Optický přenos dat vzduchem v komunitních datových sítích Karel Kulhavý

Projekt Ronja 1998: Pokusy s infra na dálku jen tak pro zábavu 2004: Svobodná technologie 10Mbps full duplex 1.4km Zatím stále DIY (postav si sám) 60 běžících spojů

Sousedská (komunitní) síť Počítačová síť TCP/IP Každý spoj (jiná) fyzická osoba Technologie musí být levná Velký průměr grafu, cykly Velká diverzita HW i SW Decentralizace Bezdrátové technologie WiFi (IEEE 802.11b) Ronja

Ronja: Výhody Odolnost vůči rušení Legislativní volnost světelného spektra Elektromagnetický smog Odposlech Principiální jednoduchost Škálovatelnost do budoucna Průchodnost Full duplex

Ronja: Nevýhody Výpadky za mlhy Pevné uchycení Pouze PtP topologie Viz grafy Pevné uchycení Pouze PtP topologie Dosah Exponenciální útlum atmosféry Mechanika Váha 10-20kg Práce Zatím žádný řemeslník nevyrábí

WiFi: Výhody Cena Hotové řešení Dosah Snadná montáž Snadno se sežene v obchodě Dosah Úzce směrové antény, čisté spektrum -> několik km Snadná montáž Nenáročná na přesné úhlové zaměření Stožáry se kývají ve větru

WiFi: Nevýhody Přenosová rychlost 11Mbps fyzická vrstva Mnoho režie, prakticky cca. 5Mbps half duplex, tzn. 2.5Mbps “full duplex” Zarušené volné odpadní pásmo 2.45GHz magnetrony, mikrovlnka typ. 1500mW EIRP Neustále rostoucí počet nasazovaných zařízení WiFi i ostatní 13 kanálů, z toho jen 3 nepřekrývající se Nad centrem Prahy přestává být použitelné Právo kdo dřív přijde ten dřív mele, řeší ČTÚ Mnoho provozovatelů překračuje povolený výkon 100mW EIRP Half Duplex, CSMA/CA Špatné chování při větším % vytížení

Kombinace Ronja+Wifi Spolehlivost Průchodnost Speciální požadavky na SW Nutnost okamžité a přesné detekce výpadku Přepnutí trasy pomocí OSPF (Zebra, Quagga)

Dosah spojů Ronja Exponenciální útlum při mlze, déšť OK Viditelnost = 17dB útlum Divergence 4mrad FWHM Dosah 1.4km při HPWT-BD00-F4000, 4km viditelnosti a 130mm aperturách Nezávisí na zarušení, bílý šum od Slunce WiFi Dosah závisí na zarušení Málo směrová (7-14dBi): stovky m - 1km Hodně směrová (24dBi): kilometry Vadí trochu déšť, mlha moc ne

Požadavky na Ronju Spolehlivost Snadnost výroby Dlouhodobá mechanická stabilita Snadnost výroby Běžné “domácí” výrobní operace Dostupnost součástek Kusově dostupné jen “general purpose” Cena materiálu Opět “general purpose “materiál

Struktura Ronji 1/3 Paketové rozhran í Překódování mezer Kabeláž IEEE 802.3 Překódování mezer Komerce: zákaznický obvod Ronja: MSI (technologie HCMOS) Kabeláž Komerce: TP nebo optika, zvlášť napájení Ronja: 2 x koaxiál 75Ω, napájení stíněním

Struktura Ronji 2/3 Optické hlavice Vysílací elektronika Komerce: hliníkový frézovaný odlitek Ronja: trubky a víčka od kamen, silikonový tmel Vysílací elektronika Červená LED HPWT-BD00-E4000 (23 Kč ;-) ) Přijímací elektronika Ronja: zesilovač bez zpětné vazby Komerce: transimpedanční zesilovač PIN dioda BPW43/SFH203 (20Kč ;-) ) Vytápění čoček

Struktura Ronji 3/3 Držák Konzole Slouží k nastavení směru Komerce: různé patentované konstrukce Ronja: profily, M10 šrouby Jemné zaměřování: silentbloky Konzole Mechanický interface pro budovu 5 druhů pro různé situace Komín, roh, stožár, zeď kolmá, zeď souběžná

Svobodná technologie: Výhody Odezva od uživatelů Zkrácený cyklus Paralelní výroba Odpadá distribuce, marketing atd. Není tlak na zkracování time-to-market Není tendence uvolňovat zabugované návrhy Absence formální odpovědnosti Namísto konkurence kooperace V případě nalezení chyby si uživatelé mohou zařízení “patchnout”.

Svobodná technologie: Nevýhody Omezení součástkové základny dostupností Návrh obvodu musí být robustnější Tolerance součástek rozmanitého původu Musí chodit napoprvé Není možné vyřazovat vadné kusy při výrobě Oživování nesmí vyžadovat víc jak multimetr Nestačí návrh, nutno napsat i výrobní návod Omezení na návrhový SW: pouze free software

Ethernetový rámec Mezirámcová mezera Preambule Data EOFD Hodinový slot 100ns

Rozhraní síťových karet AUI Páry RX, TX, kolize Symetrický signál 75Ω Karty se již nevyrábí TP Páry RX, TX Symetrický signál 50Ω Link integrity pulsy Autonegotiation Karty i switche

Práce s impulsy Prodlužovač impulsů Detekce rámce, ticha, 1MHz DRC článek Posuvný registr Detekce rámce, ticha, 1MHz

1MHz Nesmí se vysílat ticho Nelze rozlišit šum za ticha od slabého signálu Optický přeslech na trase by způsobil příjem protisměru Vycpávací signál se musí nechat snadno odlišit od rámce

DRC článek Nabije se rychle ale vybíjí pomalu Schmittův vstup Velký rozptyl časové konstanty Použitelný pro AUI, ale ne pro TP

Posuvný registr Fixní hodiny 16MHz Signál na async.RESET Vstup natvrdo na 1 Prodloužení zvolíme číslem výstupu

Diferenciální omezovač Zesiluje impulsní signál Je rychlý Omezuje amplitudu na nastavenou úroveň Symetrická převodní charakteristika

Přijímač PIN dioda, kapacita, integrace Integrovaný signál se zesiluje MOS tetrodou (kaskodou) Až po zesílení derivace Limitace, buzení koaxiálu Dobrý šum Bez zpětné vazby Přepážky Stínění

Vysílač Omezovač Preemfáze střídy Paralelně spojená hradla Automatické vypnutí při výpadku signálu Zamezuje zničení diody Vizuální diagnostika

Konektory Spolehlivost VF projde kapacitou Spolehlivý kontakt: pozlacení nebo plastická deformace Slabé pozlacení na povětrnosti oprýská Letovat na střeše je typicky velmi obtížné Svorkovnice jsou spolehlivé a levné

Vzdušná konstrukce Dielektrikum vzduch Velké mezery mezi vodiči Malá permitivita Bez dielektrických ztrát Velké mezery mezi vodiči 3D prostor Malá indukčnost vodičů Zemní plocha Nulová indukčnost Malý odpor Snadná realizace přepážek

Tištěný spoj Nepájivá maska HAL Servisní potisk Rychlejší stavba Nutná opatrnost při návrhu z hlediska VF

Použité programy Návrh schémat: gEDA gschem Generace seznamů součástek: gEDA gnetlist Konverze schématu na tištěný spoj: gEDA gsch2pcb Tištěný spoj: PCB Prohlížení Gerber RS274-X: Gerbv Simulace: gnucap Prohlížení analogových dat: gnucap Grafy: gnuplot

Pomocné programy Automatizace závislostí: GNU Make Webserver: Apache Skriptování webových návodů: PHP Editor: vim Skripty: GCC, Perl Rastrová grafika, úpravy foto: GIMP Vektorové náčrty: Sodipodi Mechanické výkresy: Qcad Synchronizace galerií: Rsync Správa verzí: CVS Vektorizace kreseb: Autotrace

Odkazy Domácí stránka http://ronja.twibright.com/ Běžící spoje Fotogalerie Použité softwarové nástroje CZFree.NET http://www.czfree.net/ Největší komunitní Síť V ČR Mapa sítě Opencollector http://opencollector.org/ Freesoft pro návrh HW