Wi-Fi setter Windblown California Islands på nettet

Det hardyste laget av biologer som er stasjonert på Farallon-øyene, et lite sett av utkropp i Stillehavet rett vest for San Francisco, har mange ulemper.

De lever i det hele tatt på øyer det meste av bergarter, drikker filtrert regnvann og bruker solenergi som avtar i de korte vinterdager. Bare for å komme seg ut til øya og tilbake, er de avhengige av et bånd av private båtskippere som er villige til å seile den 47 kilometer lange stranden mellom hav og øyer og deretter ha båtene løftet til land på en kran. Farallones har ingen dock, fordi ingen ville overleve vind og grov hav, ifølge Russ Bradley, som jobber på øyene i ca 18 uker i året som Farallones programleder for Point Reyes Bird Observatory. På noen måter, Farallones føler mer enn 28 miles unna sivilisasjonen, ifølge Bradley. «Bare transporten og logistikken til å jobbe og leve her er en hel utfordring i seg selv,» sa han.

Men i det siste året har innbyggerne til de to små, restaurert 1870-tallet boliger som utgjør det menneskelige bosetning på øyene har hatt raskere internettilgang enn mange innbyggere i svært kablet San Francisco, som de kan se på en klar dag. Øyens innbyggere får vanligvis mellom 6M bps (biter per sekund) og 12M bps, som er i høyden for en typisk kabelmodemforbindelse. De har selv fiber rett til hjemmene sine, og mange av de amerikanske innbyggerne er fortsatt ivrige etter å vente på.

Forskjellen er at fiberen på Farallones slutter på toppen av Lighthouse Hill - faktisk en bratt steinete topp nesten 370 fot høyt - der det er koblet til et dedikert, Wi-Fi-nettverk på 50 km fra punkt til punkt.

Bruk av hylle tilgangspunkter, en spesiell antenne, datamodellering og noen forsøk og feil, to lokale internetveteraner har brakt bredbånd til et sted hvor selene overgår mennesker. Passende gjorde de det for det meste av selene, og for de andre havpattedyrene og fuglene som bor i Farallones, et tett beskyttet dyreliv, som er hjemsted for den største sjøfuglkolonien i det kontinentale USA.

Farallones-nettverket kom om etter USAs fisk- og viltstasjon, California-vitenskapsakademiet i San Francisco, og non-profit Point Reyes Bird Observatory i nærliggende Marin County, bestemte alle rundt samme tid at øyene trengte en bedre digital livslinje. Internettpionerene Tim Pozar og Matt Peterson satte sammen for å designe og bygge systemet, som gikk live i april 2009. Det er folk på øyene hele året, men aldri mer enn åtte om gangen, mellom stabbiologer og praktikanter. I tillegg til å holde dem i kontakt med verden i løpet av seks uker eller mer på øyene, har nettverket viktige data om tilstanden til lokalt dyreliv og støtter et heltidsvideo for forskning og utdanning av publikum.

The Tidligere kommunikasjonsmetoder på Farallones kunne ikke ha støttet alt dette, i hvert fall ikke pålitelig, ifølge Bradley, som har jobbet stints på øyene siden 1998. På den tiden var den eneste stemmelinjen en toveis VHF marine radio. Det kunne nå konvensjonelle telefoner på fastlandet, men samtalene var klossete, sa han. "Du måtte trykke denne knappen mens du snakket, og deretter slippe den og ha en to-sekunders forsinkelse før den andre personen kunne snakke, Sier Bradley. Dette krever vanligvis en skyndsom forklaring av systemet til personen på den andre enden av linjen. Enda verre, med radioen betydde det å gå opp til fyret, der det ble satt opp med en direkte synsvidde til en brannstasjon på fastlandet.

For ca. fire år siden oppgradert seismologene fra UC Berkeley Farallones internettilgang slik at de kunne spore bevegelsene til San Andreas Fault ved å sammenligne GPS (Global Positioning System) data. Øyene ligger på motsatt side av feilen fra San Francisco.

Seismologene satt opp forbruker Wi-Fi-rutere på fyret og på en bygning på sjøsiden av San Francisco. Det systemet er fortsatt på plass, men har aldri vært veldig rask eller pålitelig, ifølge Bradley. Det var også en tendens til å krasje - bokstavelig talt - fordi antennemontering ikke kunne stå opp til været.

Pozar og Peterson nærmet seg utfordringen metodisk, men til og med måtte de bytte ut sitt første sett med radioer. Nåværende system, som er i bruk siden november, er det beste ennå, ifølge Bradley.

Nettverket er den lange Wi-Fi-koblingen mellom Farallones fyrtårn og et tårn på et av de høyeste punktene i San Francisco, på Twin Peaks. Koblingen har to IEEE 802.11n-radioer i hver ende, hvorav den ene fungerer i frekvensområdet 5,8 GHz og det andre i 2,4 GHz-båndet. Radioene, fra Ubiquiti, kjører hver på Power over Ethernet og bruker 8 watt eller mindre strøm, lavere enn typiske tilgangspunkter for bedriften. 5,8 GHz-radioen bruker 2x2 MIMO (flere inn, flere ut) teknologi for økt gjennomstrømning. 2,4 GHz-radioen har en enkelt antennekontakt.

Teoretisk sett kan en 802.11n-radio med 2x2 MIMO levere gjennomstrømning på mer enn 300M bps. Fiberen som går ned langs Lighthouse Peak, kan lett håndtere det, selv om Ethernet-bryteren er Brukt med radioene er begrenset til 100M bps.

Men to problemer forhindret Pozar og Peterson fra å sette opp en bredbåndsforbindelse som ville ha gjort online spillere på fastlandet virkelig sjalu. Den ene er atmosfærisk demping, der et signal som reiser fra land til øy kan forvrenges av forhold som regn eller tåke. Over 50 km, disse forholdene kan svekke et signal, og spesielt tåke er et kjent kjennetegn ved kysten utenfor San Francisco.

Et relatert problem, kalt brytning, kan forekomme selv under de beste forholdene. Når det er varmt og solfylt mellom San Francisco og Farallones, kan den tilsynelatende klare luften fylles med fordampende havvann som stiger til noen hundre meter, så stopper plutselig. Når det trådløse signalet treffer linjen mellom fuktig og tørr luft, kan barrieren virke som en linse, bøye signalet ut av den planlagte banen og ned i vannet.

På grunn av brytning, de sjeldne dagene da Farallones kan være sett fra fastlandet er ofte det verste for å kommunisere med øyene. Nettverket gikk ut i løpet av et godt vær bare i forrige uke, sa Pozar.

Både atmosfærisk demping og bryting forårsaker signaler til å falme. Ingeniørene taklet disse problemene med flere trinn, inkludert bruk av kraftige antenner og smale kanaler. En IEEE 802.11n-radio kan bruke kanaler så brede som 40 MHz, men Pozar begrenser kanalbredden til 10MHz, og skaper et mer fokusert signal. Denne avlivede hastigheten for avstand.

"Fordi vi går over 50 kilometer vann, er jeg ekstremt konservativ. Så jeg har faktisk svevet dette tilbake til bare rundt 12 megabitt," sa Pozar. radioer er boltet til basen av fyret og koblet til en ruter som er bygd rundt et hovedkort i Soekris Engineering, og i sin tur til en Cisco Catalyst 2950 Ethernet-bryter. Pozar og Peterson kunne ha satt opp et annet Wi-Fi-nettverk mellom fyret og biologenes hjem, men de valgte fiber som en raskere og mer pålitelig løsning. De legger single-mode fiberen rett ned i fjellet sammen med en strømlinje.

Wi-Fi-tilgangspunktet på 5,8 GHz er den primære lenken, 2,4 GHz Wi-Fi er sikkerhetskopien, og seismologernes eldre trådløse LAN-utstyr er Fallbacken til det, sa Pozar. Denne oppsettet brensler nesten alt digitalt som skjer på Farallones, inkludert wildlife rapporter, blogging, Web surfing og VoIP (Voice over Internet Protocol) på VoicePulse-tjenesten. Pozar estimerer oppetid på mer enn 98 prosent.

"Det har aldri vært en dag da Internett har vært helt ned," sa Bradley.

Vitenskapsakademiet har også vært fornøyd med ytelsen til sitt webkamera, som leverer 30 rammer per sekund av nær-HD-video ved hjelp av 512 kbps av Wi-Fi-lenken. Forskere ved Akademiet, Fish and Wildlife Service og fugleobservatoriet flytter og zoomer kameraet eksternt.

"Folk har vært glade for å få et glimt av øya," sa Kathi Koontz, prosjektleder ved Akademiet. "Ingen medlem av offentligheten kan fysisk sette fot på øya, så det gir folk en unik utsikt at de ikke har vært i stand til å bli tidligere." Akademiet planlegger nå å oppgradere webkameraet til høyere definisjon (forbruker 1M bps) og bruke det i en midlertidig utstilling om Farallones i sitt museum, sier Koontz.

Hele prosjektet, finansiert av vitenskapsakademiet, koster mindre enn USD 10 000, sa Pozar. Byen San Francisco donerte tårnplass på Twin Peaks for fastlandet antenner og tilgang til dets fibernett for backhaul derfra. Internettarkivet, i Berkeley, donerer Internett-transitt for nettverket.

Til tross for all moralsk og økonomisk støtte har etableringen og arbeidet på nettverket vært et spesielt utfordrende IT-prosjekt, ifølge Pozar. Under fugles nestesesong er det nødvendig med harde hatter for beskyttelse mot dykkbomber, og det er nødvendig med beskyttende klær for å holde av fuglens skarpe bortfall, sa han.

Prosjektet var også en øvelse under forberedelse. slags likne det til Apollo måneoppdragene, sa Pozar. "Du må ha alt pakket opp og ta alt der ute som du kan, og forvent alle slags beredskap, for det er ingen Radio Shack på øya."

På grunn av den komplekse logistikken om å få en båttur ut til øyer og venter på det riktige været, kan det ta måneder å komme seg tilbake til Farallones hvis noe gikk galt, sa Pozar. Som en forholdsregel satt han opp radiosene til øyene og testet dem på en høyde i San Francisco før de tok dem ut for installasjon.

Likevel, Pozar, som sier at han har jobbet som radiosendingsingeniør i Nord-California-deltaet, sette opp Internett-tilgang til lavinntekts boligprosjekter i San Francisco og startet byens første Internett-leverandør, har ingen angrer.

"Farallones var bare en så finkule hack," sa Pozar.