車庫上網(wǎng)記:穿越樹叢办龄,400米無線組網(wǎng)實(shí)踐

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代烘绽,要有網(wǎng);車庫作為創(chuàng)業(yè)的發(fā)源地俐填,更不能沒有網(wǎng)安接。由于很杯具的原因,車庫距家三四百米英融≌甸埽考慮/嘗試了幾種方案,比如獨(dú)立安裝寬帶驶悟、從下水道拉光纖胡野,都不可行。最后只剩下一個(gè)選擇:無線組網(wǎng)痕鳍。

環(huán)境

車庫和家在同一排硫豆,但隔了幾棟樓。房子前后都有樹额获,兩三層樓高的樹有約20棵够庙,其間還有小樹。

如下圖(及后續(xù)一些圖)所示抄邀。

image.png

車庫和家后的窗戶是直接看不到的耘眨,可以說相當(dāng)于隔了一片樹林。

設(shè)備

考慮到并不能完全避開樹境肾,買了某大功率的山寨無線網(wǎng)橋剔难,號稱1000mW胆屿,但軟件界面上只能設(shè)置到28dBm,這相當(dāng)于:

10 ^ (28/10) = 631 mW

2.4G還是5G? 理論上偶宫,5G抗干擾能力強(qiáng)非迹,不過我私下以為是因?yàn)楝F(xiàn)在用5G WiFi的人相對少一些,但以后大家還是會轉(zhuǎn)到5G上纯趋。
另一個(gè)理論是憎兽,低頻的衰減慢一些,衍射強(qiáng)一些吵冒。
最后纯命,我買了2.4G,因?yàn)楸阋恕?/p>

拆開看了下痹栖,發(fā)現(xiàn)是某知名的無線路由器改裝的亿汞。另外,固件貌似UBNT的揪阿。

image.png

考慮到山寨的價(jià)格疗我,我們就不糾結(jié)這些了,主要看療效南捂。

第一次吴裤,失敗

發(fā)射端固定在家后的窗戶外,向著車庫的方向溺健。
接收端伸到車的天窗外嚼摩,這樣可以移動(dòng)測試。正好有個(gè)山寨逆變器矿瘦,用作電源。

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結(jié)果不到200米愿卒,就完全沒信號了缚去。

第二次,成功

總結(jié)失敗的原因琼开,是因?yàn)榘l(fā)射端放到后窗處易结,完全被樹擋死。理想的方式是把發(fā)射和接收端都裝到屋頂柜候,但這并不好施工(以及維護(hù))搞动,且不說樓頂是物業(yè)鎖住的;而且還需要我家和車庫的樓頂是最高的渣刷,如果中間有棟樓層數(shù)更多結(jié)果還是被擋鹦肿。

抱著試試看的心理,我將發(fā)射端移到了下圖的路燈處辅柴,這個(gè)位置大約和樹處在同一直線上箩溃,也就是大約被擋住一半瞭吃;另外,發(fā)射端的位置低一點(diǎn)涣旨,大約在樹干的位置歪架,以避開茂盛的樹枝和樹葉。

結(jié)果把車開過車庫幾十米霹陡,還能正常連接和蚪。考慮到開車測試時(shí)烹棉,接收端實(shí)際上是在路中間攒霹,遮擋更少,于是把接收端放在車庫里試了試峦耘,居然也有信號剔蹋,大約10Mbps以內(nèi)的速度。理論上辅髓,接收端越靠著路越好(也許路對面最好泣崩,但這需要挖路埋網(wǎng)線),但考慮到設(shè)備的安全洛口,最后直接裝在了車庫的屋檐下矫付。如下圖所示。

image.png

方向和高度調(diào)整

從發(fā)射端看過去第焰,接收端其實(shí)靠內(nèi)側(cè)买优,即靠房子的一側(cè),但直接向著這個(gè)方向挺举,效果并不好杀赢;略向著路中間的方向(偏5~10度),略好一點(diǎn)湘纵。甚至偏30度脂崔,結(jié)果也差不多。高度上梧喷,太高了效果會差一下砌左。

總之是要避開遮擋,方向上對得準(zhǔn)不準(zhǔn)铺敌,差別不太大汇歹。也許更多是靠反射或衍射?

而且偿凭,這種網(wǎng)速測試不算嚴(yán)謹(jǐn)产弹,本身就有一定的波動(dòng)(后面可以看到),調(diào)整了一個(gè)多小時(shí)笔喉,沒有找到一個(gè)明顯最優(yōu)的方向和角度取视,最后結(jié)果就是如上圖硝皂,發(fā)射端略向路偏5~10度。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)置

網(wǎng)橋的發(fā)射端和接收端硬件上是一樣的作谭,只是設(shè)置不同稽物。兩端都可以設(shè)置無線模式(Wireless Mode)和網(wǎng)絡(luò)模式(Network Mode)。

無線模式有以下選項(xiàng):

  • AP
  • AP WDS
  • Station
  • Station WDS

網(wǎng)絡(luò)模式有以下選項(xiàng):

  • Bridge
  • Router
  • SOHO Router

關(guān)于如何組合折欠,網(wǎng)橋的幫助里有一段說明贝或。

image.png

賣家默認(rèn)的設(shè)置是:

  • 發(fā)射端:AP + Bridge
  • 接收端:Station + Bridge

按文檔的說明,這種模式是有二層NAT的锐秦。通常的NAT是三層的咪奖,即IP地址的轉(zhuǎn)換,二層的NAT則是MAC地址的轉(zhuǎn)換酱床。二層NAT的效果是:在發(fā)射端看到的接收端的設(shè)備都來自于一個(gè)MAC地址羊赵,如下圖所示。

image.png

這個(gè)圖是家中路由器上看到的設(shè)備列表扇谣,圖中所示有6個(gè)設(shè)備(車庫的設(shè)備)都來自于同一MAC昧捷,所以對管理上并不直觀;而且按NAT的理解罐寨,從家里應(yīng)該是不能直接訪問車庫的設(shè)備靡挥。當(dāng)然,這里還涉及到一個(gè)問題鸯绿,接收端的下級設(shè)備是用路由器模式還是AP模式跋破?——我用的AP模式,后面詳說瓶蝴。

而我希望達(dá)到的效果是家和車庫在同一個(gè)局域網(wǎng)中毒返,兩邊的設(shè)備可以直接互訪。所以最后使用透明的網(wǎng)橋模式舷手。即:

  • 發(fā)射端:AP WDS + Bridge
  • 接收端:Station WDS + Bridge

下面是發(fā)射端的設(shè)置:

image.png
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下面是接收端的設(shè)置:

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OpenWRT如何切換到AP模式

車庫中的路由器使用AP模式的目的是為了讓車庫和家在同一個(gè)網(wǎng)段中饿悬,并由家中的無線路由器統(tǒng)一管理IP地址的分配。

由于車庫的路由器是刷了OpenWRT的聚霜,它并沒有傻瓜化的一鍵切換路由器和AP模式。網(wǎng)上查到的一些說法是修改配置文件珠叔,我試了下蝎宇,在網(wǎng)頁界面上是可以完成這個(gè)操作的。

主要的步驟有:

  • 在LAN這個(gè)接口中綁定VLAN eth0.2(即WAN和WAN6對應(yīng)的VLAN)祷安;
  • LAN接口禁用DHCP服務(wù)姥芥,而是作為DHCP客戶端,和家里的設(shè)備使用同一個(gè)DHCP服務(wù)器汇鞭;
  • 刪除WAN和WAN6這兩個(gè)接口凉唐。

這樣庸追,路由器上最后只有一個(gè)接口,它橋接了所有端口和2.4G/5G的WiFi台囱,如下圖所示:

image.png

網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)

評估網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)主要看以下幾個(gè)參數(shù):

  • 信號強(qiáng)度:最高差不多-69dBm淡溯,這個(gè)值在網(wǎng)橋中并不算高,但也還算可以簿训。手機(jī)連著家里無線路由器咱娶,中等信號強(qiáng)度差不多這樣。
  • 信道帶寬:60~180 Mbps之間强品,收和發(fā)不一定相等膘侮。
  • CCQ: 用來表示連接質(zhì)量的,我的在80%~100%之間

下圖是網(wǎng)橋接收端的狀態(tài)界面的榛。

image.png

網(wǎng)速測試

簡單的網(wǎng)速測試可以用測速網(wǎng)站(如speedtest.net)琼了,或手機(jī)App。但這容易受外網(wǎng)影響夫晌。嚴(yán)謹(jǐn)一點(diǎn)雕薪,用iperf,發(fā)射端和接收端分別作為iperf的服務(wù)器端和客戶端慷丽。為了連續(xù)測速蹦哼,我用了wget。在發(fā)射端和接收端各放一個(gè)樹莓派要糊,其上都有web服務(wù)器纲熏,分別從對方服務(wù)器用wget下載。從家里下載車庫服務(wù)器上的文件锄俄,則反映了車庫端的上載速度局劲。

測速腳本放在crontab里,每5分鐘運(yùn)行一次奶赠,連續(xù)多天鱼填。

下圖是最近半個(gè)月每天的平均速度及最大速度。有幾天網(wǎng)橋停工毅戈,不計(jì)算在內(nèi)苹丸;7/28前后調(diào)整過頻率。

image.png

下圖是24小時(shí)苇经,每小時(shí)的平均速度赘理。選取了兩天,都是工作日扇单;代表了兩個(gè)頻率設(shè)置商模。

image.png

ping測試

順便用這兩個(gè)樹莓派做了下ping的測試。

  • 家到車庫(有線到有線):rtt min/avg/max/mdev = 1.708/2.396/3.494/0.586 ms
  • 車庫到家(有線到有線):rtt min/avg/max/mdev = 1.775/2.524/3.848/0.581 ms
  • 家中樹莓派(有線到有線):rtt min/avg/max/mdev = 0.615/0.657/0.689/0.030 ms
  • 家中筆記本(2.4G WiFi到有線):round-trip min/avg/max/stddev = 1.265/2.159/4.044/0.755 ms
  • 家中筆記本(5G WiFi到有線):round-trip min/avg/max/stddev = 1.269/1.952/2.776/0.531 ms

可見,網(wǎng)橋的延遲大致和WiFi相當(dāng)施流,但要略大一些响疚。

頻率調(diào)整

頻率對信號強(qiáng)度和網(wǎng)速的影響還是比較大的。最開始我用2312M瞪醋,信道帶寬在3045Mbps忿晕;最后改成2387M或2372M,信道帶寬在60180Mbps趟章。前者最高網(wǎng)速約30Mbps杏糙,后者超過了50Mbps。如前面的圖所示蚓土。

這個(gè)網(wǎng)橋的管理界面上可以設(shè)置從2.3G~2.7G的頻率宏侍,但我試了下,好像并不是所有頻率都可以連通蜀漆,比如一些高的頻率谅河;而2.4G段的頻率效果因?yàn)楹图矣玫?.4G WiFi重疊,效果顯然不好确丢。即使接近2.4G的第一個(gè)信道的绷耍,比如2397M,由于實(shí)際上頻率是有重疊的鲜侥,所以效果也并不好褂始。

image.png

最遠(yuǎn)離2.4G的是2312M,理論上它是受干擾最小的描函,后來發(fā)現(xiàn)效果并不是最好的崎苗。也許因?yàn)楦难b前的原無線路由器本身就是針對2.4G設(shè)計(jì),離2.4G遠(yuǎn)了舀寓,頻率響應(yīng)并不好胆数。最后反復(fù)試驗(yàn)之后,使用了2372M互墓。而且這個(gè)頻率并沒有被作為其它用途必尼。(前面的24小時(shí)網(wǎng)速圖即是這兩個(gè)頻率的對比。)

頻率調(diào)整的方法是:先設(shè)置接收端可以使用哪些頻率篡撵,這樣在頻率切換時(shí)判莉,它會在這些頻率中掃描切換;然后再改發(fā)射端的頻率育谬。如果順序反了骂租,導(dǎo)致連接中斷,就不能遠(yuǎn)程操作接收端的網(wǎng)橋了斑司。

切換的過程大約1?2分鐘。

問題

發(fā)射端和接收端設(shè)備能完全互通,但除了網(wǎng)橋自身宿刮,表現(xiàn)在:

  • 在發(fā)射端的設(shè)備訪問不了網(wǎng)橋的接收端互站,但從接收端的設(shè)備可以(所謂“訪問”的意思是:打開網(wǎng)橋的管理界面,能ping通其IP地址僵缺,或ssh登錄)胡桃;反過來也一樣;
  • 網(wǎng)橋的接收端不能聯(lián)網(wǎng):即ssh登錄到網(wǎng)橋磕潮,它內(nèi)部并不能連通外網(wǎng)翠胰,這就導(dǎo)到接收端不能使用ntp服務(wù),沒法自動(dòng)調(diào)整時(shí)間自脯。

其實(shí)原因就是一個(gè):網(wǎng)橋(發(fā)射端/接收端)自身只能和自己那端的設(shè)備互通之景。只不過發(fā)射端可以通過家里的路由器上網(wǎng)。

解決訪問管理界面的問題并不難膏潮,用apache/nginx做反向代理就行了锻狗,反正我本來就在用反向代理。

結(jié)語

在這個(gè)三四百米的無線聯(lián)網(wǎng)中焕参,兩個(gè)端點(diǎn)中間有不少樹木遮擋轻纪,發(fā)送和接收端并不直接可見。選擇合適的通訊頻率叠纷,反復(fù)調(diào)整后刻帚,這個(gè)無線網(wǎng)橋能移定在大約25Mbps的速度上,最大可達(dá)50Mbps涩嚣。上下行速度并不完全對稱崇众。

除了頻率外,信號強(qiáng)度及速度還和天氣以及小區(qū)內(nèi)人的活動(dòng)有關(guān)缓艳。早/中/晚飯時(shí)間及晚上會差一些校摩,工作時(shí)間速度最高。

總體上阶淘,這個(gè)速度還是夠用的衙吩。無線網(wǎng)橋,在遠(yuǎn)距離組網(wǎng)上還是有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值溪窒,優(yōu)點(diǎn)在于成本低坤塞,易于實(shí)施。

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