnosti retranslace (a tím dalších poplatků za pronájem umístění převaděče, nemluvě o investičních nákladech).
Když už vše selže, je nezbytné použít retranslaci.
U Planetů můžete zapomenout na duplexery a podobná udělátka, která by vám umožnila připojit k jednomu vysílači dvě antény s ideou - paket přijmu a pak ho odvysílám. Neznám nikoho, komu by se povedlo s Planety něco podobného rozchodit na větší vzdálenosti - teď nemluvím o "opakovačích" na vzdálenosti řádově sta metrů pro vykrytí hluchých míst v areálu. Duplexer má již z principu útlum 3 dB, k tomu je třeba připočíst nějaký ten decibel ztrát. Na vysílací straně by to nebylo až tak kritické, na straně přijímače to však znamená značné zvýšení šumového čísla, takže přijímač je výrazně "tupější". A i pokud se vše překoná, retranslace funguje nějak divně - extrémně nízké přenosové rychlosti jsou nejlepším důkazem. Vřele doporučuji - pokud potřebujete retranslaci s Planety, pořiďte si dvě jejich WL-2400 ISA karty, ke každé připojte jednu anténu a vše odroutujte Linuxem - koneckonců ASM dodává na zakázku model WAP-1500, což je vlastně počítač v malé krabičce, s flash diskem a vodovzdorném provedení s nainstalovaným Linuxem a dvěma ISA sloty, ideální pro tento účel. Na inetu je dokonce k dispozici přímo sofwarový router v provedení "wash and go" s do jádra zakompilovanou podporou pro Planet ISA karty a běžné ethernetové karty (od Matthiase Weingarta), který stačí stáhnout, jednoduše nainstalovat na jakoukoliv PC kompatibilní mašinu od 386 výše a spustit.
(pokračování příště)
