Εξωτερικό Δίκτυο στα 2,4GHZ

Κάθε ασύρματη σύνδεση χαρακτηρίζεται από μια ονομαστική ταχύτητα που με τη σειρά της χαρακτηρίζει τη μέγιστη δυνατότητα μεταφοράς δεδομένων μέσα από αυτήν. Σε ένα ασύρματο δίκτυο 2, 4 GHz έχουμε συμμετρική ταχύτητα upload ή download, κάτι που πρακτικά σημαίνει ότι έχουμε ίδια ταχύτητα λήψης και αποστολής δεδομένων. Η πραγματική ταχύτητα διαμεταγωγής δεδομένων πάντα υπολείπεται της ονομαστικής σε βαθμό που επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, ανάλογους της ποιότητας της ασύρματης σύνδεσης που έχουμε πετύχει.

Κυριότεροι από αυτούς είναι η απόσταση μεταξύ των σημείων, η ύπαρξη η μη οπτικής επαφής, οι παρεμβολές γειτονικών εκπομπών, οι απώλειες των καλωδίων, η επιτυχία της στόχευσης, καθώς και η ποιότητα των χρησιμοποιούμενων υλικών (π.χ. μία κακοσχεδιασμένη κατευθυντική κεραία μπορεί να λειτουργήσει ως αρνητικός παράγοντας για την ταχύτητα του δικτύου σας, ειδικότερα όταν έχετε να αντιμετωπίσετε συνθήκες που φέρουν την σύνδεσή σας στο όριο). Οι ταχύτητες που αναφερόμαστε αφορούν πάντα το εσωτερικό δίκτυο και όχι συνδέσεις στο διαδίκτυο.

Επειδή οι ασύρματες συνδέσεις είναι αμφίδρομες, από και προς μία κατεύθυνση (full duplex) θα πρέπει να τις συγκρίνουμε με το ήμισυ της ονομαστικής (half duplex). Αν εξαλείψουμε τους παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα μίας ασύρματης σύνδεσης, άρα και την ταχύτητα, μπορούμε εύκολα να πετύχουμε πραγματικούς ρυθμούς μετάδοσης που φτάνουν τα 11Mbps στην περίπτωση μιας ΙΕΕΕ 802.11b σύνδεσης και φτάνουν τα 54Mbps στην περίπτωση του ΙΕΕΕ 802.11g.

Στις συνδέσεις client/AP η πραγματική ταχύτητα υπολογίζεται διά του αριθμού των clients που εξυπηρετούνται ταυτόχρονα, ενώ στη περίπτωση μίας σύνδεσης backbone σε πραγματικές συνθήκες θα πρέπει να υπολογίσουμε ότι έχουμε και διερχόμενη κίνηση δεδομένων του δικτύου που δεσμεύουν μέρος του bandwidth.

Όλα τα παραπάνω ισχύουν για συνδέσεις γειτονικών σημείων και όχι για διαδρομές μεταξύ ενδιάμεσων σταθμών. Εάν έχουμε ενδιάμεσα σημεία τότε είναι σημαντικό να διατηρείται η μέγιστη δυνατή ποιότητα σε όλες τις ενδιάμεσες συνδέσεις του δικτύου. Αυτό θα πρέπει να επιτυγχάνεται διότι η πιο αδύνατη ποιοτικά σύνδεση με τη χαμηλότερη ταχύτητα θα επιβάλει και την πραγματική ταχύτητα που θα επιτύχουμε μεταξύ των δύο άκρων.

Πρόσφατα δημιουργήθηκε ένα νέο πρωτόκολλο ασύρματης επικοινωνίας βασισμένο στα προηγούμενα που επιτρέπει ταχύτητες μετάδοσης έως και 200Mbps. Στην προκειμένη περίπτωση η διαφορά με μία σύνδεση ΙΕΕΕ 802.11g είναι δυσδιάκριτη όσον αφορά την πρόσβαση στο διαδίκτυο, μιας και οι συνηθισμένες ταχύτητες των παρόχων δύσκολα ξεπερνούν το όριο ταχύτητας μίας σύνδεσης ΙΕΕΕ 802.11g.

 

Στην ασύρματη δικτύωση θα μας απασχολήσουν ορισμένες μονάδες μέτρησης ισχύος, που χαρακτηρίζουν τις εμπλεκόμενες συσκευές. Η ακριβής γνώση των μεγεθών που συμβολίζουν βοηθά την επιλογή των κατάλληλων υλικών που θα αποτελέσουν το κεραιοσύστημά μας.

dB (decibel): Τα decibel είναι μία λογαριθμική μονάδα μέτρησης ενός λόγου, όπως ο λόγος σήματος προς θόρυβο (S/N) ή ο λόγος κέρδους ισχύος.

dBm (Ισχύς εκπομπής): Εκφράζει την ισχύ εκπομπής μία ασύρματης κάρτας δικτύου ή ενός access point. Πρόκειται για την λογαριθμική αντιστοίχηση του λόγου ισχύς εξόδου προς μία ισχύς εισόδου αναφοράς στο 1mW. Για να γίνουμε πιο κατανοητοί, εάν ένα access point έχει ισχύ έξοδο 100mW, τότε σε αυτό σε dB μεταφράζεται σαν 10xlog100=20dB. Επειδή όμως αναφερόμαστε σε mW, τα dB αναφέρονται σαν dBm.

dBm (Ευαισθησία δέκτη): Εκφράζει την ευαισθησία του δέκτη μίας ασύρματης κάρτας, ενός router ή access point με αρνητικό πρόσημο. Στην ουσία χαρακτηρίζει τον ελάχιστο αποδεκτό λόγο σήματος προς θόρυβο που απαιτεί η μονάδα tuner για να επιτευχθεί η επικοινωνία. Όσο μικρότερη είναι η τιμή τόσο μεγαλύτερη είναι και η ευαισθησία. Λόγω του ότι η τιμή δίνεται με αρνητικό πρόσημο, μας ενδιαφέρει ο αριθμός να είναι μεγαλύτερος. Για παράδειγμα, η μονάδα λήψης ενός Access point με ευαισθησία -97dΒm είναι καλύτερη από αυτήν που αναγράφει -94dΒm. Στην πράξη απαιτεί την μίση ισχύ εισόδου από την δεύτερη για να διεγερθεί, άρα μπορεί να λειτουργήσει και σε μεγαλύτερη απόσταση

dBi: Είναι το κέρδος μίας ισοτροπικής κεραίας που ακτινοβολεί όλη την ισχύ της σε μία τέλεια ομοιόμορφη κατανομή. Φυσικά είναι εντελώς υποθετική μιας και κεραίες με τέτοια ακτινοβολία δεν υπάρχουν στην πραγματικότητα, αλλά χρησιμοποιείται σαν αναφορά στα 0dBi. Αντίθετα οι υπάρχουσες κεραίες κατασκευάζονται ώστε να συγκεντρώνουν την ισχύ του σήματος προς μία συγκεκριμένη κατεύθυνση. Κατ’ αυτόν τον τρόπο η ισχύς που λαμβάνει ένας δέκτης φαίνεται να αυξάνεται. Ο λόγος της αύξησης ισχύος μίας πραγματικής κεραίας σε σχέση με το μοντέλο της ισοτροπικής χαρακτηρίζει το κέρδος της, που οι τιμές κυμαίνονται στα 10-30dBi.

Top of Form 1

EIRP (Effective Isotropic Radiated Power): Υπολογίζεται ως το άθροισμα της εξόδου του πομπού και της απολαβής της κεραίας, μείον τις απώλειες που δημιουργούνται από το καλώδιο. Νομικά περιοριζόμαστε στην μέγιστη επιτρεπόμενη ισχύ των 100mW. Αυτό σημαίνει ότι ο αριθμός που δε μπορεί να ξεπεραστεί στην κεραία είναι 10*log(100mW)=20dBm EIRP

 

Βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την επίτευξη ασύρματης δικτύωσης μεταξύ δύο απομακρυσμένων σημείων είναι η ύπαρξη οπτικής επαφής, η απόστασή τους και η ύπαρξη ελεύθερης συχνότητας στο ραδιοφάσμα. Η οπτική επαφή είναι απαραίτητη μιας και οποιοδήποτε εμπόδιο μεσολαβεί, δημιουργεί μία φυσιολογική εξασθένηση σήματος ανάλογη με την σύσταση και το μέγεθος του εμποδίου. Η απόσταση καθορίζει την επιτυχία του εγχειρήματος σε συνάρτηση πάντα και με την επιλογή του κατάλληλου κεραιοσυστήματος.

Για μεγαλύτερες χιλιομετρικές αποστάσεις, η ύπαρξη ενισχυτή είναι απαραίτητη αλλά στην πράξη κάτι τέτοιο θα πρέπει να αποφεύγεται μιας και ξεφεύγει από τα όρια της νόμιμης εκπομπής. Εξάλλου, η μέγιστη απόσταση διασύνδεσης δύο σημείων χωρίς ενδιάμεσο σταθμό είναι πεπερασμένη, μιας και πέραν της εξασθένησης του σήματος, έχουμε να αντιμετωπίσουμε την καμπυλότητα που υφίσταται στην φυσική επιφάνεια της γης.

Η ύπαρξη ελεύθερου ραδιοφάσματος είναι ένας βασικός παράγοντας, ώστε να μην δεχόμαστε ή δημιουργούμε παρεμβολές σε άλλες ζεύξεις. Έτσι, πριν από την εγκατάσταση θα πρέπει να γίνει πεδιομέτρηση στα δύο σημεία ώστε να διασφαλιστεί η δυνατότητα επιλογής ελεύθερης συχνότητας.

Είναι πολύ προτιμότερο να πετύχετε μία ποιοτική αμφίδρομη σύνδεση χαμηλότερης ισχύος χωρίς παρεμβολές, παρά μία σύνδεση με υψηλότερη ισχύ προσπαθώντας να υπερισχύσετε κάποιας άλλης ζεύξης.

Τα σημεία που θα στερεωθούν τα κεραιοσυστήματα θα πρέπει να είναι ισοϋψή. Σε αντίθετη περίπτωση, προσπαθούμε με κατάλληλη επιλογή θέσης να μειώσουμε τις διαφορές, που τελικά διορθώνονται με ανάλογη ρύθμιση της κλίσης των κεραιών. Για την στερέωση του κεραιοσυστήματος. ακολουθούμε την λογική ενός δορυφορικού κατόπτρου και όχι μίας κεραίας UHF, όπως λανθασμένα πολλές φορές συμβαίνει. Ο ιστός στήριξης θα πρέπει να είναι απόλυτα σταθερός και σε περιπτώσεις με ιστό μεγαλύτερου ύψους, θα πρέπει να χρησιμοποιείτε συστοιχίες αντηρίδων καθόλο το μήκος του, έτσι ώστε η κεραία να παραμένει σταθερή ακόμα κι αν επικρατεί δυνατός άνεμος. Σε αντίθετη περίπτωση, κατά την διάρκεια μίας κακοκαιρίας ή ασύρματη σύνδεση θα δοκιμάζεται, μιας και η ισχύς θα ελαττώνεται, ενώ παράλληλα καθώς το κεραιοσύστημα θα ταλαντώνει, ο ορίζοντας θα γεμίζει με ραδιοσκουπίδια.

 

Ένα κεραιοσύστημα που θα επιτρέψει την ασύρματη διασύνδεση ενός υπολογιστή με έναν άλλο σε απομακρυσμένο σημείο εκτός κλασικών ορίων μιας κατοικίας αποτελείται από την κεραία, τον ιστό στερέωσης, την ασύρματη συσκευή πρόσβασης (Access point η router), καθώς και ένα στεγανό αδιάβροχο κουτί που θα τοποθετηθεί αυτό. Η απόσταση μεταξύ κεραίας εκπομπής και συσκευής πρόσβασης (access point) θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερη (ιδανικά μισό μέτρο). Αυτό συμβαίνει για να ελαχιστοποιηθούν οι σημαντικές απώλειες που δημιουργεί το καλώδιο σύνδεσης με την κεραία ως γραμμή μεταφοράς ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Έτσι το access point τοποθετείται μέσα σε κλειστό αδιάβροχο κουτί πίσω ακριβώς από την κεραία. Σε εγκαταστάσεις μέσα σε αστικά κέντρα με επιβαρυμένο ραδιοφάσμα, καλό είναι να χρησιμοποιήσετε θωρακισμένο κουτί προς αποφυγή παρεμβολών απευθείας στο κύκλωμα της βαθμίδας εκπομπής.

Η επικοινωνία access point και υπολογιστή, επιτυγχάνεται μέσω καλωδίου UTP σε μήκος που μπορεί να φτάσει έως και 100m. Προτιμήστε UTP κατάλληλο για εξωτερική χρήση ή τοποθετημένο μέσα σε ειδικό σπιράλ. Η τροφοδοσία επιτυγχάνεται με τροφοδοτικό εντός οικίας και ξεχωριστό καλώδιο μέχρι το κεραιοσύστημα. Eπίσης, ιδανικά επιτυγχάνεται μέσω καλωδίου UTP με πατέντα ή μέσω POE switch (εφόσον είναι συμβατό το Access Point). Στην αγορά κυκλοφορούν υλοποιήσεις που ενσωματώνουν κεραία και access point στο ίδιο περίβλημα, όπως το Νanostation 2, παρουσιάζοντας πολύ καλές επιδόσεις.

 

Η επιλογή της κατάλληλης κεραίας είναι παράγοντας που επηρεάζει σημαντικά την ραδιοζεύξη μεταξύ δύο απομακρυσμένων σημείων. Για πολύ μικρές αποστάσεις, η για επικοινωνία point to multipoint χρησιμοποιούμε κεραίες παντουκατευθυντικές, σε μικρές αποστάσεις κεραίες τύπου panel και σε μεγαλύτερες κατευθυντικές κεραίες τύπου Grid με απολαβή από 16 έως 24 dbi. Για ακόμη μεγαλύτερες αποστάσεις ένα δορυφορικό κάτοπτρο 0.80cm μπορεί να μετατραπεί σε μία πολύ καλή κατευθυντική κεραία κέρδους 24dbi, αρκεί να βρείτε το κατάλληλο feeder (χοάνη), που θα τοποθετηθεί στην θέση του κλασσικού LNB. Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα εξέρχεται από την μονάδα εκπομπής, εισέρχεται στην χοάνη και μέσω αυτής ανακλάται στην επιφάνεια του κατόπτρου και διαχέεται προς την κατεύθυνση στόχευσης. Λόγω ότι τα κάτοπτρα offset, έχουν εκ κατασκευής ενσωματωμένη μία γωνία ανύψωσης, για να καταφέρουμε να στοχεύσουμε σε οριζόντιο επίπεδο από την επιφάνεια της γης, θα πρέπει να τοποθετηθούν ανάποδα. Επιλέγουμε πάντα υλικά που θα μας δώσουν την ελάχιστη ισχύ που απαιτείται για την επίτευξη του στόχου μας χωρίς υπερβολές, όπως η χρήση ενισχυτών που θα οδηγούσαν σε εκπομπές πέραν των νόμιμων επιτρεπόμενων επιπέδων. Παράλληλα επιλέγουμε περισσότερο κατευθυντικές κεραίες και καλώδια με τις λιγότερες δυνατές απώλειες.

Προτού ξεκινήσουμε τη στόχευση των κεραιοσυστημάτων θα πρέπει να εξασφαλίσουμε πως ο ενεργός εξοπλισμός που θα χρησιμοποιήσουμε στο ασύρματο απομακρυσμένο δίκτυο που θα εγκαταστήσουμε επικοινωνεί πρώτα σε εργαστηριακό ή οικιακό περιβάλλον. Έτσι αν χρησιμοποιήσουμε δύο access point σε περιβάλλον γέφυρας (bridge mode) για να δημιουργήσουμε ένα απομακρυσμένο δίκτυο, θα πρέπει πρώτα να τα ρυθμίσουμε και να δοκιμάσουμε ότι επικοινωνούν σε κοντινό χώρο με εσωτερικές κεραίες. Η ευρύτερη επικοινωνία, δεν αφορά μόνο την στόχευση, αλλά και τις εσωτερικές ρυθμίσεις που πρέπει να γίνουν στο περιβάλλον διαχείρισης των συσκευών. Αυτό σε πρώτη φάση θα μας γλυτώσει από ατέλειωτες ώρες, άδικα χαμένου χρόνου στην ταράτσα. Σε δεύτερη φάση, με την χρήση GPS ή GoogleEarth ενημερωνόμαστε για την ακριβή γεωγραφική θέση, καθώς και την υψομετρική διαφορά (εάν υπάρχει) των σημείων που θα πραγματοποιηθεί η ζεύξη.

Η στόχευση έχει τον ίδιο βαθμό δυσκολίας με την στόχευση ενός κατόπτρου σε κάποιον δορυφόρο με μία σημαντική διαφορά. Η κατεύθυνση στόχευσης δεν είναι ψηλά στον ορίζοντα, αλλά σε οριζόντιο επίπεδο χωρίς κάποιο συγκεκριμένο αναγνωριστικό σημάδι (νότος για την δορυφορική λήψη). Μην ξεχάσετε ότι η ζεύξη μεταξύ δύο σημείων με κατευθυντικές κεραίες (όσο κοντινά και αν είναι) απαιτεί ταυτόχρονη φυσική παρουσία και στα δύο σημεία. Έτσι μην επιχειρήσετε να την πραγματοποιήσετε μόνοι σας. Εξαίρεση αποτελεί η ζεύξη μεταξύ σημείων που ένα εξ αυτών χρησιμοποιεί ισότροπη πολυκατευθυντική κεραία (δηλαδή όταν θέλουμε να συνδεθούμε απομακρυσμένα με κάποιο σταθμό ασύρματης παροχής πρόσβασης στο διαδίκτυο Hotspot). Πριν από την έναρξη διαδικασίας στόχευσης βεβαιωθείτε ότι το feeder της κεραίας έχει ρυθμιστεί στην ίδια πόλωση με το feeder της κεραίας του απομακρυσμένου σημείου.

Σε επίπεδο ταράτσας, εκτός από τα απαραίτητα εργαλεία που θα χρησιμοποιηθούν για την στερέωση του κεραιοσυστήματος, θα χρειαστείτε οπωσδήποτε ένα φορητό υπολογιστή (laptop) έτσι ώστε να μπορείτε να μπαίνετε στο access point περιβάλλον και να μετράτε τα επίπεδα σήματος, καθώς και την επίτευξη ή μη της ζεύξης. Πέραν από την συχνότητα και το επίπεδο σήματος, αναφέρεται και το SSID δηλαδή η ταυτότητα του δικτύου που θέλετε να συνδεθείτε.

Παράλληλα με τις δοκιμές και τις μετρήσεις που θα κάνετε, θα πρέπει να έχετε ταυτόχρονη δυνατότητα επικοινωνίας με την απέναντι πλευρά, έτσι ώστε να συντονίζετε τις κινήσεις σας, οι οποίες θα πρέπει να είναι αργές και κυκλικές, όπως ακριβώς και κατά την στόχευση με ένα δορυφορικό κάτοπτρο. Χρειάζεται υπομονή, όμως το αποτέλεσμα θα σας δικαιώσει.