Построение Wi-fi сети своими руками

Никто не думал, что за последние 20 лет в каждом доме (в цивилизованных странах) появится компьютер с доступом в Интернет. Так и стандарты беспроводных сетей 802.11x, считавшиеся раньше чем-то накладным и сложным, теперь можно встретить почти в каждом доме, хоть и «законспирированными», ведь официально использование Wi-Fi (буду называть им весь спектр стандартов 802.11x) без соответствующего разрешения у нас запрещено.

Вообще-то, Wi-Fi предназначался для беспроводного соединения двух и более компьютеров в пределах одного помещения, максимум — одной квартиры или офиса. Однако это те же самые радиосигналы, которые, как известно, можно направить, усилить или провести по кабелю. Тогда рамки применения технологии можно несколько расширить: друг с другом можно связывать целые здания и даже кварталы. Но перед нами встают две проблемы: техническая и экономическая.

Техническая проблема: диапазон волн, занимаемый большинством стандартов Wi-Fi, находится в диапазоне 2.4 ГГц, а при таких высоких ее значениях «загнать» сигнал в провод становится крайне непросто. Из-за высокой частоты сигнала передатчики должны находиться непременно в зоне прямой видимости, или максимум разделяться слабенькой перегородкой типа листвы дерева, но никак не стеной дома. Да и мощность передатчика для таких расстояний все-таки маловата, а доступных устройств для усиления сигнала в свободной продаже я не видел.

Экономическая же проблема состоит в том, что существующие устройства для усиления и распространения радиосигнала стоят безумно дорого, а ведь беспроводная сеть должна обеспечивать главное условие — быть дешевле проводных технологий. А зачем тогда она иначе вообще нужна, ведь за такие деньги уже можно протянуть «воздушную» линию сетевого кабеля? Приведу пример: стоимость антенны для распространения Wi-Fi-радиоволн — 200$, стоимость 50м кабеля Belden H1000 с фирменными наконечниками — 60$… Хорошо только одно: прямые руки и знание физики позволяют сократить эти расходы больше, чем в 10 раз! То есть на всю сеть можно потратить не более 10$ (не включая Wi-Fi-адаптеры)!

Постановка задачи

Беспроводные сети создали массу возможностей самым доступным (или дешевым) образом объединить компьютеры, проводное соединение которых будет слишком накладным. Вот и перед мной и моим другом встала подобная задача — соединить «несоединимое».

Казалось бы, даже для существующих стандартов Wi-Fi задача очень сложна: нужно соединить компьютеры в квартирах, находящихся по разные стороны пусть и стоящих неподалеку (на расстоянии 100м) друг от друга двух домов. Какая уж тут прямая видимость. Вот примерная схема:

План действий таков:

1. Сделать две внешних антенны из подручных материалов.

2. Расположить их на штанге у моего балкона и на крыше дома другана и закрепить их хомутами. На фото показан вид от передатчиков.

3. Через разъемы BNC (от 10-мегабитной коаксиальной сети) подключить к антеннам кабель, цена которого не может превышать 8 руб/метр., и при этом он должен обладать затуханием не более 30дБ/100м.

4. Вместо штатных антенн (точнее их разъемов) припаять к Wi-Fi-адаптерам провод с разъемом для оперативного отключения кабеля от устройства и прикрутить разъем к корпусу ПК. Вообще, такой переходник от разъема к внешней антенне называется pigtail, и найти его удалось только в крупном питерском магазине, по цене порядка 15$. Менеджеры же, естественно, сказали «у нас таких нет».

Антенна

Вообще, любая новая идея немножко авантюрна и всегда натыкается на чье-либо «нельзя», «идиотизм» и так далее, обязательно найдется «статья», где все задуманное перечеркивается категоричным высказыванием крутого «специалиста», а внизу чаще всего мы можем видеть ссылочки на небольшой интернет-магазинчик с такими, знаете ли, «смешными» ценами… 
Существует много типов антенн для Wi-Fi сетей: всенаправленные, параболические, баночные, биквады, точечно направленные. Самые доступные и простые — баночные антенны и биквады. Их можно легко направить (то есть сконцентрировать весь сигнал в определенную сторону), легко изготовить (не зря я упоминал про жесть и банки кофе), они не громоздки (а ведь легкость и незаметность немаловажны). Но для нашей сети мы выбрали баночный тип — он компактнее биквада и имеет достаточно узкую диаграмму направленности (для соединения «точка-точка» в самый раз). В конце концов, не зря же на нем весь GSM работает. Можно конечно использовать тарелку с передатчиком в фокусе или строить непревзойденную по эффективности, поделенной на цену, ФА-20.

Изготовление баночной антенны подразумевает использование определенных законов волновой теории. Вкратце: сигнал в банке максимален на первой четверти синусоиды волны, и именно в этом месте мы должны расположить волновод определенной длины для его считывания или даже усиления.

Мы использовали антенну из-под диетического продукта, а мой друг — из-под банки Nescafe на 125 чашек. Их характеристики оказались близки к идеальным. Поэтому если не можете найти дома подходящей по размеру банки — линейку в руки и вперед в супермаркет.

При изготовлении возникает еще одна забота — грозозащита. Необходимо убедиться, что рядом находится громоотвод и антенна не торчит на самом высоком месте. Не забывайте об этом! Плюс не забывайте про гидроизоляцию, особенно если антенна находится в не очень доступном месте.

Разъем

В западных источниках мы встречаем требование использовать специальный высокочастотный разъем для беспроводных сетей такого типа. Но он дорог и труднодоступен для покупки, поэтому решено было обойтись самым обыкновенным BNC-разъемом, какие еще остались в радиомагазинах. Вот как выглядит комплект BNC-разъема:

K центральному проводнику, который, по идее, должен обжимать провод, мы и припаиваем наш волновод. Самая трудоемкая часть — припаять к ответному (внешнему) концу провод, ведь других путей кроме как залезть внутрь разъема, нет. Проще всего образовать из конца петлю и, капнув немного олова, расплавить припой внутри разъема.

Провод

Провода, в идеале, должны иметь волновое сопротивление 50 Ом и как можно меньшее затухание. Но про цену таких проводов я уже упоминал, а нужно нам было ни много ни мало 50 метров кабеля — треть дистанции от компьютера до компьютера, а дешевый кабель типа RG-58 вносил очень сильное затухание. Поэтому пришлось использовать обходное решение — более дешевый 75-омный кабель. Дело в том, что на высоких частотах потери несогласовки (ссылаюсь на информацию одного из форумов) невелики — около 10%. Главную роль здесь играет затухание на метр. Поэтому кабель был выбран RG-6U. И характеристики как у дорогого 50-омника, и цена божеская — всего 0.2$ за метр.

Wi-Fi адаптер

При покупке Wi-Fi адаптера нужно помнить следующее: в принципе, характеристики из предлагаемого ассортимента чаще всего одинаковы, поэтому не нужно ориентироваться на мысль, что «вот у этого мощность на децибел больше, поэтому беру его».

А вот наличие внешнего разъема и внешней антенны в комплекте поставки обязательно. Нет, конечно, можете купить и адаптер с маленькой антеннкой непосредственно у разъема, но поверьте мне: паять замучаетесь! Исключение может составлять разве что наличие т.н. «пигтейла» — переходника с RP-SMA разъема на разъем для внешней антенны (N-Type).

Однако цена такого куска провода — от 10$ вкупе со стеклянным взглядом менеджера. Поэтому такой способ годится разве что при наличии этого самого проводка и качественных высокочастотных разъемов.

Самым подходящим, на наш взгляд, мы выбрали адаптер компании Edimax. Модель у фирмы для PCI всего одна — EW-7128G.

Крепление антенны

Немаловажная часть хорошего приема сигнала — качественное крепление. Тут уж каждый выкручивается по-своему, но я приведу свой вариант крепления, хоть и не считаю его самым удачным (по крайней мере, будьте готовы повторно настраивать свою антенну через 2 дня работы сети).

Вдоль банки крепится алюминиевая пластинка от 3.5« отсека корпуса ATX. Как правило, в нужных нам местах уже на заводе проделаны дырочки, и нам остается только аккуратно просверлить банку по центру. За крайние отверстия крепится банка, а за центральное — саморезом к торцу любой балки (я использовал старый плинтус) само крепление.

Расчет

Здравый расчет — вот немаловажная деталь успеха, оперируя которым, вы сможете противостоять всем „проискам империализма" в виде небольших коммерческих „статеек".

Итак, мы имеем:

Конечно, мои данные очень приблизительны, но и они дают четкую картину того, что и в таких „жутких" условиях работоспособность сети будет обеспечена. Плюс не надо забывать о том, что баночная антенна концентрирует сигнал в одном направлении, а значит и больше полезной мощности дойдет до получателя.

Установка

Прежде всего скажу, что, несмотря на свою кажущуюся простоту, полное соблюдение последовательности действий незаконно!, по крайней мере в нашей стране. Все вследствие абсолютно дурацких законов: все, абсолютно все Wi-Fi сети надо регистрировать в Радионадзоре, если мощность передатчика превышает 5 милливатт (а мощность стандартного Wi-Fi адаптера — около 30мВт). Но раз уж строгость законов у нас компенсируется необязательностью их исполнения, то можно попробовать и поставить, однако этот аспект надо учитывать. Только знайте, что если к вам в квартиру без санкции прокурора войти никто не имеет права, то отодрать мирно висящую антенну и прислать повестку в суд вам вполне могут (для справки — штраф за такое „несанкционированное использование" — 10МРОТ). Только вот кто этим будет заниматься? Только если вы реально кому-то помешаете, будьте аккуратны.
В нашем случае одну антенну предстояло установить на балконе, а вторую — на крыше. В первом случае все оказалось просто — банка была закреплена на небольшой штанге. С выходом же на крышу — кому как повезет. Легко может оказаться, что все выходы намертво заперты, или же туда имеют доступ не слишком трезвые и слишком жадные товарищи. Кого-то выручают хорошие отношения со „старостой" дома, имеющей все ключи „доступа", кто-то идет в ЖЭК, чтобы получить ключи „для установки спутниковой антенны", не забыв при этом снять дубликаты. В нашем случае все оказалось просто: выход на крышу был свободен, а на месте предполагаемой установки уже стоял… чей-то биквад! Осталось только „припаразитировать" к нему (надеюсь, хозяин ничего против не имеет ). И постарайтесь особо не пугать соседей, всякие бывают.

Следующий этап — прицеливание. Самый луший способ здесь — экспериментирование, но и посчитать размах углов не помешает. Имеем стандартную геометрическую задачу.

Наклон антенны на крыше будет также составлять чуть больше 4 градусов, и нужно обеспечивать хорошую прочность крепления.

Пробный пуск
Перед первым пуском новой сети хочется привести подсчет всех затрат на ее создание.

Остался самый последний шаг, ради которого собственно, все и затевалось — торжественное включение. Производилось оно без подобавющих этому явлению бутылки шампанского, оркестра и народных гуляний. На экране просто возник сухой скриншот, который и дал ответ на все интересующие нас вопросы:

Честно признаться, в успех мы не верили до последнего. Канал спокойно держит скорость соединения 11МБит/сек., но реальная скорость копирования вдвое меньше — при хороших условиях (т.е. при правильной пристрелке антенны) средняя скорость составляет 600КБайт/сек, до адресата доходит примерно 4/5 пакетов, остальные доходят после повторного запроса (after retry).

Вывод
Думаю, вы все видите сами. Процесс построения Wi-Fi сети на самом деле не так сложен на практике, как кажется. Главное в этом деле — точный расчет и прямые руки. Конечно, еще желательны и качественные комплектующие, но это не так критично.