Выбор WiFi антенн в зависимости от расстояния между точками
Что такое wi-fi?
Говоря простым языком и не углубляясь в терминологию, wi-fi — это технология беспроводного высокоскоростного соединения между компьютерами. Wi-Fi технология действует по принципу радио. Это электромагнитное излучение в специально выделенных диапазонах частот 2,4-2,5 или 5 ГГц.
Где и когда может потребоваться организация беспроводной WiFi сети?
Во первых, сразу хочется сказать, что WiFi является альтернативой обычному проводному (Ethernet) соединению. И применяется там, где использование Ethernet невозможно или нецелесообразно по ряду причин (нет возможности проложить провода, нельзя проложить ни воздушную, ни подземную линию, как например, через железнодорожные пути.
Само существование WiFi не отменяет построения сетей обычным (проводным) способом. Преимущества Ethernet соединения неоспоримы. Это: высокая скорость в канале связи, стабильность работы сети, более низкая себестоимость сети.
Поэтому, всегда, когда есть выбор: создать проводную или беспроводную сеть, выбор лучше сделать в пользу проводного канала.
Ниже представлены наиболее распространенные задачи, возникающие при построении сети, и иллюстрации с набором оборудования для их решения.
WiFi сеть внутри помещения
WiFi на расстоянии до 1 км
WiFi на расстоянии до 3 км
WiFi на расстоянии до 5 км
WiFi на расстоянии до 7 км
WiFi на расстоянии до 10 км
WiFi на расстоянии до 30 км
WiFi на расстоянии до 50 км
Создание WiFi сети в ситуации, когда между конечными объектами нет прямой видимости.
При построении Wi-Fi сети потребуются:
- Маршрутизаторы, точки доступа (активное оборудование);
- Кабели и переходники (для соединения разъемов);
- Антенны, грозозащиты (для снятия статического напряжения, способного повредить сетевое оборудование);
- Мачты, кронштейны, опоры (монтажное, кроссовое оборудование)
Немного теории
Маршрутизатор (или роутер от англ. Router) – специальное оборудование, позволяющее связать несколько устройств (компьютеров, ноутбуков, КПК и т.п.) в одну локальную сеть, в том числе и для общего доступа к интернету. Маршрутизатор всегда устанавливается на границе между сетями (интернет-маршрутизатор-локальная сеть, локальная сеть1-маршрутизатор-локальная сеть 2).
Он автоматически настраивает все подключенные к нему устройства, присваивая им разные IP-адреса и выполняя роль шлюза. А встроенный файервол (firewall) служит защитным барьером от хакерских атак.
Существуют проводные, беспроводные и объединенные (комбинированные) маршрутизаторы.
Точка доступа ( от англ. Wireless Access Point, WAP) — оборудование, предназначенное для беспроводного объединения компьютеров.
В большинстве случаев точка доступа имеет 3 режима работы.
- Режим «точки доступа». Используется для передачи wi-fi сигнала.
- Режим «клиента» - используется для приема wi-fi сигнала.
- Режим «ретранслятора» - используется для одновременного приема и передачи сигнала.
Принцип работы точки доступа похож на принцип работы обычной радиостанции. Наверное, поэтому часто точку доступа называют еще "базовая станция". Точка доступа не выполняет никаких функций защиты данных и безопасности, в отличае от маршрутизатора.
В настоящее время появились устройства, которые объединяют в себе и маршрутизатор, и точку доступа. Цена, как правило, у них ниже, чем цена двух отдельных устройств. Но все мы знаем, что при появлении фотоаппаратов с функцией видеокамеры, и наоборот, эти устройства все же чаще покупаются по отдельности. Всё зависит от производителя оборудования, Ваших потребностей и конкретной (частной) задачи.
Преимущества, сильные стороны wi-fi технологии.
1. Основным преимуществом сетей, построенных по технологии wi-fi, является мобильность устройств в сети и отсутствие соединительных кабелей. Если сеть wi-fi реализована в пределах одного помещения, то компьютеры и другие устройства могут располагаться в любой точке этого помещения. Ограничением может быть только слабый сигнал приема.
2. В случаях, когда прокладка кабеля невозможна или нежелательна по ряду причин, wi-fi служит практически единственно возможной альтернативой для обеспечения качественной высокоскоростной передачи данных.
3. Быстрое развитие технологии и внедрение в различные сферы жизнедеятельности человека.
4. Относительная безопасность. Излучение от оборудования wi-fi в десятки раз меньше излучения мобильных телефонов. Ну а про безопасность мобильных телефонов много разговоров. И не существует единого мнения по этому вопросу, ровно как и прямых доказательств.
Недостатки wi-fi технологии.
Как правило, активное wifi-оборудование в заводском исполнении не способно передавать сигнал на большие расстояния ввиду особенностей распространения wi-fi излучения, а также из-за ограниченных штатных антенн. Поэтому устойчивую беспроводную связь, не используя дополнительного оборудования, можно организовать только в пределах одной-двух комнат (двух-трех сотен метров на открытой местности) при условии прямой видимости.
Все дело в том, что wi-fi соединение работает в ограниченном диапазоне частот 2.4-2.5 ГГц. Это диапазон общего пользования, который используется в бытовых и медицинских приборах. Именно поэтому допустимая максимальная мощность излучения wi-fi оборудования не должна превышать 0.1 Вт, чтобы не создавать помех для других устройств.
Также чем выше частота электромагнитной волны, тем быстрее она рассеивается в пространстве.
В нашем случае частота достаточно высока, чтобы создать немало трудностей при постройке беспроводной сети на значительные расстояния. Как же увеличить расстояние беспроводной передачи данных с помощью wi-fi соединения? Казалось бы, мощность излучения увеличивать нельзя, а диапазон частот никак не предназначен для дальних дистанций. Но выход есть, не зря же wi-fi получил такое широкое распространение, а количество пользователей постоянно растет. Справиться с задачей нам поможет зеркало. Но не обычная стекляшка, а специальное высокотехнологичное «зеркало», от которого отражаются электромагнитные волны. А проще говоря — wi-fi антенна.
Регистрация активного Wi-Fi оборудования
Использование беспроводных маршрутизаторов и точек доступа подлежит обязательной регистрации в федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций. Конечное клиентское оборудование (встроенные карты, беспроводные usb-адаптеры, wi-fi модули...) мощностью менее 100 мВт без встроенной точки доступа регистрации не подлежит. Для регистрации wi-fi оборудования нужно подать соответствующее заявление и указать технические характеристики устройства передачи данных. В течении 10 дней Вам выдается свидетельство о регистрации. Перед началом эксплуатации своей беспроводной сети рекомендуем пройти процедуру регистрации в Вашем региональном отделении Федеральной Службы по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций. Регистрация осуществляется на бесплатной основе.
Все вышесказанное распространяется только на активное wi-fi оборудование.
Wi-Fi антенны, комплектующие, проводное оборудование и оборудование, способное только принимать радиосигнал, регистрации не подлежат.
Какое оборудование необходимо для создания WiFi?
Перед покупкой оборудования для построения wi-fi сети убедитесь, что оно способно работать в требуемых режимах.
Сравнительная таблица по режимам работы различных сетевых устройств есть на нашем сайте (Периодически обновляется, дополняется).
По большому счету, ошибиться в выборе Вам будет трудно, так как основных режимов работы wi-fi сети всего два:
1) «Точка-точка».
Еще называют режим AD HOC - в одноранговой сети, где все компьютеры сети имеют равные права и равнозначны по отношению друг к другу. В данном режиме сеть строится по принципу равноправия. Сетевые соединения устанавливается напрямую между компьютерами (строго говоря, не только компьютерами, т.к. в структуру сети могут входить и иные устройства: КПК, ноутбуки, смартфоны и т.п.). В одноранговой сети все устройства имеют одинаковые права (ранг) и являются пиром (от англ. «peer» - «ровня», «равный», «ровесник»).
2) «Точка-много точек».
При такой организации пользователи подключаются и взаимодействуют через точку доступа (базовую станцию), которая является основным звеном в такой беспроводной сети, через которую принимаются и передаются все пакеты передачи данных.
Совмещенная в одном корпусе с маршрутизатором (роутером), точка доступа способна обслуживать одновременно несколько абонентов (клиентов сети). Точное количество возможных одновременно подключаемых устройств зависит от модели Вашей точки доступа.
Важным параметром является также количество одновременных сетевых подключений. Этот параметр отражает количество одновременно обслуживаемых потоков данных, способных обрабатываться Вашей точкой доступа (роутером). Разновидностью сети, реализованной по принципу «один ко многим», является сеть, организованная с применением режима «Инфраструктура».
Режим «Инфраструктура» наиболее удобен рядовым пользователям (не специалистам), так как:
- во-первых, можно соединить большое количество компьютеров, но не более 15 (применять режим AD HOC рекомендуется только при построении небольших сетей, с небольшим количеством одновременно подключенных устройств);
- во-вторых, нет необходимости постоянно держать включенным компьютер, раздающий интернет. Достаточно только работающей точки доступа, обеспечивающей наличие (функционирование) сети и обслуживающей подключенные к ней устройства.
Внимание! Для начала нужно проверить исправность оборудования и настроить его в пределах одного помещения. Убедившись в правильной работе и достаточной скорости передачи данных, установите оборудование на место постоянной эксплуатации и сразу проверьте работоспособность всех элементов сети (тем более, если Вы не планируете начать пользоваться сетью сразу).
Обычно устойчивая связь беспроводного wi-fi соединения на штатных антеннах беспроводных устройств ограничивается в пределах двух-трех сотен метров при условии прямой видимости и на открытом пространстве. В помещении это расстояние сокращается в разы.
Как обеспечить нормальную работу wi-fi роутера внутри помещения (квартиры, частного дома, офиса или промышленного здания)?
Есть несколько рекомендаций, касающихся получения максимально большой зоны обслуживания и максимальной скорости:
1. Правильно выбрать место расположения Вашего роутера. Подобрать место установки нужно таким образом, чтобы между роутером и абонентами было минимальное количество препятствий. Желательно получить прямую видимость между точками, это обепечит максимальную скорость передачи данных.
2. Подключить стационарных абонентов (например, настольный компьютер) через проводное соединение (как правило, у большинства wi-fi роутеров, помимо беспроводного подключения, есть несколько портов для подключения по витой паре (lan-порты). Такое решение разгрузит беспроводную сеть, повысит скорость работы как подключаемых беспроводных устройств, так и тех, кто будет подключен обычным проводным соединением.
3. При недостаточном уровне сигнала от роутера (точки доступа), есть смысл заменить штатную антенну (как правило, съёмную), на антенну с большим коэффициентом усиления. Здесь также возможны 2 основных подхода: А) установить всенаправленную антенну с большим К.У. или Б) Установить направленную антенну с тем, чтобы получить максимальный сигнал в заданном направлении (см. рис. 3 и рис.4).
Рис. 3. Замена заводской антенны точки доступа ("пипетки") на всенаправленную антенну с большим коэфициентом усиления.
Установка антенны с большим, чем у штатной антенны К.У. существенно расширит зону обслуживания точки доступа.
Рис.4. Замена всенаправленной штатной антенны точки доступа на направленную WiFi антенну.
Такая замена целесообразна, если нет смысла "вещать" во все стороны; или когда точка доступа расположена не по центру относительно абонентов (как на рис.4).
Гораздо чаще возникает ситуация, когда нужен WiFi на небольшой дистанции - 500-1000 метров.
Рассмотрим варианты организации WiFi сети между объектами на расстоянии до 1 км.
1. Создание беспроводного моста между домами, удаленными на 1 км друг от друга.
В одном здании имеется компьютер с подключенным высокоскоростным интернетом, а в другом - один/несколько компьютеров/ноутбуков без доступа в интернет. Как соединить два здания в одну сеть с общим доступом в интернет по Wi-Fi?
Рис. 5. Обеспечение работы абонентских сетевых устройств от точки доступа на расстоянии до 1 км.
При подключении направленной антенны, имейте ввиду, что зона действия сети будет ограничена шириной диаграммы направленности Вашей антенны (которая выражается в градусах). Всенаправленная антенна имеет ширину диаграммы направленности 360 градусов.
При прямой видимости даже без применения внешних антенн, зачастую удается создать соединение на 300-400 метров.
На большее расстояние рекомендуется использовать специальные WiFi антенны.
Две направленные друг на друга WiFi антенны BDM дадут покрытие 3-5 км на открытой местности.
При благоприятных условиях (выровненная местность, отсутствие электромагнитных и механических помех) удается получить связь и на большее расстояние.
При использовании совмещенного устройства (объединяющего внутри себя и точку доступа, и роутер) одновременно с проводными линиями, возможно беспроводное подключение одного или нескольких беспроводных потребителей на стороне абонента.
На расстоянии 5 и более км между объектами, рекомендуется использовать (по крайней мере, на стороне базы) секторную антенну или антенну с сетчатым рефлектором
Для создания скоростного беспроводного соединения между двумя сегментами обычной проводной сети (например, при объединении в одну сеть двух ранее независимых проводных ЛВС) на небольшом расстоянии между ними, можно применить следующую схему:
Использование направленной двухпортовой антенны повышает дальность связи, а МИМО технология способствует стабильности канала и увеличению пропускной способности сети.
На большей дистанции следует воспользоваться набором оборудования с двумя направленными антеннами.
На клиентской стороне в принципе, можно и вовсе обойтись без каких=либо проводов. Достаточно установить производительную точку доступа, совмещенную в маршрутизатором. И даже без использования дополнительных антенны (на штатные, заводские "пипетки") можно работать по всей квартире или частному дому. Если все же Вам кажется, что уровень сигнала недостаточен в некоторых зона, Вы всегда сможете докупить отдельно WiFi антенну и заменить одну, две или все сразу антенны на Вашем беспроводном роутере.
Как обеспечить беспроводную передачу данных на большие расстояния по wi-fi соединению?
Казалось бы, мощность излучения увеличивать нельзя, а диапазон частот никак не предназначен для дальних дистанций. Но выход есть, не зря же wi-fi получил такое широкое распространение, а количество пользователей постоянно растет.
Справиться с задачей нам поможет зеркало. Но не обычное, стеклянное, а специальное высокотехнологическое «зеркало», от которого отражаются электромагнитные волны. А проще говоря — wi-fi антенна с параболическим отражателем.
Чтобы было более понятно что и от чего отражается, приведем аналогию с фонариком. Если выкрутить из фонарика лампочку и подключить ее к источнику питания, то свет распространяется в пространстве сферически. Освещение получится рассеянным и затухнет уже через 2-3 метра от лампочки. В итоге мы получили большой фронт излучения, но на очень коротком расстоянии. А если ввернуть лампочку обратно в фонарик и посветить в любом направлении, то свет распространится уже на несколько десятков метров.
Все дело в отражателе фонарика. Он собирает рассеянный свет и направляет его в определенном направлении. А как известно, свет — это такая же электромагнитная волна, как и wi-fi излучение. У них одна природа, следовательно, они действуют по одним и тем же законам.
По принципу отражения и работают все wi-fi антенны. Они собирают электромагнитную волну и направляют ее к принимающему устройству, подобно фонарику. Они вовсе не увеличивают мощность излучения, а направляют его.
Именно поэтому термин «коэффициент усиления» (КУ) не совсем точен. Как такового усиления сигнала не происходит. Чем выше КУ, тем «точнее» направлен сигнал, а следовательно больше дальность его распространения. Но даже подобрав необходимое оборудование для усиления wi-fi сигнала необходимо выполнить следующее требование:
Подобный линк (на двух антеннах Bester Parabolic 2400-18) может стабильно работать на 7 км даже при наличии небольших препятствий (к примеру, отдельно стоящее дерево или группа деревьев, на удалении от обеих антенн). В хороших условиях может обеспечиваться работа сети между объектами на расстоянии до 9-10 км.
Антенны Bester Parabolic выпускаются и с бОльшим усилением. На самых мощных антеннах возможна организация канала на расстояние до 20 км.
Для качественной связи на еще большее расстояние рекомендованы антенны на базе WiFi облучателях со спутниковыми антеннами. Их основное преимущество - узкий пучок распространения радиоволн и, как следствие, больший коэффициент усиления при тех же или даже меньших габаритах.
Сравните: две подобных антенны (с тарелками диаметром 50 см) работают так же хорошо, как и две антенны Bester Parabolic 2400-18 dBi.
Увеличивая диаметр спутниковых тарелок, мы увеличиваем усиление WiFi антенн.
При установке облучателей с тарелками 120 см реально получить связь на расстояние до 40-50 км.
Такой канал при отсутствии существенных препятствий (про прямую видимость говорить уже не приходится, добиться её на таких расстояниях практически нереально) способен работать на расстояниях 30-50 км.
Причем и дальность связи и качество канала (при прочих равных условиях) будет зависеть от качества монтажа, квалификации установщиков и качества мачт установки. При установке основное преимущество таких антенн становится дополнительной трудностью для монтажников. Из-за малого угла диаграммы направленности (а у тарелок с большим диаметром угол еще меньше) сложно связать две точки, т.к. легко "промахнуться" мимо этих нескольких градусов.
При невозможности получить связь, когда есть непреодолимые препятствия, и казалось бы, создание WIFi сети невозможно в данных условиях, есть весьма интересный набор решений - ретрансляторы.
Что такое ретрансляторы и какие они бывают, можно прочитать здесь.
А вот типичный вариант построения сети на основе репитеров:
В ситуации, когда между двумя конечными точками расстояние может быть всего в несколько километров, но при это между ними расположено непреодолимое препятствие, решением может стать установка третьей приемо-передающей точки, являющейся ретранслятором сигнала между двумя исходными. При этом сам репитер может находиться на гораздо большем удалении от обеих точек или располагаться не строго посередине между точками. Да, безусловно, такой канал не будет сверхскоростным, но связь получить удастся.
Такие случаи не так уж и редки на практике. Поэтому применение простых ретрансляторов существенно упростило бы пользователям задачу объединения двух сетей.
Если уж нужно построить более "шуструю" сетку, то лучше использовать репитер на направленных антеннах. Рекомендованы ретрансляторы на секторных антеннах, как наиболее надежных и стабильных решениях операторского класса:
Пробуйте строить свои сети.
Задавайте вопросы нашей техподдержке.
Вместе мы найдем подходящее решение!
| 
