Trondløst

Innhold

Prosjektet
Teknisk
Sikkerhet
Produktvalg
Status
Lenker
Andre trådløse nettverk
Brukte frekvenser, hopp set og sekvenser i Trondheim

Prosjektet

Trondløst var et samarbeidsprosjekt mellom NTNU og UNINETT der testet hvordan radiobaserte nettverk (Wireless LAN) egnet seg i større geografisk utstrekning, i et såkalt Metropolitan Area Network (MAN). Målet for prosjektet var å dekke større deler av Trondheim og dermed kunne tilby et mye raskere, og på sikt billigere, alternativ til ISDN eller fastlinje for hjemmebrukere. Vi har også etablert et trådløst nettverk i egne lokaler og tar med oss utstyr for å raskt kunne sette opp trådløst nett når vi er på eksterne konferanser, seminar eller større møter. Den store prøven var det 45. IETF i Oslo der vi lagde et stort trådløst nett som dekket Oslo Plaza og Oslo Spectrum med 30 basestasjoner slik at de over 200 trådløsbrukerne hadde nettverkstilknytning i alle fellesområder og møtelokaler ...og litt til.

Prosjektet har resultert i en rapport. Denne omhandler litt om teknologien, våre erfaringer og tips for de som vurderer å etablere trådløse nettverk. Dette er i første rekke tiltenkt høgskoler, universitet og andre kunder som ønsker faglig bistand. Rapporten er tilgjengelig for UNINETT medlemmer på forespørsel.

Vår hovedfokus har vært byggingen og driften av det trådløse MAN i Trondheim. For å klare dette har vi i benyttet oss av de bygninger vi har tilgang til for opprettelse av basestasjoner. Er en maksimalt fire kilometer fra ett av disse punktene og med klar siktelinje, vil en kunne få trådløst nettverkstilknytning.

Teknisk

Markedet ser ut til å bevege seg mot standardisering av WLAN teknologi og IEEE 802.11 er den standarden de fleste produsenter baserer seg på. IEEE 802.11 spesifiserer bruken av frekvensområdet fra 2.4GHz til 2.4835GHz. Dette er et "rotebånd" som ikke er underlagt krav til konsesjon og kan derfor brukes fritt. IEEE 802.11 spesifiserer 2Mbps systemer. Nå har IEEE 802.11a og 802.11b fått sin endelige godkjenning. 802.11a bruker frekvenser på 5GHz og kan oppnå fra 6Mbps til hele 54Mbps. Dessverre er ikke disse frekvensene tilgjengelig her i Norge. 802.11b bruker derimot de samme 2.4GHz frekvensene og kan tilby 11Mbps. Den er bakoverkompatibel med det gamle 2Mbps.

Siden frekvensområde på 2.4GHz ikke er underlagt konsesjon, finnes det mye annet utstyr som bruker de samme frekvenser. Dette oppleves som støy eller interferens og kan gi til dels betydelig reduksjon i kapasiteten. Den kanskje største støykilden å passe seg for er mikrobølgeovner som opererer nettopp på disse frekvensene. Selv om de som oftest er godt skjermet, kan en uheldig plassert mikrobølgeovn fullstendig lamme kommunikasjonen. Annet ustyr som bruker disse frekvensene er f.eks. enkelte alarmer og trådløse telefoner, enheter for trådløs overføring av videosignal (X10 DVDAnywhere), HomeRF og BlueTooth. Felles for alt slikt utstyr er en begrensning på hvor kraftige signaler en kan få sende. Gjeldende regler for Europa er at den maksimale utgangseffekten fra antennen er 100mW eller 20dBm EIRP (Effective Isotropic Radiated Power). Dette er meget lite og hovedårsaken til at rekkevidden på trådløse nettverk er såpass liten.

Det er to måter å bruke det tilgjengelige frekvensspekteret. Felles for dem er at de bruker Spread Spectrum, dvs. at de sprer signalet over flere frekvenser. Dette gjør at signalet tåler støy bedre, men en ofrer båndbredde. Det er hvordan signalet spres som utgjør den store forskjellen og gjør teknikkene inkompatible med hverandre.

En del produsenter satser på frekvenshopping (Frequency Hopping Spread Spectrum - FHSS). Da hopper signalet fra frekvens til frekvens hele tiden etter et bestemt mønster. Dersom det forekommer støy på en av disse, vil signalet bli forsøkt sent igjen på neste frekvenshopp. For at flere enheter skal kunne kommunisere sammen, må rekkefølgen og mønsteret være kjent av alle parter. Her i Europa har vi 78 forskjellige hoppmønster å velge mellom. Disse er ortogonale, dvs. at ved å velge ett, vil frekvensen i bruk aldri kollidere med et annet hoppmønster. IEEE 802.11a benytter seg av en liknende teknikk som kalles Orthoganal Frequency Division Multiplexing (OFDM). For 2.4GHz er man begrenset til teoretisk 4.5Mbps, men kun BreezeCom har så mye som 3Mbps og avviker dermed litt fra standarden som spesifiserer maksimalt 2Mbps.

Et annet Spread Spectrum system er direktesekvens (Direct Sequece Spread Spectrum - DSSS) som gjør det på en litt annen måte. Her sendes signalet over alle frekvensene samtidig for dermed å være mere motstandsdyktig mot støy. Hver databit som skal sendes, kodes til en lengere sekvens som unikt identifiserer om det er en 0 eller 1. Hvordan sekvensen spres må være kjent for de enheter som skal kommunisere og "uinnvidde" vil ikke se annet enn støy. DSSS har rom før større kapasitet enn FHSS. IEEE 802.11 spesifiserer maksimalt 2Mbps, men i 802.11b får en 11Mbps.

Hver av systemene har sine fordeler og ulemper. DSSS har lengere rekkevidde for 2Mbps, men er ikke like tolerant mot støy som FHSS. For å oppnå 11Mbps, må en ha et sterkt signal, noe som kreverat en er nær senderen (ca. 20m) eller har gode antenner. Dessuten har den på grunn av sendeteknikken færre tilgjengelige kanaler og man kan derfor ikke ha på langt nær så mange konkurrerende systemer innenfor samme geografiske område. DSSS er også mere energikrevende, noe som gjør den mindre egnet for bærbare PCer. Med den veksten trådløse nettverk har hatt og kommer til å få, forventer vi at det etter hvert kommer til å være en del slike systemer i bruk i Trondheim. Vi la derfor også stor vekt på støytoleranse ved vårt valg.

Antenner er svært viktige for å få optimal dekning. En kan velge mellom rundstråleantenner som sprer signalet i 360 grader rundt seg, eller retningsvirkende som bare dekker en viss sektor. Rundstråleantenner er typisk for basestasjoner mens sluttbruker eller en radiolink bør konsentrere signalet mot målet med en retningsvirkende antenne. Dette gjør også at en kan unngå å støye for andre eller fange opp støykilder.

Sikkerhet

Selv om dataene blir kringkastet, hevder flere produsenter at det er relativt sikkert mot avlytting og misbruk. Årsaken til dette er bl.a. på grunn av Spread Spectrum teknikken. Uten riktig utstyr er det særdeles vanskelig å avlytte alle brukte frekvenser og sette sammen dataene i riktig rekkefølge. Riktig utstyr er imidlertid en helt vanlig IEEE 802.11 radiomottaker. For Direct Sequence (DS) systemer, er det bare et spørsmål om å finne riktig frekvens. På Frequency Hopping (FH) systemer er det litt vanskeligere og en må også ha en 32 tegns kode som kalles en "Extended Service Set Identification" (ESS ID) for å "finne" radionettverket. Men den kringkastes også, uten kryptering, så med rett kompetanse/programvare kan en utenforstående "sniffe" både denne og den øvrige datatrafikken på nettet.

I IEEE 802.11 standarden er det spesifisert en standard for kryptering av kommunikasjonen basert på prinsippet med delt hemmelighet. Denne kalles Wire Equivalent Privacy (WEP). Uten de hemmelige kodene kan ikke en utenforstående hverken koble seg til basestasjonen eller skjønne noe av datatrafikken. Det er derfor anbefalt at en bruker dette dersom en ønsker en sikrere kommunikasjon og vern mot uønskede tilkoblinger.

Produktvalg

Til prosjektet har vi vurdert produkter fra flere forskjellige produsenter. Ett kriterium for utvelgelse var at utstyret skulle følge IEEE 802.11. Det skulle være mulig å sette på valgfrie eksterne antenner, tåle radiostøy best mulig og dessuten være av solid konstruksjon. Andre kriterium var at det skulle være enkelt å sette opp og vedlikeholde. Valget falt på produktlinjen til BreezeCom (http://www.breezecom.com). Dette Israelske firmaet har kommet med FHSS produkter som har kommet godt ut i diverse tester. De er også de eneste som hevder 3Mbps ytelse (1.7Mbps reelt). Deres modulbaserte konsept skiller seg litt fra de fleste andre. De har frittstående bokser som fungerer som sender og mottaker mens brukeren kobler seg til denne med sin egen maskin med nettverkskort via en vanlig TP nettverkskabel. Dermed er man ikke avhengig av drivere til forskjellige operativsystem. En er også da i stand til separere enhetene og sette boksen nær antennen mens PC kan stå et annet sted i huset. Boksene kan fungere rett fra esken uten noen form for konfigurasjon, men en bør sette opp egen ESS ID. BreezeCom har også en PCMCIA utgave for bærbare maskiner. Drivere er tilgjengelig for Windows 9X og NT. Det finnes en gammel betaversjon av en driver til Linux, men Windows 2000 har enda ikke en driver.

BreezeCom har egne enheter som fungerer som basestasjon (Access Point). Mot denne kan en kommunisere med en bru (Wireless Bridge) eller en stasjonsadapter (Station Adapter). En bru brukes dersom en vil knytte sammen to nettverk. Stasjonsadapteret brukes dersom en vil koble opp en PC. De forskjellige bruene og basestasjonene kan ikke kommunisere med hverandre, men er avhengig av en basestasjon.

Mot slutten av prosjektet og under IETF, brukte vi også mange produkter fra Symbol. De har et 2Mbps FHSS basert system og det tilbyr interoperabilitet med annet FHSS ustyr som det fra BreezeCom. Dette fungerer glimrende i praksis og vi fant at kvaliten på basestasjonen var mye bedre og billigere enn BreezeCom sin. De har imidlertid ikke frittstående enheter (Station Adapter), men deres Wireless Bridge er betraktelig billigere. PCMCIA kortet har en teknisk dårligere løsning enn BreezeCom, men til gjengjeld finnes drivere til Windows 9X, Windows NT, Windows 2000, Linux og snart Mac.

Status

Prosjektet er ferdig og går for tiden over i en driftsfase. Selv om utstyret har fungert tilfredsstillende, viser det seg at det er praktiske ting som lager mest problemer. Spesielt går dette på plassering av enheter og antenner. Vi er avhengig av velvillighet fra andre for å få lov til å plassere antenner på taket av høybygg. Oppfinnsomhet må også til enkelte steder for å finne gode måter å feste mast og antenne. Det er også viktig å få plassert enheten nærmest mulig antennen for å unngå for lang antennekabel. Radiosignalet har heller ikke mye toleranse for hindringer på veien. En bygning, klynge med trær eller en liten bakketopp er nok for at signalet ikke når frem eller blir vesentlig svekket. (Bildet viser en spesialkonstruksjon vi måtte lage til basestasjonen på Rosten når det ikke var festepunkter tilgjengelig og vi måtte unngå å skade taket.)

Pilotbrukerne så langt er svært fornøyd med ordningen. Den økte kapasiteten fra ISDN og det å kunne være på nett 24 timer i døgnet uten å bekymre trenge å bekymre seg for løpende kostnader, er noe mange brukere ser på som meget positivt.

Vi har underveis kontinuerlig målt trafikkmønster og nettbruk for å se om og hvordan dette har endrer seg i forhold til bruk av ISDN. Noen basestasjoner har også blitt belastet av såpass med brukere at vi har fått en god ide om skalerbarhet. Vi har også målt stabilitet i forhold til ulike værforhold og avstand fra basestasjon. Resultatene har vært svært positive med hensyn til vær. Både efaringene fra IETF og på eget MAN tilsier at FHSS system kan skaleres til ganske store nett.

Lenker

Prosjektet har egne sider her. Disse er lukket for andre enn prosjektdeltakere.

Oversikt over andre trådløse nettverk ved høgskoler og universitet her til lands.
Oversikt over hopp sekvenser / frekvenser brukt i trådløse nett i Trondheim