Передача информации по автономному беспроводному каналу: практика построения WiFi-сети большой протяженности в малонаселенных районах Камчатки.
В своей практике мы часто встречаемся с мнением, что WI-FI сети используются только для организации беспроводного доступа на небольшой площади или для линков между сетями на относительно небольшие расстояния порядка 5-10 км.
В данном обзоре мы хотим представить конкретный пример реализации беспроводной сети на Камчатском полуострове с расстояниями между радиоточками до 54 километров в экстремальных погодных условиях при автономном питании удаленных точек.
WIFI-сеть Камчатского филиала Геофизической службы РАН является частью корпоративной сети организации и имеет несколько сегментов, расположенных в разных районах Камчатки. Сеть обеспечивает круглосуточную передачу сейсмических данных в реальном времени. Отдельные пункты этой сети оснащены аппаратными комплексами, обеспечивающими передачу не только сейсмической, но и различной геофизической информации и дополнительно оснащены видеокамерами для наблюдения за вулканами.
Один из основных сегментов беспроводной сети располагается в районах г.Петропавловска-Камчатского и Авачинского залива, удаленные пункты сети расположены в районе перевала между Авачинским и Корякским вулканами, а также на побережье Тихого океана – пункты Налычево и бухта Русская. Все удаленные пункты функционируют в автономном режиме электропитания за счет использования солнечных панелей в тандеме c аккумуляторами.
Пример видеоизображения, передаваемого оборудованием комплекса. Вулкан «Безымянный».
Немого информации о климатических условиях данного региона: абсолютный максимум температуры достигает + 34°С, абсолютный минимум от минус 24-26°С на островах до минус 49-60°С на севере и в Центральной Камчатке.
Климатическую картину заметно дополняют ветры. Зимой они проносятся над Камчаткой с севера, летом сменяются на южные, поэтому среднегодовая скорость ветра вполне умеренная: от 1,3 до 8,8 м/сек. В зимний сезон на юге Камчатки и на Командорских островах скорость ветра достигает 40 м/сек. Обилие осадков находится в зависимости от циклонов, максимум осадков при этом составляет 1100-2600 мм в год.
При реализации проекта беспроводной сети к оборудованию были предъявлены следующие технические требования:
- минимальная рабочая температура эксплуатации устройства -55 °С
- ветровая устойчивость до 200км/ч
- герметичность корпуса радоиомаршрутизатора не хуже IP67
- стойкость корпуса устройства, КПУ и АФТ к соляному туману
- высокая выходная мощность радиопередатчика и высокая чувствительность приемника
- большой коэффициент усиления антенн и низкие потери в фидерном тракте
- механическая стойкость корпусных элементов к повреждениям (птицы, животные, насекомые)
- грозозащита устройства
- работа оборудования в радиоэфире, активно используемом другим радиооборудованием
- стабильная работа оборудования в течении продолжительного времени в связи с труднодоступностью клиентских пунктов
На следующей схеме представлена общая топология беспроводной сети:
Схема включает несколько протяженных участков с использованием радиооборудования Рапира:
- Маяк Петропавловский – Налычево (51км)
- Маяк Петропавловский – бухта «Русская» (54км)
- ИОЦ Цунами — Маяк «Петропавловский” (21км)
- ИОЦ Цунами – Авачинский вулкан (24км»)
В таблице представлены основные параметры линков:
Две трассы проходят над городом (21км, 24км) и две над водой (54км, 51км).
В качестве основы для построения сети были выбраны радиомаршрутизаторы Рапира как в виде отдельных блоков RS3-AP1-F5060-PTP, так и в виде радиомаршрутизаторов, совмещенных с антенной (моноблоков) RS3-AP1-F5060-PTP-TH, обеспечивающие все предъявленные технические требования.
В описываемой топологии все радиолинки настроены в режиме «маршрутизатор».
В каждом удаленном пункте развернута отдельная IP-подсеть на 8 адресов для подключения научного оборудования.
Рассмотрим вариант организации беспроводной связи на примере линка Маяк «Петропавловский» – бухта «Русская» (54км).
Базовая станция установлена на стационарной мачте недалеко от маяка «Петропавловский».
Установка клиентского узла передачи данных на опорную конструкцию из труб различного диаметра, побережье бухты «Русская».
Зимний вид той же станции с другого ракурса, немного поодаль видно укрытие для блока научной аппаратуры.
В качестве антенн были выбраны планарные антенны компании Mars Antennas MA-WA55-30. С учетом климатических условий/ветровых нагрузок конструктив антенны пришлось несколько видоизменить, укрепив полотно планара по периметру дополнительными метизами.
Структура узла сети:
Для постоянного функционирования системы требовалось обеспечить:
- механическую стойкость элементов узла к ветровым нагрузкам
- гарантированное автономное электропитание узла
Первая задача была решена при помощи стандартного набора крепежа для радиооборудования, полотно корпусов планарных антенны было дополнительно укреплено метизами.
Задача по обеспечению гарантированного электропитания была решена по следующей схеме:
В состав автономного пункта вошли:
- блок из 3-х солнечных панелей, с выходным напряжением 24В и максимальной выходной мощностью 600Вт (модель KGM195M-72)
- радиоблок на основе радиомаршрутизаторов Рапира с внешней антенной
- блок AGM аккумуляторов на 24В емкостью 350Ач на основе 12 банок по 2Вх350Ач
- блок научных приборов
- блок контроля заряда батарей (производства MorningStar)
- блок контроля разряда батарей (производства MorningStar)
- блок преобразователей (DC/DC24-24 и DC/DC 24-12)
Солнечные панели обеспечивают подзарядку блока аккумулятора, работой которых управляет блок контроля заряда батарей.
Стабилизация и электропитание радиооборудования и приборов обеспечивается блоками преобразователей.
Использование солнечных панелей и батарей с большой емкостью позволяет заряжать батареи днем и обеспечивать электропитанием оборудование в темное время суток. Для гарантированного заряда батарей на протяжении всего года используется 3 солнечные панели.
Батарейный блок построен на основе батарей с абсорбированным электролитом и обладает следующими характеристиками:
- батарея практически не требует обслуживания
- конструкция батареи герметична и имеет клапанную регулировку, что предотвращает утечку кислоты и коррозию клейм
- при соблюдении правил зарядки батареи исключается выделение газов и опасность взрыва
- работает при низких температурах
- конструкция виброустойчива
В качестве радиообрудования установлен блок радиомаршрутизаторов Рапира RS3-AP1-F5060-PTP с выходной мощностью 600мВт в тандеме с внешней антенной MA-WA55-30.
Блок научной аппаратуры включает сейсмические регистраторы (акселерометр и велосиметр).
Несмотря на ограниченную доступность, сеть успешно эксплуатируется на протяжении нескольких лет, начиная с 2009 года. Следует заметить, что большинство удалённых точек труднодоступны, на часть точек можно попасть только летом или зимой; точка, расположенная в бухте «Русская» доступна летом и только на вертолете.
Выражаем благодарность отделу ИТ КФ ГС РАН, в частности старшему инженеру отдела Артему Сумакову за помощь в подготовке материала.
Автор: grab_bag
