远山的呼唤──解读远距离无线传输的传奇

网络设备

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这个世界有束缚,也有乐于打破束缚的人。

更快、更高、更强,如今有人希望更远,这不是对体能的挑战,这是对技术、设计的挑战,源于人们对摆脱束缚的无限渴望……

从IEEE 802.11b/g到IEEE 802.11n,无线技术在性能上有了很大的提升,但不能否认的是目前的无线技术还没到十全十美的地步,在很多方面它还有很大的潜力可挖,因此很多喜欢挑战、乐于动手的人就和当年的电脑DIY爱好者一样,乐此不疲的挖掘着各种无线设备的潜能,让它们能更好地被利用。如今,在远距离无线传输方面,出现了很多打破传输距离纪录的事件……

现有无线设备的传输距离

在了解那些勇于突破技术瓶颈、大胆创新的无线改造之前,咱们还是先了解一下普通无线产品的传输距离有多远?一会儿两相比较,大家便可看出无线平台在改造后的巨大变化。

普通的无线产品

在理论上,利用普通无线产品搭建的无线网络的最远传输距离为100米,室外传输距离最远可达200米~400米。

增强的无线产品

采用无线增强技术或具备5dBi的双极子全向天线的产品,理论上支持室内200米的无线传输,室外的无线传输距离最远可达830米。

IEEE 802.11n产品

根据实测表明,目前已上市的Draft 2.0标准IEEE 802.11n产品更多的只是在传输速率上有所改善,减少了原来多台IEEE 802.11g产品互联时可能出现的盲点,而在无线传输距离方面,此类产品相比以前的产品没有大的突破。

室外无线AP

目前真正的远距离传输王者应该是企业级室外无线AP或无线网桥,这些产品一般具备较大的发射功率,并可选配天线以增大传输距离以便在不同的建筑物间建立网络连接。无线网桥配合使用高增益定向天线可以提供数十公里的传输距离。如腾达TWL5401A号称室外最远传输距离可达30公里(因天线和环境而异);SENAO的SL-2511BG PLUS无线室外网桥最大传输距离可以达到25公里;D-Link DWL-1800R无线网桥可实现25公里的无线传输;Cisco Aironet 350无线网桥可实现40公里的无线传输。

无线世界的那些传奇

从刚才所介绍的不同产品中,大家可以看出无线产品通过提高功率和选配高增益定向天线实现数十公里的无线传输,并非痴人说梦。当然,对于很多无线爱好者来说,那些受到束缚的无线传输还没有达到他们梦想的无线传输极限,而且由厂家提供的远距离无线传输套装价格往往很高。既想挑战技术,又不屑使用高价的配件,只能靠自己动手了,一些不断打破无线传输距离纪录的传奇便由此而生。

201公里

2005年,在第三届Defcon年度WiFi传输距离比赛上,iFiber Redwire小组创造了当时远距离无线传输的世界纪录。该小组在位于拉斯维加斯西南的一座海拔为1900米的山上和201公里之外位于犹他州的一座山上的计算机建立了11Mbps的无线连接。

他们所采用的器材是3W的放大器和300mW的无线网卡,并将它们连接到废旧的卫星碟形天线+手工焊接的支架上,两端的笔记本能建立SSH和VNC连接。

304公里

2007年8月,意大利无线爱好者团体C.I.S.A.R创造了一项新的WiFi传输纪录,他们使用Mini-PCI模块和35dBi的抛物面碟形天线,实现了304公里的无线传输。IEEE 802.11a的WiFi信号由撒丁岛传送至意大利中部的海拔为1740米的阿米塔山上。

382公里

2007年8月,委内瑞拉的无线爱好者创造了新的世界纪录,他们将距离382公里的两座山峰之间的两台电脑用WiFi技术连接起来,他们主要利用回收的电视天线来实现这次远距离传输。

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304公里传输实验中的传输点

技术和设计催生传奇

300公里的无线传输足以称得上是跨省级的数据传输,这对于有线局域网来说是难以企及的。是什么样的改造和设计能够使传统的WiFi传输距离有所突破呢?

1.增大发射功率

考虑到无线信号对健康的影响,我国无线电管理委员会规定无线局域网产品的发射功率不能大于10mW,而其他国家的标准相对宽松,日本的无线局域网产品发射功率的上限是100mW,欧美某些无线局域网产品发射功率的上限在50mW左右。目前市面上所销售的产品一般都符合欧美国家的标准,所以普通SOHO无线路由器的发射功率都很小,一般不超过50mW。

我们来看看企业级室外无线AP或无线网桥,它们之所以能实现远距离传输,在于它们具备更大的发射功率。比如Cisco Aironet 350具备超过100mW的输出功率,SENAO的SL-2511BG PLUS无线室外网桥的最大发射功率则达到了200mW,在实现201公里无线传输的实验中更是采用了3W的放大器和300mW的无线网卡。

2.采用高增益天线

众所周知,天线增益值和接收灵敏度是决定WiFi产品传输品质的主要因素,因此选择增益值大的天线或多天线配合使用是增强无线覆盖和传输能力的重要手段。

天线的dBi值越大,增益越高,数据传输距离自然就更远。一般的无线产品只标配了天线增益值为1dBi~3dBi(dBm是功率的单位,dBi是增益单位)的全向天线;较为高档的产品会选用5dBi全向天线,基本能满足室内50米以内、室外150米以内的传输需求。

而要想获得更远的传输距离,8dBi~9dBi的全向天线、18dBi左右或更高的定向性天线必不可少。如D-Link的DWL-1800R无线网桥,便集成了16dBi平板天线,能实现最远可达25公里的无线传输。

然而那些无线爱好者为了获得更远的传输距离,采用了具备更高增益值的卫星碟形天线(俗称“锅盖”),它不仅能提供更远的传输距离,而且价格也不是很离谱。以国内常见的中卫0.6m偏焦型碟形天线为例,它的报价在120元左右,增益值可达36dBi;而中卫1.2m偏焦型碟形天线,报价在750元左右,增益值可达43dBi;中卫1.5m正焦天线,报价在300元左右,增益值可达44dBi。

3.阻碍越少越好

WiFi产品工作时对周边环境的要求非常高,而要想实现远距离传输更要注意避免“遭遇”坏天气、强干扰物体。由于远距离无线传输所使用的定向天线在固定方向上辐射信号极强,这就需要它们必须相互正对,同时也需要在主波周围有大量空旷开放的空间,所以这些超百公里的无线传输实验大多是在无阻隔的高山(最好中间为平原或海/湖面,无大的城市或居民区)之间进行的,而且天气必需是万里无云的晴天,如果是阴天或雨天,无线传输将受到极大的影响。

普通用户也可做到

发烧友有发烧友的玩法,咱们也不要随意模仿,其实对于国内无线玩家或用户来说,完全可以通过一些价廉物美的信号增强设备来尝试改进自己的无线网络,获得更远的传输距离。

1.天线,天线,还是天线

对于具备可拆卸天线接口的无线产品,可直接选购增益值更大的天线,这是最符合实际且立竿见影的办法。相同的条件下,具备较高天线增益值的产品,无线传输距离肯定越远。

要想增加区域覆盖效果和距离可选择5dBi~9dBi的全向天线,它可进行360度均匀辐射;要想增加传输距离,可选择定向天线,增益值可达19dBi以上。很多厂家的此类高增益产品价格都不便宜,如中怡数宽8dBi的全向天线报价750元,D-Link DWL-M60AT定向6dBi天线报价950元。笔者建议有需求的读者通过“淘宝”进行选购,价格比较便宜。

此外,对于采用可拆卸型天线接口的无线产品,可选用具备延长专用导线(馈线)的壁挂式天线产品,自己焊接在无线路由器等设备上的天线引线的接线焊接点即可。当然,在选择时要注意,并不是专用导线越长(还要注意导线的材质)的天线产品就越好,导线过长的产品会造成天线的增益大幅衰减,影响无线传输,普通产品的导线长度最好不要超过两米。

2.解决发射功率问题

多数室外无线AP或网桥都具备可调整发射功率的设置选项,如D-Link的DWL-1000AP+无线网桥。多数家用级无线路由器都没有提供发射功率的可调选项,因此笔者建议大家购买能够刷固件的无线路由器,在给无线路由器刷新DD-WRT程序后,让自己的设备提供更多原先没有的功能,例如无线功率调节、网桥、VPN等。

在刷新无线路由器的固件后,便可调整发射功率了,以网件的路由器为例,进入配置页面,在“无线”一栏的“高级设置”中找到“Xmit功率”选项,可发现它的默认发射功率为28mW,它的发射功率可在0mW到251mW之间任意调节(虽然最大标称251mW,但实际的最大可调功率不会超过100mW),用户可根据自己的需求决定无线发射功率的大小(最好配合高增益天线使用)。

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可为普通产品更换增益值较大的天线(左),以增加无线覆盖性能
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在山顶上架设卫星碟形天线,是获得较远的传输距离的好方法。普通用户可以在日常应用中模拟应用此方法。