Инструменты MikroTik для расчета беспроводных каналов связи.

Когда речь заходит о практическом развертывании беспроводных линков “точка-точка” (PtP) или “точка-многоточка” (PtMP), крайне важно понимать, какие именно параметры являются реально достижимыми. Ведь порой публикуются «максимально возможные» характеристики устройств, которые зачастую очень далеки от реальной жизни.

Тем не менее, большинство производителей оборудования, в том числе и компания MikroTik, стараются облегчить задачу пользователей и предоставляют несколько простых и удобных инструментов для расчета.

В формировании параметров линка участвуют следующие параметры:

• Стандарт беспроводной связи (802.11 n/ac), в котором также определяются доступные ширины каналов и модуляции.
• Тип радиомодуля (SISO/MIMO).
• Мощность радиомодуля.
• Усиление антенны.

Первый простой инструмент для расчёта – собственно характеристики устройства, опубликованные на сайте производителя. Например, устройство MikroTik LHG 5 ac имеет максимальную мощность радиомодуля 25 dBm, коэффициент усиления антенны 24.5 dBi, и поддерживает стандарт 802.11ac в двухканальном MIMO-режиме. Это дает максимальную теоретически достижимую канальную скорость в 866 Мбит при ширине канала в 80 МГц и при использовании модуляции 256-QAM 5/6 (MCS9) (http://mcsindex.com/). Примерно половина трафика будет служебной, и на долю пользователей останется около 400 Мбит.

Практически достижимая скорость будет зависеть от ряда других факторов (часто взаимоисключающих на больших дистанциях):

• использование максимальной модуляции возможно только в случае, если уровень принимаемого сигнала будет достаточно высок, а уровень помех достаточно низок.
• увеличение мощности излучения радиомодуля может привести к невозможности достижения высоких модуляций из-за помех.
• увеличение ширины канала позволяет поднять скорость, но увеличивает количество принимаемых помех и снижает дальность связи, поскольку излучаемая мощность распределяется на больший диапазон.

В характеристиках устройства в разделе «Wireless Specifications» указано, при каких уровнях мощности передатчика и при каком уровне принимаемого сигнала доступны те или иные модуляции, а значит и скорости связи. В реальных условиях к уровню чувствительности нужно добавлять определённый запас (обычно 10-15 Дб) для компенсации потерь сигнала от погодных условий, помех и т.д.

Сам расчет производится по формуле:

(Уровень принимаемого сигнала) = (Мощность передатчика) + (Усиление антенны передатчика) + (Усиление антенны приемника) – (Потери на затухание сигнала в пространстве).

Если антенны подключены к радио-модулям длинными кабелями, в формуле необходимо учитывать также уровень потери сигнала в кабеле. Но для большинства продуктов MikroTik данные потери можно считать пренебрежимо малыми.

Рисунок 1. Спецификации беспроводного устройства Mikrotik.

Затухание сигнала считается по формуле:

Затухание сигнала (дБ) = 32.44 + 20*(log F) + 20*(log D), где F – частота (МГц), а D – расстояние (км).

Но проще всего для расчета воспользоваться готовыми калькуляторами и таблицами.

Для канала связи, работающего на частоте 5150 МГц и на расстоянии 10 км, потери составят около 135 Дб. Если для создания канала будет использоваться оборудование MikroTik LHG 5 ac с максимальными настройками мощности, уровень принимаемого сигнала будет: 25+24,5+24,5-135= -61 Дб. Что вполне достаточно для устойчивой передачи данных.

Для получения максимальной скорости мощность передатчика должна быть несколько меньше и результат будет: 18+24,5+24,5-135=-68 Дб. Данный уровень принимаемого сигнала позволяет получить желаемую скорость в идеальных условиях, но находится на грани возможного (-70 Дб для модуляции MCS9 по таблице характеристик). Это означает, что при любых изменениях окружающей среды скорость будет падать. В то же время скорость, соответствующая стандарту 802,11n может быть легко достигнута в таких условиях и с достаточным запасом мощности.

20+24,5+24,5-135=-66 Дб при требуемом уровне приема -74 Дб. Самым простым способом быстро понять возможные характеристики планируемого канала связи – ознакомиться с кратким руководством по выбору оборудования для каналов связи PtP и PtMP, которые публикуются компанией MikroTik для своего оборудования. Доступны данные руководства в виде PDF-файлов и могут быть загружены с сайта MikroTik из раздела описания оборудования. На страничке конкретного устройства нужно перейти в раздел «Support & Downloads» и выбрать пункты «Selection guide for PtP links» или «Selection guide for PtMP links».

Рисунок 2. Загрузка руководств по созданию каналов связи.

Руководство «Selection guide for PtP links» позволяет увидеть, на каком расстоянии доступна устойчивая связь между двумя аналогичными устройствами MikroTik. Широкая красная полоса показывает, на каком расстоянии связь принципиально возможна. Момент «выцветания» полосы соответствует уровню приема -70 Дб при максимальных настройках мощности.

Кроме подобного «максимального» значения, диаграмма содержит дополнительную информацию. Тонкая томно-красная полоса показывает на каком расстоянии возможно достичь максимальной скорости связи, соответствующей стандарту 802,11n (300 Мбит для MIMO). Для устройств, поддерживающих стандарт 802,11ac, дальность максимальной связи для данного стандарта показана белой полосой (866 Мбит для MIMO). Легко видеть, насколько эти расстояния меньше, чем максимальная дальность связи. И это чисто теоретический расчет без учета погодных условий, местности и помех.

Рисунок 3. Руководство для каналов точка-точка.

Подобное же руководство по выбору доступно и для сетей PtMP. В нем указаны возможные расстояния для базовых станций MikroTik и различных типов «клиентского» оборудования.

Рисунок 4. Руководство для каналов точка-многоточка.

Самым удобным и наглядным инструментом является онлайн калькулятор MikroTik, доступный по ссылке. Данный сервис позволяет не только выполнить расчет канала связи, но и привязать его к местности с использованием карт ‘OpenStreetMap’. Для расчета необходимо указать на карте размещение приемного и передающего устройства, выбрать частоту и тип оборудования. Все остальные параметры будут рассчитаны автоматически. При указании параметра «Желательная скорость связи» (‘Desired data rate’) также будет указано, достижима ли такая характеристика и будет ли канал надежным. Также при расчете будут показаны параметры зоны Френеля.

Рисунок 5. Онлайн калькулятор MikroTik для расчета каналов связи.

Естественно, использование калькулятора тоже имеет свои ограничения. Не принимаются во внимание «внешние» факторы, такие как погода или помехи. Расчет на местности не учитывает наличия зданий, деревьев и прочих препятствий. Тем не менее, этот инструмент можно рекомендовать всем, кто планирует установку беспроводных каналов связи на оборудовании MikroTik.