Введение

Высокоскоростная мультимедийная радиосвязь (HSMM) – это реализация высокоскоростных беспроводных сетей TCP/IP с использованием радиолюбительского частотного диапазона и коммерчески доступного оборудования (COTS), такого как точки доступа Wi-Fi 802.11. Это становится возможным благодаря частичному перекрытию нелицензируемых частотных диапазонов 802.11 с любительскими радиодиапазонами и полосами ISM во многих странах. Только лицензированные радиолюбители имеют законное право использовать усилители и антенны с высоким коэффициентом усиления в пределах радиолюбительских частот для увеличения мощности и зоны покрытия сигнала 802.11.

Основы

Идея данной реализации заключается в модификации коммерческого оборудования 802.11 для работы на лицензируемых частотах любительского радиосвязи. Основные частотные диапазоны, используемые для этих сетей: 900 МГц (33 см), 2,4 ГГц (13 см), 3,4 ГГц (9 см) и 5,8 ГГц (5 см). Поскольку нелицензируемые частотные диапазоны 802.11 или Wi-Fi частично совпадают с любительскими частотами, для доступа к лицензируемым частотам требуется лишь специальная прошивка. Такие сети могут применяться для экстренной связи при проведении спасательных операций и оказании помощи при стихийных бедствиях, а также для повседневной любительской радиосвязи в целях хобби и общения.

Способность

HSMM может поддерживать большую часть трафика, который сейчас используется в Интернете, включая видеосвязь, голосовую связь, мгновенные сообщения, электронную почту, веб (HTTP), передачу файлов (FTP) и форумы. Основное отличие заключается в том, что в HSMM подобные сервисы реализуются сообществом, а не в коммерческих целях, и преимущественно по беспроводной связи. HSMM можно даже подключить к Интернету и использовать для просмотра веб-страниц, однако из-за правил FCC, касающихся допустимого контента, это делается только при непосредственном использовании в рамках любительской радиосвязи (согласно разделу 97). При использовании антенн с высоким коэффициентом усиления и усилителей возможны надежные беспроводные каналы связи на большие расстояния, ограничиваемые лишь распространением радиоволн и радиовидимостью.

802.11а

Диапазон 802.11a для радиолюбителей состоит из 30 перекрывающихся каналов в диапазоне 5,650–5,925 ГГц (5 см). Стандарт 802.11a использует OFDM, или "Ортогональное частотное мультиплексирование", для передачи данных и поэтому не классифицируется как широкополосная связь с расширением спектра. В связи с этим оборудование 802.11a не подпадает под действие правил ограничения мощности, указанных в FCC Part 97 § 97.311, и максимальная допустимая выходная мощность составляет 1500 Вт (W) PEP.

802.11b

Диапазон 802.11b для радиолюбителей состоит из 8 перекрывающихся каналов в диапазоне 2,390–2,450 ГГц (13 см). Спецификация 802.11b использует расширение спектра с прямой последовательностью (DSSS) для передачи данных и регулируется правилами FCC Part 97 § 97.311. Следовательно, максимальная допустимая выходная мощность в США составляет 10 Вт в пиковой огибающей мощности (ПЭП).

802.11г

Диапазон радиолюбительских частот 802.11g состоит из 8 перекрывающихся каналов в диапазоне 2,4 ГГц (13 см). Стандарт 802.11g использует OFDM, или "Ортогональное частотное мультиплексирование", для передачи данных и поэтому не классифицируется как широкополосная связь с расширением спектра. В связи с этим, аппаратное обеспечение 802.11g не подпадает под действие правил ограничения мощности, указанных в FCC Part 97 § 97.311, и максимальная допустимая выходная мощность составляет 1500 Вт PEP.

802.11n

Диапазон радиолюбительских частот 802.11n состоит из 8 перекрывающихся каналов в диапазоне 2,4 ГГц (13 см). Стандарт 802.11n использует OFDM, или "ортогональное частотное мультиплексирование", для передачи данных и поэтому не классифицируется как широкополосная связь с расширением спектра. В связи с этим, оборудование 802.11n не подпадает под действие правил ограничения мощности, указанных в FCC Part 97 § 97.311, и максимальная допустимая выходная мощность составляет 1500 Вт PEP.

802.11y

Диапазон радиолюбительских частот 802.11y состоит из 24 перекрывающихся каналов в диапазоне 3,4 ГГц (9 см). Стандарт 802.11y использует OFDM, или "Ортогональное частотное мультиплексирование", для передачи данных и поэтому не классифицируется как широкополосная модуляция с расширением спектра. В связи с этим, оборудование 802.11y не подпадает под действие правил ограничения мощности, указанных в FCC Часть 97 § 97.311, и максимальная допустимая выходная мощность составляет 1500 Вт PEP.

802.11а

Полоса 5 см используется совместно с фиксированной спутниковой связью в Регионе 1 МСЭ и службой радиолокации. В Регионе 2 МСЭ (США) основным пользователем является военная радиолокация, в частности, корабельные радиолокаторы. Радиолюбители имеют вторичные права на использование федеральной службы радиолокации во всей полосе и не должны создавать помехи этим пользователям. Радиолюбителям эта полоса выделена на вторичной основе совместно с устройствами ISM и службой космических исследований. Радиолюбители, исследователи космоса и операторы ISM имеют "право на работу". В связи с небольшим количеством пользователей, работающих по правилам Части 15 (по сравнению с 2,4 ГГц), уровень помех, как правило, ниже во многих районах США, но может быть высоким в городских центрах и на вершинах гор. Следует избегать использования частот от 5,6 до 5,65 ГГц (канал 132), чтобы не создавать помехи метеорологическим радиолокационным станциям TDWR.

802.11b/g/n

13-сантиметровый диапазон совместно используется с абонентами, работающими по правилам части 15, а также Федеральной службой радиолокации и устройствами ISM (промышленного, научного и медицинского назначения). Радиолюбители имеют вторичные права по отношению к Федеральной службе радиолокации во всем диапазоне и не должны создавать помехи для этих пользователей. Радиолюбители имеют первичные права на использование устройств ISM в диапазоне от 2,390 до 2,417 ГГц и вторичные права – от 2,417 до 2,450 ГГц. Из-за большого количества абонентов, работающих по правилам части 15, уровень помех в этом диапазоне, как правило, достаточно высокий.

802.11y

9-сантиметровый диапазон используется совместно с фиксированной связью и связью из космоса на Землю. Операторам радиолюбительской службы, использующим этот диапазон, не разрешается создавать помехи другим лицензированным пользователям, включая государственные радиолокационные станции. Небольшое число пользователей обычно делает этот диапазон относительно тихим.

Идентификация

Как и в любом виде любительской радиосвязи, станции должны опознавать себя как минимум раз в 10 минут. Один из допустимых способов – передать свой позывной в ICMP-запросе эхо-сигнала (обычно известном как "пинг"). Если точка доступа настроена как "master", позывной пользователя может быть установлен в качестве "SSID" и, следовательно, будет передаваться через регулярные интервалы. Также можно использовать DDNS "push"-запрос для автоматической отправки позывного знака в открытом тексте (ASCII) каждые 10 минут. Для этого необходимо установить имя хоста компьютера равным позывному оператора-любителя и настроить время аренды DHCP-сервера не более 10 минут. При использовании этого метода компьютер будет отправлять DNS "push"-запрос, включающий имя хоста локального компьютера, каждый раз при обновлении аренды DHCP. Этот метод поддерживается всеми современными операционными системами, включая, но не ограничиваясь Windows, Mac OS X, BSD и Linux. Оборудование 802.11 может передавать и принимать данные все время, пока оно включено, даже если пользователь не передает данные.

Безопасность

Поскольку смысл любительских передач не должен быть скрыт, применяемые меры безопасности должны быть опубликованы. Это не обязательно ограничивает схемы аутентификации или авторизации, но ограничивает использование сквозного шифрования. Это делает связь уязвимой для различных атак после завершения аутентификации. Это значительно затрудняет предотвращение несанкционированного доступа к сетям HSMM, хотя случайное прослушивание может быть эффективно предотвращено. В настоящее время используются фильтрация MAC-адресов, WEP и WPA/WPA2. Фильтрация MAC-адресов и WEP легко взламываются с помощью свободно доступного программного обеспечения, что делает их менее безопасными вариантами. Согласно правилам FCC, сами ключи шифрования должны быть опубликованы в общедоступном месте при использовании WEP, WPA/WPA2 или любого другого шифрования, что подрывает безопасность их реализации. Однако такие меры эффективны против случайных или непреднамеренных вторжений в беспроводные сети. С помощью профессионального или модифицированного оборудования можно работать на каналах 802.11a, выходящих за пределы полос частот, разрешенных FCC в соответствии с частью 15, но все еще находящихся в пределах любительских радиочастотных диапазонов 5,8 ГГц (5 см) или 2,4 ГГц (13 см). Трансвертеры или "преобразователи частот" также могут использоваться для переноса операций HSMM 802.11b/g/n из диапазона 2,4 ГГц (13 см) в диапазон 3,4 ГГц (9 см) для радиолюбителей. Такое изменение диапазона обеспечивает определенный уровень безопасности, поскольку работа ведется за пределами каналов, доступных для нелицензированных устройств 802.11 (часть 15).

Частота

Использование исключительно любительских частот обеспечивает повышенную безопасность и улучшенные характеристики помехоустойчивости для радиолюбителей. Ранее было относительно просто использовать модифицированное потребительское оборудование для работы 802.11 на каналах, выходящих за пределы стандартных частот, выделенных FCC для нелицензируемых пользователей, но при этом попадающих в любительский радиодиапазон. Однако, ужесточение нормативных требований к несанкционированному использованию лицензируемых частотных диапазонов делает это более сложным. Современные драйверы Linux используют настраиваемую нормативную базу данных, которая не позволяет обычному пользователю работать за пределами установленных для данной страны диапазонов. Это требует применения радиопередатчиков, основанных на технологии преобразователей (или преобразователей частоты).

420 МГц

Doodle Labs – частная производственная компания со штаб-квартирой в Сингапуре, которая разрабатывает и производит линейку устройств беспроводной передачи данных большой дальности. DL 435 – мини-адаптер PCI, основанный на беспроводном чипсете Atheros. XAGYL Communications – канадский дистрибьютор ультравысокоскоростного беспроводного оборудования большой дальности. XAGYL Communications XC420M – мини-адаптер PCI, основанный на беспроводном чипсете Atheros. Возможность чипсета Atheros использовать полосу пропускания 5 МГц может позволить устройствам, соответствующим требованиям части 97, работать в поддиапазоне 420–430 МГц для любительской телевизионной связи (ATV). (Обратите внимание, что работа в диапазоне 420–430 МГц не разрешена вблизи границы между Канадой и США. См. правило "Линия А".)

900 МГц

Трансвертеры, а также использование устаревшего оборудования 802.11, например, оригинальных NRC WaveLan или FHSS-модемов от Aerocomm и FreeWave, позволяют работать в этом диапазоне. Серия Ubiquiti M9 также предлагает аппаратное обеспечение, поддерживающее этот диапазон. Следует учитывать, что уровень помех в этом диапазоне в крупных городах обычно очень высок, что значительно ухудшает работу приемника.

2.4 ГГц частоты

Используя профессиональное оборудование или модифицированное потребительское оборудование, можно работать на устройствах 802.11b/g на каналах, фактически соответствующих частотам: "-1" на 2,402 ГГц и "-2" на 2,397 ГГц. Использование этих каналов позволяет радиолюбителям отойти от пользователей, не имеющих лицензии по стандарту Part 15, но может создавать помехи для спутниковых каналов связи в диапазоне около 2,400 ГГц и 2,401 ГГц.

3.33.8 ГГц

Преобразование частоты включает использование трансвертеров, которые полностью преобразуют рабочую частоту устройства 802.11b/g с 2,4 ГГц в другой диапазон. Трансвертер – это технический термин, который редко используется для описания этих продуктов, которые чаще называют преобразователями частоты, повышающими/понижающими преобразователями или просто преобразователями. Коммерчески доступные преобразователи могут преобразовывать сигнал 802.11b/g с частотой 2,4 ГГц в диапазон 3,4 ГГц (9 см), использование которого не разрешено для пользователей, не имеющих лицензии согласно правилам Part 15. У Ubiquiti Networks есть четыре радиомодуля на базе чипсетов Atheros с установленными трансвертерами для этого диапазона. PowerBridge M3 и M365 предназначены для работы на частотах 3,5 ГГц и 3,65 ГГц соответственно и обеспечивают эстетически незаметные PtP (Point to Point) соединения. Nanostation M3 и M365 помещены в литой корпус, устойчивый к атмосферным воздействиям, и оснащены антеннами с двойной поляризацией, обеспечивающими усиление 13,7 дБ. Rocket M3, M365 и M365 GPS заключены в прочный корпус и используют мощную, очень линейную 2x2 MIMO-радиостанцию с 2x RP SMA (водонепроницаемыми) разъемами. Наконец, NanoBridge M3 и M365 предназначены для PtP-соединений большой дальности. Эти устройства используют чипсеты Atheros в режиме N вместе с протоколом airMax TDMA от Ubiquiti для решения проблемы скрытого узла, которая часто возникает при использовании ptmp беспроводной связи на открытом воздухе. В настоящее время UBNT не разрешает продажу этих радиостанций американским радиолюбителям и реализует их только по лицензии FCC. Это может быть связано с наличием зон исключения вблизи побережья и военно-морских баз США. Диапазон 3,5 ГГц в настоящее время используется для радиолокационных операций Министерства обороны или ВМС (на кораблях и на суше) и охватывает 60% населения США. Однако это может измениться в связи с недавним решением FCC NPRM & Order.

5.8 ГГц частоты по индивидуальному заказу

Используя профессиональное оборудование или модифицированное потребительское оборудование, можно работать на каналах 802.11a 116–140 (5,57–5,71 ГГц) и каналах выше 165 (> 5,835 ГГц). Эти частоты находятся за пределами полосы частот, не требующей лицензирования, выделенной FCC в соответствии с разделом 15, но все еще входят в полосу 5,8 ГГц (5 см), предназначенную для любительской радиосвязи. Модификация потребительского оборудования для работы на этих расширенных каналах часто включает установку стороннего программного обеспечения и/или изменение настройки "кода страны" беспроводной карты. При покупке профессионального оборудования многие компании разрешают использование этих расширенных частот за небольшую дополнительную плату.

Настраиваемая прошивка

Один из популярных способов доступа к частотам, предназначенным исключительно для радиолюбителей, — это модификация серийной точки доступа с использованием пользовательской прошивки. Эта прошивка свободно доступна в Интернете в рамках проектов, таких как DD-WRT и OpenWrt. Проект AREDN поддерживает стандартную прошивку, обеспечивающую работу на частотах, разрешенных частью 97, на оборудовании Ubiquiti и TP-Link. Популярным устройством для модификации является Linksys WRT54GL благодаря широкой доступности как самого оборудования, так и сторонней прошивки, однако оборудование Linksys не обеспечивает гибкую настройку частоты из-за закрытости драйверов Linksys.