Ραδιοδίκτυο δεδομένων WiFi-432
SV1LL - Δημήτρης Αλεξανδρής, Developer
SV1RD - Τάσος Ζαχαρίου, Data Network Manager.
Η ασύρματη δικτύωση των ραδιοερασιτεχνών αν και ξεκίνησε στην αιχμή της τεχνολογίας με την παγκόσμια διαδικτύωση της από το 1990, σήμερα έχει περιοριστεί σε απλά δίκτυα χαμηλής ταχύτητας.
H τεχνολογία του WiFi λόγω της ευελιξίας και εξάπλωσής της, δίνει την δυνατότητα στους ραδιοερασιτέχνες να μπουν πάλι στην πρωτοπορία της τεχνολογίας και αυτή η παρουσίαση διερευνά τις δυνατότητές της για καθαρά ραδιοερασιτεχνική χρήση.
....
Η ραδιοδικτύωση ξεκίνησε το 1971 με το σύστημα Aloha του πανεπιστημίου της Χαβάης [ALOHA]. Οι ραδιοερασιτέχνες ακολούθως πειραματίστηκαν με το πρωτόκολλο πακέτων X.25 από το 1980, διαμορφώνοντας το σε ασύρματη έκδοση που ονομάστηκε AX.25 [AX.25]. Δημιουργηθήκαν δε με αυτό πολλά δίκτυα σε όλο σχεδόν τον πλανήτη, με ταχύτητες αρχικά 300, αλλά σύντομα 1200 και 9600 bps, ενώ ταυτόχρονα άλλες ομάδες εφάρμοσαν πάνω σε αυτό δυνατότητες διαδικτύωσης TCPIP και ειδικά διαμορφωμένα πρωτόκολλα για την ασύρματη δρομολόγηση (RSPF) και την ενθυλάκωση στο Internet (IPEncap), δημιουργώντας το παγκόσμιο ασύρματο διαδίκτυο Amprnet [AMPRNET], ακόμα και στην χώρα μας.
Δυστυχώς τα δίκτυα αυτά δεν κατάφεραν να αυξήσουν την ταχύτητα πέρα από περιορισμένες δοκιμές στα 56 kbps στον Καναδά, και μάλιστα με εξειδικευμένο και ακριβό εξοπλισμό. Έτσι όσο η τεχνολογία προχωρούσε, παρέμειναν εν χρήσει, δίκτυα μόνο 1,2 & 9,6 kbps σε απλές πλέον εφαρμογές τηλεμετρίας, μικρών μηνυμάτων (sms) και δήλωσης θέσης [APRS].
Μια ενδιαφέρουσα εξέλιξη εμφανίστηκε τα τελευταία χρόνια με την χρήση συστημάτων ψηφιοποιημένης φωνής (Dstar, Fusion-X και DMR) που δίνουν παράλληλα την δυνατότητα χρήσης δεδομένων, αλλά η ταχύτητα των δεδομένων αυτών είναι πάλι μικρή και οι αντίστοιχες δυνατότητες περιορισμένες, πάλι αξιοποιούμενες από εφαρμογές τηλεμετρίας (APRS).
Επειδή η τεχνολογία του Wifi που δημιουργήθηκε το 1999, έχει διαδοθεί και προχωρήσει πολύ τα τελευταία χρόνια, υπάρχουν πλέον κατασκευαστές και σχετικά φθηνές κατασκευές, που δίνουν την δυνατότητα για να πειραματιστεί κάποιος και σε άλλες συχνότητες και στην παρούσα παρουσίαση θα δούμε το πως οι ραδιοερασιτέχνες μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτή την τεχνολογία, αποκτώντας ένα ασύρματο δίκτυο δεδομένων πραγματικής διαδικτύωσης και με ικανοποιητικές ταχύτητες.
Από την εμπειρία του παρελθόντος και ειδικά της χρήσης των κινητών επικοινωνιών, είναι προφανές ότι όσο μεγαλώνει το μήκος κύματος και η απορρόφηση είναι μικρότερη, έχουμε την δυνατότητα για μακρύτερες επικοινωνίες, αλλά το εύρος είναι συνεχώς περιορισμένο, Κατεβαίνοντας σε μήκος κύματος και αυξάνοντας την συχνότητα, έχουμε μεν τεράστιο εύρος που σημαίνει μεγαλύτερη ταχύτητα, αλλά περιορισμένη εμβέλεια, που κάνει την ανάγκη δημιουργίας μικρότερων κυψελών (cells) άρα και περισσότερων, επιβεβλημένη.
Οι ραδιοερασιτέχνες έχουν την δυνατότητα χρήσης των ραδιοκυμάτων κατόπιν σχετικής αδείας του Υπουργείου Υποδομών, σε συγκεκριμένες ζώνες συχνοτήτων, στα HF (1,8-30 MHz), στα VHF (50, 144 Mhz), στα UHF (430 MHz, 1,2 & 2,4 GHz) αλλά και (SHF). Για χρήση από κινητούς και σταθερούς σταθμούς και με σχετικά μικρές κεραίες, οι καλύτερες περιοχές χρήσης είναι στα VHF και στα UHF. Δυστυχώς οι ραδοερασιτεχνικές ζώνες των VHF είναι σχετικά στενές για να γίνει χρήση συστημάτων ευρέους φάσματος (broadband), και η επιλογή γίνεται μονόδρομος για την χρήση των 430MHz ή 1,2 GHz.
Η δυνατότητα της χρήσης της ζώνης των 430 MHz, είναι ιδιαίτερα ελκυστική για χρήση δεδομένων σε κινητούς σταθμούς, γιατί έχει πλέον από τέσσερεις φορές λιγότερη απορρόφηση του σήματος, από την χαμηλότερη ζώνη WiFi (2,4 GHz), Επίσης έχει την ανάγκη μικρών σχετικά κεραιών, αφού το μήκος κύματος είναι 70 cm., υπάρχει επιπλέον τεράστια εμπειρία από την χρήση της, ήδη από τους ραδιοερασιτέχνες, τόσο σε σταθερούς όσο και σε κινητούς ή φορητούς σταθμούς. Δυστυχώς όμως επειδή η ζώνη αυτή είναι σχετικά περιορισμένη (10 MHz) και γίνεται χρήση και από άλλου είδους σταθμούς, το εύρος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί είναι και αυτό σχετικά περιορισμένο (5 MHz).
Η ζώνη 1,2 Ghz μπορεί να χρησιμοποιηθεί μελλοντικά για ασύρματη διασύνδεση των κόμβων στην μορφή σημείου προς σημείο.
Το δίκτυο τελικά αποτελείται από σταθμούς (Node Access) που περιλαμβάνουν μικρές σχετικά συσκευές τεχνολογίας WiFi, διαμορφωμένες για χρήση στους 432 MHz και τις κεραίες τους. Οι σταθμοί αυτοί είναι σταθεροί, κινητοί ή μεταφερόμενοι.
Το δίκτυο μπορεί να δουλέψει σε μορφή ανεξάρτητων σημείων, στα οποία συνδέονται όλοι με όλους (mess) ειδικά όσο αυτό είναι περιορισμένο, η με την χρήση συγκεκριμένων κόμβων σε κορυφές βουνών ή άλλων στρατηγικών σημείων, που επιτελούν την εργασία ενός Access Point και τα οποία διασυνδέονται, ασύρματα ή ενσύρματα μεταξύ τους ή με άλλους σταθερούς σταθμούς. Παρόμοιες συνδέσεις έχουν γίνει ήδη για σταθερές ασύρματες ζεύξεις WiFi, τόσο point to point όσο και multi-point, με εξαιρετικά αποτελέσματα (Athens Metropolitan Network).
Οι ταχύτητες της διασύνδεσης είναι σχετικές με το είδος του σταθμού και την απόστασή του από τον πλησιέστερο Access Point του δικτύου. Η μέγιστη δυνατή ταχύτητα είναι 10 Mbps για αποστάσεις 5-10 χιλιομέτρων σε σταθερούς σταθμούς και αυξανομένης της απόστασης σε 10, 20, 50, κλπ. χιλιόμετρα, υπάρχει προφανώς και αντίστοιχη μείωση σε αυτήν την ταχύτητα. Από την εμπειρία της δεδομένης συχνότητας είναι εφικτό με την χρήση κατευθυνόμενης κεραίας, να καλυφθεί απόσταση σε οπτική επαφή, έως και 250 χιλιομέτρων! Για τους κινητούς σταθμούς οι ταχύτητες είναι 1,5 έως 4,5 Mbps, και η πρόσβαση τους στο δίκτυο γίνεται με παρόμοιο τρόπο που γίνεται τώρα η πρόσβαση σε WiFi hot spots.
Οι σταθεροί σταθμοί του δικτύου πέρα από την ασύρματη διασύνδεση, μπορούν να έχουν και διασύνδεση μέσω του Internet, ώστε το δίκτυο να μπορεί να επεκτείνεται σε επιπλέον νησίδες δραστηριότητας, που μπορεί να μην έχουν απευθείας ασύρματη σύνδεση και να το επεκτείνουν περισσότερο.
Το Node Access περιλαμβάνει έναν Mikrotik router και ένα modem - κάρτα σε miniPCI-e format συνδεδεμένο σε ένα μικρό σχετικά περίβλημα, από το οποίο βγαίνουν τα βύσματα τροφοδοσίας, κεραιών, και η σύνδεση ethernet. Η τροφοδοσία του είναι 10-30 V με τις απαραίτητες ανοχές για δυνατότητα χρήση σε όχημα. Η ενεργοποίηση σε αυτό ενός μικρού WiFi Access Point για τοπική του χρήση και για σύνδεση με έξυπνα κινητά τηλέφωνα, επεκτείνει την χρήση του σε επιπλέον δυνατότητες.
Τα ραδιοερασιτεχνικά δίκτυα παρά την μεταβαλλόμενη φύση τους λόγο του εθελοντικού τους χαρακτήρα, έχουν καταφέρει να έχουν μια μεγάλη διάρκεια στον χρόνο, όπως έχουν δείξει τα δίκτυα APRS, τα οποία χρησιμοποιούνται αδιάλειπτα στην χώρα μας από το 2000, και να αποτελέσουν την βάση ενδιαφερουσών εφαρμογών.
Κάθε δυνατότητα διαδικτύωσης και κάθε ραδιοερασιτεχνική εφαρμογή που μπορεί να χρησιμοποιήσει το Internet, μπορεί να δρομολογηθεί στο WiFi-432. Οι ραδιοερασιτέχνες μπορούν να έχουν έτσι πρόσβαση σε ένα εναλλακτικό δίκτυο, μπορούν να συνδέσουν περιοχές που από την φύση τους δεν έχουν σήμερα άλλου είδους πρόσβαση δεδομένων. Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει μεταφορά ηλεκτρονικού ταχυδρομείου, μεταφορά αρχείων, ψηφιακή τηλεφωνία ή τηλεόραση, εφαρμογές τηλεμετρίας με πολλά data που δεν κάλυπτε το APRS, και γενικά οτιδήποτε χρειάζεται όγκο δεδομένων σε αξιόπιστη σύνδεση.
Οι ραδιοερασιτέχνες λόγω των τεχνικών γνώσεων που κατά κανόνα έχουν και λόγω της μεγάλης ευελιξίας τους στην εγκατάσταση και χρήση των σταθμών τους, έχουν και μεγάλη εμπειρία από καταστάσεις έκτακτης ανάγκης και έχουν εμπλακεί θετικά στο παρελθόν για βοήθεια προς το κοινωνικό σύνολο [ARES]. Μέχρι τώρα η εμπλοκή τους είναι να δημιουργούν παράλληλα δίκτυα φωνής και τηλεμετρίας APRS για χρήση των εμπλεκομένων σε ένα συμβάν υπηρεσιών, δίνοντας τους την δυνατότητα απλής επικοινωνίας εκεί που έχει χαθεί. Σήμερα όμως ένα Τηλεπικοινωνιακό Κέντρο Αρωγής που έχει τον συντονισμό μιας κρίσιμης κατάστασης, έχει και αυξημένες ανάγκες για μεταφορά ψηφιακών δεδομένων και η ανυπαρξία του Internet την δεδομένη στιγμή, να προκαλεί επιπλέον δυσχέρειες. Το WiFi-432 μπορεί να λύσει το πρόβλημα με έναν απλό μεταφερόμενο σταθμό που θα εγκατασταθεί σε ένα τέτοιο κέντρο και θα δώσει πρόσβαση σε όλους τους εμπλεκόμενους στο πλησιέστερο ενεργό Access Point του δικτύου.
Με την χρήση κινητών σταθμών Wifi-432 υπάρχει η επιπλέον δυνατότητα να στέλνονται ψηφιακές φωτογραφίες ή και video, κατ`ευθείαν από το πεδίο στους αρμόδιους, για καλύτερη εκτίμηση της κατάστασης.
Σε περίπτωση ανάγκης καταγραφής ανθρώπων, υλικών ή κτιρίων που είναι αποτελέσματα ενός τραγικού συμβάντος, δίνεται η δυνατότητα ασύρματης πρόσβασης, καταχώρησης και ελέγχου απ` ευθείας σε τράπεζες δεδομένων, βοηθώντας την οργάνωση αυτών των καταστάσεων.
Η δυνατότητα χρήσης εφαρμογών, είναι προφανώς τεράστια και όσο επεκτείνεται το δίκτυο και εξελίσσεται η τεχνολογία, τόσο και αυτές θα αυξάνονται αντίστοιχα.
[ALOHA] Aloha Radio System https://en.wikipedia.org/wiki/ALOHAnet
[AMPRNET] AMPRNet (AMateur Packet Radio Network) or Network 44
https://en.wikipedia.org/wiki/AMPRNet
[APRS] Automatic Packet Reporting System https://en.wikipedia.org/wiki/Automatic_Packet_Reporting_System
[ARES] Amateur radio emergency communications https://en.wikipedia.org/wiki/Amateur_radio_emergency_communications
[AX.25] AX.25 Amateur Packet-Radio Link-Layer Protocol,
https://www.tapr.org/pub_ax25.html
[WIFI] Wi-Fi, https://en.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi