Wi-Fi в парковой зоне. Особенности и опыт развертывания
Зеленые и парковые зоны всегда были головной болью для сетевых инженеров. Сложный ландшафт, большие расстояния, высокая влажность и отсутствие кабельной канализации существенно усложняли развертывание сетей передачи данных, в том числе и беспроводных. В этой статье речь идет о технологии Wi-Fi. Несмотря на её универсальность и способность покрывать большие расстояния, развертывание беспроводных сетей в зеленых зонах сопряжено с множеством проблем. Рассмотрим подробнее с чем приходится сталкиваться инженерам и как они добиваются решения поставленных задач.
Wi-Fi идет в парк
Развертывание сетей беспроводного доступа в парках и ботанических садах сулит немало выгод: это и увеличение числа посетителей, и облегчение развертывания сети видеонаблюдения, и возможность предоставлять пользователям другие виды информационных услуг, например, рекламные рассылки или оповещения.
Рисунок 1. Wi-Fi универсального назначения
Другое дело, что для успешного функционирования подобной сети необходимо решить ряд вопросов. Вот некоторые из них:
-
получение разрешения на установку и эксплуатацию точек доступа. Любая Wi-Fi-точка подлежит обязательной регистрации в Роскомнадзоре;
-
оборудование должно быть адаптировано для использования вне помещений;
-
всё оборудование должно быть обеспечено электропитанием и быть подключено к сети передачи данных;
-
зеленые насаждения легко создают радиотень и существенно ограничивает площадь покрытия точек доступа.
Первые два вопроса проходят по графе «расходы». Получить разрешение и зарегистрировать Wi-Fi-точку относительно просто. Весь вопрос - в необходимости регулярных выплат за использование радиочастотного спектра. Конечно, можно схитрить и воспользоваться лишь спектром в 2.4GHz, но в результате вы потеряете наиболее скоростные частоты диапазона 5GHz.
Что касается outdoor-решений, то здесь всё намного проще. Почти все производители Wi-Fi оборудования, начиная от TP-Link, заканчивая Edimax[1] и Motorola[2] имеют в своих портфелях подобное оборудование.
Куда более сложный вопрос – подключение хотспотов. Без кабельных линий здесь не обойтись. Наиболее простой вариант – подать данные и питание через медный Ethernet - имеет критический недостаток в виде ограниченной длины кабеля. Максимум 100 метров от розетки до розетки. Да, это хорошо работает если нужно охватить ограниченную территорию, но на удалённых площадках начинаются определенные трудности.
Другой путь – переход на оптику. Применение волоконно-оптических линий связи снимает вопрос дальности. Вот только цена подобного решения – на порядок выше чем у меди.
Рисунок 2. Зеленая листва – настоящий враг Wi-Fi
Последнее, но не по важности – это распространение радиосигнала и помехи. Несмотря на кажущуюся открытость, деревья и кустарник эффективно глушат радиосигнал. А также дождь и снег – тоже в списке потенциальных вредителей.
В создание общей картины радиоэфира свою лепту вносят другие радиоустройства. Спектр 2.4GHz подвержен помехам от СВЧ-печей, применяемых в уличных кафе, а также линий электропередач. Спектр 5GHz более устойчив, но более короткие радиоволны сильнее отражаются от препятствий.
Простейшим способом борьбы с помехами является увеличение мощности сигнала. Однако, простой рост мощности приносит скромный эффект. Ведь связь работает в обе стороны. И ситуация, когда смартфон «слышит», но не может докричаться до базовой станции вполне вероятна. Результат – эфир наводнен пользователями, а связи нет.
Поэтому не стоит экономить силы на правильном планировании системы.
Особенности Outdoor-планирования
Первый вопрос, на который необходимо ответить перед началом планирования - для чего нужна беспроводная сеть. Очень логичный вопрос, который на практике часто обходят стороной. В итоге сеть, предназначенную для развлечения посетителей, пытаются использовать для развертывания сети видеонаблюдения или инфокиосков в удаленных зонах, а потом все удивляются тому, что система сбоит при первом же дожде.
Ответ на этот первый и главный вопрос, поможет понять следующие моменты:
-
какова должна быть структура сети. Она будет централизованной или децентрализованной;
-
какова должна быть зона покрытия сети. Будет ли сеть сконцентрирована в наиболее посещаемых зонах или растянута по всему парку;
-
какие услуги будут предоставлять сеть. Если помимо простого подключения к Интернету Wi-Fi будет использован для подключения систем оповещения или видеонаблюдения, это желательно учитывать на этапе планирования;
-
перспективы развития. Одно дело создавать сеть «раз и навсегда», другое дело заложить потенциал развития инфраструктуры и/или функциональности сети..
Самый простой вопрос – это структура сети. Если Wi-Fi развертывается вне помещений, то выбор невелик. Годится только серьёзное решение с центральным контроллером, который будет обеспечивать единое управление всей сетью и авторизацию пользователей через SMS. Например, контроллер Edimax APC500[3] обслуживает до 128 WI-Fi точек доступа.
Рисунок 3. Примерная схема беспроводной сети небольшого парка
С точки зрения абонентов единая сеть обладает таким ценным свойством как «бесшовность». Другими словами, пользователи смогут переключаться с точки на точку не замечая этого. Бонусом является возможность балансировки нагрузки между точками, когда абонент принудительно подключается не к ближайшей, а к наименее загруженной точке.
2.4GHz vs 5GHz
Критически важный вопрос в планировании сети – выбор частотного диапазона. Каждый из существующих спектров сулит определенные выгоды.
-
Частоты 2.4GHz не требуют лицензирования при условии низкой мощности передатчиков. К тому же такой сигнал лучше проходит сквозь преграды. С другой стороны, диапазон 2.4 имеет всего 13 каналов и как следствие – приличных скоростей здесь не достичь;
-
занятие частот диапазона 5GHz напротив, требует выплат регулятору, зато не требуется ограничивать мощность устройств. К тому же каналов в 5GHz куда больше. Все это вместе снимает проблемы со скоростями .
Рисунок 4. Из двух зол – выбирайте оба
Простейшее решение – взять сразу оба диапазона. Всё что есть на 2.4, плюс несколько частот из 5GHz. Тем более, что многие абонентские устройства до сих пор могут подключаться только к Wi-Fi на 2.4GHz, а современные точки доступа могут работать с обоими диапазонами.
Если бюджет проекта не позволяет использовать сразу два стандарта , выбирайте диапазон 2.4GHz. Недостаток скорости будет скомпенсирован низкой стоимостью развертывания. К тому же от бесплатного Wi-Fi особых рекордов скорости никто не ждёт.
Транспортные вопросы
Следующий по важности – вопрос транспорта. Он тесно связан с требованиями по функционалу и зоне покрытия. Чем больше территория и больше функций возлагается на Wi-Fi сеть, тем более “толстыми” и надежными должны быть транспортные каналы.
Рассмотрим следующие варианты:
-
медный кабель. Фактическая пропускная способность - до 1Gbps (если вам нужно больше, кладите оптику), расстояние до 100 метров. Главное достоинства – простота, надежность, легкость развертывания и возможность передавать электропитание по витой паре. В минусах – ограниченная дальность, а это значит, свичи придётся подтягивать прямо к площадке;
-
оптический кабель. Пропускная способность до 10Gbps, расстояние до 10км - jтличный вариант, если требуется построить большую многофункциональную сеть. В таком случае стоимость развертывания с лихвой окупается при эксплуатации. Единственное «но» - это питание. Его придется подавать отдельно.
Рисунок 5. Оптика или медь?
ненадежность самого канала в условиях парка. Распустившаяся по весне листва, подросшие за сезон деревья, переменчивая погода – всё это снижает стабильность радиосвязи.
Оптимальным вариантом для транспорта Wi-F сети является симбиоз нескольких технологий. Магистральные оптические каналы доставят сигнал до локальных термобоксов с Ethernet-коммутаторами в зоне установки Wi-FI точек доступа. Оттуда сигнал вместе с питанием будет распространяться по витой паре с PoE. Небольшие площади и скверы можно спокойно покрыть mesh-сетью.
Рисунок 6. POE-инжектор для внешнего применения
Небольшие парковые зоны можно “закрыть” медным кабелем, просто разместив на трассе PoE-инжекторы. Они увеличат дальность передачи данных и позволят запитать точку доступа по той же витой паре. Главное – брать оборудование индустриального класса, наподобие ATCOM PGSC20D01.[4]
Разведка боем
Ключевой момент планирования – изучение местности. Схема или даже подробная карта в этом – слабый помощник. Большинство инструментов для планирования Wi-Fi сетей не рассчитаны на работу в outdoor-условиях, а карты не учитывают наличие препятствий или их фактических размеров. Чтобы изучить местность придётся брать “железо” и отправляться на территорию.
Основные задачи рекогносцировки – выбор мест размещения оборудования и оценка зоны покрытия сети. Методика очень проста – включаете точку доступа и замеряете уровень сигнала в предполагаемой зоне её действия.
Рисунок 7. Сеть лучше всего планировать с выездом на место
В идеальном случае, когда оборудование для проекта уже выбрано, вам потребуется один-два комплекта Wi-Fi-точек доступа и контроллер. Если вендор еще не утвержден, сгодится любая точка доступа, подходящая по характеристикам.
Несмотря на примитивность, такой метод крайне эфективен. На выходе вы получите фактические данные с учётом местных условий. К тому же, если при тестировании будет использоваться смартфон или ноутбук с тестовым ПО, а не специальный тестер, вы сможете оценить связь как бы “глазами” пользователя.
Типичный пример Wi-Fi сети на открытой местности
Один из реальных проектов - развертывание Wi-Fi-сети на территории парка с густой растительностью. Территория относительно небольшая – около 6000 кв. метров. Требования к сети:
-
сплошное покрытие территории с гарантированной скоростью не менее 50Mbps;
-
сеть используется для подключения переносных видеокамер;
-
сеть должна быть развернута за 15 дней.
Местность представляет собой небольшой сквер и несколько аллей, идущих от входа. Обследование с помощью тестовой точки доступа и ноутбука показало:
-
единственно возможным местом размещения точек доступа являются столбы освещения;
-
аллеи окружены густыми зарослями, что сильно ограничивает радиус действия хотспотов;
-
памятники и декорации очень сильно глушат сигнал. Основную проблему представляла площадка с весьма габаритными выставочными экспонатами, которые создавали множественные мертвые зоны.
-
ближайшая точка подключения сети передачи данных находится в 200 метрах от сквера.
С учетом перечисленных ограничений было выбрано оптическое решение на оборудовании компании ZyXel. Точки доступа были размещены вдоль аллеи, а также по периметру сквера. Каждая точка подключалась отдельной парой волокон через оптический кросс смонтированный в киоске неподалеку. Контроллер и Ethernet-коммутатор были установлены в операторской.
Рисунок 8. Вариант установки точки доступа
В качестве точки доступа была выбрана модель WAC6553D-E со всенаправленными антеннами. Обычно, для большего радиуса охвата, рекомендуется ставить несколько секторных антенн. Но в данном случае площадь покрытия относительно невелика, а наличие слепых зон недопустимо.
Возможность проведения строительных работ в сквере весьма ограничена. Максимум, на что готов пойти заказчик – проложить оптику и кабели питания. Установка столбов или стоек категорически запрещена. Заманчивая идея разместить точки доступа на деревьях оказывается неактуальной по экологическим и техническим причинам.
Заключение
В ближайшей перспективе Wi-Fi остаётся наиболее востребованным стандартом беспроводной связи. Да, на горизонте уже маячат сотовая связь стандарта 5G с его невероятными перспективами, но развертывание реальных сетей и переоснащение абонентской базы гаджетами пятого поколения может затянуться на многие годы. За это время любая беспроводная сеть на основе проверенной временем технологии Wi-Fi успеет не только окупиться, но и принести реальную прибыль. Если её правильно спланировать.
Смотрите также:
