롱 레인지 와이파이

Long-range Wi-Fi

장거리 Wi-Fi는 다른 고정 무선, 셀룰러 네트워크 또는 위성 인터넷 접속의 대안으로 저비용 비규제 지점간 컴퓨터 네트워크 연결에 사용된다.

Wi-Fi 네트워크는 주파수, 전송 강도, 안테나 유형, 사용 위치, 환경에 따라 범위가 제한된다.[1] 802.11n과 스톡 안테나를 사용하는 실내 점 대 멀티포인트 배열의 일반적인 무선 라우터는 범위가 50m(160ft) 이하일 수 있다. 방향 안테나를 통해 야외 지점 대 지점 배치는 스테이션 간 수 킬로미터(마일)로 확장할 수 있다.

소개

IEEE 802.11 라디오 표준(Wi-Fi 브랜드 이름으로 출시)이 개발된 이후, 이 기술은 현저하게 비용이 적게 들고 비트 전송률도 높아졌다. 특히 2.4GHz 대역의 장거리 와이파이(단거리 고비트율 5.8GHz 대역은 유선 LAN 접속의 대안이 되면서)가 전문 기기와 함께 급증했다. 도시 지역에서는 Wi-Fi 핫스팟이 어디에나 있지만, 일부 시골 지역에서는 셀(GSM, CDMA) 또는 고정 무선(Motorola Canopy 및 기타 900 MHz) 애플리케이션의 대안으로 보다 강력한 장거리 송수신기를 사용한다. 2.4GHz 대 저주파 옵션의 주요 단점은 다음과 같다.

  • 신호 침투 불량 – 2.4GHz 연결부가 가시선 또는 부드러운 장애물로 효과적으로 제한됨.
  • 훨씬 더 낮은 범위 – GSM 또는 CDMA 휴대폰은 > 16 km(10 mi) 거리에서 안정적으로 연결할 수 있으며, GSM의 범위는 시분할 다중 접속 파라미터에 의해 부과되며, 35 km(22 mi)로 설정된다.
  • 상업적으로 장거리 와이파이 연결을 지원하는 서비스 제공업체는 거의 없다.

상업적 서비스 제공업체가 부족함에도 불구하고, 전 세계적으로 장거리 와이파이 애플리케이션이 급증하고 있다. 그것은 또한 개발 도상국의 실험 실험에 이용되어 다른 연결 옵션이 거의 또는 전혀 없는 어려운 지형에 의해 분리된 지역사회를 연결시켰다. 이러한 애플리케이션에서 장거리 Wi-Fi를 사용할 경우 얻을 수 있는 이점은 다음과 같다.

  • 무면허 주파수 [dubious – discuss]– 기존 통신사, 정부 또는 기타 업체와의 협상 회피
  • 더 작고 단순하며 저렴한 안테나 – 2.4GHz 안테나는 유사한 강도의 900MHz 안테나 크기의 절반 이하를 가지고 있으며 번개 보호가 덜 필요하다.
  • 오래된 라우터(예: WRT54G)에서도 작동하고 WDS, OLSR 등의 모드를 핫스팟 수익 공유 모델을 포함하여 누구나 사용할 수 있는 OpenWrt, DD-WRT, 토마토와 같은 검증된 무료 소프트웨어의 가용성.

산림 서비스 같은 광범위한 설치를 운영하는 비영리 단체들도 허가된 대역에서 단파나 마이크로파 송수신기와 같은 오래된 통신 기술을 강화하거나 대체하기 위해 장거리 와이파이를 광범위하게 사용한다.

적용들

비즈니스

  • 대규모 사무실, 비즈니스 단지 또는 캠퍼스에 커버리지 제공.
  • 대형 초고층 건물이나 기타 사무실 건물 또는 공항 사이에 점대점 링크를 설정한다.
  • 원격 건설 현장이나 연구소에 인터넷을 가져오십시오.
  • 소수의 인터넷 관련 널리 사용되는 기술을 통합하고, 단파 라디오와 같은 기존 기술을 제한하거나 제거하여 네트워킹 기술을 실제로 필요한 곳에 전용할 수 있도록 한다.
  • 일반 케이블/DSL를 해당 위치에서 연결할 수 없는 경우 집에 인터넷을 가져오십시오.
  • 인터넷을 외딴 산이나 호수에 있는 휴양지나 별장에 가져다 놓아라.
  • 인터넷을 요트나 대형 선박에 가져다 놓아라.
  • 주변 Wi-Fi 네트워크를 공유하십시오.

비영리 및 정부

  • 새로운 배선 없이 물리적 영역을 보호하는 산림 관리자와 같은 광범위한 물리적 감시 초소를 연결하십시오.
  • 관광 지역에서는 Wi-Fi 커버리지로 셀 데드 존을 채우고 지역 관광 무역 사업자를 위한 연결을 보장하십시오.
  • 현대적인 암호화 및 인증을 적용하여 전용 네트워크 인프라 비용을 절감하고 보안을 개선하십시오.

군대

  • 지역 당국이 유지할 수 있는 네트워크로 학교와 경찰서 같은 인프라, 비판적 의견 리더를 연결한다.
  • 전쟁으로 피폐해진 지역이 감당할 수 있는 값싼 장비(즉, 군사 수준의 네트워크 기술보다는 상업적 등급을 사용하여)로 탄력적인 인프라를 구축하십시오. 이는 선진 군사력에 맡겨질 수 있다.
  • 연료와 배터리 전력을 덜 끌어들이는 더 저렴한 단순화된 장비를 사용하여 비용을 절감하고 공급망을 단순화/보호하십시오. 일반적으로 이러한 장비들은 특히 모바일 기기에서 사용되는 Wi-Fi와 같은 상용 기술의 높은 우선순위임.

과학적인 연구

참고 항목: 무선 센서 네트워크
  • 페루 안데스 지진 프로젝트 때 장거리 지진 센서 네트워크가 사용되었다. 총 길이 320km(200마일)의 멀티홉 스팬이 30~50km(19~31마일)의 일부 구간과 교차했다. 지진 데이터를 실시간으로 받기 위해 외곽 역과 UCLA를 연결하는 것이 목표였다.[2]

대규모 배포

버클리 캘리포니아 대학교의 신흥 지역을 위한 기술 및 인프라(TIER) 프로젝트는 수정된 Wi-Fi 설정을 사용하여 개발 도상국의 여러 프로젝트에 대한 장거리 지점 간 링크를 생성한다.[3] 장거리 와이파이(Wi-Fi over Long Distance, WiLD)라고 불리는 이 기술은 아라빈드 안과와 인도 타밀나두 주에 있는 여러 외딴 병원을 연결하는 데 사용된다.[4] 거리는 5km에서 15km(3~10마일) 이상이며, 역은 서로 시야에 맞닿아 있다. 이 링크를 통해 병원의 전문가들이 화상회의를 통해 간호사와 병원의 환자와 의사소통을 할 수 있다. 환자가 추가 검사나 치료가 필요한 경우 병원 예약을 할 수 있다. 가나에 있는 또 다른 네트워크는 가나 대학, 레곤 캠퍼스를 코레부 의과대학과 시티 캠퍼스의 원격 캠퍼스로 연결하며, 추가 증축은 최대 80km(50mi)의 거리를 두고 있다.

에든버러 대학의 테골라 프로젝트는 광섬유의 손이 미치지 않는 시골 지역에 초고속의 저렴한 광대역통신을 도입하기 위한 새로운 기술을 개발하고 있다.[5] 로치 아워네의 N. 해안인 로이드아트와 킬베그에 있는 외딴 지역사회를 스카이의 게일릭 칼리지에서 백홀로 연결하는 5링크 링크가 있다. 모든 고리는 조수를 통과하며, 그 길이는 다음과 같다. 1+1⁄2 ~ 12마일(2.4 ~ 19.3 km)

다른 방식으로 범위 증가

추가 정보: 802.11 비표준 장비 및 무선 전파

전문 Wi-Fi 채널

추가 정보: WLAN 채널 목록

대부분의 표준 Wi-Fi 라우터에서는 세 가지 표준인 a, b, g로 충분하다. 그러나 장거리 와이파이에서는 와이파이 연결을 최대한 활용하기 위해 특수 기술이 사용된다. 802.11-2007 표준은 802.11a 표준에 10 MHz 및 5 MHz OFDM 모드를 추가하고, 주기적 접두사 보호 시간을 0.8 μs에서 3.2 μs로 연장하여 다중경로 왜곡 방어를 4배로 한다. 일반적으로 이용 가능한 802.11a/g 칩셋은 2007년 표준에 있는 OFDM '하프 클럭킹'과 '쿼터 클럭킹'을 지원하며, 4.9GHz와 5.0GHz 제품은 10MHz와 5MHz 채널 대역폭으로 이용할 수 있다. 일부 802.11n D.20 칩셋도 10MHz 채널 대역폭에서 사용할 수 있도록 '하프 클록킹'을 지원하며 802.11n 표준의 두 배 범위에서 지원할 가능성이 높다.

802.11n 및 MIMO

예비 802.11n 작업은 2008년에 많은 라우터에서 사용할 수 있게 되었다. 이 기술은 속도를 높이기 위해 여러 개의 안테나를 사용해 하나 이상의 소스를 타깃으로 할 수 있다. 이를 MIMO, 다중 입력 다중 출력이라고 한다. 시험에서, 속도 증가는 대부분의 포인트 투 포인트 설정에 필요한 긴 범위가 아닌 단거리에 대해서만 발생했다고 한다. 반면 직교 극성이 있는 듀얼 안테나를 2x2 MIMO 칩셋과 함께 사용하면 동일한 장거리 경로를 따라 2개의 독립적 반송파 신호를 송수신할 수 있다.

전력 증가 또는 수신기 감도 부스팅

옥상 1와트 Wi-Fi 앰프, 왼쪽의 간단한 수직 안테나를 공급한다.

범위를 추가하는 또 다른 방법은 파워앰프를 사용한다. 일반적으로 "레인지 익스텐더 앰프"로 알려진 이 작은 장치는 보통 안테나에 약 1/2와트의 전력을 공급한다. 그러한 증폭기는 기존 네트워크에 5배 이상의 범위를 제공할 수 있다. 매 3dB 이득은 유효 출력 전력을 두 배로 증가시킨다. 1와트의 전력과 6dB 이득의 안테나는 4와트의 유효 전력을 가질 것이다.

더 높은 게인 안테나 및 어댑터 배치

특수형태의 방향 안테나는 송신전력의 급격한 증가 없이 와이파이 전송의 범위를 증가시킬 수 있다. 높은 이득 안테나는 여러 설계일 수 있지만, 모두 비방향 안테나보다 더 큰 거리에 걸쳐 좁은 신호 빔을 송신할 수 있으며, 종종 근처의 간섭원을 무효로 한다. 이러한 "WokFi" 기법은 일반적으로 맨 시스템보다 10dB 이상의 이득을 얻는데,[6] 이는 수 킬로미터(마일) 범위의 가시선(LOS) 범위와 한계 위치에서의 개선을 충분히 가능하게 한다.

프로토콜 해킹

표준 IEEE 802.11 프로토콜 구현은 다른 Wi-Fi 장치와의 상호운용성을 파괴하고 안테나 근처에 위치한 송신기의 간섭을 겪을 위험에서 장거리, 지점간 사용에 더 적합하도록 수정할 수 있다. 이러한 접근방식은 TIER 프로젝트에서 사용된다.[7]

전력 수준 외에도 802.11 프로토콜이 각 수신 프레임을 어떻게 인정하는지도 중요하다. 승인을 받지 못하면 프레임이 다시 전송된다. 기본적으로 송신기와 수신기 사이의 최대 거리는 1.6 km(1 mi)이다. 더 먼 거리에서는 지연이 재전송을 강제할 것이다. Cisco Aironet 1200과 같은 일부 전문 장비의 표준 펌웨어에서, 이 매개변수는 최적의 처리량을 위해 조정될 수 있다. OpenWrt, DD-WRT 및 그것의 모든 파생 모델도 이러한 조정을 가능하게 한다. 일반적으로 오픈소스 소프트웨어는 모든 라디오 칩셋 기능을 노출하고 사용자가 수정하도록 하는 것이 원칙이기 때문에 프로토콜 해킹과 관련된 모든 목적에서 상용 펌웨어보다 훨씬 우수하다. 이 전략은 상용 펌웨어가 지원하지 않는 우수한 하드웨어 기능을 가진 WRT54G와 같은 로우엔드 라우터에서 특히 효과적이었다. 2011년 현재 많은 벤더는 여전히 오픈 소스 펌웨어가 잠금 해제된 일부 칩셋 기능만 지원했으며, 대부분의 벤더는 이를 시도하는 상용 펌웨어 사용자를 지원하려는 어려움을 피하기 위해 프로토콜 해킹에 오픈 소스 펌웨어의 사용을 적극 권장하고 있다.

패킷 조각화는 또한 소음/혼잡 조건에서 처리량을 개선하는 데 사용될 수 있다. 비록 패킷 조각화가 종종 나쁜 것으로 여겨지고, 실제로 큰 오버헤드를 더하여 처리량을 감소시키지만, 그것은 때때로 필요하다. 예를 들어 혼잡한 상황에서 30바이트 패킷의 ping 시간은 우수할 수 있는 반면 1450바이트 패킷의 ping 시간은 패킷 손실이 높아서 매우 열악할 수 있다. 조각화 임계값을 750으로 설정하여 패킷을 절반으로 나누면 처리량이 크게 향상될 수 있다. 조각화 임계값은 MTU의 분할(일반적으로 1500)이어야 하므로 750, 500, 375 등이 되어야 한다. 그러나 과도한 단편화는 문제를 더 악화시킬 수 있는데, 이는 간접비가 증가하면 혼잡도가 증가하기 때문이다.

장거리 와이파이 장애물

Wi-Fi 연결 범위를 늘리는 방법 또한 다음을 포함한 다양한 요인으로 인해 와이파이 연결이 취약하고 휘발될 수 있다.

조경 간섭

장거리 와이파이를 설치할 때 장애물이 가장 큰 문제로 꼽힌다. 나무와 숲은 마이크로파 신호를 약화시키고 언덕은 시야확산을 어렵게 한다. 비와 젖은 나뭇잎은 극도의 강우량으로 범위를 더 줄일 수 있다.

도시에서는 건물들이 무결성, 속도, 연결성에 영향을 미칠 것이다. 벽이나 지붕의 강철 프레임과 판금 등은 무선 신호를 부분적으로 또는 완전히 반사하여 신호 손실이나 다중 경로 문제를 일으킬 수 있다. 콘크리트나 석고 벽은 마이크로파 신호를 크게 흡수하여 전체 신호를 감소시킨다. 극도의 차폐량을 가진 병원은 실행 가능한 네트워크를 생산하기 위한 광범위한 계획을 요구할 수 있다.

조수 페이딩

지점간 무선 연결이 조수대나 군도를 가로지를 때, 조수 위의 반사에서 오는 다중 경로 간섭은 상당히 파괴적일 수 있다.[8] 테골라 프로젝트는 느린 주파수 호핑 기술을 사용하여 조수 페이딩을 완화한다.

2.4GHz 간섭

주요 기사: 2.4GHz에서의 전자기 간섭

주거지의 전자레인지 오븐은 2.4GHz 대역을 지배하며 소음층에 "식사시간 동요"를 일으킬 것이다. 점유 지역에서 장거리 사용을 가능하게 하는 데 엄청난 장애물로 통합되는 다른 많은 방해 요소들이 있다. 가정용 무선전화, USB 3.0 허브, 베이비 모니터, 무선 카메라, 원격 자동차 시동기, 블루투스 제품 등은 모두 2.4GHz 대역에서 전송이 가능하다.

2.4GHz 대역의 의도된 특성 때문에 가구당 수십 대의 기기가 잠재적으로 있을 정도로 이 대역의 사용자가 많다. 본질적으로, "장거리"는 안테나 시스템을 의미하는데, 이 시스템을 함께 추가하면 매우 높은 소음층을 생성하여 하나의 신호도 사용할 수 없지만 그럼에도 불구하고 수신된다. 장거리 시스템의 목적은 이러한 신호를 과출력하거나 방향 안테나를 사용하여 수신기가 이러한 장치를 "보기"하지 못하도록 함으로써 소음층을 감소시키는 시스템을 생산하는 것이다.

주목할 만한 링크

이탈리아

가장 긴 미증정 와이파이 링크는 CISAR(이탈리아 라디오 활동 센터)가 달성한 304km 링크다.[9] 장거리 무선 광대역통신의 세계 신기록.

  • 2016-05-7 및 2016-05-8에 처음 설정된 링크
  • 몬테아미타(투스카니)에서 몬테 림바라(사르디니아)까지 영구적인 것으로 보인다.
  • 주파수: 5765MHz
  • IEEE 802.11a(Wi-Fi), 대역폭 50MHz
  • 데이터 속도: 최대 356.33Mbit/s
  • 라디오: 유비쿼터스 네트워크 AF-5X 라디오
  • 무선 라우터: 유비쿼터스티 에어파이버
  • 길이: 304 km(189 mi).
  • 안테나는 120 cm(4')이며 수제 도파관이 있다. 35dBi 추정[10]

베네수엘라

또 다른 주목할 만한 개선되지 않은 와이파이 링크는 중남미 네트워킹스쿨 재단이 달성한 279km(173mi) 링크다.[3][11]

  • 피코 델 아길라 – 엘 바울 링크.
  • 주파수: 2412 MHz
  • 2006년 설립된 링크
  • IEEE 802.11 (Wi-Fi), 채널 1, 대역폭 22 MHz
  • 무선 라우터: Linksys WRT54G, OpenWrt 펌웨어(엘 아길라) 및 DD-WRT 펌웨어(엘 바울)
  • 길이: 279km(173mi).
  • 포물선 접시 안테나는 위성 서비스에서 재활용된 양끝에 사용되었다.
  • El Aguila 현장에서는 알루미늄 메시 반사경 2.74m(9ft) 직경, 중앙 공급, 섬유 유리 고체 반사경, 오프셋 공급, 2.44x2.74m(8x9ft)의 알루미늄 메시 반사경이다. 양끝에 12dBi Yagis 피드가 있었다.
  • Linkys WRT54G 시리즈 라우터는 안테나에 짧은 LMR400 케이블을 공급하므로 전체 안테나의 유효 이득은 30dBi로 추정된다.[12]
  • 이는 이 기술로 달성한 것으로 알려진 최대 사거리로, 지난해 미국에서 달성한 201km(125mi)의 종전 기록보다 향상되었다. 스웨덴 우주국은 315 km (196 mi)를 얻었지만, 6 와트 증폭기를 사용하여 머리 위 성층권 풍선에 도달했다.[13]

페루

로레토 나포에서의 안테나 설치(2007년 3월)

페루의 정글 지역에 있는 로레토는 세계에서 가장 긴 와이파이 기반의 멀티홉 네트워크가 있는 곳이다. 이 네트워크는 폰티피아 우니베르시디드 카톨리카 델 페루(GTR PUCP)의 농촌 통신 연구 그룹에 의해 구현되었다. 와이파이 체인은 많은 작은 마을들을 거쳐서 전체 거리를 커버하는 데 17홉이 걸린다. 카보 판토자의 건강우체국에서 시작하여 이키토스 시내에서 끝난다. 그것의 길이는 약 445 km (277 mi)이다.[3] 개입 구역은 해발 500미터(1600') 이하의 고지 정글에 설치되었다. 평평한 구역이며, 이러한 이유로 GTR PUCP는 평균 높이가 80m(260')인 타워를 설치하였다.

  • 이 링크는 2007년에 설립되었다. 로레토의 지방정부인 GTR PUCP와 Vicarriate San José de Amazonas는 네트워크의 유지보수를 위해 협력하고 있다.
  • 사용된 주파수 채널: 1, 6 및 11, 802.11g 비간격 채널
  • Doodle Labs 무선 라우터가 사용되었다.
  • L-com 안테나가 사용되었다.

참고 항목

참조

  1. ^ Joshua Bardwell; Devin Akin (2005). Certified Wireless Network Administrator Official Study Guide (Third ed.). McGraw-Hill. p. 418. ISBN 978-0-07-225538-6.
  2. ^ Martin Lukac; Igor Stubailo; Richard Guy; Paul Davis; Victor Aguilar Puruhuaya; Robert Clayton; Deborah Estrin (2009). "First-class meta-data: a step towards a highly reliable wireless seismic network in Peru" (PDF). California Institute of Technology. Retrieved 2011-10-14.
  3. ^ a b c Ioanis Nikolaidis; Kui Wu (2010-07-13). Ad-Hoc, Mobile and Wireless Networks: 9th International Conference, ADHOC-NOW 2010, Edmonton, AB, Canada, August 20–22, 2010, Proceedings. Springer Science+Business Media. p. 202. ISBN 978-3-642-14784-5.
  4. ^ Michael Zhao (April 9, 2007). "60-Mile Wi-Fi". Forbes. Retrieved 2011-10-07.
  5. ^ Rory Cellan-Jones (June 3, 2008). "Begging for Broadband". BBC News. Retrieved 2011-10-07.
  6. ^ Sergiu Nedevschi (2008). Maximizing performance in long distance wireless networks for developing regions. p. 28. ISBN 978-1-109-09610-1.
  7. ^ Lakshminarayan Subramanian; Sonesh Surana; Rabin Patra; Sergiu Nedevschi; Melissa Ho; Eric Brewer & Anmol Sheth (November 2006). "Rethinking Wireless for the Developing World" (PDF). University of California Berkeley. Retrieved 2011-10-08. Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  8. ^ Alex Macmillan; Mahesh K. Marina; Jhair Tocancipa Triana (March 2010). "Slow Frequency Hopping for Mitigating Tidal Fading on Rural Long Distance Over-Water Wireless Links" (PDF). University of Edinburgh School of Informatics. Retrieved 2011-10-14.
  9. ^ Matt Chapman (August 23, 2007). "Wi-Fi world record set at 304km". Incisive Media. Retrieved 2011-07-19.
  10. ^ http://www.cisar.it/images/2016/27HighCapacityLong.pdf
  11. ^ Ermanno Pietrosemoli. "Setting Long Distance WiFi Records: Proofing Solutions for Rural Connectivity". Fundación Escuela Latinoamericana de Redes University of the Andes (Venezuela). Retrieved 2011-10-08.
  12. ^ 플리케거 외 2008, 페이지 355
  13. ^ "World's Longest Wi-Fi Connection Made by The Swedish Space Corporation".
참고 문헌 목록

외부 링크