Guifi.net. Tutorial/Muntatge d'un node per connectar-se

Fent-se

La finalitat d'aquest apartat és ajudar a qualsevol persona, amb coneixements informàtics o no, a instal·lar i configurar un node per poder connectar una zona a la xarxa guifi.

Com a exemple, es presentarà la connexió d'una àrea de les Planes a un node de Terrassa, a fi de poder distribuir el senyal als veïns. En resum, es tractava d'instal·lar dos antenes (i el material associat). Primer una antena parabòlica a Les Planes per poder-se connectar amb un altre antena parabòlica instal·lada a Terrassa. I despŕes una altra antena per a repartir el senyal entre els veïns.

El primer que es va fer va ser determinar si des de Les Planes es veia algun node de guifi. Això es va fer amb els mapes que hi ha a la pàgina web de guifi. Es va determinar que es podia fer una connexió amb un node de Terrassa situat a uns 17,5 km en línia recta.

El material utilitzat bàsicament consistia en:

• Una antena parabòlica connectada a una ràdio per rebre i trametre el senyal de Terrassa.
• Una antena omnidireccional (provisional), també connectada a una ràdio, per repartir el senyal entre els veïns.
• Un router que organitzi el trànsit del senyal i la trameti al lloc adequat (antena parabòlica, ordinador de casa o antena veïnal).
• Els cables per connectar tot això.

Concretament, la llista detallada era:

• Antena parabòlica de reixa 5 GHz.
• Dos cables LMR-400 1m N(M)-N(M) per les antenes.
• Router de placa Mikrotik RB433UAH (28 MB 3 Ethernet 3 MiniPCI 2 USB RouterOS 5).
• PoE Passiu per alimentar el router de placa.
• Font d'alimentació Mikrotik POW-48 (48 v. 0,5 A (24 W)) per alimentar el PoE.
• Conector de Intempèrie RJ-45 famella Pacific + cable (per ficar a dintre de la caixa estaca d'alumini).
• Radio Mini-PCI Mikrotik R5H (802.11A 320 mW 108 Mb/s. Model: CMP-MPC-R5H).
• Mini-cable pigtail MMCX a N famella de 30cm (PIG-MMCXNF) per connectar la ràdio Mikrotik R5H amb el cable de l'antena parabòlica.
• Ràdio Mini-PCI Mikrotik R52 (802.11AGB 65/100 mW 108 Mb/s).
• Mini-cable pigtail 5 GHz. UFL-N Jack Bulkhead 18cm per connectar la ràdio Mikrotik R52.
• Antena omnidireccional de 2.4 GHz, 8 dBi de guany i 360° Vertical Pol.
• Caixa estanca d'alumini de 4 forats.

Donat que a guifi se sol utilitzar per les connexions a llarga distància la freqüència wifi de 5 GHz, i per distribuir el senyal entre els veïns, la de 2,4 GHz (que és l'habitual de les xarxes wifi domèstiques), en aquesta llista hi ha una barreja de materials per 5 GHz i per 2 GHz.

Aquesta llista pot semblar molt esotèrica i poc entenedora. Tanmateix, s'anirà explicant que és cada cosa, quina funció realitza i com s'utilitza. Es començarà per el punt d'entrada a la xarxa veïnal, és a dir, la parabòlica.

Antena parabòlica

A guifi s'utilitzen fonamentalment dos tipus d'antenes per connexions entre nodes:

• De panell o rajola.
• Parabòliques.

Aquestes darreres són més útils per a distàncies més grans, però són més complicades d'encarar. Les avantatges de les parabòliques per llarges distàncies es que emeten en un angle petit i, per tant, contaminen menys l'espectre electromagnètic i el senyal perd menys intensitat amb la distància que amb altres tipus d'antenes

Per tant, per fer la connexió Terrassa - Les Planes, és va escollir una antena parabòlica de reixeta (pel vent) de 650 mm de diàmetre que treballava a 5 GHz, amb un guany (potència d'emissió relativa) de 27 dBi i polarització horitzontal o vertical. Permetia fer connexions fins a 40 km.

Que vol dir això d'un guany de 27 dBi? És "quantes vegades més senyal posa a l'aire l'antena, en comparació amb una antena teòrica, alimentada amb la mateixa potència i que transmetés, sense pèrdues, en totes direccions" (antena patró teòrica de forma "esfèrica"). Relaciona la intensitat del senyal que emet l'antena en una direcció, amb la que emetria una antena patró ó antena isotròpica (d'aquí la "i" de "dBi"). El dBi és, per tant, una mesura de potència del senyal relativa. Un guany de 3 dBi significa que la potència que es rep lluny de l'antena serà de 3 dB superior a la que es rebria si s'utilitzes una antena ideal que emetés sense pèrdues en totes les direccions (a igualtat de potència d'alimentació).

El guany estima, en part, la potència que es guanya pel fet d'emetre el senyal en una sola direcció, i no en totes. Zero dBi correspondria a una antena que emet a la mateixa potència que l'antena patró i, per tant, no aconsegueix cap guany de potència respecte a aquesta antena patró. A partir d'aquest valor de referència, es tenen valors superiors a 0 dBi:

• 0 dBi
• 10 dBi
• 20 dBi
• 30 dBi
• ...

i valors inferiors a 0 dBi:

• 0 dBi
• -10dBi
• -20dBi
• ...

En definitiva, pels valors por sobre del zero (positius), quan més grans, més potència i pels valors per sota de zero (negatius), òbviament, quan més petits (sense tenir en compte el signe), més potència (-80 dBi representa menys potència emesa que -20 dBi).

Quants més dBi, més guany, i per tant s'aconseguirà més distància o millor qualitat d'enllaç. Una antena millor no fa que la xarxa vagi més ràpida, però sí que augmenta la cobertura i la qualitat.

Les antenes solen tenir un connector per poder-les connectar a la seva ràdio. Se solen utilitzar diversos tipus de connectors:

• N
• RP-TNC
• RP-SMA
• SMB
• Proxim
• MCX
• MMCX
• MC-Card
• U.FL

D'aquestos, els dos primer són connectors relativamet grossos, i la resta són petits. Segurament, en les antenes parabòliques només es fan servir un dels dos primers.

L'antena parabòlica que es va escollir tenia un connector famella del tipus N de 50 Ohm.

Cable coaxial per l'antena parabòlica

Els cables coaxials que connecten les antenes i ràdios entre si se solen anomenar "pigtails" (trena o cua, en anglès?). En aquest cas, el "pigtail" havia de connectar l'antena parabòlica amb la seva ràdio. Aquesta connexió també és feia amb un connector famella de tipus N. Per tant, el cable havia de tenir a cada extrem un connector de tipus N, però mascle.

Es va fer servir un cable tipus LMR-400 d'1m d'allargada i amb dos connectors N(M)-N(M) (és a dir, dos connectors mascles de tipus N). Amb un cable tipus LMR-400 el senyal perd poca potència amb la distància (0,217 dB per metre a la banda de 2,4 GHz; no he sabut trobar quina és la pèrdua a la banda de 5GHz).

Router

Els routers per guifi han de ser especial, en el sentit de que han de permetre que es modifique el microprogramari ("firmware") que porten incorporat. Com es veurà més endavant, la comunitat de guifi ha desenvolupat una metodologia per modificar fàcilment els microprogramaris sense tenir especials coneixements d'informàtica.

En els fòrums de guifi.net, existia el consens de que per aquest tipus de node els router més utilitzats eren els de placa Mikrotik. Per manca de criteris tècnics, es va decidir seguir a la majoria i tenir més garanties de suport. Per tant, es va escollir un router de placa de la casa Mikrotik, model RB433UAH (no era ni de la gamma alta ni de la baixa). Esperem poder oferir en el futur una versió tècnicament basada sobre els tipus de router a utilitzar i els criteris d'elecció.

El router escollit permetia ficar-hi tres ràdios i, a grans trets, les seves característiques eren:

• Tres connectors ethernet 10/100.
• Tres ranures del tipus miniPCI per poder-hi ficar fins a 3 ràdios miniPCI.
• Alimentació de 12-28V que es podia realitzar directament amb un jack o a través d'un cable ethernet. Això tenia l'avantatge de que n'hi havia prou amb un sol cable per alimentar el router i per la transmissió del senyal de la xarxa. Aquesta tecnologia s'anomena PoE (Power over Ethernet) i permet l'alimentació elèctrica de dispositius de xarxa mitjançant el propi cable de xarxa. Permet donar alimentació a dispositius que no tenen una font d'alimentació propera, sense necessitat de passar dos cables, un pel senyal i un altre per l'alimentació elèctrica.

PoE Passiu per alimentar el router de placa

És una interfície entre la font d'alimentació i el router. En ell hi ha:

• Una connexió per la font d'alimentació.
• Una endoll ethernet que va cap el PC de casa o qualsevol altre dispositiu que permeti repartir el senyal de xarxa cap a la casa.
• Un endoll PoE ethernet que té dos funcions:
  • Rep el senyal que ve del router de placa que està connectat a l'antena.
  • Envia corrent elèctric a aquest router de placa que està tocant a l'antena.

Transformador pel PoE

Font d'alimentació amb una sortida de 18v per alimentar el PoE. És com un carregador de mòbil.

Connector ethernet per exteriors

Conector de Intempèrie RJ-45 famella amb cable. És per ficar a dintre de la caixa estaca d'alumini i poder connectar el router amb el cable ethernet que ve del PoE.

Ràdio de 5 GHz per l'antena parabòlica

És va escollir una ràdio Mini-PCI Mikrotik R5H. Emet a la banda de 5 GHz i té una potència mitjana de 25 dBm. Té un connector tipus MCX RF (és a dir, un connector tipus MCX famella).

La ràdio és fica a la ranura PCI mini que té el router, com qualsevol placa d'ordinador.

Que vol dir això d'una potència de 25 dBm? Ho explica, per exemple, en Sergi Tur. Les potències del senyal s'expressen en Watts, però en telecomunicacions és més habitual utilitzar una mesura (per a mi) més esotèrica anomenada dBm ("dB" de decibel). El dBm és una mesura que compara la potència del senyal amb el senyal de referència que és 1 mil·liwatt (1 mW). Zero dBm correspont a 1mW. A partir d'aquest valor de referència, tenim els valors superiors a 0 dBm:

• 0 dBm = 1mW
• 10 dBm = 10 mW
• 20 dBm = 100 mW
• 30 dBm =1 W = 1000 mW
• ...

i els valors inferiors a 0 dBm:

• 0 dBm = 1mW
• -10dBm = 100 µW = 0,1mW
• -20dBm = 10 µW = 0,01mW
• ...

En definitiva, pels valors por sobre del zero (positius), quan més grans, més potència i pels valors per sota de zero (negatius), quan més petits (sense tenir en compte el signe), més potència (-80 dBm representa menys potència que -20 dBm).

Mini-cable per la ràdio de 5 GHz

Les ràdios que estan en les ranures dels routers tenen uns connectors per l'antena molt petits, i no es solen connectar directament al cable que ve de l'antena. Es fan servir uns mini-cables ("mini-pigtails") entre la ràdio i el cable que ve de l'antena. En el cas concret, es necessitava un cable amb un connector MCX mascle (anomenat MMCX) per l'extrem de la ràdio (ja que aquesta portava un connector MCX famella), i un connector tipus N famella pel cantó que s'havia de connectar amb el cable que venia de l'antena.

Es va escollir un mini-cable MMCX a N famella de 30cm de llarg i amb un connector MMCX (MCX mascle) pel cantó de la ràdio i un altre tipus N famella pel cantó del cable que ve de l'antena.

Ràdio de 2,4 GHz per l'antena veïnal

És la ràdio que distribuirà el senyal al veïnat. Ha de treballar a la banda wifi de 2,4 GHz. Es va escollir una de menys potència que l'anterior, en concret, una Mikrotik R52 de 19 dBm de potència i que emet tant a 2,4 com a 5 GHz. Porta un connector tipus U.FL mascle.

Mini-cable per la ràdio de 2,4 GHz

Per connectar la ràdio veïnal al cable que anirà a l'antena veïnal. Mini-cable tipus U.FL famella a N famella de 5 GHz.

Antena veïnal

Provisionalment, i només per fer visible el senyal de guifi al barri, es va decidir ficar una petita antena omnidireccional que més endavant seria substituïda per una o mes antenes sectorials (que "contaminen" menys).

Es va escollir una antena omnidireccional per 2.4 GHz de 8 dBi de potència i 360° i polarització vertical.

Cable coaxial per l'antena parabòlica

L'antena omnidireccional portava un connector tipus N famella igual que el de la parabòlica. Per tant, el cable que es va fer servir per connectar amb el router va ser el mateix que per l'antena parabòlica.

Caixa estanca alumini

El router ha d'estar tocant a les antenes. Per tant té que està a la intempèrie i és com una placa base d'un ordinador que ve sense cap mena de caixa. Per ficar-lo, es va escollir una caixa d'alumnin estanca, ja que a on ha d'estar el grau d'humitat pot arribar a ser molt alt i amb gelades habituals a l'hivern.