Netzwerkprojekte

WLAN-Richtfunkstrecke nach Wittgensdorf

Motivation

Wittgensdorf ist ein (gar nicht mal so kleiner) Vorort von Chemnitz in Richtung Rochlitz. Trotz mehrfacher Anfrage bei mehreren großen deutschen ISPs konnte keiner davon den Einwohnern bislang eine adäquate Anbindung ans Internet anbieten. Lediglich ISDN steht zur Verfügung. Da im Ort aber durchaus auch IT-Dienstleister tätig sind, die auf eine dauerhafte und kostengünstige Anbindung ans Internet zur Betreuung von entfernten Rechnern und zur online-Recherche angewiesen sind, sind flatrates natürlich gefragt. Aus diesem Mangel heraus traten einige Anwohner über die WLAN-Mailingliste des IN-Chemnitz e. V. an uns heran und fragten, ob es eine Lösung für dieses Problem gibt.

Die Idee war, in Chemnitz einen DSL-flatrate-Anschluss zu mieten und über diesen die Bewohner von Wittgensdorf mit Anbindung zu versorgen. Für die Verbindung sollte eine WLAN-Richtfunkstrecke aufgebaut werden.

Initiatoren des Projektes waren Thomas Reichert und Mathias Esche. Die Projektierung wurde von Artem Makhutov und Frank Grüllich vorgenommen. Alle Dokumentation wurde von Frank Grüllich angefertigt.

Erste Tests

Bevor unnötig Geld in teure hardware investiert wurde wollte man natürlich zunächst Gewissheit, ob das Projekt theoretisch machbar ist. Dazu wurde eine erste Testmessung mit einem Versuchsaufbau durchgeführt. Die dazu notwendige hardware wurde von Artem Makhutov und Frank Grüllich zur Verfügung gestellt.

Die Witterungsbedingungen am Tag des Aufbaus waren sehr gut. Zum Einsatz kamen jeweils zwei Access Points WRT54G von Linksys, an die Yagi-Richtfunkantennen montiert wurden. Die originale firmware wurde durch eine angepasste Version von Sveasoft ersetzt. Sie erlaubt einige zusätzliche Einstellmöglichkeiten sowie den Betrieb einer Analyse-software für WLAN-Verbindungen.

Der Aufbau der Station in Wittgendworf machte zunächst wenig Hoffnung: zwar war das zweistöckige Haus außergewöhnlich erhöht auf einem Hügel gelegen, aber dichter Tannenwald versperrte den Blick in Richtung Chemnitz; die Grundvoraussetzung für WLAN-Richtfunkverbindungen war damit leider nicht gegeben.

Da nach kurzem Suchen kein besserer Standpunkt gefunden werden konnte, wurde die Messung dennoch versucht. Es wurde Franks Access Point gewählt, da der mit seinem wetterfesten Gehäuse ohne Gefahr unbeaufsichtigt stehen gelassen werden konnte. Er wurde auf dem Dach des Hauses an einem Regenschutz des Schornsteins befestigt. Zum Einfluß des metallenen Schutztes konnten nur Mutmaßungen angestellt werden, er dürfte aber auf jeden Fall negativ gewesen sein. Strom wurde aus einem Dachfenster provisorisch an den Access Point geführt. Ein Rechner wurde an dieser Stelle als unnötig erachtet.

In Glösa stand ein weitaus günstigerer Standort zur Verfügung: ein 11stöckiges Hochhaus. Der Ausblick nach Wittgensdorf über die Autobahn A4 hinweg war frei, die Richtung konnte grob geschätzt werden.

Der Aufbau ging schnell, Strom für Artems Access Point konnte aus einem naheliegenden Wartungsschacht mit Verlängerungskabel geholt werden. Artem war fing zwar erst an, die Antenne zu montieren, musste sich dann aber doch als Antennemast verdingen.

Nach kurzem Gebastel fing Kismet die ersten beacons auf, was insbesondere bei den eher skeptischen Experimentatoren zu Freude führte. Artem klimperte dann noch etwas weiter an Franks Laptop, stellte den Access Point in den client mode, so dass er sich beim gegenüberliegenden einbuchte. Mit ein paar pings wurde eine grobe Qualitätsmessung durchgeführt: von 100 pings gingen 8 verloren, ein zufriedenstellendes Ergebnis.

Ein vollständiges Protokoll über Aufbau und Messung kann als PDF heruntergeladen (6.5MB) werden.

Konzept

Damit war die prinzipielle Machbarkeit nachgewiesen, es galt also die Strecke zu dimensionieren und passende Komponenten auszuwählen. Dazu wurde zunächst im Gespräch mit Thomas Reichert und Mathias Esche ein Konzept für den Aufbau erstellt. Da nicht nur einzelne Personen Nutzer der Richtfunkverbindung sein sollten, sondern theoretisch jeder Bewohner von Wittgensdorf, musste dabei berücksichtigt werden, dass die Anbindung weiter verteilt werden kann. Auch dabei sollte WLAN Anwendung finden. Am Ende wurde sich darauf geeinigt, dass im Haus von Thomas Reichert ein Access Point die Richtfunkverbindung annimmt. Ein router trennt dieses WLAN zunächst von seinem eigenen Hausnetz. Ausserdem wird er das Verbindungselement zu einem weiteren Access Point, der Konnektivität für weitere Interessenten anbieten soll. Als Emmiter soll dabei allerdings eine Rundstrahl-Antenne (Omni) verwendet werden. Weitere Rundstrahl-Antennen in Wittgensdorf sollen die Reichweite hinreichend vergrössern. Erst Station dabei soll Mathias Esche sein. Interessenten sollen sich entweder direkt mit WLAN-fähigen Rechnern oder eigenen Access Point in dieses WLAN einbuchen.

Die Dimensionierung der Kabel und Stecker sowie der notwendige Ausgangsleistung kann als PDF heruntergeladen (68KiB) werden.

Hardware (in Theorie)

Bedingung war von Anfang an, dass Geräte aus dem SOHO-Bereich verwendet werden. Der Einsatz von High-End-hardware hätte einerseits das Budget gesprengt; andererseits hatte auch keiner von uns Erfahrung mit dieser Technik (leider).

Als Access Point hat sich schon bei der Messung und anderen Richtfunk-Strecken der WRT54G von Linksys bewährt. Dieser ist mit unter 100€ relativ preisgünstig. Die zwei Antennenanschlüsse sind als reverse TNC ausgeführt und damit robuster als die kleineren SMA-connectors.

Darüberhinaus hat sich Linksys im Gegensatz zu anderen Herstellern an die GPL gehalten: sie verwenden auf ihren Access Points software unter GPL (Linux, netfilter (iptables), etc.) und machen ihre Modifikation durch Veröffentlichung ihres Quellcodes zugänglich. Sveasoft hat diesen aufgegriffen und um zahlreiche features verbessert. Nach upgrade auf diese unterstützen die Access Points u. A. WDS, ihre Ausgangsleistung läßt sich bis auf etwa 240mW erhöhen (was im Dauerbetrieb ohne zusätzliche Kühlung zur Zerstörung führt) und ein ssh-daemon (dropbear) wird installiert. Mit letzterem erhält man eine minimalistische shell (BusyBox), die die grundlegenden Unix-Befehle zur Verfügung stellt. Weiterhin läßt sich damit der kismet-drone auf dem Access Point installieren, der das Finden von WLANs ermöglicht. Alles in allem eine sehr feine Sache.

In Glösa musste eine Strecke von 8m zwischen Access Point und Antenne überwunden werden. Daher sollte hier Ecoflex10, ein Kabel der gehobenen Preisklasse, zum Einsatz kommen. Die Richtfunkantenne in Wittgensdorf sollte mit einem mit einem langen pigtail direkt an den Access Point geschlossen werden. Glücklicherweise konnte für die Antennen ein Lieferant gefunden werden, der seine Yagis mit 10m H155 mit einem SMA-connector verbindet (eigentlich eine ziemlich nutzlose Konstruktion). Die 10m sollten in Wittgensdorf von uns entsprechend gekürzt und mit reverse-TNC-Steckern konfektioniert werden. Der verbleibende Rest konnte gleich zum Anschluß der Omni-Antenne wiederverwendet werden.

Hardware (in Praxis)

Die Access Points wurden zuerst, ca. anderthalb Wochen nach Bestellung bei microCAT, geliefert. Freebird hat sich mit der Lieferung der Omni-Antennen und des Ecoflex10 nicht gerade beeilt, aber der Kundendienst war freundlich und um Entschuldigungen nicht verlegen.

Leider hat sich der erwähnte Lieferant der Antennen doch nicht so als Glückstreffer erwiesen. Zuerst hat er ca. zwei Wochen gebraucht, um zu bestätigen, dass er die Bestellung überhaupt erfüllen kann. Die Lieferung hat dann nochmals etwa zwei Wochen gedauert. In der Lieferung waren zwei unkonfektionierte Antennen (die Richtfunkantenne für Glösa sollte er konfektionieren), statt N-Norm-Stecker gab es -Buchsen (interessanterweise gab es auch einen reverse N-Norm-Stecker…), pigtails hat er auch vergessen.

Um dennoch mit dem Material irgendwas anfangen zu können, wurde kurzerhand alle Theorie über Bord geworfen: Ecoflex10 wurde beseite gelegt, an die 10m H155 an der Yagi-Antenne wurde der reverse-TNC-Stecker direkt befestigt und an den Access Points in Glösa geschlossen. Damit reichte das Kabel leider vorerst nicht mehr für die zweite Omni-Antenne in Wittgensdorf, aber zumindest die Richtfunkstrecke und eine der Omnis konnte in Betrieb genommen werden.

Installation der gateways an beiden Enden der Richtfunkstrecke sowie Aufbau der Antennen wurden von Thomas Reichert und Andreas Hermann vorgenommen. In Glösa stand außerhalb eines service-Schachtes sogar ein klimatisierter Behälter zur Unterbringung von gateway und Access Point zur Verfügung; Luxus pur. In Wittgensdorf befestigte ein befreundeter professioneller Dachdecker die Antennen am Giebel des Hauses. Die Access Points wurden auf dem Dachboden untergebracht und dort an das Hausnetzwerk von Thomas Reichert angebunden.

Inbetriebnahme

Als es dann endlich soweit war, dass es ans Einschalten ging machte sich schnell Frust breit: mit dem Laptop bewaffnet auf dem Hochhaus in Glösa konnte von der anderen Station in Wittgensdorf gar nichts empfangen werden. Die vorhandene Version von Kismet wollte auf dem Access Point nicht richtig laufen. Irgendwann ging der Laptop-Akku zur Neige, ernüchternd wurden weitere Versuche auf das kommende Wochenende verschoben.

Dabei zeigte sich dann, dass der bislang vernachlässigte Unterschied in der Versionsnummer unserer eigenen Access Points und den neuen doch wichtig zu sein scheint: die Version 2 des WRT54G betrachtet bei der Bezeichnung der Antennen ("Right/Left") den Access Point von hinten, bei unserer eigenen Version 1 von vorn. So konnte das natürlich nicht gehen.

Am nächsten Montag wurden die Geräte mit richtiger Konfiguration wieder montiert und funktionierten sofort auf Anhieb.

Details

Die Access Points haben sich (gemäß ihren Statusangaben) auf 36MBit/s geeinigt (auf jeden Fall genug, um einen 1MBit/s-Internet-uplink zu sättigen). Die für TCP/IP zur Verfügung stehende Bandbreite wurde noch nicht gemessen (wird hier bei Kenntniss sofort veröffentlicht). Die gesamte Anlage hat unter 700€ gekostet. Mit der Richtfunkverbindung wird eine Distanz von etwa 3.8km überwunden. 3.8km Kabelschacht kosten ca. 1.000.000€.

Interessenten?

Falls Sie Interesse an einer Anbindung in Wittgensdorf haben, wenden Sie sich bitte an Thomas Reichert. Für technische Fragen zur Strecke oder bei Problemen einer Anbindung senden Sie Ihre email an Frank Grüllich oder Artem Makhutov.