Material per per connectar-se i crear un punt d'accés

del llibre Guifi.net. Tutorial

La finalitat d'aquest apartat és descriure el material necessari per connectar una zona geogràfica a la xarxa de Guifi i distribuir el senyal entre els veïns creant un punt d'accés.

Com exemple, s'utilitzarà la connexió d'una àrea de Les Planes a un node de Terrassa, a fi de poder distribuir el senyal als veïns. En resum, es tractava d'instal·lar dos antenes (i el material associat):

Antena parabòlica a Les Planes per poder enllaçar amb un altre antena parabòlica instal·lada a Terrassa.
Antena per repartir el senyal entre els veïns.

El primer que es va fer va ser determinar si des de Les Planes es veia algun node de la xarxa de Guifi. Això es va fer amb els mapes que hi ha a la pàgina web de guifi (veure apartat Guifi.net. Tutorial/Determinar si tenim la xarxa a prop. Es va determinar que es podia fer una connexió amb un node de Terrassa situat a uns 17,5 km en línia recta.

El material utilitzat bàsicament consistia en:

Una antena parabòlica connectada a una ràdio per enllaçar amb Terrassa.
Una antena omnidireccional (provisional), també connectada a una ràdio, per repartir el senyal entre els veïns.
Un encaminador (router) que organitzi el trànsit del senyal i la trameti al lloc adequat (antena parabòlica, ordinador de casa o antena veïnal).
Els cables per connectar tot això.

Concretament, la llista detallada era:

Antena parabòlica de reixa per 5 GHz de 27dBi de guany.
Dos rínxols (cable d'antena) Times Microwave Systems LMR-400 d'un metre i am connectors N(M)-N(M) per les antenes.
Encaminador (router) de placa Mikrotik RB433UAH (28 MB 3 Ethernet 3 MiniPCI 2 USB RouterOS 5).
PoE Passiu per alimentar l'encaminador.
Font d'alimentació Mikrotik POW-48 (48 v. 0,5 A (24 W)) per alimentar el PoE.
Conector de Intempèrie RJ-45 femella Pacific amb cable Ethernet.
Radio Mini-PCI Mikrotik R5H (320 mW) per enllaçar amb Terrassa.
Un Mini-rínxol ("mini-pigtail") MMCX a N famella de 30cm (PIG-MMCXNF) per connectar la ràdio Mikrotik R5H amb el rínxol de l'antena parabòlica.
Ràdio Mini-PCI Mikrotik R52 (100 mW) per distribuir el senyal entre els veïns.
Un Mini-rínxol 5 GHz. UFL-N Jack Bulkhead 18cm per connectar la ràdio Mikrotik R52.
Antena omnidireccional de 2,4 GHz, 8 dBi de guany i 360° Vertical Pol.
Caixa estanca d'alumini de 4 forats.
Material divers:
- Cinta aïllant per protegir les connexions de l'antena amb el rínxol (també es pot usar algun aïllant termoretràctil).
- Visos, brides i abraçadores per endreçar el cables.

Donat que a guifi se sol utilitzar per les connexions a llarga distància la freqüència wifi de 5 GHz, i per distribuir el senyal entre els veïns, la de 2,4 GHz (que és l'habitual de les xarxes wifi domèstiques), en aquesta llista hi ha una barreja de materials per 5 GHz i per 2 GHz.

Les eines imprescindibles per a construir-lo són:

Un equip amb bon humor i ganes de treballar
Taladradora
Estenalles per a cables, de corrent i de xarxa
Claus angleses, fixes i de tub
Tornavisos de tota mena
Una escala de peu
Unes ràdios prèviament configurades i provades amb l'unsolclic
Un portàtil per provar que tot funciona bé, tant per xarxa com per wifi
Màquina de fotografiar per la posteritat
Corrent elèctric

La llista de material pot semblar molt esotèrica i poc entenedora. Tanmateix, s'anirà explicant que és cada cosa, quina funció realitza i com s'utilitza. Es començarà per el punt d'entrada a la xarxa veïnal, és a dir, la parabòlica.

Antena parabòlica

A guifi s'utilitzen fonamentalment dos tipus d`antenes per connexions entre nodes:

De panell o rajola.
Parabòliques.

Aquestes darreres són més útils per a distàncies més grans, però són més complicades d'encarar. Les avantatges de les parabòliques per llarges distàncies es que emeten en un angle petit i, per tant, contaminen menys l'espectre electromagnètic i el senyal perd menys intensitat amb la distància que amb altres tipus d'antenes

Per tant, per fer la connexió Terrassa - Les Planes, és va escollir una antena parabòlica de reixeta (pel vent) de 650 mm de diàmetre que treballava a 5 GHz, amb un guany (potència d'emissió relativa) de 27 dBi i polarització horitzontal o vertical. Permetia fer connexions fins a 40 km.

Que vol dir això d'un guany de 27 dBi? És "quantes vegades més senyal posa a l'aire l'antena, en comparació amb una antena teòrica, alimentada amb la mateixa potència i que transmetés, sense pèrdues, en totes direccions" (antena patró teòrica de forma "esfèrica"). Relaciona la intensitat del senyal que emet l'antena en una direcció, amb la que emetria una antena patró ó antena isotròpica (d'aquí la "i" de "dBi"). El dBi és, per tant, una mesura relativa de la potència del senyal. Un guany de 3 dBi significa que la potència que es rep lluny de l'antena serà de 3 dB superior a la que es rebria si s'utilitzes una antena ideal que emetés sense pèrdues en totes les direccions (a igualtat de potència d'alimentació).

El guany estima, en part, la potència que es guanya pel fet d'emetre el senyal en una sola direcció, i no en totes. Zero dBi correspondria a una antena que emet a la mateixa potència que l'antena patró i, per tant, no aconsegueix cap guany de potència respecte a aquesta antena patró. A partir d'aquest valor de referència, es tenen valors superiors a 0 dBi:

0 dBi
10 dBi
20 dBi
30 dBi
...

i valors inferiors a 0 dBi:

0 dBi
-10dBi
-20dBi
...

En definitiva, pels valors per sobre del zero (positius), quan més grans, més potència i pels valors per sota de zero (negatius), òbviament, quan més petits (sense tenir en compte el signe), més potència (-80 dBi representa menys potència emesa que -20 dBi).

Quants més dBi, més guany, i per tant s'aconseguirà més distància o millor qualitat d'enllaç. Una antena millor no fa que l'enllaç vagi més ràpida, però sí que augmenta la cobertura i la qualitat.

Les antenes solen tenir un connector per poder-les connectar a la seva ràdio mitjançant un cable anomenat "rínxol". Existeixen diversos tipus de connectors:

N (de navy): És un connector tipus rosca molt utilitzat a les antenes. Poden ser femella (normalment el que té l'antena) o mascle (normalment el que té el rínxol).
RP-TNC (Reverse-Polarity TNC ).
RP-SMA (Reverse polarity SubMiniature version A): és el connector més utilitzat en les ràdios PCI. Poden ser famella (connector típic de les antenes tipus dipol) o mascle, que és el tipus que tenen els connectors de les ràdios PCI.
SMB (http://en.wikipedia.org/wiki/SMB_connector SubMiniature version B).
Proxim.
MCX (Micro CoaXial).
MMCX (Micro-Miniature CoaXial):és similar al MCX, però més petit. S'utilitza en alguna ràdio mini-PCI (per exemple, en la Mikrotik R5H).
MC-Card: potser famella o mascle. Utilitzat en targetes PCMCIA.
U.FL (Hirose U.FL): s'utilitzat en les ràdios mini-PCI.

D'aquestos, els dos primer són connectors relativamet grossos, i la resta són petits. Segurament, en les antenes parabòliques només es fan servir un dels dos primers.

L'antena parabòlica que es va escollir tenia un connector famella del tipus N de 50 Ohm.

Rínxol coaxial per l'antena parabòlica

Els cables coaxials que connecten les antenes i ràdios entre si se solen anomenar rínxols ("pigtails" en anglès). En la figura "Punt d`accés del super-node TRSAjuliol22 de Terrassa" es pot veure un rínxol que va de la capsa on hi ha la ràdio a l'antena. El perquè a aquests cables s'anomenen rínxols, és evident en aquesta foto.

En el cas de l'enllaç amb Terrassa, el rínxol havia de connectar l'antena parabòlica amb la seva ràdio. Aquesta connexió també és feia amb un connector famella de tipus N. Per tant, el rínxol havia de tenir a cada extrem un connector de tipus N, però mascle.

Es va fer servir un rínxol Times Microwave Systems LMR-400 d'1m d'allargada i amb dos connectors N(M)-N(M) (és a dir, dos connectors mascles de tipus N). Amb aquest model de rínxol el senyal perd poca potència amb la distància (0,217 dB per metre a la banda de 2,4 GHz; no s'ha sabut trobar quina és la pèrdua a la banda de 5GHz).

Encaminador (router)

Els encaminadors per guifi han de ser especial, en el sentit de que s'ha de poder modificar el microprogramari ("firmware"). Un llistat dels encaminadors més utilitzats per al comunitat de Guifi es pot trobar a aquesta pàgina. Com es veurà més endavant, la comunitat de guifi ha desenvolupat una metodologia per modificar fàcilment els microprogramaris sense tenir especials coneixements d'informàtica.

En els fòrums de guifi.net, existia el consens de que per aquest tipus de node els encaminadors més utilitzats eren els de placa de la casa Mikrotik. Per manca de criteris tècnics, es va decidir seguir a la majoria i tenir més garanties de suport. Per tant, es va escollir un encaminador de placa de la casa Mikrotik, model RB433UAH (no era ni de la gamma alta ni de la baixa). Esperem poder oferir en el futur una versió tècnicament basada sobre els tipus de encaminador a utilitzar i els criteris d'elecció.

L'encaminador escollit permetia ficar-hi tres ràdios i, a grans trets, les seves característiques eren:

Tres connectors Ethernet 10/100.
Tres ranures del tipus miniPCI per poder-hi ficar fins a 3 ràdios miniPCI. Tanmateix, els encaminadors Mikrotik poden gestionar més ràdios si es munta una targeta d'expansió.
Alimentació elèctrica de 12-28V que es podia realitzar directament amb un jack o a través d'un cable Ethernet. Subministrar l'electricitat amb una cable Ethernet te l'avantatge de que amb un sol cable es tramet el senyal de la xarxa i el corrent elèctric. Aquesta tecnologia s'anomena PoE (Power over Ethernet) i permet l'alimentació de dispositius de xarxa mitjançant el propi cable de xarxa. Possibilita alimentar dispositius que no tenen una font d'alimentació propera, sense necessitat de passar dos cables, un pel senyal i un altre per el corrent elèctric. Això és molt útil ja que l'encaminador ha d'estar instal·lat junt a l'antena. Per tant, sol estar a la teulada, terrat o lloc similar on no hi sol haver corrent elèctric (veura la figura "Punt d`accés del super-node TRSAjuliol22 de Terrassa").
Sistema operatiu: RouterOS 5.

PoE Passiu per alimentar l'encaminador de placa

És una caixeta que es fica entre la font d'alimentació i l'encaminador. S'encarrega de rebre i trametre el senyal de xarxa a l'encaminador i de proporcionar-li corrent elèctric.

En ell hi han tres connexions:

Una connexió per la font d'alimentació.
Una endoll Ethernet que va cap el PC de casa o qualsevol altre dispositiu que permeti repartir el senyal de xarxa cap a la casa.
Un endoll PoE Ethernet que té dos funcions:
- Rep el senyal de xarxa que ve de l'encaminador de placa que està connectat a l'antena.
- Envia corrent elèctric a aquest encaminador de placa que està tocant a l'antena.

Per tant, del PoE surten dos cables Ethernet:

El que va fins al encaminador que està a la teulada i que transportant les dades i la corrent
El que va cap a l'ordinador o un encaminador/commutador de la casa.

Font d'alimentació pel PoE

Font d'alimentació amb una sortida de 18v per alimentar el PoE. És com un carregador de mòbil.

Connector Ethernet per exteriors

Conector de intempèrie RJ-45 famella amb cable. És per ficar a dintre de la caixa estaca d'alumini i poder connectar l'encaminador amb el cable Ethernet que ve del PoE. Un extrem es connecta al connector Ethernet PoE de l'encaminador i l'altre extrem està a la intempèrie per poder-lo connectar al cable Ethernet que ve del PoE. Permeten fer connexions Ethernet a la intempèrie en llocs on hi ha humitat o pluja.

Ràdio de 5 GHz per l'antena parabòlica

És va escollir una ràdio Mini-PCI Mikrotik R5H. Emet a la banda de 5 GHz i té una potència mitjana de 25 dBm. Té un connector MMCX tipus famella.

La ràdio és fica a la ranura PCI mini que té l'encaminador, com qualsevol placa d'ordinador.

Que vol dir això d'una potència de 25 dBm? Ho explica, per exemple, en Sergi Tur. Les potències del senyal s'expressen en Watts, però en telecomunicacions és més habitual utilitzar una mesura (per a mi) més esotèrica anomenada dBm ("dB" de decibel). El dBm és una mesura que compara la potència del senyal amb el senyal de referència que és 1 mil·liwatt (1 mW). Zero dBm correspont a 1mW. A partir d'aquest valor de referència, tenim els valors superiors a 0 dBm:

0 dBm = 1mW
10 dBm = 10 mW
20 dBm = 100 mW
30 dBm =1 W = 1000 mW
...

i els valors inferiors a 0 dBm:

0 dBm = 1mW
-10dBm = 100 µW = 0,1mW
-20dBm = 10 µW = 0,01mW
...

En definitiva, pels valors per sobre del zero (positius), quan més grans, més potència i pels valors per sota de zero (negatius), quan més petits (sense tenir en compte el signe), més potència (-80 dBm representa menys potència que -20 dBm).

Mini-rínxol per la ràdio de 5 GHz

Les ràdios que estan en les ranures dels encaminadors tenen uns connectors per l'antena molt petits, i no es solen connectar directament al rínxol que ve de l'antena. Per això, estre la ràdio i el rínxol que ve de l'antena s'intercala un rínxol petit i fi ("mini-rínxols"). És recomanable que aquests mini-rínxols siguin curts per minimitzar la pèrdua de senyal.

Per tant, s'ha de diferenciar entre els "rínxols", que són els cables gruixuts exteriors que es connecten directament a l'antena i els "mini-rínxols", que són cables prims i petits que serveixent per connectar les ràdios amb el "rínxols" que venen de l'antena. Per tant, el "mini-rínxol" és un pont entre la ràdio i el "rínxol" de l'antena. Aquí es pot veure un "mini-rínxol" connectat a una ràdio (R52) i aquí un "mini-rínxol" connectat a la ràdio que ja està connectada al encaminador de placa.

Atenció, perquè la ràdio R5H no porta el connector típic de les ràdios mini-PCI (el U.FL), sinó un connector MMCX famella. Per tant, es necessitava un rínxol amb un connector MMCX mascle per l'extrem de la ràdio, i un connector tipus N famella pel cantó que s'havia de connectar amb el rínxol que venia de l'antena.

Es va escollir un mini-rínxol MMCX a N famella de 30cm de llarg i amb un connector MMCX (MCX mascle) pel cantó de la ràdio i un altre tipus N famella pel cantó del rínxol que ve de l'antena.

Ràdio de 2,4 GHz per l'antena veïnal

És la ràdio que distribuirà el senyal al veïnat. Ha de treballar a la banda wifi de 2,4 GHz. Es va escollir una de menys potència que l'anterior, en concret, una Mikrotik R52 de 19 dBm de potència i que emet tant a 2,4 com a 5 GHz. Porta un connector tipus U.FL mascle.

Mini-rínxol per la ràdio de 2,4 GHz

Per connectar la ràdio veïnal amb el rínxol de l'antena veïnal. Mini-rínxol tipus U.FL famella a N famella de 5 GHz. Malgrat que en els catàleg sol ficar que són per 5 GHz, funcionen també a 2,4 GHz.

Antena veïnal

Provisionalment, i només per fer visible el senyal de guifi al barri, es va decidir ficar una petita antena omnidireccional que més endavant seria substituïda per una o mes antenes sectorials (que "contaminen" menys).

Es va escollir una antena omnidireccional per 2.4 GHz de 8 dBi de potència i 360° i polarització vertical. Per a més informació sobre aquest tipus d'antenes es pot consultar "Antenes omnidireccionals".

Rínxol coaxial per l'antena parabòlica

L'antena omnidireccional portava un connector tipus N famella igual que el de la parabòlica. Per tant, el rínxol que es va fer servir per connectar amb l'encaminador va ser el mateix que per l'antena parabòlica.

Aquests rínxols convé que siguin curts, tal com es comenta a "Llargada màxima cable antena a encaminador".

Caixa estanca alumini

El encaminador ha d'estar tocant a les antenes. Per tant sovint té que està a la intempèrie i es ven sense cap mena de protecció. Per tant s'ha de ficar en una caixa per protegir-lo. Hi ha capses més o menys adaptades per ficar-hi l'encaminador. Però molta gent adapta una caixa de plàstic estanca tipica d`electricista com la que es pot veura a la figua anterior "Punt d`accés del super-node TRSAjuliol22 de Terrassa". Altres exemples es poden veure a aquesta o aquesta.

Al ser el primer muntatge que es feia, es va escollir una caixa d'alumnin estanca que ja estava bastant adaptada per aquests tipus de encaminador.

Esquema global simple

Com s'organitzarà tot el material? Un esquema molt simple és (només es mostre la ràdio i l'antena per l'enllaç amb Terrassa) és el de la figura "Esquema simple supernode de Guifi.net".

Es mostrarà com s'arriba a muntar i configurar tot això. Es començarà amb el muntatge de la capça amb la placa de l'encaminador, les ràdios i els connectors de les antenes i del port Ethernet.