Рассмотрим в теории и на практике возможность построения воздушного канала передачи данных на расстоянии 30 км между объектами на оборудовании Ubiquiti

Имеется проект по организации связи между центральным офисом и отдалённым на 30 километров филиалом компании. Для филиала нужно обеспечить не только получение данных с центрального офиса (FTP, Интернет, корпоративный портал), но и передавать телеметрию, работать с базой данных и телефонией, RDP-доступ. Прокладывать кабель очень проблематично, а провайдера рядом с филиалом нет. Решено было организовать воздушный канал передачи данных [https://lantorg.com/article/sovremennaya-radiorelejnaya-svyaz , https://ru.wikipedia.org/wiki/Радиорелейная_связь , http://vivalaradio.ru/archives/485], для чего и закупили оборудование фирмы Ubiquiti [https://www.ui.com/products/]: антенны, сетевые контроллеры, грозозащиты, PoE-адаптеры, свитчи. В качестве альтернативы рассматривалось оборудование фирм Alcoma, Jirous, Huawei, Saf, Микран. Расскажем последовательно, как соединить объекты по воздуху и получить скоростной и устойчивый канал связи.

 

Немного теории

Выбор антенны и приемо-передатчика зависит от одного фактора – расстояние между объектами. Когда оно известно, то уже подбирается оборудование на основании его характеристик – расстояние, мощность, частота.

При выборе воздушного приёмо-передающего устройства надо руководствоваться несколькими основными правилами:

   - чем больше антенна, тем уже сигнал;

   - чем выше мощность, тем больше расстояние между объектами;

   - чем больше частота, тем больше чувствительность к погодным условиям;

   - частота 5 ГГц уже сильно занята.

Один из первых шагов выполнения работ – планирование, схематическая подготовка, чтобы заранее подобрать необходимое оборудование, комплектующие, материал. На рисунке 1 можно увидеть схему подключения всего оборудования, которая применима к 2м объектам. Далее опишем элементы схемы.

Рисунок 1. Схема воздушного канала передачи данных.

 

Антенна

Антенны существуют разных типов и размеров, от чего и зависит форма сигнала. У антенн маленького диаметра форма сигнала в виде окружности, сигнал более рассеянный. Антенны большего диаметра позволяют сделать форму сигнала очень узким, как луч.  

В нашем случае используется антенна AF-11G35 [https://www.ui.com/airfiber/airfiberx-antenna/ , https://wifimag.ru/cat/ubiquiti/airfiber/ubiquiti_airfiber_11g_35_antenna_parabolicheskaya_passivnaya/] в виде тарелки диаметром 0.8 м. К ней на задней стороне имеется крепление для радиорелейки и 2 разъёма для соединения с ней специальными коаксиальными кабелями (см. рис. 2).

Рисунок 2. Антенна с приемо-передатчиком.

 

Приёмо-передатчик

Прохождение трафика по воздуху осуществляется с помощью приёмо-передатчика или его ещё можно назвать сетевой контроллер, или радиорелейка.

Сетевой контроллер приема-передачи данных airFiber AF-11FX [https://www.ui.com/airfiber/airfiber-11fx , https://wifimag.ru/cat/ubiquiti/airfiber/ubiquiti_airfiber_11fx_full_duplex/] работает на частоте 11 ГГц, точнее приём данных на 11000 МГц, а передача – 11530 МГц, так как он поддерживает прохождение трафика в обе стороны без перерыва, в отличие от Wi-Fi (где сначала происходит передача, а потом приём, но для голосового трафика это плохо).

Разница между частотами установлена по рекомендациям фирмы Ubiquiti, которая должна быть минимум 490 МГц, чтобы не было подавления при передаче собственного приёма данных. В нашем случае удобно было установить разницу в 530 МГц. Данные 2 частоты необходимо регистрировать в организации по контролю и надзору за частотами.

Радиорелейка внизу имеет 3 разъёма: один под питание и два – RJ-45, чтобы можно было ноутбуком подключиться и произвести настройки на месте (порт Management) и непосредственно для прохождения трафика (порт Data).

Настройка и управление данным оборудованием происходит по веб-интерфейсу. На главной странице можно сразу увидеть следующую полезную информацию: расстояние между точкой А и В, частоту приёма и передачи, ширину канала, уровень сигнала, прохождение трафика в реальном времени, режим работы, время работы и соединения, статус, длину кабеля до свитча и другое (см. рис. 3). Помимо этого, можно ещё отобразить юстировку антенны и найденные устройства.

Рисунок 3. Главная веб-страница контроллера.

В меню настроек РАДИО мы указали (см. рис. 4): РЕЖИМ РАДИО - Master, ИМЯ СОЕДИНЕНИЯ - GH, КОД СТРАНЫ – Licensed, ШИРИНА КАНАЛА - 56 MHz, РЕЖИМ ПЕРЕДАТЧИКА - MIMO, ЧАСТОТА ПЕРЕДАЧИ – 11530 MHz, ЧАСТОТА ПРИЁМА – 11000 MHz, ВЫХОДНАЯ МОЩНОСТЬ – 79 dBm, КАУНТЕННЫ – 50 dBi, ПОТЕРИ В КАБЕЛЕ - 0 dB, МАКСИМАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ МОДУЛЯЦИИ – 8x, ТИП КЛЮЧА - HEX.

Рисунок 4. Настройки радиоканала.

В меню настроек СЕТЬ устанавливаются такие сетевые параметры, как IP-АДРЕС, МАСКА, ШЛЮЗ, DNS, МЕНЕДЖМЕНТ VLAN, АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПОДМЕНА IP, ПОРТ AIRVIEW (18888), СКОРОСТЬ MGMT, СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ, КОНТРОЛЬ ПОТОКА, ФИЛЬТР MULTICAST, РАБОТА ПРИ ПОТЕРЕ НЕСУЩЕЙ, ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСА и другое.

В меню настроек СЕРВИСЫ включаются нужные галочки (и указывается IP-адрес) для Telnet сервер, Клиент NTP, Системный журнал, Обнаружение устройств и другое.       

 

Грозозащита

При использовании радиооборудования необходимо применять меры безопасности от гроз. Грозозащита спасёт оборудование от резких скачков напряжения, разряжая электрические разряды в земле.

Установка двух грозозащит происходит по рекомендациям фирмы Ubiquiti, что улучшает условия отвода перенапряжения. Одна всепогодная грозозащита ETH-SP-G2 [https://habr.com/ru/company/comptek/blog/248531/] (см. рис. 5) монтируется в нижней части схемы и соединяется с PoE-адаптером на расстоянии 1 м, а вторая – сверху на расстоянии 1 м от антенны.

Рисунок 5. Грозозащита ETH-SP-G2.

 

PoE-адаптер

PoE-адаптер GP-C500-120G [https://www.pluscom.pl/en/ubiquiti-gp-c500-120g-50v-1-2a-gigabit-ethernet-poe-power-supply-poe-50-60w--p5702.html] применяется для подачи напряжения 48В вместе с данными. Здесь в кабеле витая пара задействованы все 8 жил, по 2м парам подаётся “-”, по другим 2м – “+”.

 

Свитч

Коммутаторы UniFi Switch PoE 24\48 [http://ubiquiti.net.ua/ubiquiti_unifi_switch_us_24_250w] не имеют ни консоли управления, ни прямого веб-доступа. Настройка и мониторинг работы таких свитчей происходит с помощью специализированного программного обеспечения UniFi Network Management Controller. Сначала это может показаться неудобным, но после настройки 1-2 “железяки” понимаешь всю прелесть работы с ним.

 

Программа управления

Централизованное управление всеми устройствами достигается с помощью программного обеспечения UniFi Network Management Controller [http://www.ubnt.su/review/unifi-controller-507-setting.htm], которая имеет как веб-интерфейс и доступ через облако, так и возможность локальной установки.                 

Мы установили программу локально. Слева на панели расположены кнопки меню DASHBOARD, STATISTICS, MAP, DEVICES, CLIENTS, INSIGHTS, EVENTS, ALERTS, SETTINGS. Первые 2 меню отображают информацию относительно Wi-Fi устройств, а так как у нас таких нет, то и страницы пусты.

Меню MAP отображает карту сети, которая рисуется автоматически. При подводе мышкой на какое-то оборудование пунктирной линией прорисовывается путь прохождения трафика (см. рис. 6).

Рисунок 6. Карта сети.

В меню DEVICES можно увидеть перечень подключённого оборудования, а также имя устройства, IP-адрес, статус, модель, версию, uptime, действия (Locate, Restart, Downgrade, Upgrade) (см. рис. 7). При нажатии на устройстве мышью справа появляется панель свойств, где можно просмотреть подробную информацию о портах (активный ли, прием и передачу данных, профиль, имя, статус), загрузку памяти и процессора, изменить сетевые настройки и другое.

Рисунок 7. Список обнаруженных устройств.

Меню CLIENTS отображает перечень устройств, подключенные к свитчам, их MAC-адрес, IP-адрес, uptime, количество переданной и полученной информации, статус, название порта, действия.

В меню SETTINGS происходят настройки относительно локальной и беспроводной сети, маршрутизации и фаерволла, профилей и сервисов, учётных записей, гостевой сети, автоматического резервного копирования (получится файл .unf) и другое (см. рис. 8).

Рисунок 8. Настройки программы.

 

Программа airLink

Антенны располагаются не просто на какой-то вышке и какой-то высоте, а подбирается определённая местность и размещение. Для этого используется различное программное обеспечение для прокладки и просчёта воздушных трасс, типа LinkTest, airLink.

В нашем случае применяется программа airLink [https://link.ui.com/]. В ней на карте выбирается 2 участка, в свойствах подбирается нужная высота с обеих сторон, можно ещё указать частоту. Программа определяет расстояние между точкой А и В автоматически, строит профиль используемого канала, отображает его качество соответствующим цветом: зелёный – правильный подбор места расположения антенн, жёлтый – будет воздействие помех, красный – сигнал чем-то перекрывается (см. рис. 9).

Рисунок 9. Построение воздушной трассы в airLink.

Окончательными действиями являются проверка связи удалённого компьютера командой ping. При успешном прохождении пакетов необходимо приступать к созданию доступов к файловому серверу, RDP-доступов, базе данных, интернет, телефонии и другое.

 

Немного истории

Когда интернет был очень медленным, когда не было общедоступной GPS-навигации и программ расчёта воздушных трасс, специалисты радиосвязи всё равно строили воздушные каналы передачи данных. Как?

Первым делом нужно было найти специальные топографические карты местности, которые ранее были труднодоступными, возможно, частично засекреченными, и находились через руководство только для служебного пользования. Работая с такими картами, нужно было разбираться в масштабах и обозначениях местности.

На карте возвышенности и рельефные склоны обозначены тонкими, как волоски, красными линиями. На карте между точками A и B проводится карандашом прямая линия, находится ближайшая высота (обозначенная цифрами и значком). Такой же длины на листе бумаги рисуется линия, на карте между красными волосками также указано расстояние с учётом масштаба. На листке бумаги через небольшие отрезки на линии переносятся точки и соединяются, получается некий график.

Затем в точках А и В прибавляется некая цифра, соответствующая будущей высоте установки антенн с учётом погрешностей и ширины канала.

Принцип построения радиоканалов связи остался прежним, но новое оборудование предоставляет больше гибкости, удобства его использования. Ранее коаксиальный кабель от радиорелейки шёл в модем, от которого в мультиплексор с поддержкой портов E1, причём в точках A и B они должны были быть одинаковой модели.          

 

Достоинства: Ubiquiti предлагает антенны, свитчи и программное обеспечение для полного комплекта в средней ценовой категории.

Недостатки: тщательное планирование, наличие знаний беспроводных технологий.

Вывод:  создание скоростного воздушного канала передачи данных на основе современного оборудования и специального программного обеспечения происходит не так уж и сложно. Нужно правильно спланировать действия, подобрать необходимые устройства, произвести его настройку, протестировать. Потребуются знания сетевых технологий и беспроводных сетей. В нашем случае пропускная способность канала составляет 600 Мбит\с на расстоянии 30 км. По характеристикам описанных выше приёмо-передатчиков вместе с антеннами можно добиться ещё большей скорости на расстоянии в несколько сотен километров.