3 km Gigabit-Verbindung auf Lasermodems

TL; DR Der Artikel beschreibt unsere Erfahrungen beim Aufbau einer drahtlosen Verbindung in einer Entfernung von 3 Kilometern mit Lantastica TZR-Lasermodems ohne Verwendung eines Radios. Fazit: Es funktioniert wirklich, die reale Kanalbreite beträgt ~ 950 Mbit / s im Duplex mit Verzögerungen <1 ms.

Normalerweise werden für solche Aufgaben klassische Funkbrücken wie Ubiquiti und Mikrotik verwendet, und nur wenige glauben, dass Radio nicht der einzige verfügbare Weg ist. Es stellt sich heraus, dass Lasermodems in ziviler Leistung existieren, offen verkauft werden und nicht einmal eine Lizenz erfordern.

In der Praxis werden wir alle Schritte zur Konfiguration der Laserverbindung durchlaufen: von der Installation von Geräten auf dem Dach bis zum Einrichten und Testen von Bandbreite und Verzögerungen.

Die Hauptmerkmale des Lasermodems:

• Verwendet keine Funkfrequenzen - Daten werden mit einem Laserstrahl im unsichtbaren Bereich von 780 ~ 850 nm übertragen. Erzeugt keine Funkstörungen, erfordert keine Erlaubnis zur Verwendung von Funkfrequenzen
• Geringe Verzögerungen - Im Vergleich zu WiFi-Geräten weisen Lasermodems Verzögerungen auf, die mit Kabelverbindungen vergleichbar sind.
• Das Abfangen ist schwieriger - Funkbrücken sind leicht zu hören, ohne das Signal zu unterbrechen. Es ist fast unmöglich, den Verkehr der Laserbrücke abzufangen, ohne die Verbindung zu unterbrechen.
• Stealth - Die Laserverbindung ist aufgrund des schmalen Strahls schwer zu erkennen. Die Funkverbindung ist auch in beträchtlicher Entfernung von den Antennen leicht zu erkennen.

Theorie

^{Schematische Darstellung des Prinzips des Lasermodems}

So funktioniert es in der Praxis: Jedes Modem hat einen Sender an einer Laserdiode und einen Empfänger an einer Fotodiode. Modems "leuchten" mit einem Laser mit einer Wellenlänge von 780 oder 850 Nanometern ineinander. Das Lasermodem stellt hohe Anforderungen an die Zielgenauigkeit. Daher passen die eingebauten Motoren automatisch die Position des Senders und der Objektive an, um den genauesten Treffer zu erzielen. Die Laserhelligkeit und die Strahldivergenz werden ebenfalls automatisch angepasst, abhängig von den Wetterbedingungen.

Am Ausgang ist das Gerät über ein Twisted-Pair-Kabel oder eine Optik mit einem normalen Ethernet-Netzwerk verbunden.

Wetterbeschränkungen

Da die Datenübertragung direkte Sicht erfordert, erschweren Niederschläge in Form von Schnee, Regen und Nebel die Datenübertragung. Im Falle einer Verschlechterung der Sichtbarkeit erhöhen die Geräte die Helligkeit und verringern die Winkelgröße des Lichtstrahls. Das Gerät kann auch die Datenübertragungsrate reduzieren, um eine bessere Störfestigkeit bereitzustellen.

Der Hersteller behauptet, dass das Gerät bis zu 99% der Zeit pro Jahr bei Wetterbedingungen in Zentralrussland erfolgreich arbeitet. Wenn sich die Wetterbedingungen verschlechtern, wechselt das Modem in einen langsamen Modus von 200 Mbit / s. Um die Zuverlässigkeit der Verbindung zu verbessern, wird vorgeschlagen, eine Kanalduplizierung unter Verwendung einer Funkbrücke zu verwenden, die bei einem vollständigen Kommunikationsverlust auf der Laserverbindung auf Befehl des Lasermodems automatisch eingeschaltet werden kann.

Verfügbarkeitstabelle für Laserverbindungen während des Jahres gemäß Aussage des Modemherstellers:

Technische Eigenschaften

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Modems sehen aus wie eine CCTV-Kamera in einem Metallgehäuse aus Edelstahl. Auf einem Stativ mit drehbarer Halterung montiert. -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- ---------

• Vollduplexgeschwindigkeit: in einer Entfernung von 3 km - 1 Gbit / s (98% der Zeit in einem Jahr) + 100 Mbit / s (1,5%); bei 5 km - 1 Gbit / s (95%) + 100 Mbit / s (3%).
  ^{Hersteller von drahtlosen Geräten geben häufig die Gesamtgeschwindigkeit in beide Richtungen an, z. B. bei TX 50 Mbit / s und RX 50 Mbit / s beträgt die Geschwindigkeit 100 Mbit / s. Daher ist es wichtig, auf den Duplex-Parameter zu achten.}
• SFP-Port, zwei Ethernet-Ports (einer mit PoE-Ausgang)
• Eingebaute Winterheizung
• Der maximale Verbrauch von 15 Watt in der warmen Jahreszeit; 65 Watt bei kaltem Wetter
• Betriebstemperaturen: von -50 ° C bis + 50 ° C, Schutzart IP65.

^{Rückseite des Lantastica TZR-Modems}

Installation

Wir mussten zwei Gebäude in einer Entfernung von ca. 3 km über den Fluss verbinden. Der Fall findet in der Nähe von St. Petersburg statt. Das Ziehen einer optischen Leitung durch die Newa ist eine sehr reale Aufgabe, aber die Kosten für ein solches Projekt sind zehn, wenn nicht hundertmal teurer als bei allen Optionen für drahtlose Brücken.

Zunächst führen wir eine Erkundung des Gebiets durch, stellen sicher, dass zwischen den Dächern der Häuser eine direkte Sicht besteht, und berücksichtigen den ungefähren Abstand zwischen den Punkten anhand einer Karte.


^{Der Abstand zwischen den beiden Gebäuden, in denen Modems installiert werden}

Wir sehen, dass der gewünschte Punkt in direkter Sichtlinie liegt und nicht von Bäumen blockiert wird. Es ist wichtig zu berücksichtigen, dass Bäume in ein paar Jahren wachsen können.


^{Standort des zweiten Modems}

Zunächst wird die Halterung mit Ankern am Stativ befestigt. Es muss Windlasten standhalten und darf nicht vibrieren.



Für den ersten Hinweis auf das Remote-Modem wird ein optisches Visier verwendet. Irgendwann werden die Installateure wie Scharfschützen.

Positionierung der primären Halterung mit einem optischen Visier



Jetzt können Sie das Modem installieren. Es ist wichtig zu beachten, dass Laserstrahlung für die Augen gefährlich ist, und die Sicherheitsvorkehrungen zu beachten. Schauen Sie nicht in das Glas eines funktionierenden Modems.





Um auf die Kontakte zuzugreifen, wird die hintere Abdeckung des Geräts entfernt.



Stromanschluss



Die endgültige Ansicht des Modems nach dem Installieren und Entfernen von Schutzfolien



Installation des zweiten Punktes und des restlichen Fotos unter dem Spoiler:

Anpassung

Optional kann im Modem eine Kamera installiert werden, die im Infrarotbereich aufnimmt. Sie dient zur visuellen Beurteilung der Arbeitsbedingungen, zur Überprüfung auf Glasverunreinigungen usw. Der Videostream von der Kamera kann im üblichen RTSP-Format abgerufen und in das Videoüberwachungssystem integriert werden.

Dies ist das Bild von der Kamera im Modem, das an unserem zweiten Punkt installiert ist. Der Strahl des gegenüberliegenden Modems ist im Bild als heller schillernder Punkt sichtbar.

Video von der Kamera im Modem. Der Lichtpunkt des gegenüberliegenden Modems ist sichtbar

Telnet-Schnittstelle

Die Geräte werden über das Konsolentelnet konfiguriert. Betrachten Sie die Schritte in der Ersteinrichtung Schritt für Schritt. Um eine Verbindung zur Modemkonsole herzustellen, können Sie den in Windows integrierten Telnet-Client oder Putty verwenden.

Der Hersteller verwendet eine spezielle Terminologie für Konsolenbefehle: Interaktive Menüs werden als Skripte bezeichnet , Aktionen innerhalb eines Skripts werden als Befehle bezeichnet .

Die Modems sind mit Motoren zur automatischen Führung ausgestattet, die ab Werk im Parkmodus geliefert werden. Um die Konfiguration zu starten, müssen Sie die Motoren vom Parkplatz entfernen: entweder über die Taste am Modem oder über einen Befehl in der Konsole.
Führen Sie dazu das Skript trk aus und führen Sie den Befehl .go / z darin aus

telnet ip_ #   

Do APP>trk #    track
trk>.go /z #          

. . .

>setup
setup>.dist 3000 #     
setup> .modem #     
setup> .use #  

, , , , , , , 3059 .

>m #    

^,
:

Divergence — (), 1.96 1.74 .
Gain — .
CINR — (Carrier to Interference + Noise Ratio) .
FSO Speed — , , 1000 .

: .

^:

, . jperf, iperf3 Windows. 950 , . .



^{() .}
, WiFi nv2 Mikrotik, 2. , , <1. ping, , .

, . . , . -, . 170 . , . AirFiber 110. .

.