Wi-Fi umieszcza zwinięte w kalifornijskie wyspy sieci

Hardy zespół biologów stacjonujących na Wyspach Farallon, maleńki zestaw wychodni na Pacyfiku, na zachód od San Francisco, cierpi z powodu wielu niedogodności.

W końcu żyją na wyspach głównie ze skał, popijając przefiltrowaną wodę deszczową i wykorzystując energię słoneczną, która słabnie w ciągu krótkich dni zimy. Aby dostać się na wyspę iz powrotem, polegają na bandach prywatnych kapitanów łodzi, którzy chcą przepłynąć 47-kilometrowy odcinek oceanu między miastem a wyspami, a następnie podnieść swoje łodzie do brzegu. na dźwigu. Farallony nie mają doków, ponieważ żaden nie przetrwałby wiatru i wzburzonego morza, według Russa Bradleya, który pracuje na wyspach przez około 18 tygodni w roku jako kierownik programu Farallones w Obserwatorium Ptaków Point Reyes.

Pod pewnymi względami, Farallones czują się więcej niż 28 mil od cywilizacji, według Bradley. "Tylko transport i logistyka pracy i życia tutaj jest wyzwaniem samym w sobie", powiedział.

Ale przez rok lub mniej, mieszkańcy dwóch małych, odrestaurowanych domów z lat 70. XIX wieku, które składają się na ludzi Osada na wyspach cieszyła się szybszym dostępem do Internetu niż wielu mieszkańców mocno połączonego San Francisco, które widzą w pogodny dzień. Mieszkańcy wyspy mają zazwyczaj od 6 Mb / s (bitów na sekundę) do 12 Mb / s, co jest typowe dla typowego połączenia modemowego. Mają nawet włókno prosto do swoich domów, luksus, którego wielu mieszkańców USA wciąż czeka z niecierpliwością.

Różnica polega na tym, że włókno na Farallones kończy się na szczycie Lighthouse Hill - właściwie stromy, skalisty szczyt prawie 370 stóp wysoki - tam, gdzie jest podłączony do dedykowanej, 50-kilometrowej sieci Wi-Fi typu point-to-point.

Korzystając ze standardowych punktów dostępowych, specjalnej anteny, modelowania komputerowego i niektórych prób i błędów, dwóch lokalnych weteranów Internetu przyniosły łącze szerokopasmowe do miejsca, w którym liczba zamknięć przekracza liczbę ludzi. Odpowiednio, zrobili to głównie ze względu na foki i inne morskie ssaki i ptaki zamieszkujące Farallones, ściśle chroniony rezerwat dzikich zwierząt, który jest domem dla największej kolonii ptaków morskich w kontynentalnej części Stanów Zjednoczonych

Przyszła sieć Farallones Około po US Fish and Wildlife Service, California Academy of Sciences w San Francisco oraz non-profit Point Reyes Bird Observatory w pobliskim hrabstwie Marin, wszystkie zdecydowały mniej więcej w tym samym czasie, kiedy wyspy potrzebowały lepszej cyfrowej liny ratunkowej. Pionierzy Internetu, Tim Pozar i Matt Peterson, połączyli siły, aby zaprojektować i zbudować system, który rozpoczął się w kwietniu 2009 roku. Przez cały rok są ludzie na wyspach, ale nigdy nie więcej niż ośmiu na raz, pomiędzy biologami personelu i stażystami. Oprócz utrzymywania ich w kontakcie ze światem w czasie przejazdów trwających sześć tygodni lub dłużej na wyspach, sieć przenosi krytyczne dane na temat stanu lokalnej fauny i flory oraz wspiera pełnoetatową kamerę internetową do celów badawczych i edukacyjnych.

poprzednie metody komunikacji w Farallone nie mogły tego poprzeć, przynajmniej nie rzetelnie, według Bradleya, który pracuje na wyspach od 1998 roku. W tym czasie jedyną linią głosową była dwukierunkowa VHF radio morskie. Mogłoby dotrzeć do konwencjonalnych telefonów na kontynencie, ale rozmowy były niezręczne, powiedział.

"Musiałeś nacisnąć ten przycisk podczas rozmowy, a następnie zwolnić go i mieć dwusekundowe opóźnienie, zanim druga osoba będzie mogła mówić - powiedział Bradley. Zwykle wymagało to szybkiego wyjaśnienia systemu osobie na drugim końcu linii. Co gorsza, korzystanie z radia oznaczało wędrówkę do latarni morskiej, gdzie została ustawiona z bezpośrednią linią widoczności do straży pożarnej na stałym lądzie.

Około czterech lat temu sejsmolodzy z UC Berkeley ulepszyli dostęp do Internetu Farallones aby mogli śledzić ruchy błędu San Andreas, porównując dane GPS (Global Positioning System). Wyspy leżą po przeciwnej stronie winy z San Francisco.

Sejsmolodzy konfigurują routery Wi-Fi konsumenckie w latarni morskiej i budynku po stronie San Francisco w stronę morza. System ten nadal istnieje, ale według Bradleya nigdy nie był bardzo szybki ani niezawodny. Miało również tendencję do zawieszania się - dosłownie - ponieważ montaż anteny nie był odporny na warunki pogodowe.

Pozar i Peterson podeszli do wyzwania metodycznie, ale nawet oni musieli wymienić swój pierwszy zestaw radia. Obecny system, stosowany od listopada, jest najlepszy, według Bradley'a.

Sercem sieci jest długie połączenie Wi-Fi pomiędzy bazą latarni Farallones i wieżą w jednym z najwyższych punktów w San Francisco, w Twin Peaks. Łącze ma dwa radiotelefony IEEE 802.11n na każdym końcu, z których jeden działa w paśmie częstotliwości 5,8 GHz, a drugi w paśmie 2,4 GHz. Radia, od Ubiquiti, każdy działa na Power over Ethernet i zużywają 8 watów lub mniej energii elektrycznej, niższą niż typowe punkty dostępowe dla przedsiębiorstw. Radio o częstotliwości 5,8 GHz wykorzystuje technologię 2x MIMO (wiele wejść, wiele wyjść) w celu zwiększenia przepustowości. Radio 2,4 GHz ma pojedyncze złącze antenowe.

Teoretycznie radio 802.11n z 2x2 MIMO może zapewnić przepustowość przekraczającą 300 Mb / s. Włókna spływające po stronie Lighthouse Peak mogą z łatwością sobie z tym poradzić, chociaż przełącznik Ethernet jest używany z radiami jest ograniczony do 100M bps.

Jednak dwa problemy uniemożliwiły Pozarowi i Petersonowi ustanowienie połączenia szerokopasmowego, które uczyniłoby graczy online na kontynencie naprawdę zazdrosnym. Jednym z nich jest tłumienie atmosferyczne, w którym sygnał przemieszczający się z lądu na wyspę może być zniekształcony przez warunki takie jak deszcz lub mgła. Powyżej 50 km warunki te mogą osłabić sygnał, a zwłaszcza mgła jest dobrze znaną cechą wybrzeża w pobliżu San Francisco.

Związany z tym problem, zwany refrakcją, może wystąpić nawet w najlepszych warunkach. Kiedy jest ciepło i słonecznie między San Francisco i Farallones, pozornie czyste powietrze może być wypełnione parującą wodą oceanu, która wznosi się na kilkaset stóp, po czym nagle zatrzymuje się. Kiedy sygnał bezprzewodowy uderza w linię pomiędzy wilgotnym i suchym powietrzem, bariera może działać jak soczewka, wyginając sygnał z zamierzonej ścieżki i w dół do wody.

Z powodu refrakcji, rzadkich dni, kiedy Farallony mogą być Widziane z lądu często są najgorsze w komunikacji z wyspami. Sieć wyszła podczas dobrej pogody dopiero w zeszłym tygodniu, powiedział Pozar.

Zarówno tłumienie atmosferyczne, jak i załamanie powodują zanik sygnałów. Inżynierowie zmierzyli się z tymi problemami kilkoma krokami, w tym stosując potężne anteny i wąskie kanały. Radio IEEE 802.11n może wykorzystywać kanały tak szerokie jak 40MHz, ale Pozar ograniczył szerokość kanału do 10 MHz, tworząc bardziej skupiony sygnał. To poświęcało prędkość na odległość.

"Ponieważ pokonujemy ponad 50 kilometrów wody, jestem bardzo konserwatywny, więc wróciłem z powrotem tylko do około 12 megabajtów", powiedział Pozar.

Radiotelefony są przykręcone do podstawy latarni i podłączone do routera zbudowanego wokół płyty głównej z technologią komunikacyjną Soekris Engineering, a następnie do przełącznika Cisco Catalyst 2950 Ethernet. Pozar i Peterson mogli założyć kolejną sieć Wi-Fi między latarnią a domami biologów, ale optowali za światłowodem jako szybszym, bardziej niezawodnym rozwiązaniem. Układają one światłowód jednomodowy prosto w dół obok linii energetycznej.

Punkt dostępu Wi-Fi o częstotliwości 5,8 GHz jest podstawowym łączem, wsparcie Wi-Fi o częstotliwości 2,4 GHz stanowi kopia zapasowa, a starszy sprzęt do transmisji bezprzewodowej sieci sejsmologicznej jest powód do tego, powiedział Pozar. Ta konfiguracja zasila prawie wszystko, co dzieje się na Farallone, w tym raporty przyrodnicze, blogowanie, przeglądanie stron internetowych i VoIP (Voice over Internet Protocol) w usłudze VoicePulse. Pozar szacuje czas pracy bezawaryjnej na poziomie ponad 98 procent.

"Nigdy nie było dnia, w którym internet był całkowicie wyłączony", powiedział Bradley.

Akademia Nauk również była zadowolona z wydajności swojej kamery internetowej, która zapewnia 30 klatek na sekundę w formacie wideo zbliżonym do wysokiej rozdzielczości przy użyciu 512 Kb / s łącza Wi-Fi. Naukowcy z Akademii, służby ds. Ryb i dzikich zwierząt oraz obserwatorium ptaków poruszają się i zdalnie sterują aparatem.

"Ludzie byli podekscytowani, gdy dostrzegli wyspę" - powiedziała Kathi Koontz, kierownik projektu w Akademii. "Żaden członek społeczności nie może fizycznie postawić stopy na wyspie, więc daje ludziom wyjątkowy pogląd, którego wcześniej nie byli w stanie uzyskać." Akademia planuje teraz uaktualnić kamerę internetową do wyższej rozdzielczości (zużywając 1M bps) i wykorzystać ją w tymczasowej wystawie o Farallones w swoim muzeum, powiedział Koontz.

Cały projekt, sfinansowany przez Akademię Nauk, kosztował mniej niż 10 000 USD, powiedział Pozar. Miasto San Francisco przekazało przestrzeń wieżową na Twin Peaks dla anten na kontynencie i stamtąd dostęp do sieci światłowodowej. Archiwum Internetowe w Berkeley przekazuje sieć tranzytową dla Internetu.

Mimo całego wsparcia moralnego i finansowego, założenie i praca w sieci była szczególnie trudnym projektem informatycznym, jak powiedział Pozar. W sezonie lęgowym ptaków wymagane są twarde czapki dla ochrony przed rozrzuceniem, a ochronny ubiór jest potrzebny, aby zapobiec ptasiomu bujnym odchodom.

Projekt był również ćwiczeniem przygotowawczym.

"I w podobny sposób do misji księżycowych Apollo ", powiedział Pozar. "Musisz mieć wszystko spakowane i zabrać wszystko, co możesz, i oczekiwać wszelkiego rodzaju przygodności, ponieważ na wyspie nie ma Radio Shack".

Z powodu złożonej logistyki, jak dostać się do łodzi wyspy i czekają na odpowiednią pogodę, może zająć miesiące, zanim powrócą do Farallones, jeśli coś pójdzie nie tak, powiedział Pozar. Na wszelki wypadek założył radia dla wysp i przetestował je na wzgórzu w San Francisco, zanim wyrzucił je do instalacji.

Mimo to, Pozar, który mówi, że pracował jako inżynier radiowy w delcie Północnej Kalifornii, skonfiguruj dostęp do Internetu w budownictwie mieszkaniowym o niskim dochodzie w San Francisco i zacznij pierwszy ISP miasta, nie żałuj.

"Farallones był po prostu super-fajnym hack'em," powiedział Pozar.