Сільський Wi-Fi, або Як організувати зв'язок за містом

Wi-Fi-мережі найактивнішим чином ростуть останнім часом. Серйозна потреба в збільшенні зони охоплення мереж передачі даних, інтернету привела до появи проектів в державному секторі і з держпідтримкою ...

Wi-Fi-мережі найактивнішим чином ростуть останнім часом. Серйозна потреба в збільшенні зони охоплення мереж передачі даних, інтернету привела до появи проектів в державному секторі і з держпідтримкою - реалізації керованих мереж Wi-Fi.

Наприклад, в Москві Департамент інформаційних технологій (ДІТ) курирує проект розгортання мереж в громадських місцях (школи, вузи, гуртожитки, парки). Планується покрити всю територію міста мережею Wi-Fi, яка сприймається як альтернатива стільникового зв'язку. Пік попиту буде пов'язаний з проведеним в Росії в 2018 році чемпіонатом світу з футболу. Ця подія призведе до оснащення мережами Wi-Fi дев'яти міст, в яких пройдуть змагання.

Реалізовано проект з оснащення Wi-Fi московського метро, ​​і зараз виконується подібний проект в Петербурзі. У Москві більше 7 тис. Автобусів вже забезпечені Wi-Fi, і розвиток триває. Кінцева мета - оснастити Wi-Fi весь рухомий склад міського траспорту і всі громадські приміщення.

Основні напрямки зростання:

• проекти в державному секторі та міській інфраструктурі;
• зростання використання мобільних пристроїв;
• чемпіонат світу з футболу в 2018 році;
• оснащення громадського транспорту Wi-Fi;
• сектор HoReCa (громадське харчування і готельне господарство);
• вдосконалення Wi-Fi-технологій.

На сьогодні зона покриття WiFi в регіонах не перевищує 10%, і це означає, що є величезний потенціал зростання.

За прогнозом в найближчі два роки можна очікувати зростання числа некерованих точок доступу зі 140 тис. До 153 тис., А керованих - зі 120 тис. До 140 тис., Тобто приблизно на 5-6% щороку.

Це найбільш швидкозростаючий сегмент в містах Росії. Устаткування стає дешевше, а технології прогресують - зростає швидкість і число абонентів. В даний час приблизно 70% точок доступу - безкоштовні, організовані фірмами (кафе, ресторанами, готелями тощо.) Для своїх клієнтів. Решта 30% - це міський Wi-Fi.

На зростаючу потребу в зв'язку фірми-виробники відповіли випуском Wi-Fi-обладнання для організації як протяжних радіоліній, так і точок доступу для кінцевих користувачів. Таке обладнання забезпечує найбільше покриття, збільшена кількість одночасно обслуговуваних користувачів і високу швидкість передачі даних. Фірми розробляють свої протоколи (наприклад, Wid TDMA в обладнанні компанії Wisnetworks), які дозволяють управляти обслуговуванням клієнтів - встановлювати потрібну смугу пропускання під конкретного клієнта. Знайшли свою реалізацію і методи просторово-часового розділення потоків в одному фізичному просторі, це сімейство технологій називається MIMO. Сьогодні придумано безліч способів, умовно кажучи, «запхати в одну трубу багато кішок». Це організація спрямованих антен, діаграма спрямованості яких може управлятися електронно: в кожен момент часу головний пелюсток діаграми спрямованості можна повернути в бік конкретного клієнта і забезпечити тим самим максимально можливий рівень сигналу на вході його приймача, а відповідно і максимальну швидкість передачі. (Для складних сигналів максимально досяжна швидкість передачі при заданому числі помилок в каналі істотно залежить від рівня сигнал / шум.) В наступний момент антена може бути зорієнтована на наступного клієнта і т. Д. Використовуються й інші способи поділу сигналів - сигнали передаються і приймаються поляризованими антенами, за різними шляхами поширення та ін. На приймальному кінці вся інформація з різних каналів збирається воєдино, тобто виходить канал з підсумовуванням пропускної здатності кожного подканала.

На даний момент з використанням згаданих технологій досягнуто практично п'ятикратне збільшення пропускної здатності каналу.

Мал. 1. Способи збільшення пропускної спроможності каналів Wi-Fi

Розглянемо базові станції сімейства WIS-A компанії Wisnetworks - WIS-A7900N і WISA7900UFO (рис. 1) для зовнішнього і внутрішнього використання. Ці станції можуть працювати на частотах 2,4 і 5 ГГц. Обидві на додаток до згаданих вище технологій підтримують динамічне регулювання потужності і динамічний розподіл навантаження. Динамічне регулювання потужності - це коли поруч стоять станції автоматично регулюють потужність випромінювання для виключення взаємних перешкод. Важливою особливістю цієї технології є використання антенних решіток типу 9 × 9, що дозволяє отримати підвищений коефіцієнт посилення слабкого сигналу і сформувати збільшену зону покриття, в 3-5 разів перевищує традиційну.

У Росії на забезпечення якісного зв'язку направляються серйозні кошти. Є федеральна програма, що отримала назву «Усунення цифрової нерівності». На її реалізацію в 2016 році було отримано близько 14 млрд рублів. Виконавцем цієї програми є ВАТ «Ростелеком». За прийнятою в «Ростелекомі» програмі оптоволокно буде прокладатися не до кінцевого абонента, а до точки, від якої сигнал далі може бути переданий по Wi-Fi. Тобто «остання миля» так чи інакше буде організована по радіо. Ця технологія поєднує розумний технічний і економічний підхід: оптоволокно дорого прокладати, але воно забезпечує дуже високі швидкості і стійкість магістральної лінії, а Wi-Fi набагато дешевше, причому для кінцевого користувача мінуси технології на останньому етапі не так важливі. Проект «цифровізації села» спирається на хорошу помехового обстановку далеко від великих міст з їх численними потужними випромінювачами різного роду.

Швидше за все, для жителя сільського району буде характерна наступна модель використання інтернету: серфінг по сайтах, включаючи перегляд фільмів, спілкування в соціальних мережах, викладання фотографій і відео власноруч вирощених плодів або побудованих будинків (сараїв, альтанок, теплиць), забезпечення роботи систем охорони або дистанційного керування і спостереження, голосового спілкування (IP-телефонія) та нарешті використання систем відеозв'язку. Все перераховане, крім останнього, не вимагає ні великий смуги пропускання, ні високої стабільності, ні низької затримки в каналі. Нормальна робота систем відеозв'язку вимагає низької затримки і високої якості каналу (малу ймовірність зникнення пакетів). Тому заміські Wi-Fi-канали підійдуть для всього, крім відеозв'язку. Можна припустити, що в міру збільшення пропускної здатності каналів і цей вид використання стане можливим.

Перший етап. Організація транзитного каналу

Розглянемо можливий варіант типового побудови системи підключення віддаленого дачного селища до інтернету на прикладі продукції Wisnetworks. На першому етапі буде потрібно устаткування для організації транзитного бездротового (магістрального) каналу, позначеного цифрою 1 на рис. 2.

Мал. 2. Типовий проект підключення віддаленого дачного селища

На початковому етапі можна використовувати один з двох пропонованих варіантів: перший - обладнання на базі стандарту 802.11ac, другий - на базі 802.11n. Перший варіант може забезпечити канал з пропускною спроможністю до 500 Мбіт / с на дистанції до 20 км, а другий - до 200 Мбіт / с на дистанції до 50 км. На графіках і в таблиці на рис. 3 показані результати тестування цього обладнання і реально досягнуті швидкості обміну. Також на цьому малюнку показані антени, які застосовувалися для тестування. Все це - панельні спрямовані антени з різним посиленням і різною вартістю. З результатів тестів, представлених на цьому малюнку, видно, що реальні досягнуті швидкості склали 120-140 Мбіт на дистанціях 10-20 км. Цілком очевидно, що антена з великим коефіцієнтом посилення показує кращі результати, але вимагає більш точної орієнтації (ширина діаграми спрямованості менше) і коштує дорожче.

Мал. 3. Обладнання для організації магістральних каналів

Якщо буде потрібно збільшити пропускну здатність магістрального каналу з обладнанням серії n, то можна вдатися до об'єднання кількох каналів, використовуючи комутатор з агрегацією каналів.

Якщо ж використовується обладнання серії ас і потрібно канал більшої довжини, можна використовувати ретранслятори. У виробничій гамі компанії Wisnetworks є ретранслятори з споживаної потужністю менше 6 Вт, що дозволяє організовувати повністю автономні і практично не обслуговуються точки, які зажадають заміни джерела живлення всього три рази в рік.

При проектуванні бездротових каналів великої дальності (понад 50 км) необхідно враховувати кривизну землі і піднімати обладнання над її поверхнею на достатню висоту для забезпечення прямої видимості приймально-передавальних антен. Також необхідно враховувати стандартні вимоги по зонам Френеля: в першій зоні за проектованої трасі не повинно бути перешкод для радіохвиль. На рис. 4 показані розміри першої зони Френеля для несучої хвилі на частотах 2,4 і 5 ГГц. Небажана наявність перешкод в більшій частині першій зони Френеля (60% діаметра), інакше навіть при гарній енергетиці лінії отримати достатню швидкість не вдасться.

Мал. 4. Особливості проектування транзитного каналу

Також цілком очевидним є вимога забезпечити запас по енергетиці не менше 15- 20 дБм для забезпечення надійної
зв'язку в умовах поганого проходження радіохвиль (сильний дощ, наприклад).

Другий етап. Базова станція

Ми розглянули організацію транзитного каналу до населеного пункту. Наступний етап - розподіл по населеному пункту. Можливий набір обладнання для створення базової станції показаний на рис. 5. Обладнання належить встановлювати на стовпі або даху високого будинку для забезпечення максимального охоплення.

Мал. 5. Базова станція: варіант 1

Для побудови базової станції можна використовувати двохдіапазонний контролер WIS-L700AC. Канал 5 ГГц з спрямованої антеною послужить для підтримки магістрального каналу, а канал 2,4 ГГц із застосуванням спрямованої або кругової антени можна буде використовувати для роздачі інтернету. Сумарна вартість обладнання складе 491 дол.

Мал. 6. Базова станція: варіант 2

Можливий варіант побудови базової станції для більшого населеного пункту показаний на рис. 6. Для повноцінного покриття всієї зони потрібно використання декількох секторних базових станцій (трьох або чотирьох) в залежності від ширини діаграми спрямованості антен. Для такого варіанту доцільно використовувати окремо міст і базові станції. Ціна цього рішення може скласти приблизно від 372 до 385 дол. Мінімальна ціна виходить при використанні недорогого контроллера WIS-S2413 за 93 дол. Як і в попередньому варіанті, вартість обладнання для підключення домоволодіння становить 51 дол. Для покриття великого громадського простору (парк, площа ) можна використовувати контролер WISS806AC, спеціально призначений для розміщення на вулиці. Це пристрій забезпечить одночасно і транзитний канал на частоті 5 ГГц і місцевий обмін з користувацькими пристроями на частоті 2,4 ГГц. Ціна пристрою - 274 дол.

Третій етап. абонентське обладнання

У разі розміщення конкретного домоволодіння на дистанції понад 100 м від точки доступу потрібно установка обладнання CPE (сustomer premises equipment), яке забезпечить прийом інформації від базової станції і передачу її на обладнання користувача. На рис. 7 представлено кілька варіантів організації CPE c назвами конкретних пристроїв і цінами на них. У верхній правій частині цього малюнка наведено конкретний приклад організації каналу довжиною 3 км з реально досягнутої пропускною спроможністю 94 Мбіт / с.

Мал. 7. Можливі варіанти CPE

Розведення інтернету по домоволодіння залежить від розмірів домоволодіння і побажань власника. Для вирішення цього завдання можуть бути використані звичайні точки доступу, такі як WIS-Q2300L (51 дол.) Або WIS-CM2330L (57 дол.). Ці CPE можуть підключатися ланцюжком в режимі PoE на дистанції до 120 м.

Мал. 8. Автономне рішення

Ще одним варіантом підключення може стати автономне рішення (рис. 8) для випадків, коли з яких-небудь причин немає можливості організувати транзитний канал, а є можливість використовувати тільки стільниковий канал зв'язку. Для вирішення цього завдання оптимально підходить пристрій WIS-R5100 gateway ціною 260 дол. У найпростішому варіанті пристрій підтримує до 200 користувачів (в більш складному - до 2000) і здатне агрегувати (і збалансувати) до 4 каналів будь-якого типу (GSM, дротових, супутникових) . Також за допомогою пристрою можна показувати брендовану першу веб-сторінку, що з успіхом використовується на різноманітних виставках для підключення відвідувачів. Для підключення та рознесення більшого числа точок доступу можна використовувати WISSF800P за 140 дол., Як показано на рис. 8 в нижньому правому куті.

Розглянемо два приклади організації забезпечення інтернету.

приклад 1

Віддалений район міста (близько 6 км) треба тимчасово забезпечити інтернетом - до моменту прокладки виділеної лінії. Швидке тимчасове рішення показано на рис. 9. На вишці були встановлені секторні і магістральні антени, на кожному з 4 будинків - обладнання CPE. Вартість рішення склала всього 2464 дол., Обладнання було змонтовано і запущено за тиждень, при цьому швидкість каналу склала 200 Мбіт / с.

Мал. 9. Підключення інтернету в віддаленому районі: приклад 1

Мал. 10. Підключення інтернету в віддаленому районі з використанням сучасного обладнання серії ac: приклад 1

На рис. 10 показаний більш сучасний комплект обладнання на базі серії AC, при цьому вартість вирішення всього на 20 дол. Більше.

Ще один приклад організації каналу шириною 10 Мбіт / с показаний на рис. 11. У гористій місцевості на довгій вишці змонтовано магістральний обладнання і чотири базові станції з секторними антенами. В інших населених пунктах досить було встановити CPE для організації зв'язку з базовою станцією і роздачі інтернету користувачам. Вартість рішення склала всього 1500 дол.

Мал. 11. Підключення інтернету в віддаленому районі: приклад 2

Мал. 12. Підключення інтернету в віддаленому районі з використанням сучасного обладнання серії ac: приклад 2

На рис. 12 показаний варіант вирішення тієї ж завдання на більш сучасному обладнанні серії ас, при цьому вартість рішення становить 2464 дол. На чотири населених пункти. Це дорожче, але і канал буде в кілька разів ширше.

Дуже цікавим напрямком є ​​організація відеоспостереження методами радіодоступу.

На рис. 13 показаний приклад організації підключення великої кількості (до 10 звичайних) відеокамер до недорогої CPE.

Мал. 13. Використання Wi-Fi для організації багатоканального відеоспостереження

Мости діапазону АС можуть підтримувати до 50 камер. Новинка WIS-SF600C є PoE-шлюзом зовнішнього виконання, спеціально призначеним для підключення 4 камер. Шлюз оснащений роз'ємами Ethernet і 12-вольтовими роз'ємами для живлення камер. На рис. 14 показаний приклад підключення чотирьох камер до мосту WIS-SF600C.

Мал. 14. Підключення камер з використанням WIS-SF600C

Повний спектр основного обладнання Wisnetworks представлений на нашому сайті.

Компанія "ЄВРОМОБАЙЛ", журнал "ИСУП", №1, 2017. Всі права захищені.