Μικροκυματική ζεύξη Wi-Fi
Stella Doradus και Promax PROFI-70
Featured | Με ένα απλό access point, μια οικονομική εξωτερική μικροκυματική κεραία και την τεχνολογία Wi-Fi σύμμαχό μας, μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα ασύρματο δίκτυο υπολογιστών μεγάλης απόστασης. Έτσι, στο παρόν άρθρο, με δύο μικροκυματικές κεραίες Stella Doradus και το Promax Profi-70 θα στήσουμε μια ζεύξη στους 2,4GHz. Η εφαρμογή μπορεί να γίνει με ποικίλους τρόπους και πολλά διαφορετικά προϊόντα, ωστόσο μετά την κατανόηση ορισμένων βασικών σημείων, όλα είναι ευκολότερα.
Η δύναμη του Ethernet είναι τεράστια και η δικτύωση εντός ή εκτός οικίας, ανοίγει πολλούς ορίζοντες. Τα Wi-Fi έφεραν μεγάλη επανάσταση στα εσωτερικά δίκτυα LAN, των οποίων όμως τα όρια μόνο «εσωτερικά» δεν χρειάζεται να είναι με τη χρήση εξωτερικών μικροκυματικών κεραιών. Αντικαθιστώντας την κεραία ενός απλού access point με μια μικροκυματική εξωτερική κεραία, μπορούμε να κάνουμε Link ή αλλιώς να συνδεθούμε με ένα access point που βρίσκεται σε μεγάλη απόσταση. Τις περισσότερες φορές, για τη σύνδεση δύο σημείων επιλέγουμε τη χρήση κατευθυντικών κεραιών, οι οποίες όμως απαιτούν καλή ρύθμιση για να αποδώσουν. Για να αποφύγουμε να ανεβάζουμε το Laptop στην κεραία, δοκιμάσαμε να πραγματοποιήσουμε το Link με ένα όργανο της Promax, το PROFI-70 (εικόνα 1), ένα επαγγελματικό όργανο μετρήσεων στους 2,4GHz, για ανάλυση συστημάτων 802.11b/g. Μετρήσεις στις περιοχές των 2,4GHz ή στους 5GHz μπορούν να γίνουν σε μεγάλο βάθος από λογισμικό φορτωμένα σε κατάλληλες συσκευές (laptop, access points, routers κτλ.).
Οι παράγοντες που καθορίζουν την απόσταση ενός μικροκυματικού Link είναι πολλοί, με σημαντικότερους τις κεραίες που σχηματίζουν τη ζεύξη και το φόρτο του πεδίου 2,4GHz στην περιοχή της σύνδεσης. Η μπάντα συχνοτήτων από τους 2.400 έως τους 2.500MHz έχει δοθεί στο κοινό για τη δημιουργία δικτύων Wi-Fi, όπως και η μπάντα γύρω από τους 5GHz. Μια ζεύξη ενδείκνυται να γίνει στην υψηλόσυχνη μπάντα λόγω μικρότερου φόρτου, αφού τα οικιακά access points λειτουργούν στους 2,4GHz, αλλά η διαδικασία είναι η ίδια. Το μεγαλείο όμως του Ethernet και οι δυνατότητες που παρέχει, έχει ωθήσει και συνεχίζει να προσελκύει πολύ κόσμο στο περιορισμένο αυτό εύρος συχνοτήτων, που ουσιαστικά χωράει 14 κανάλια επικοινωνίας. Έτσι λοιπόν, λογικό και επακόλουθο είναι, η επιτυχημένη σύνδεση μεταξύ δύο access point να είναι κάθε άλλο παρά εγγυημένη. Επίσης, εάν λάβουμε υπόψη μας τη νομοθεσία που περιορίζει την επιτρεπόμενη ακτινοβολούμενη ισχύ και ουσιαστικά καταργεί τη χρήση Linear πριν την κεραία, διαπιστώνουμε ότι ο σημαντικότερος παράγοντας στη δημιουργία ενός μικροκυματικού Link, είναι η κατάσταση που επικρατεί στον εναέριο χώρο της ζεύξης. Η λύση για να ευνοήσουμε την κατάσταση είναι η χρήση κατευθυντικών κεραιών, οι οποίες «κοιτάνε» η μία την άλλη και περιορίζονται κάπως στον εξωτερικό θόρυβο της περιοχής. Η απόλυτα κεντραρισμένη ρύθμιση των δύο κεραιών κρίνεται απαραίτητη στη λειτουργία και στην ταχύτητα ενός τέτοιου Link. Στο σημείο αυτό έρχεται να μας βοηθήσει το PROFI-70, παρέχοντάς μας επαγγελματικές μετρήσεις.
Δύο Stella Doradus, ένα access point και το PROFI-70.
Για να προσομοιώσουμε μια μικροκυματική ζεύξη, προμηθευτήκαμε δύο κατευθυντικές μικρομυματικές παραβολικές κεραίες στους 2,4GHz της γνωστής Stella Doradus. Τη μία κεραία SD24, απολαβής 24DBi και μεγέθους 76x76cm, την οδηγήσαμε στην έξοδο της κεραίας του απλού access point εσωτερικού χώρου της Level One (εικόνα 2). Έπειτα, την τοποθετήσαμε πάνω σε ιστό σε σταθερό σημείο (εικόνα 3). Η δεύτερη κεραία, SD21, ήταν μικρότερου μεγέθους, 61x61cm και μικρότερης απολαβής 21Dbi, διευκολύνοντάς μας στις μετακινήσεις κατά τους πειραματισμούς στη ρύθμιση του Link. Έτσι λοιπόν, συνδέσαμε την κεραία αυτή στην έξοδο κεραίας του PROFI-70 (εικόνα 4) και η προσομοίωση της ζεύξης ήταν έτοιμη.
Promax PROFI-70
Απίστευτα απλό στη χρήση του, το PROFI-70 ουσιαστικά μας παραθέτει στην τεράστια LCD οθόνη του, τα στοιχεία που λαμβάνει στην κεραία μέσα από τρεις επιλογές (εικόνα 5):
- Στην επιλογή SEARCH ανιχνεύει όλα τα δίκτυα Wi-Fi και μας τα παραθέτει στην οθόνη του (εικόνα 6). Σκανάροντας ένα-ένα τα 14 κανάλια της μπάντας, σε χρόνο που μπορούμε να ρυθμίσουμε, μας εμφανίζει το SSID, τη MAC address, το κανάλι εκπομπής, την ισχύ και το λόγο σήματος προς θόρυβο (SNR) όλων των Link που ανιχνεύει. Τα στοιχεία εμφανίζονται συνοπτικά, ώστε να μπορούμε να συγκρίνουμε και να επιλέξουμε αυτό που μας ενδιαφέρει. Επίσης, από την οθόνη SEARCH μας δίνεται η δυνατότητα να κάνουμε LOG τις ενδείξεις και να τις αποθηκεύσουμε ή να τις εκτυπώσουμε σε εκτυπωτή.
- Στην επιλογή ANALYSE το PROFI-70 μας παραθέτει αναλυτικά στοιχεία του καναλιού που επιλέγουμε (εικόνα 7). Βέβαια, επειδή στο ίδιο κανάλι μπορούν να υπάρχουν αρκετοί σταθμοί εκπομπής, μας δίνεται η δυνατότητα να επιλέξουμε αυτόν που μας ενδιαφέρει, μέσω του MAC address του access point. Στην οθόνη ANALYSE προβάλλονται πάρα πολλά σημαντικά στοιχεία των εκάστοτε σταθμών. Εκτός από τη MAC address, το κανάλι εκπομπής, το SSID και τον αριθμό των σταθμών στο κανάλι συντονισμού, από την οθόνη αυτή βλέπουμε εάν η εκπομπή που λαμβάνουμε είναι κρυπτογραφημένη, τη χρονική περίοδο που αποστέλλεται σήμα beacon από το AP, τη διαμόρφωση της εκπομπής, την ισχύ της και το λόγο SNR. Μάλιστα, εκτός από την αριθμητική ένδειξη σε dBm της ισχύος, έχουμε και ένδειξη μπάρας με αρκετή ευαισθησία, ιδανική για τη ρύθμιση της κεραίας.
- Η τρίτη επιλογή του PROFI-70 είναι η οθόνη SCAN, όπου έχουμε γράφημα που προβάλλει την ισχύ των σταθμών (στον κατακόρυφο άξονα) στην περιοχή συχνοτήτων 2400-2500MHz (στον οριζόντιο άξονα). Μπορούμε να κεντράρουμε πάνω σε ένα κανάλι, να δούμε τη λαμβανόμενη ισχύ και πόσοι σταθμοί εκπέμπονται σε αυτό (εικόνα 8).
Το σύστημα λήψης του PROFI-70 αποτελείται από δύο εισόδους. Η είσοδος Α είναι για μέτρηση σημάτων χαμηλής στάθμης, με μέγιστη στάθμη εισόδου +10dBm και η είσοδος Β για υψηλής στάθμης σήματα με μέγιστη στάθμη εισόδου +30dBm. Για τη ζεύξη δύο κεραιών, όπως στην εφαρμογή μας, συνδέουμε τις κεραίες στην είσοδο Α, αφού η είσοδος Β είναι ουσιαστικά για απευθείας σύνδεση με AP. Το μενού του οργάνου είναι λιτό, με την επιλογή SETUP να μας οδηγεί σε ρυθμίσεις ώρας, γλώσσας κ.τ.λ. και την επιλογή CONFIG να μας δίνει τη δυνατότητα να εισάγουμε εξασθένιση στην είσοδο, να επιλέξουμε είσοδο κεραίας και να ρυθμίσουμε το χρόνο που θα στέκεται σε κάθε κανάλι, κατά το σκανάρισμα της μπάντας. Να αναφέρουμε επίσης ότι το όργανο διαθέτει σύνδεση με εκτυπωτή, ρυθμιστή contrast και αισθητήρα φωτός, για αυτόματη προσαρμογή της φωτεινότητας.
Μικροκυματική κεραία
Για τις δοκιμές μας, χρησιμοποιήσαμε όπως προαναφέραμε, δύο παραβολικές κεραίες της Stella Doradus, με ανακλαστήρα πλέγμα (grid). Πριν προχωρήσουμε στην ανάλυση των κεραιών, πρέπει να αναφέρουμε κάτι πολύ γενικό, αλλά ιδιαίτερα σημαντικό όσον αφορά τη διαδικασία επιλογής και κρίσης μιας κεραίας. Πολλές φορές βιαζόμαστε να κρίνουμε μια κεραία ως καλή ή κακή, ένα συμπέρασμα στο οποίο μπορούμε να οδηγηθούμε εύκολα λανθασμένα, εάν πρώτα απ’ όλα δεν ξεκαθαρίσουμε τι ζητάμε από την κεραία. Για παράδειγμα, μια κεραία με μεγάλο άνοιγμα γωνίας εκπομπής, που δεν είναι τόσο κατευθυντική όσο μια άλλη, μπορεί να χαρακτηριστεί ως καλύτερη από την τελευταία, εφόσον ζητάμε να καλύψουμε μια ευρεία περιοχή σε μικρή απόσταση. Οπωσδήποτε η απολαβή μιας κεραίας είναι σημαντικό χαρακτηριστικό, αλλά δεν σημαίνει ότι όσο μεγαλύτερη είναι, τόσο καλύτερη είναι η κεραία, αφού μεγαλώνει και σε διαστάσεις και αποκτά μεγαλύτερες αντιστάσεις στον αέρα και απαιτεί πιο βαριά εγκατάσταση. Ακόμα και για την τιμή της αναλογίας Front to Back Ratio δεν μπορούμε να ήμαστε απόλυτοι, αφού όσο μεγαλώνει, αυξάνεται σημαντικά το κόστος της κεραίας.
Για τις κεραίες της Stella Doradus μπορούμε να πούμε ότι αποδίδουν πολύ καλή αναλογία ποιότητας/τιμής, με μεγάλη γκάμα προϊόντων ανάλογα την εφαρμογή. Μερικά από τα χαρακτηριστικά των δύο κεραιών φαίνονται παρακάτω:
SD21 | SD24 | |
Απολαβή | 20.5dBi | 22.5dBi |
Διαστάσεις (μήκος/πλάτος) | 61/61cm | 76/76cm |
3dB beam Pattern (άνοιγμα γωνίας) | 12o x 12o | 10o x 10o |
Front to Back Ratio | 28dB | 32dB |
Ενδιαφέρον έχει να κοιτάξουμε και τα χαρακτηριστικά των κεραιών Solid Dish, που μοιάζουν με τα δορυφορικά κάτοπτρα τύπου prime focus (στην ηλεκτρονική διεύθυνση www.tridimas.gr μπορείτε να δείτε τα χαρακτηριστικά των μικροκυματικών κεραιών, όπως και να συγκρίνετε τις τιμές τους). Οι κεραίες αυτές φημίζονται για τις καλύτερές τους αποδόσεις, συγκριτικά με τις κεραίες πλέγματος, γεγονός που επαληθεύεται αφού αποδίδουν ίσες απολαβές σε μικρότερες διαστάσεις, με πολύ καλύτερες τιμές αναλογίας Front to Back Ratio. Το τίμημα όμως είναι μεγάλο, αφού μια κεραία Solid Dish ίδιας απολαβής με μια κεραία πλέγματος, κοστίζει 8 φορές περισσότερο από την τελευταία! Πάλι όμως, εάν η εγκατάσταση απαιτεί ελαχιστοποίηση της εκπεμπόμενης ισχύος πίσω από την κεραία, η επιλογή αναγκαστικά θα είναι κεραία Solid Dish. Να τονίσουμε βέβαια και πάλι, ότι όταν μιλάμε για κεραία Solid Dish, αναφερόμαστε σε κεραία που μοιάζει με δορυφορικό κάτοπτρο prime focus και όχι offset, αφού το τελευταίο για εκπομπή και λήψη παράλληλα με τη γη, θα έπρεπε να κοιτάει προς τα κάτω, λόγω της σχεδίασής του, κάτι που θα δυσκόλευε τη ρύθμιση, χωρίς να αναφέρουμε την παράλογη αισθητική της εγκατάστασης.
Τα αποτελέσματα
Με το σύστημα μέτρησης (SD21 και PROFI-70) πήραμε πολύ σαφείς ενδείξεις για τη ζεύξη που προσπαθούσαμε να πραγματοποιήσουμε. Από την οθόνη SEARCH του οργάνου, στοχεύοντας την κεραία SD24, λάβαμε δύο σταθμούς (εικόνα 9Α). Ο σταθμός με SSID dor είναι το AP, που είναι συνδεδεμένο με την κεραία SD24. Ο άλλος σταθμός με SSID doriforos είναι ένα AP ακριβώς στο ίδιο σημείο που είναι και το AP με SSID dor, αλλά εκπέμπει με την εσωτερική omni κεραία που περιλαμβανόταν στη συσκευασία του. Η απόσταση που λαμβάναμε τις μετρήσεις ήταν σχετικά μικρή, γύρω στα 200μ. Βλέπουμε ότι το AP dor λαμβάνουμε με πολύ μεγάλη ισχύ και άριστη ποιότητα. Ακόμη, παρότι με πολύ χαμηλότερη ισχύ και ποιότητα, λαμβάνουμε και το AP doriforos χάρη στην κατευθυντική κεραία SD21 που χρησιμοποιούμε στο σύστημα λήψης. Αυτό φαίνεται πολύ καθαρά, καθώς συγκρίνουμε τις μετρήσεις που λαμβάνουμε με την κεραία omni του PROFI-70, αντί την κατευθυντική SD21 (εικόνα 9Β). Στην οθόνη βλέπουμε ότι το AP dor πλέον το λαμβάνουμε με πολύ χαμηλότερη ισχύ σήματος και ποιότητα (όπου οι τιμές και πάλι οφείλονται στην κατευθυντική κεραία SD24 που χρησιμοποιείται στην εκπομπή), ενώ η σύνδεση με το AP doriforos είναι πιθανόν μη πραγματοποιήσιμη, αφού πλέον χρησιμοποιούνται για τη ζεύξη οι δύο omni κεραίες (του PROFI-70 και του AP doriforos). Κάτι πολύ σημαντικό που πρέπει επίσης να παρατηρήσουμε στις μετρήσεις της εικόνας 9, είναι ότι με την κεραία omni αντί της κατευθυντικής, το PROFI-70 ανίχνευσε δύο ακόμη σταθμούς. Το γεγονός αυτό δείχνει την κατευθυντικότητα της κεραίας SD21, που κατά τη χρήση της, το PROFI-70 ανίχνευσε μόνο τους σταθμούς τους οποίους στόχευε. Από την οθόνη ANALYSE του PROFI-70 μπορέσαμε να βρούμε το σημείο που αποδίδει τα μέγιστα η ζεύξη σε ισχύ σήματος και ποιότητα SNR (εικόνα 7). Τα δύο AP που στόχευε το σύστημα λήψης, εξέπεμπαν στο ίδιο κανάλι, αλλά με την επιλογή της MAC address μπορούσαμε να επικεντρώσουμε σε αυτό που μας ενδιέφερε.
Ταχύτητα και ευαισθησία
Στα χαρακτηριστικά του AP της Level One που χρησιμοποιήσαμε, συναντάμε έναν πολύ χρήσιμο πίνακα που αναφέρει την ευαισθησία της συσκευής για τα συστήματα 802.11b/g. Από τα χαρακτηριστικά αυτά βλέπουμε την απαιτούμενη ισχύ που απαιτούνται κατά τη ζεύξη για αντίστοιχες ταχύτητες δικτύου. Έτσι λοιπόν, βλέπουμε ότι για ταχύτητα δικτύου 54Mbps, σε σύστημα 802.11g, απαιτείται ισχύς σήματος -72dBm, για 24Mbps: -79dBm, για 12Mbps: -86dBm και για 6Mbps -90 dBm. Βλέπουμε λοιπόν, ότι όσο αυξάνεται η ισχύς της ζεύξης, έχουμε μεγαλύτερες ταχύτητες επικοινωνίας. Στο σημείο αυτό, κατανοούμε και εκτιμάμε το γεγονός ότι η ευαισθησία του PROFI-70 είναι στα -90dBm, ανιχνεύοντας ακόμη και τα πιο ισχνά Links.
