Как построить "нереальную" Wi-Fi-сеть, или Капитализм не пройдет!

16 августа 2006, среда 20:59
для раздела Блоги
На создание этой статьи (и нашей беспроводной сети соответственно) меня подвигла, наверное, лучшая статья на ПС про Wi-Fi-технологии.

Вступление.
Никто не думал, что за последние 20 лет в каждом доме (в цивилизованных странах) появится компьютер с доступом в Интернет. Так и стандарты беспроводных сетей 802.11x, считавшиеся раньше чем-то накладным и сложным, теперь можно встретить почти в каждом доме, хоть и "законспирированными", ведь официально использование Wi-Fi (буду называть им весь спектр стандартов 802.11x) без соответствующего разрешения у нас запрещено.

Вообще-то, Wi-Fi предназначался для беспроводного соединения двух и более компьютеров в пределах одного помещения, максимум - одной квартиры или офиса. Однако это те же самые радиосигналы, которые, как известно, можно направить, усилить или провести по кабелю. Тогда рамки применения технологии можно несколько расширить: друг с другом можно связывать целые здания и даже кварталы. Но перед нами встают две проблемы: техническая и экономическая.

Техническая проблема: диапазон волн, занимаемый большинством стандартов Wi-Fi, находится в диапазоне 2.4 ГГц, а при таких высоких ее значениях "загнать" сигнал в провод становится крайне непросто. Из-за высокой частоты сигнала передатчики должны находиться непременно в зоне прямой видимости, или максимум разделяться слабенькой перегородкой типа листвы дерева, но никак не стеной дома. Да и мощность передатчика для таких расстояний все-таки маловата, а доступных устройств для усиления сигнала в свободной продаже я не видел.

Экономическая же проблема состоит в том, что существующие устройства для усиления и распространения радиосигнала стоят безумно дорого, а ведь беспроводная сеть должна обеспечивать главное условие - быть дешевле проводных технологий. А зачем тогда она иначе вообще нужна, ведь за такие деньги уже можно протянуть "воздушную" линию сетевого кабеля? Приведу пример: стоимость антенны для распространения Wi-Fi-радиоволн - 200$, стоимость 50м кабеля Belden H1000 с фирменными наконечниками - 60$... Хорошо только одно: прямые руки и знание физики позволяют сократить эти расходы больше, чем в 10 раз! То есть на всю сеть можно потратить не более 10$ (не включая Wi-Fi-адаптеры)!

Постановка задачи.
Беспроводные сети создали массу возможностей самым доступным (или дешевым) образом объединить компьютеры, проводное соединение которых будет слишком накладным. Вот и перед мной и моим другом встала подобная задача - соединить "несоединимое".

Казалось бы, даже для существующих стандартов Wi-Fi задача очень сложна: нужно соединить компьютеры в квартирах, находящихся по разные стороны пусть и стоящих неподалеку (на расстоянии 100м) друг от друга двух домов. Какая уж тут прямая видимость. Вот примерная схема:


План действий таков:
1. Сделать две внешних антенны из подручных материалов.

2. Расположить их на штанге у моего балкона и на крыше дома другана и закрепить их хомутами. На фото показан вид от передатчиков.


3. Через разъемы BNC (от 10-мегабитной коаксиальной сети) подключить к антеннам кабель, цена которого не может превышать 8 руб/метр., и при этом он должен обладать затуханием не более 30дБ/100м.

4. Вместо штатных антенн (точнее их разъемов) припаять к Wi-Fi-адаптерам провод с разъемом для оперативного отключения кабеля от устройства и прикрутить разъем к корпусу ПК. Вообще, такой переходник от разъема к внешней антенне называется pigtail, и найти его удалось только в крупном питерском магазине, по цене порядка 15$. Менеджеры же, естественно, сказали "у нас таких нет".

Антенна.
Вообще, любая новая идея немножко авантюрна и всегда натыкается на чье-либо "нельзя", "идиотизм" и так далее, обязательно найдется "статья", где все задуманное перечеркивается категоричным высказыванием крутого "специалиста", а внизу чаще всего мы можем видеть ссылочки на небольшой интернет-магазинчик с такими, знаете ли, "смешными" ценами... Так было на заре моей эпохи увлечения разгоном (эх, не могу найти сейчас эту "статью" КЦ "Кей"), так было и сейчас. Полюбуйтесь. В принципе, кое в чем автор прав, но он не предлагает альтернатив, очень часто упоминается слово "клиент", а язык так безграмотен, что такое может написать только психолог-блатник с кое-что понимающим специалистом над душой. Но мы отвлеклись...

Существует много типов антенн для Wi-Fi сетей: всенаправленные, параболические, баночные, биквады, точечно направленные. Подробнее о них можно почитать здесь. Самые доступные и простые - баночные антенны и биквады. Их можно легко направить (то есть сконцентрировать весь сигнал в определенную сторону), легко изготовить (не зря я упоминал про жесть и банки кофе), они не громоздки (а ведь легкость и незаметность немаловажны). Но для нашей сети мы выбрали баночный тип - он компактнее биквада и имеет достаточно узкую диаграмму направленности (для соединения "точка-точка" в самый раз). В конце концов, не зря же на нем весь GSM работает. Можно конечно использовать тарелку с передатчиком в фокусе или строить непревзойденную по эффективности, поделенной на цену, ФА-20.

Изготовление баночной антенны подразумевает использование определенных законов волновой теории. Вкратце: сигнал в банке максимален на первой четверти синусоиды волны, и именно в этом месте мы должны расположить волновод определенной длины для его считывания или даже усиления. Определить длину и узнать подробную информацию вы можете здесь.

Мы использовали антенну из-под диетического продукта, а мой друг - из-под банки Nescafe на 125 чашек. Их характеристики оказались близки к идеальным. Поэтому если не можете найти дома подходящей по размеру банки - линейку в руки и вперед в супермаркет.



При изготовлении возникает еще одна забота - грозозащита. Необходимо убедиться, что рядом находится громоотвод и антенна не торчит на самом высоком месте. Не забывайте об этом! Плюс не забывайте про гидроизоляцию, особенно если антенна находится в не очень доступном месте.

Разъем.
В западных источниках мы встречаем требование использовать специальный высокочастотный разъем для беспроводных сетей такого типа. Но он дорог и труднодоступен для покупки, поэтому решено было обойтись самым обыкновенным BNC-разъемом, какие еще остались в радиомагазинах. Вот как выглядит комплект BNC-разъема:


K центральному проводнику, который, по идее, должен обжимать провод, мы и припаиваем наш волновод. Самая трудоемкая часть - припаять к ответному (внешнему) концу провод, ведь других путей кроме как залезть внутрь разъема, нет. Проще всего образовать из конца петлю и, капнув немного олова, расплавить припой внутри разъема.

Место крепления также рассчитывается на этой странице.

Провод.
Провода, в идеале, должны иметь волновое сопротивление 50 Ом и как можно меньшее затухание. Но про цену таких проводов я уже упоминал, а нужно нам было ни много ни мало 50 метров кабеля - треть дистанции от компьютера до компьютера, а дешевый кабель типа RG-58 вносил очень сильное затухание. Поэтому пришлось использовать обходное решение - более дешевый 75-омный кабель. Дело в том, что на высоких частотах потери несогласовки (ссылаюсь на информацию одного из форумов) невелики - около 10%. Главную роль здесь играет затухание на метр. Поэтому кабель был выбран RG-6U. И характеристики как у дорогого 50-омника, и цена божеская - всего 0.2$ за метр.



Wi-Fi адаптер.
При покупке Wi-Fi адаптера нужно помнить следующее: в принципе, характеристики из предлагаемого ассортимента чаще всего одинаковы, поэтому не нужно ориентироваться на мысль, что "вот у этого мощность на децибел больше, поэтому беру его".

А вот наличие внешнего разъема и внешней антенны в комплекте поставки обязательно. Нет, конечно, можете купить и адаптер с маленькой антеннкой непосредственно у разъема, но поверьте мне: паять замучаетесь! (если не верите - загляните сюда (http://www.wireless.org.au/%7Ejhecker/pigtail/). Исключение может составлять разве что наличие т.н. "пигтейла" - переходника с RP-SMA разъема на разъем для внешней антенны (N-Type).


Однако цена такого куска провода - от 10$ вкупе со стеклянным взглядом менеджера. Поэтому такой способ годится разве что при наличии этого самого проводка и качественных высокочастотных разъемов.

Самым подходящим, на наш взгляд, мы выбрали адаптер компании Edimax. Модель у фирмы для PCI всего одна - EW-7128G. Подробнее про негонаписано в заметке stigа (aka Duster), я же приведу только фотографию.


Крепление антенны.
Немаловажная часть хорошего приема сигнала - качественное крепление. Тут уж каждый выкручивается по-своему, но я приведу свой вариант крепления, хоть и не считаю его самым удачным (по крайней мере, будьте готовы повторно настраивать свою антенну через 2 дня работы сети).

Вдоль банки крепится алюминиевая пластинка от 3.5" отсека корпуса ATX. Как правило, в нужных нам местах уже на заводе проделаны дырочки, и нам остается только аккуратно просверлить банку по центру. За крайние отверстия крепится банка, а за центральное - саморезом к торцу любой балки (я использовал старый плинтус) само крепление.


Расчет.
Здравый расчет - вот немаловажная деталь успеха, оперируя которым, вы сможете противостоять всем "проискам империализма" в виде небольших коммерческих "статеек".

Итак, мы имеем:


Конечно, мои данные очень приблизительны, но и они дают четкую картину того, что и в таких "жутких" условиях работоспособность сети будет обеспечена. Плюс не надо забывать о том, что баночная антенна концентрирует сигнал в одном направлении, а значит и больше полезной мощности дойдет до получателя.

Установка.
Прежде всего скажу, что, несмотря на свою кажущуюся простоту, полное соблюдение последовательности действий незаконно!, по крайней мере в нашей стране. Все вследствие абсолютно дурацких законов: все, абсолютно все Wi-Fi сети надо регистрировать в Радионадзоре, если мощность передатчика превышает 5 милливатт (а мощность стандартного Wi-Fi адаптера - около 30мВт). Но раз уж строгость законов у нас компенсируется необязательностью их исполнения, то можно попробовать и поставить, однако этот аспект надо учитывать. Только знайте, что если к вам в квартиру без санкции прокурора войти никто не имеет права, то отодрать мирно висящую антенну и прислать повестку в суд вам вполне могут (для справки - штраф за такое "несанкционированное использование" - 10МРОТ). Только вот кто этим будет заниматься? Только если вы реально кому-то помешаете, будьте аккуратны.

В нашем случае одну антенну предстояло установить на балконе, а вторую - на крыше. В первом случае все оказалось просто - банка была закреплена на небольшой штанге. С выходом же на крышу - кому как повезет. Легко может оказаться, что все выходы намертво заперты, или же туда имеют доступ не слишком трезвые и слишком жадные товарищи. Кого-то выручают хорошие отношения со "старостой" дома, имеющей все ключи "доступа", кто-то идет в ЖЭК, чтобы получить ключи "для установки спутниковой антенны", не забыв при этом снять дубликаты. В нашем случае все оказалось просто: выход на крышу был свободен, а на месте предполагаемой установки уже стоял... чей-то биквад! Осталось только "припаразитировать" к нему (надеюсь, хозяин ничего против не имеет ). И постарайтесь особо не пугать соседей, всякие бывают.


Следующий этап - прицеливание. Самый луший способ здесь - экспериментирование, но и посчитать размах углов не помешает. Имеем стандартную геометрическую задачу.


Наклон антенны на крыше будет также составлять чуть больше 4 градусов, и нужно обеспечивать хорошую прочность крепления.

Пробный пуск.
Перед первым пуском новой сети хочется привести подсчет всех затрат на ее создание.



Остался самый последний шаг, ради которого собственно, все и затевалось - торжественное включение. Производилось оно без подобавющих этому явлению бутылки шампанского, оркестра и народных гуляний. На экране просто возник сухой скриншот, который и дал ответ на все интересующие нас вопросы:


Честно признаться, в успех мы не верили до последнего. Канал спокойно держит скорость соединения 11МБит/сек., но реальная скорость копирования вдвое меньше - при хороших условиях (т.е. при правильной пристрелке антенны) средняя скорость составляет 600КБайт/сек, до адресата доходит примерно 4/5 пакетов, остальные доходят после повторного запроса (after retry).


Осталось только разобраться, почему при полной нагрузке "Загрузка сети" не превышает 50%. Мы рассчитывали все же хотя бы на 1 МБайт/сек.

Вывод.
Думаю, вы все видите сами. Процесс построения Wi-Fi сети на самом деле не так сложен на практике, как кажется. Главное в этом деле - точный расчет и прямые руки. Конечно, еще желательны и качественные комплектующие, но это не так критично.

Также предлагаю вашему вниманию описание построения сети со слов второго ее участника - Duster. http://people.overclockers.ru/stig/record4

Обсуждение материалов обеих статей - здесь.
Оценитe материал

Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают