[Bologna] resoconto vari test a lunghe distanze con M5

[Michele Cucchi]

Ciao a tutti come vi ha anticipato Savino vi scrivo un report (un po'
lunghetto) dei test fatti a distanze medio lunghe con le Nanostation M5
AirOS. Riscriverò tutto nel wiki.

Breve intro
La prima cosa da fare quando si vuole costruire un link radio
punto-punto in esterno è verificare l'attenuazione di percorso in
"spazio libero", questo punto è vincolante perchè ci indica in modo
inequivocabile la fattibilità del collegamento, per la distanza in gioco
ed il tipo di apparati in uso.
La verifica può essere effettuata semplicemente calcolando
l'attenuazione in dB del tratto di spazio percorso dalla nostra
emissione, utilizzando la formula: 20log(km)+20log(GHz)+92,45.
Il logaritmo è in base 10.
Il risultato della formula, utilizzato come un numero negativo perchè è
un'attenuazione, va sommato algebricamente alla potenza eirp in dBm del
trasmettitore ed al guadagno in dB dell'antenna del ricevitore.
Il numero ottenuto ci da la massima potenza in dBm in ingresso al
ricevitore nelle migliori condizioni. Al massimo otteniamo questo
valore, ma si potrebbero avere nella realtà valori di potenza inferiori
per vari fattori come condizioni atmosferiche etc.

Questo numero (in caso di 1° zona di fresnel libera) ci consente di
capire a grandi linee la massima velocità L2 del link radio, il cui
valore può essere letto nella tabella dei "modulation code scheme" nel
datasheet delle cpe.

Dopo l'attenuazione è necessario verificare il "link budget" ovvero il
margine di potenza di segnale necessario per mantenere stabile il
collegamento in caso di un peggioramento significativo delle condizioni
di propagazione, (neve, pioggia, thermal fading, etc). Infatti a queste
frequenze le condizioni atmosferiche possono determinare peggioramenti
evidenti del segnale pregiudicando la fattibilità del collegamento.
Il problema si risolve mantenendo il segnale ricevuto dal ricevitore al
di sopra di un determinato livello di "potenza limite" sotto il quale
non scendere mai. Si può fare semplicemente calcolando i guadagni delle
due antenne tx ed rx di conseguenza, quindi utilizzando apparati
opportuni M5, Powerbeam, Rocket etc.

Un altro punto importante da verificare è la zona di fresnel:
http://it.wikipedia.org/wiki/Zona_di_Fresnel
in particolare la 1° zona. Se ci sono ostacoli in questa porzione di
spazio abbiamo sicuramente problemi di comunicazione, come velocità
minori di quello che ci si aspetta ed instabilità del segnale.
Si può calcolare il raggio nel punto prescelto
con la formula trovata nella pagina wikipedia. Da calcoli effettuati
negli esperimenti abbiamo visto che già a brevissima distanza (40cm)
dall'antenna la zona di fresnel si allarga già di molto, rendendo
necessario alzare le antenne dal tetto o dal piano di riferimento
(terra, etc) perchè altrimenti la zona risulta impegnata dal piano con
conseguenti problemi di segnali instabili.


Test
Abbiamo svolto nei mesi scorsi alcuni test di link punto punto a varie
distanze.

Il primo ha coinvolto due punti distanti tra loro 6km utilizzando due
nanostation M5 sul canale 128 (5640Mhz), con potenza EIRP max di legge
30dBm.  Un'antenna in modalità AP, l'altra in client station mode,
AirMax disattivato e canali 20Mhz.
Un'antenna era montata fissa su palo, mentre l'altra era sostenuta da
uno di noi, quindi con un'altezza massima dal tetto di 2mt. Il link è
riuscito con un segnale massimo di circa -76dBm (esattamente il
risultato del calcolo di attenuazione scritto sopra), la
massima velocità TCP (monodirezionale) da iperf è stata 7Mbps, con ping
variabile tra 1ms e 5ms, il collegamento era stabile.

Il secondo test, svolto dalle stesse postazioni con la stessa distanza
ed apparati, l'unica differenza è stata l'attivazione di AirMax, non è
riuscito perchè il link non era stabile con segnali bassi e problemi di
ricezione. Abbiamo rilevato però varie stazioni sullo stesso canale
nella direzione di puntamento ed una differenza atmosferica
passando dalla volta precedente con tempo bello, poca umidità e
temperatura fresca ad una giornata molto calda ed umida. Condizione che
può determinare per segnali bassi effetti lente, di thermal fading e
propagazioni strane.

E' emerso anche un problema di ignoranza sul funzionamento delle CPE,
risolto dopo il test successivo.

Il terzo test ha visto un cambiamento di location, in occasione di un
evento radioamatoriale siamo andati nel parco di montesole installando
(in modalità mobile batterie e dc-dc stepup) due M5 a 2,4km di distanza
con lo stesso canale radio dei test precedenti, ma con zona di fresnel
purtroppo un po' impegnata.

Alla prima accensione, per errore una delle due antenne era settata con
potenza di 14dBm EIRP (25mW) e l'altra  a 30 (1W), il link è avvenuto lo
stesso, con ping simili al primo test, dopo avere alzato la potenza a
30dBm per entrambi gli apparati abbiamo testato la velocità con un
download dal webserver apache installato in un pc attaccato ad una delle
due antenne (non avevamo due pc con linux ma un pc ed un tablet
windows). Il download ha raggiunto solo 7Mbps, sicuramente a causa della
zona di fresnel occupata.

Dopo avere modificato impostazioni per vedere di migliorare qualcosa, le
antenne non si collegavano più non essendo più visibili, problema che
era emerso anche nel test precedente. Ciò è causato dalla presenza della
funzione inescludibile Dynamic Frequency Selection DFS, che per rendere
utilizzabile gli apparati su questa frequenza , mantiene il tx spento
per un periodo prestabilito in modo da ascoltare la presenza di radar
meteo (utilizzatori a statuto primario).

Il periodo di ascolto dipende dalla frequenza utilizzata, nella porzione
di banda outdoor, dal canale 100 (5500) al canale 116 (5580) il tempo di
ascolto è di soli 60s mentre dal 120 (5600) fino a fine banda 128 (5640)
è di 10 minuti.

http://community.ubnt.com/t5/image/serverpage/image-id/14303iA8B87192C348091B/

Nei test usavamo il canale 128 quindi con tempo di ascolto di 10minuti
non capivamo come mai non funzionasse nulla e dopo un po' le antenne
ripartissero. Vanno usati canali fuori da quella fascia.
Si può stabilire se l'antenna è in modo solo ascolto osservando la
pagina home del AirOS, se vi è presente anche il grafico di bandwidth
della wlan0. Se il grafico non c'è l'interfaccia ha la radio off, se è
presente è invece accesa.

Nei prossimi tempi eseguiremo altri test per capire la velocità che si
può ottenere su link lunghi e la massima velocità stabile per la massima
distanza.

Riassumendo dai test abbiamo imparato che per costruire questi tipi di
collegamenti è necessario verificare alcuni parametri prima di
installare i dispositivi, in caso contrario non si otterrà il risultato
voluto.

Scrivo una specie di checklist che poi riporterò, più approfondita sul wiki:

1- Linea di vista libera tra RX e TX (condizione obbligatoria senza
questa non si va da nessuna parte)
2- Attenuazione di percorso (fattibilità link per gli apparati in uso)
3- Zona di fresnel
4- Link budget
5- Canale outdoor fuori dalla banda "10Minuti" (se uso apparati a 5Ghz)


Direi che l'ho fatta lunga, se Itec, Encrypt e Diguz vedete che ho
scordato qualcosa aggiungetelo.


ciao

Michele
iz4ydn