Общие сведения о радиосвязи и Wi-Fi оборудовании
1.1. Основы связи Wi-Fi в видеонаблюдении
В беспроводном видеонаблюдении используется диапазон частот 2.4 или 5 ГГц, т.е. ВЧ и КВЧ. Радиоволны в этих диапазонах частот не огибают препятствия, распространяются в пределах прямой видимости.Основная проблема организации беспроводного подключения IP камер и другого оборудования на частотах 2.4 ГГц или 5 ГГц в помещении или на улице заключается в том, что радиосигналы очень плохо проходят через твердые объекты. Обходя препятствия, радиосигнал многократно отражается от различных препятствий.
Внимание! Для работы любой Wi-Fi камеры требуется наличие прямой видимости между точками установки приемной и передающей антенн. Трасса прохождения радиосигнала должна быть свободна от любых помех - деревьев, кустов, зданий и т.д. в пределах зоны Френеля (подробности ниже).
Отраженные радиосигналы от различных препятствий проходят по разным траекториям и приходят к антенне приемника с различной временной задержкой, что может привести к наложению переданных пакетов друг на друга.
Для преодоления таких проблем используется кодирование OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов). OFDM разрабатывалась для использования вне помещений. Суть кодирования OFDM состоит в создании широкополосного сигнала, состоящего из некоторого количества «ортогональных» сигналов, каждый из которых передает поток данных с низким битрейтом.
Беспроводные IP камеры, а также другое беспроводное оборудование, работают в соответствии с международными стандартами семейства 802.11. Наиболее важные и распространенные из них – 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n.
1.1.1. Выбор месторасположения
Чтобы избегать взаимного влияния оборудования, следует располагать беспроводное оборудование (точки доступа, беспроводные адаптеры) подальше трансформаторов, микроволновых печей, мощных электродвигателей, светильников дневного света и другого промышленного оборудования. Клиенты должны подключаться к точке доступа находящейся в прямой видимости, так как различные препятствия на пути сигнала могут существенно повлиять на пропускную способность. Обычная офисная перегородка может сильно ослабить сигнал, а капитальная стена и вовсе стать надежным экраном на пути сигнала. Для обеспечения равномерного покрытия отдельных помещений используйте несколько точек доступа.
1.1.2. Работа в конкретных условиях
На беспроводную сеть влияет множество факторов (соседствующие беспроводные сети, погода, расстояния, расположение и тип используемых антенн, интенсивность использования беспроводных каналов и количество одновременно подключенных клиентов, преграды на пути сигнала и т.п.). При инсталляции новой беспроводной сети очень сложно предугадать как она будет работать в выбранном Вами местоположении. Каждая среда размещения уникальна в плане различной инфраструктуры, количеством препятствий материалами из которых они изготовлены, погодными условиями, и т.д. Поэтому практически невозможно дать точную оценку работы того или иного беспроводного решения без проведения тестовых испытаний.
1.1.3. Расположение антенны
Антенна с круговой диаграммой направленности позволяет выполнить ее регулировку в вертикальной и горизонтальной плоскости. Иногда поворот антенны помогает при слабом уровне сигнала. Вы можете использовать направленные антенны, чтобы расширить зону покрытия. Перед заменой антенны следует убедиться что она подходит по характеристикам (частотный диапазон) и имеет разъем соответствующего типа. Если тип разъема у антенны отличается, то Вам необходимо заранее приобрести соответствующий переходник.
Внимание! Если на пути сигнала находится капитальная стена или перекрытие (из армированного железобетона), то замена антенны на более мощную не даст положительного результата. Такие преграды практически полностью поглощают и отражают сигнал точки доступа. Если возможно обогнуть препятствие с помощью установки дополнительного ретранслятора, который имеет прямую видимость с точками приема и передачи, то такое решение намного лучше, чем пытаться преодолеть его в лоб.
1.1.4. Тип беспроводных клиентов
Если точка доступа настроена на поддержку беспроводных клиентов стандартов 802.11b и 802.11g, то при подключении клиентов стандарта 802.11b пропускная способность беспроводной сети значительно снизится. Причина в том, что в этом режиме каждому 802.11g OFDM пакету должен предшествовать RTS-CTS или CTS, который может быть распознан устройствами стандарта 802.11b. Этот дополнительно снижает скорость. Поэтому если в вашей беспроводной сети нет оборудования работающего по стандарту 802.11b рекомендуется перевести точку доступа в режим G only. Также значительно влияет на пропускную способность беспроводного подключения использование режимов WDS и Repeater (снижение пропускной способности в два раза).
1.2.1. Стандарты семейства 802.11
IEEE 802.11 — набор стандартов связи, для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 2,4; 3,6 и 5 ГГц. Наиболее известен по названию Wi-Fi.
802.11
Первый вариант стандарта, диапазон работы – 2.4 ГГц. Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 1 Мбит/с и опционально на скорости 2 Мбит/с. В настоящее время не используется. Ширина канала – 11МГц.
802.11a
Стандарт, использующий диапазон 5ГГц, обеспечивает скорости работы 54 до 36, 24, 18, 12, или 6 Мбит/c. Ширина канала – 20МГц.
802.11b
Дальнейшее развитие стандарта 802.11, использующего диапазон 2.4ГГц, Обеспечивает скорости работы 11, 5.5, 2 и 1 Мбит/с Ширина канала – 22МГц.
802.11g
Наиболее распространенный стандарт, обеспечивающий лучшую по сравнению с 802.11b пропускную способность. Стандарт использует диапазон 2.4 ГГц, и обеспечивает скорости работы 54, 36, 24, 18, 12 и 6 Мбит/с. Обратно совместим со стандартом 802.11b, и, соответственно поддерживает также скорости работы 11, 5.5, 2 и 1 Мбит/с. Ширина канала – 20МГц.
802.11n
Стандарт 802.11n повышает скорость передачи данных практически вчетверо по сравнению с устройствами стандартов 802.11g (максимальная скорость которых равна 54 МБит/с), при условии использования в режиме 802.11n с другими устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 480 Мбит/с. Устройства 802.11n работают в диапазонах 2,4 — 2,5 или 5,0 ГГц.
Однако, данная скорость передачи данных подразумевает использование большей ширины канала (40МГц) и использования нескольких антенн для приема и передачи данных. Это затрудняет применение данного оборудования вне помещения, кроме того, из-за распространения устройств Wi-Fi, работа со спектром 40 МГц в реальных условиях крайне маловероятна.
1.2.2. Используемые частоты и каналы в диапазоне 2.4 ГГц
Для беспроводной Wi-Fi связи используется определенный диапазон частот, причем в зависимости от страны, этот диапазон может быть различным. Весь диапазон частот разбит на несколько каналов, на которых может работать оборудование.
Стандарты 802.11b, 802.11g и 802.11n определяют следующие каналы:
2,417
США, Европа, РФ, Япония 3 2,422 США, Европа, РФ, Япония 4 2,427 США, Европа, РФ, Япония 5 2,432 США, Европа, РФ, Япония 6 2,437 США, Европа, РФ, Япония 7 2,442 США, Европа, РФ, Япония 8 2,447 США, Европа, РФ, Япония 9 2,452 США, Европа, РФ, Япония 10 2,457 США, Европа, РФ, Япония 11 2,462 США, Европа, РФ, Япония 12 2,468 Европа, РФ, Япония 13 2,472 Европа, РФ, Япония 14 2,484 Япония
Из таблицы видно, что шаг каналов в диапазоне 2.4 ГГц составляет 5 МГц, а ширина канала, как описано выше, составляет 20МГц. Таким образом, спектр рабочих частот оборудования перекрывается и независимых каналов, работа на которых возможна без взаимных помех, всего три – например 1 (2,412 ГГц), 6 (2,437 ГГц) и 11 (2,462 ГГц), частоты которых отличаются более чем на 20 МГц. Можно также использовать как независимые каналы 2, 7, 12 или 3, 8, 13.
Так как имеется всего 3 независимых Wi-Fi канала, причем реальная скорость работы Wi-Fi устройств в реальных условиях не превышает 8-10 Мбит/, то подключение по Wi-Fi множества устройств одновременно сильно затруднено из-за ограничения пропускной способности.
Опыт показывает, что подключение более 4-5 беспроводных Wi-Fi камер с битрейтом 500-1000 кбит/с к одной точке доступа нецелесообразно. Причем ограничивает количество подключаемых камер не только ширина беспроводного канала, но и ограниченное быстродействие процессора точки доступа, который просто не успевает обрабатывать поступающие пакеты данных при подключении множества устройств одновременно. Таким образом, с использованием стандартных средств можно подключить не более 12-15 камер по Wi-Fi.
Кроме того, нужно учитывать, что в настоящее время имеется множество оборудования, работающего в данном стандарте, и, соответственно, беспроводные каналы могут быть заняты другими радиосетями, что еще более затрудняет подключение IP камер.
Применение оборудования Wi-Fi требует офрмление соответствующих лицензий и разрешений в соответствии с законодательством РФ. Для преодоления данного ограничения существует два пути – использовать оборудование, работающее в диапазоне 5 ГГц или использовать нестандартные частоты в диапазоне 2.4 ГГц.
1.2.3. Нестандартные частоты и каналы в диапазоне 2.4 ГГц
Некоторое оборудование может работать за пределами стандартного диапазоне частот, определенного стандартом Wi-Fi. Это свойство полезно при зашумленности или занятости стандартных Wi-Fi каналов. Так как в данном случае используются нестандартные частоты, то должно применяться только совместимое оборудование.
Нестандартные каналы, доступные для оборудования Ubiquiti:
Из таблицы видно, что шаг нестандартных каналов составляет 5 МГц, а ширина канала, как описано выше, составляет 20МГц. Таким образом, спектр рабочих частот оборудования также перекрывается и независимых каналов на нестандартных частотах, работа на которых возможна без взаимных помех и частоты которых отличаются более чем на 20 МГц – четыре: например 237, 242, 247 и 252. Можно также использовать как независимые каналы 238, 243, 248 и 253 или 239, 244, 249 и 254 и т.д.
Итак, имеет 3 стандартных неперекрывающихся Wi-Fi канала и 4 нестандартных неперекрывающихся Wi-Fi канала, итого 7 каналов, в каждом из которых можно подключить до 4-5 беспроводных камер, итого имеется возможность подключить 28-35 камер при использовании беспроводной связи в диапазоне 2.4 ГГц. Однако применение такого оборудования требует офрмление соответствующих лицензий и разрешений в соответствии с законодательством РФ.
1.2.4. Используемые частоты и каналы в диапазоне 5 ГГц
Для беспроводной Wi-Fi связи в диапазоне 5 ГГц в Европе используется два диапазона частот 5150МГц–5350МГц (нижний диапазон) и 5470МГц–5850МГц (верхний диапазон). Это связано с тем, что в этом диапазоне очень маленькая длина волны и тяжело изготовить антенну, которая одинаково хорошо работает на всем диапазоне 5 ГГц вследствие ограничений на геометрические размеры элементов.
Стандарт 802.11а определяет следующие каналы:
Из таблицы видно, что шаг каналов в диапазоне 5 ГГц составляет 5 - 20 МГц, а ширина канала, как описано выше, составляет 20МГц. Таким образом, спектр рабочих частот оборудования перекрывается и независимых каналов, работа на которых возможна без взаимных помех – 22 (сравните с 3-7 каналами в диапазоне 2.4 ГГц).
На каждом из каналов можно подключить до 4 беспроводных камер, итого имеется возможность подключить 88 камер при использовании беспроводной связи в диапазоне 5 ГГц. Применение оборудования Wi-Fi требует офрмление соответствующих лицензий и разрешений в соответствии с законодательством РФ.
2.1. Реальная скорость связи по Wi-Fi и факторы, влияющие на нее
Следует учитывать, что указанные выше скорости передачи данных – это теоретические пиковые значения для каждого из стандартов. Реальная эффективная скорость передачи будет гораздо ниже потому, что, во-первых, часть полосы пропускания канала уходит на передачу служебных данных, а во-вторых, скорость передачи данных по радиоканалу между двумя абонентами существенно снижается с увеличением расстояния между ними и/или увеличением уровня помех.
Оборудование стандарта IEEE 802.11b в реальных условиях функционирования обеспечивает эффективную пропускную способность порядка 5 Мбит/с, в среднем же реальная скорость передачи данных обычно не превышает 4 Мбит/с. Более быстрые системы 802.11a и 802.11g позволяют передавать данные с реальными скоростями от 6 до 20 Мбит/с, причем устройства 802.11а, как правило, работают чуть быстрее, чем 802.11g. Естественно, с увеличением расстоянием скорость передачи падает из-за снижения соотношения сигнал/шум на входе приемника.
Таким образом, можно сделать вывод, что эффективная пропускная способность сетей Wi-Fi любых типов примерно равна половине пиковой скорости передачи данных, обеспечиваемой конкретной спецификацией.
2.1.1. Дальность работы по Wi-Fi
На дальность работы, скорость связи и устойчивость подключения по Wi-Fi влияют множество факторов.
2.1.1.1. Отношение сигнал/шум в точках расположения антенн приемника и передатчика
Это отношение зависит от шумов и помех на используемых частотах, наличия других мешающих беспроводных сетей, работающих на тех же или соседних каналах, наличия помех от промышленного оборудования, наличия беспроводных аналоговых систем передачи видео (видеосендерах), работающих на тех же частотах и т.д. Без наличия соответствующих приборов (анализаторов спектра) оценить соотношение сигнал/шум на выбранном канале невозможно, можно только перевести точку доступа в режим клиента и просканировать эфир на наличие мешающих беспроводных сетей.
Обычно отношение сигнал/шум можно оценить только на практике после установления связи и при наличии большого уровня помех бывает необходимо отстроиться от них, перейдя на другие каналы или даже на другой диапазон.
2.1.1.2. Наличие препятствий на пути распространения сигнала
Если на пути распространения сигнала есть объекты, мешающий его распространению, то на расстоянии более 50 метров отсутствие связи практически гарантировано! Объекты, мешающие распространению радиосигналы, могут быть любыми, наиболее распространены здания, линии электропередач, деревья и т.д.Очень часто недооценивают влияние деревьев. Следует учитывать, что один метр кроны ослабляет сигнал до 6 дБ!
Для устранения препятствий можно изменить место установки антенн, поднять антенны выше препятствий (с учетом зоны Френеля, о чем будет написано ниже), либо организовать передачу видео от беспроводных камер с использованием промежуточных ретрансляторов или мостов.
2.1.1.3. Наличие препятствия в зоне Френеля
Зона Френеля – это область вокруг линии прямой видимости, в которой распространяются радиоволны. Как правило, перекрывание 20% зоны Френеля не вызывает больших потерь сигнала. Но при перекрывании более 40% потери становятся уже значительными.
антеннами, м Требуемый радиус первой
зоны Френеля на частоте 2.4 ГГц, м Требуемый радиус первой
зоны Френеля на частоте 5 ГГц, м 300 3,06 2,12 1600 7 4,9 8000 15,81 10,95 10000 17,68 12,25 15000 21,65 15
На расстояниях более нескольких километров для расчета прямой видимости радиолинка кроме рельефа необходимо учитывать кривизну земли.
2.1.1.4. Влияние погоды беспроводную связь с Wi-Fi камерами
Природные явления, такие как дождь, туман и снег незначительно влияют на стабильность беспроводной связи. Некоторое влияние оказывает сильный дождь или сильный туман. Влияние погодных условий становится заметно при частотах выше 4 ГГц, поэтому в системах на 2.4 ГГц влияние погоды будет незначительно. Диапазон 2.4 ГГц достаточно плотно занят, а влияние погоды на 5 ГГц диапазон пренебрежимо мало на расстояниях порядка 800 м.
2.1.1.5. Кабельная система
Для подключения внешних антенн к точке доступа используются кабельные сборки, состоящие из кабелей с соответствующими разъемами для подключения к точке доступа и антенне. Качество изготовления кабельной сборки и монтажа ее в месте установки антенны оказывает большое влияние на качество и скорость связи.
По внутреннему проводнику передается радиосигнал, а внешний экран предотвращает излучение сигнала в атмосферу и интерференцию с внешними сигналами. При передаче сигнала по кабелю, он затухает. Степень затухания зависит от частоты передачи и конструкции кабеля. Затухание в кабеле должно быть сведено к минимуму, для чего необходимо применять качественные кабели, рассчитанные на используемый диапазон частот минимальной длины. Длина кабеля в любом случае не должна превышать нескольких метров из-за того, что потери в кабеле на частотах Wi-Fi весьма велики.
Еще одним компонентом кабельной сборки являются разъемы. Наиболее часто используемые разъемы при связи по Wi-Fi – это разъемы типа N
и SMA
.
Разъемы делятся на разъемы типа male (папа) и разъемы типа female (мама), а также на тип соединения – винт или гайка.
Таким образом, существует 8 типов разъемов и при подключении оборудования необходимо внимательно подойти к выбору типов разъемов кабельной сборки.
Внимание! Обращение с кабельными сборками требует осторожности!
• Не бросайте кабельные сборки на пол и не наступайте на них при монтаже и демонтаже!
• Не перегибайте кабель и не выдергивайте разъем, держась за кабель.
• Не используйте инструменты для закручивания разъемов. Всегда делайте это только руками.
• Не допускайте попадания влаги (снег, дождь, туман) на внутренние части разъемов и под изоляцию кабеля. Вода на частотах работы Wi-Fi оборудования оказывает очень большое сопротивление. Помните, что попавшую влагу практически невозможно высушить и кабельная сборка после попадания влаги подлежит замене!
• После окончания монтажа и настройки линии связи дополнительно загерметизируйте разъемные соединения.
Помните, что при несоблюдении данных условий возможно возникновение проблем со стабильностью работы из-за нестабильности параметров кабельных сборок! Эти проблемы очень трудно отследить и обнаружить, а они могут привести к непредсказуемому поведению радиоканала.
2.1.1.6. Мощность передатчика
Мощность передатчика определяет расстояние, на которое будет передаваться сигнал, а также скорость передачи. Чем больше мощность передатчика, тем на большем расстоянии можно установить связь. Мощность передачи обычно измеряется в милливаттах или дБм.
Если необходимо обеспечить максимальную дальность связи, то используйте передатчик большой мощности и антенну с большим коэффициентом усиления.
2.1.1.7. Чувствительность приемника
Параметры приемника Wi-Fi характеризуются прежде всего его чувствительностью, которая определяется как минимальный уровень сигнала, при котором приемник способен удовлетворительно декодировать информацию. Порог приемлемости определяется частотой появления ошибочных битов (BER), частотой появления ошибочных пакетов (packet error rate, PER) или частотой появления ошибочных фреймов (frame error ratio, FER).
Обратите внимание на то, что чувствительность приемника указывается для конкретной скорости передачи, поскольку каждая схема модуляции имеет свои требования к отношению сигнал/шум (SNR). В общем случае, чем выше скорость передачи данных, тем больше должно быть отношение сигнал/шум и, следовательно, тем выше чувствительность приемника.
Чувствительность приемника - один из важнейших входных параметров для оценки характеристик Wi-Fi оборудования, который, в конечном счете, определяет достижимые скорости передачи данных и радиус действия.
2.1.1.8. Используемые антенны
Несмотря на важность всех описанных выше параметров, основное влияние на дальность и скорость связи оказывают типы применяемых антенн.
2.2. Антенны Wi-Fi
Для правильного выбора антенн для применения в конкретных условиях организации связи, важно разбираться в их свойствах, таких, как диаграмму направленности, поляризацию, направленность, коэффициент усиления, входной импеданс, полосу частот и т.д.
Коэффициент усиления - один из важнейших характеристик антенн. Часто название этого параметра приводит к ошибочному предположению, что антенны способны усиливать сигнал. На самом деле это не так — если мощность передатчика, к примеру, составляет 50 мВт, то какую бы антенну Вы ни установили, мощность передаваемого сигнала будет такой же. Дело в том, что все антенны подобного рода представляют собой пассивные устройства и брать энергию для усиления передаваемого сигнала им попросту неоткуда. Но что же тогда означает коэффициент усиления? Для того чтобы ответить на этот вопрос, прежде ознакомимся с такими важными понятиями, как идеальный изотропный излучатель и диаграмма направленности антенны.
2.2.1. Изотропный излучатель
Антенны излучают энергию в виде электромагнитных волн во всех направлениях. Однако эффективность передачи сигнала для различных направлений может быть неодинакова и характеризуется диаграммой направленности. Для оценки эффективности передачи сигнала по различным направлениям введено понятие изотропного излучателя, или изотропной антенны.
В природе изотропных излучателей не существует. Каждая передающая антенна, даже самая простая, излучает энергию неравномерно — в каком-то направлении ее излучение максимально. Изотропный же излучатель рассматривается исключительно в качестве некоторого эталонного излучателя, с которым удобно сравнивать все остальные антенны.
2.2.2. Диаграмма направленности антенны
Направленные свойства антенн принято определять зависимостью напряженности излучаемого антенной поля от направления. Графическое представление этой зависимости называется диаграммой направленности антенны. Трехмерная диаграмма направленности изображается как поверхность, описываемая исходящим из начала координат радиус-вектором, длина которого в том или ином направлении пропорциональна энергии, излучаемой антенной в данном направлении. Кроме трехмерных диаграмм, часто рассматривают и двумерные, которые строятся для горизонтальной и вертикальной плоскостей.
При этом диаграмма направленности имеет вид замкнутой линии в полярной системе координат, построенной таким образом, чтобы расстояние от антенны (центр диаграммы) до любой точки диаграммы направленности было прямо пропорционально энергии, излучаемой антенной в данном направлении.
Пример диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскости.
Для изотропной антенны, излучающей энергию одинаково по всем направлениям, диаграмма направленности представляет собой сферу, центр которой совпадает с положением изотропного излучателя, а горизонтальная и вертикальная диаграммы направленности изотропного излучателя имеют форму окружности.
Для направленных антенн на диаграмме направленности можно выделить так называемые лепестки, то есть направления преимущественного излучения. Направление максимального излучения антенн называется главным направлением; соответствующий ему лепесток — главным; остальные лепестки — боковыми, а лепесток излучения в сторону, обратную главному направлению, называется задним лепестком диаграммы направленности антенны. Направления, в которых антенна не принимает и не излучает, называются нулями диаграммы направленности.
Диаграмму направленности также принято характеризовать шириной, под которой понимают угол, внутри которого коэффициент усиления уменьшается по отношению к максимальному не более чем на 3 дБ. Практически всегда коэффициент усиления и ширина диаграммы взаимосвязаны: чем больше усиление, тем уже диаграмма, и наоборот.
2.2.3. Коэффициент усиления антенны
Коэффициент усиления антенны определяет, насколько децибел плотность потока энергии, излучаемого антенной в определенном направлении, больше плотности потока энергии, который был бы зафиксирован в случае использования изотропной антенны. Коэффициент усиления антенны измеряется в так называемых изотропных децибелах (дБи или dBi).
Так, если коэффициент усиления антенны в заданном направлении составляет 5 dBi, то это означает, что в этом направлении мощность излучения на 5 дБ (в 3,16 раза) больше, чем мощность излучения идеальной изотропной антенны. Естественно, увеличение мощности сигнала в одном направлении влечет за собой уменьшение мощности в других направлениях. Конечно, когда говорят, что коэффициент усиления антенны составляет 5 dBi, то имеется в виду направление, в котором достигается максимальная мощность излучения (главный лепесток диаграммы направленности).
Зная коэффициент усиления антенны и мощность передатчика, нетрудно рассчитать мощность сигнала в направлении главного лепестка диаграммы направленности. Так, при использовании беспроводной точкой доступа с мощностью передатчика 20 dBm (100 мВт) и направленной антенны с коэффициентом усиления 10 dBi мощность сигнала в направлении максимального усиления составит 20 dBm + 10 dBi = 30 dBm (1000 мВт), то есть в 10 раз больше, чем в случае применения изотропной антенны.
2.2.4. Поляризация
Электромагнитные волны, излучаемые антенной, могут по-разному распространяться в среде. Особенности распространения зависят от поляризации передающей антенны. Она может быть линейной или круговой.
Большинство антенн, используемых для беспроводной связи, являются антеннами с линейной поляризацией, горизонтальной или вертикальной. Первое означает, что вектор электрического поля лежит в вертикальной плоскости, второе - что в горизонтальной. Чаще применяется вертикальная поляризация, хотя в некоторых ситуациях антенны с горизонтальной поляризацией эффективнее.
Для линии связи, работающей в пределах прямой видимости, на обоих ее концах нужно использовать антенны с одинаковой поляризацией. Иногда, при изменении поляризации (т.е. при повороте антенны относительно крепления на 90°) можно улучшить качество связи, избавившись от некоторых помех.
2.2.5. Компромисс при выборе антенн
При выборе антенны помните, что многие ее параметры взаимосвязаны, поэтому, хотя оптимальным вариантом, казалось бы, была максимизация всех "положительных" характеристик антенны или минимизация всех "отрицательных", на практике такое оказывается невозможным. Например, если вы выберете антенну с очень широким главным лепестком, вам придется пожертвовать коэффициентом усиления; выбрав широкополосную антенну, вы можете обнаружить, что ее диаграмма направленности неоднородна. Поэтому важно определить, какие именно характеристики антенны важны для условий конкретного ее применения, и сделать соответствующий выбор.
2.2.6. Типы антенн для Wi-Fi-устройств
В плане использования все антенны для Wi-Fi-устройств можно условно разделить на два больших класса: антенны для наружного (outdoor) и для внутреннего применения (indoor).
Отличаются эти антенны прежде всего герметичностью и устойчивостью к внешним воздействиям окружающей среды. Антенны для наружного использования больше по размерам и предусматривают крепления либо к стене дома, либо к вертикальному столбу.
По направленности антенны делятся на всенаправленные (ненаправленные) и направленные.
2.2.6.1. Всенаправленные антенны (Omni-directional)
Всенаправленные антенны - это антенны с круговой диаграммой направленности.Всенаправленные антенны равномерно покрывают территорию во всем радиусе действия. Как правило, всенаправленные антенны представляют собой штырь, устанавливаемый вертикально. Этот штырь распространяет сигнал в плоскости, перпендикулярной своей оси. Такими антеннами комплектуются беспроводные IP Wi-Fi камеры комнатного исполнения, точки доступа комнатного исполнения и т.д.
Использование всенаправленных антенн очень ограничено, их, как правило, применяют только в помещениях и лишь в редких случаях на улице при расстоянии до беспроводных камер не более 300-500 метров, так как они из-за круговой диаграммы направленности не только излучают во все стороны, но и «собирают помехи» также со всех сторон.
Кроме того, необходимо помнить, что всенаправленные антенны имеют круговую диаграмму направленности только в горизонтальной плоскости! Например, уличная всенаправленная антенна ANT-OM8 с усилением 8 дБ имеет диаграмму направленности в горизонтальной плоскости 360° и всего 60° в вертикальной плоскости, т.е. все беспроводные устройства должны находиться на такой высоте, чтобы попадать в створ 60° данной антенны.
А всенаправленная антенна ANT-OM15 с усилением 15 дБ имеет диаграмму направленности в горизонтальной плоскости 360° и всего 10° в вертикальной плоскости, т.е. все беспроводные устройства должны находиться на такой высоте, чтобы попадать в створ 10° данной антенны, что невозможно, например, при размещении данной антенны на крыше высотного здания, а беспроводных Wi-Fi камер на столбах.
2.2.6.2. Направленные антенны
Направленные антенны используются для связи Точка-Точка или Точка - Многоточка. Если Вам требуется подключить беспроводную камеру на расстоянии более 50-100 метров, необходимо использовать именно такую антенну. Направленные антенны делятся на секторные антенны, антенны типа волновой канал, параболические и сегментно-параболические антенны, панельные антенны и т.д.
2.2.6.2.1. Секторные антенны
Секторные антенны предназначены для излучения радиоволн в определенном секторе, обычно 60°, 90° или 120°. Секторными антеннами очень легко регулировать зоны покрытия передатчиков практически без помех для остальных сегментов Wi-Fi сети.
2.2.6.2.2. Антенны «волновой канал»
Антенны типа "волновой канал" (или антенны Уда - Яги, по именам впервые описавших ее японских изобретателей) получили широкое распространение. Состоит антенна "волновой канал" из активного элемента - вибратора - и пассивных элементов - рефлектора и нескольких директоров, установленных на одной общей стреле.
2.2.6.2.3. Сегментно-параболические антенны
Данные антенны предназначены для организации беспроводной связи на большие расстояния в диапазоне 2.4 ГГц, отличаются повышенным усилением и позволяют организовать связь с беспроводными камерами на расстоянии до нескольких десятков километров.
2.2.6.2.4. Панельные антенны
Данные антенны имеют плоскую конструкцию и наиболее удобны при монтаже, хорошо работают на расстояниях до нескольких километров и наиболее широко применяются.
2.2.7. Грозозащита
Грозозащита является немаловажным элементом беспроводной сети. Разделяют грозозащиту, предназначенную для защиты антенно-фидерных трактов, выходов приемопередатчиков от наведенного электромагнитного импульса грозовых разрядов (статическое напряжение) и грозозащиту, предназначенную для защиты кабелей Ethernet от действия электростатического напряжения в предгрозовой период, а также для снижения амплитуды наведенных помех, воздействующих на оборудование локальных вычислительных сетей в грозовой период.
Внимание! Грозозащиту необходимо заземлять, или должна быть заземлена мачта, на которой она установлена.
Применение грозозащиты уменьшает вероятность повреждения оборудования в 5-6 раз по сравнению с незащищенным. Она способна обеспечить защиту только от вторичных воздействий молнии, и неэффективна в случае прямого попадания в кабель. Установка грозозащит затруднений не вызывает, но следует помнить, что грозозащита работает только при высоком качестве заземления.
2.3. Размещение антенн
Как уже упоминалось выше, имеется небольшое количество неперекрывающихся каналов, и при большом количестве подключаемых камер приходится использовать смежные или перекрывающиеся каналы. Между этими каналами в месте размещения антенн возможны взаимные помехи и интерференция. Более того, возможно глушение приемника работающим рядом передатчиком.
Поэтому точки доступа и антенны следует размещать таким образом, чтобы в створ раскрытия антенны не попадал сигнал соседней точке доступа, особенно работающей на близкой частоте. Кроме того, точки доступа необходимо физически разносить на расстояние не менее 1-5 метров во избежание интерференции между чипами точек доступа.
2.4. Беспроводные точки доступа
По рабочим частотам точки доступа делятся на точки доступа 2.4 ГГц и точки доступа 5 ГГц. По поддерживаемым стандартам точки доступа делятся на точки, поддерживающие стандарты 802.11 a/b/g/n. Точки доступа по исполнению делятся на уличные (Outdoor) и комнатные (indoor) и отличаются герметичностью и возможностью работать в жестких природных условиях.
Кроме того, точки доступа уличного исполнения делятся на точки доступа со встроенной антенной и точки доступа без встроенной антенны, к которым подключается внешняя антенна. Причем к некоторым точкам доступа со встроенной антенной можно подключить внешнюю антенну, если усиления встроенной недостаточно.
2.4.1. Точки доступа комнатного исполнения
Из множества точек внутреннего исполнения ООО «Бевард» рекомендуется использовать точки доступа WAP-4033 (представлены на сайте www.beward.ru) и D-Link DWL-2100AP (не представлены на сайте, так как рекомендуется к использованию не со стандартной, а с альтернативными прошивками).
2.4.1.1. Типичная точка доступа комнатного исполнения
Имеет выходную мощность до 100-200мВт, все необходимые режимы шифрования, режимы работы AP (точка доступа), Station Ad-Hoc(прямое соединение), Station Infrastructure (клиент), Repeater (повторитель), Bridge Point to Point (мост точка-точка), Bridge Point to Multi-Point (мост точка-многоточка), Bridge WDS (мост с WDS).
2.4.2. Точки доступа уличного исполнения
Точки доступа уличного исполнения делятся на точки доступа со встроенной антенной и точки доступа без встроенной антенны, а также отличаются поддерживаемыми частотными и температурными диапазонами, а также конструкцией.
Все уличные точки доступа имеют конструкцию с питанием через кабель Ethernet (PoE) длиной до 25 метров, что снижает стоимость и трудоемкость монтажа оборудования и позволяет более гибко выбирать место для установки. Т.е. к точке доступа, расположенной где-то на мачте на улице, подключается кабель Ethernet длиной до 25 метров, второй конец кабеля подключается к блоку питания, и к блоку питания же подключается кабель Ethernet, подключаемый, в свою очередь, к камерам или ПК.
2.4.2.1.2. Точка доступа уличного исполнения Ubiquiti NanoStation2
Имеет выходную мощность 400мВт, встроенную антенну систему с коэффициентом усиления 10 дБ, возможность подключения внешней антенны и работы на нестандартных частотах. Зарекомендовала себя как надежное недорогое решение.
Она может работать в режиме точки доступа, беспроводного моста, беспроводного клиента, WDS. Кроме того, эта точка доступа имеет расширенные настройки беспроводного соединения, что позволяет опытным пользователям более точно настроить ее для работы в оптимальном режиме. Возможность работы на нестандартных частотах позволяет данной точке доступа отстаиваться от помех, создаваемых стандартными Wi-Fi устройствами. Благодаря сложной встроенной антенной системе, пользователь может программно менять поляризацию и диаграмму направленности. В сложных условиях работы, если одной встроенной антенны недостаточно, точка доступа имеет разъем для подключения внешней антенны.
Точка доступа поддерживает все распространенные режимы шифрования данных для обеспечения максимальной степень защиты беспроводной сети. Кроме того, эта точка доступа имеет развитые возможности по управлению правами пользователей и защиту от флуда, тонкую настройку полосы пропускания, встроенный таймер WatchDog и другие функции, обеспечивающие бесперебойную работу даже в сложных условиях.
Отличительная особенность точки доступа NanoStation2 – возможность работать на нестандартных частотах, возможность подключения внешней антенны и ограниченный температурный диапазон -25°. Несмотря на это, опыт показывает, что данные точки доступа работают нормально при температурах до -35…-45 °С. Рекомендуемая область применения – подключение точка-точка или точка – многоточка одной или нескольких камер уличных на расстоянии до 2-4 км. С внешними антеннами может работать на расстоянии до десяти километров.
2.4.2.2. Точки доступа уличного исполнения без встроенной антенны
Они отличаются конструкцией, выходной мощностью, коэффициентом усиления антенны и возможностью или невозможностью подключения внешней антенны. Типичный пример такой точки доступа приведен ниже.
2.4.2.2.1. Точка доступа WAP-8000
Имеет выходную мощность 400мВт, поддерживает не только 802.11 b/g стандарты передачи данных, работающие в диапазоне частот 2.4ГГц, но и 802.11a, работающие в диапазоне частот 5.15-5.85ГГц, причем канальная скорость передачи данных в режиме работы SUPER A и SUPER G достигает 108Мбит/с.
WAP-8000 обеспечивает высокую скорость передачи данных, и поддерживает четыре режима работы: Точка Доступа, Беспроводной мост, Беспроводный Клиент и Повторитель. Большой выбор режимов работы делает WAP-8000K отличным решением для применения в разнообразных целях (покрытие больших площадей типа дачных поселков, стадионов и аэропортов и обеспечения связи на большие расстояния – до 15км). Использование диапазона 5ГГц позволяет избавиться от помех, которыми в настоящее время переполнен диапазон 2.4ГГц, но требует оформления в соответствии с законодательством РФ.
WAP-8000 является отличным решением для применения в разнообразных условиях, в том числе и для обеспечении работы IP-видеокамер по беспроводным каналам связи Wi-Fi на расстоянии до десятков километров.
Отличительная особенность точки доступа WAP-8000 – возможность работать в широком температурном диапазоне, возможность работать в диапазонах 2.4 ГГц и 5 ГГц. Рекомендуемая область применения – подключение точка-точка или точка – многоточка одной или нескольких камер уличных на расстоянии до десятков км с внешними антеннами.
3.2. Окончательная настройка Wi-Fi подключения
После настройки оборудования «на столе» и установке его на объекте часто возникает необходимость подстроить оборудование для работы в конретных условиях. Как показывает практика, 75% линков начинают работать сразу, 20% начинают работать после небольшой настройки, еще 3% требуют достаточно больших усилий по настройке, а 2% линков настроить не удается и требуется пересмотр схемы работы беспроводной сети.
Юстировка линка производится в несколько этапов.
3.2.1. Убедитесь в наличии прямой видимости
После установки и подключения оборудования в первую очередь следует убедиться, что имеется прямая видимость между приемной и передающей антенной, причем имеется прямая видимость с учетом зоны Френяля, а также, что антенны направлены друг на друга в горизонтальной и вертикальной плоскости.
3.2.2. Проверьте правильность настройки антенн
Для проверки правильности настроек антенн следует использовать в качестве индикатора уровень сигнала. Чем выше уровень сигнала, тем лучше. Уровень сигнала крайне желательно оценивать с обеих сторон беспроводного линка. Значительное отличие уровня сигнала с обеих концов говорит либо о неправильно настроенных антеннах, либо о дефектах антенн либо антенных кабелей.
После настройки антенн друг на друга необходимо обеспечить максимальную скорость работы беспроводного линка при максимальной стабильности.
3.2.3. Выбор беспроводного канала
Если связь нестабильна, в первую очередь нужно попробовать перейти на другой беспроводной канал. Учтите, что даже если при сканировании Вы не выявили беспроводных сетей, это не значит что их нет. Сети могут работать со скрытым SSID или в режиме моста, тогда при сканировании (если, конечно, не использовать дорогие аппаратные сканеры) такие сети не видны. Кроме того, на частотах Wi-Fi может работать и другое технологическое оборудование.
При этом крайне желательно, чтобы Wi-Fi камера была открыта в браузере или в ПО и давала изображение для того, чтобы создать нагрузку в беспроводном соединении. Для контроля пинга наберите ping -t. Чем меньше значение пинга, тем лучше связь.
3.2.4. Выбор режима работы
Для улучшения связи после выбора канала с минимальным пингом попробуйте в точке доступа устновить режим «802.11b+g» «только 802.11g» или «только 802.11b».
3.2.5. Установка скорости работы
После выбора оптимального режима работы попробуйте вручную ограничить скорость передачи данных, начиная с 1Мбит/с и постепенно повышая скорость.
3.2.6. Выбор поляризации антенн
Если качество связи недостаточное, попробуйте изменить поляризацию антенн, перевернув их (одновременно!) на 90 градусов.
3.2.7. Выбор дополнительных параметров
Иногда улучшить качество связи помогает изменение RTS или MTU.
3.2.8. Выбор выходной мощности
Улучшить качество связи можно увеличив или уменьшив выходную мощность.
3.2.9. Настройка скорости работы камеры
Если все попытки улучшить связь позволили установить линк с небольшой пропускной способностью, то необходимо уменьшить поток с камеры, уменьшив битрейт, количество кадров в секунду и, возможно, разрешение.
3.2.10. Изменение схемы работы беспроводной сети
Если предпринятые меры не помогают, следует изменить место установки антенн, возможно, изменить схему беспроводной сети или использовать кабель для подключения камер.
Emai-l: n.manager@kont-sv.ru