Wi-Fi zet door de wind geboorde Californische eilanden op het web

Het winterharde team van biologen gestationeerd op de Farallon-eilanden, een minuscule reeks uitstulpingen in de Stille Oceaan net ten westen van San Francisco, lijdt veel ongemak.

Ze leven tenslotte op eilanden die zijn opgemaakt meestal van rotsen, gefilterd regenwater drinken en zonne-energie gebruiken die tijdens de korte winterdagen afneemt. Om naar het eiland en terug te gaan, vertrouwen ze op een groep privébootschippers die bereid zijn om de 47 kilometer lange oceaan tussen de stad en de eilanden te bevaren en hun boten vervolgens naar de kust laten brengen. op een kraan. De Farallones hebben geen aanlegplaats, omdat niemand de wind en ruwe zeeën zou overleven, volgens Russ Bradley, die ongeveer 18 weken per jaar op de eilanden werkt als programmamanager van Farallones voor het Point Reyes Bird Observatory.

In sommige opzichten, de Farallones voelen zich meer dan 28 mijl verwijderd van de beschaving, volgens Bradley. "Alleen al het transport en de logistiek van werken en wonen hier is een hele uitdaging op zichzelf," zei hij.

Maar het afgelopen jaar of zo, de bewoners van de twee kleine, gerestaureerde huizen uit de jaren 1870 die de mensheid vormen de nederzettingen op de eilanden hebben een snellere toegang tot internet genoten dan veel inwoners van San Francisco met een hoge bedrading, die ze op een heldere dag kunnen zien. De bewoners van het eiland krijgen meestal tussen 6M bps (bits per seconde) en 12M bps, wat aan de hoge kant is voor een typische kabelmodemverbinding. Ze hebben zelfs glasvezel rechtstreeks naar hun huizen, een luxe waar veel Amerikaanse inwoners nog steeds angstig op wachten.

Het verschil is dat de vezel op de Farallones eindigt aan de top van Lighthouse Hill - eigenlijk een steile, rotsachtige piek van bijna 370 voet hoog - waar het is aangesloten op een speciaal, 50 km punt-naar-punt Wi-Fi-netwerk.

Gebruik van standaard access points, een speciale antenne, computermodellering en wat vallen en opstaan, twee lokale internetveteranen breedband hebben gebracht naar een plaats waar zeehonden in aantal groter zijn dan mensen. Passief genoeg deden ze het vooral omwille van de zeehonden en voor de andere zeezoogdieren en vogels die de Farallones bewonen, een goed beschermd natuurreservaat dat de thuisbasis is van de grootste zeevogelkolonie op het vasteland van de VS

Het Farallones-netwerk kwam ongeveer na de Amerikaanse Fish and Wildlife Service, de California Academy of Sciences in San Francisco, en het vogelverenigingspunt Point Reyes in het nabijgelegen Marin County besloten ze allemaal rond dezelfde tijd dat de eilanden een betere digitale levenslijn nodig hadden. Internetpioniers Tim Pozar en Matt Peterson werkten samen om het systeem te ontwerpen en te bouwen, dat in april 2009 live ging. Er zijn mensen op de eilanden het hele jaar door, maar nooit meer dan acht per keer, tussen stafbiologen en stagiairs. Naast het in contact houden met de wereld tijdens stints van zes weken of langer op de eilanden, draagt ​​het netwerk kritieke gegevens over de staat van de lokale natuur en ondersteunt het een full-time webcam voor onderzoek en voorlichting van het publiek.

eerdere methodes van communicatie over de Farallones konden dat alles niet ondersteunen, althans niet betrouwbaar, volgens Bradley, die sinds 1998 werkt op de eilanden. Destijds was de enige voice line out een tweerichtings marifoon mariene radio. Het zou conventionele telefoons op het vasteland kunnen bereiken, maar de gesprekken waren onhandig, zei hij.

"Je moest deze knop indrukken terwijl je aan het praten was, en dan loslaten en een vertraging van twee seconden hebben voordat de andere persoon kon praten, "Zei Bradley. Dit vereiste meestal een gehaaste uitleg van het systeem aan de persoon aan de andere kant van de lijn. Erger nog, het gebruik van de radio betekende wandelen naar de vuurtoren, waar het was opgezet met een directe zichtlijn naar een brandweerkazerne op het vasteland. Ongeveer vier jaar geleden hebben seismologen van UC Berkeley de toegang van Farallones tot internet verbeterd zodat ze de bewegingen van de San Andreas-fout konden volgen door GPS-gegevens (Global Positioning System) te vergelijken. De eilanden zitten aan de andere kant van de fout van San Francisco.

De seismologen zetten Wi-Fi-routers voor consumenten op de vuurtoren en op een gebouw aan de zeezijde van San Francisco. Dat systeem is nog steeds op zijn plaats, maar is nooit erg snel of betrouwbaar geweest, volgens Bradley. Het neersloeg ook - letterlijk - omdat de montage van de antenne niet bestand was tegen het weer.

Pozar en Peterson benaderden de uitdaging methodisch, maar zelfs ze moesten hun eerste set radio's uitwisselen. Het huidige systeem, dat sinds november in gebruik is, is volgens Bradley nog het beste.

De kern van het netwerk is de lange wifi-verbinding tussen de basis van de Farallones-vuurtoren en een toren op een van de hoogste punten in San Francisco, op Twin Peaks. De link heeft twee IEEE 802.11n-radio's aan elk uiteinde, waarvan er één werkt in het 5,8 GHz-frequentiebereik en de andere in de 2,4 GHz-band. De radio's, van Ubiquiti, draaien allemaal op Power over Ethernet en verbruiken 8 watt of minder elektriciteit, lager dan de gebruikelijke toegangspunten van bedrijven. De 5,8 GHz-radio maakt gebruik van 2x2 MIMO-technologie (multiple in, multiple out) voor een hogere doorvoer. De 2,4 GHz-radio heeft een enkele antenneconnector.

In theorie kan een 802.11n-radio met 2x2 MIMO een doorvoersnelheid van meer dan 300M bps leveren. De aan de zijkant van Lighthouse Peak lopende vezel kan dat probleem gemakkelijk aan, hoewel de Ethernet-switch gebruikt met de radio's is beperkt tot 100M bps.

Twee problemen voorkwamen echter dat Pozar en Peterson een breedbandverbinding konden opzetten die online gamers op het vasteland echt jaloers zou hebben gemaakt. Een daarvan is atmosferische verzwakking, waarbij een signaal dat van land naar eiland reist kan worden vervormd door omstandigheden zoals regen of mist. Meer dan 50 kilometer kunnen die omstandigheden een signaal verzwakken, en mist in het bijzonder is een bekend kenmerk van de kust bij San Francisco. Een gerelateerd probleem, ook wel breking genoemd, kan zelfs onder de beste omstandigheden voorkomen. Als het warm en zonnig is tussen San Francisco en de Farallones, kan de ogenschijnlijk heldere lucht worden gevuld met verdampend oceaanwater dat stijgt tot een paar honderd voet en dan plotseling stopt. Wanneer het draadloze signaal de grens tussen vochtige en droge lucht bereikt, kan de barrière zich gedragen als een lens en het signaal uit het bedoelde pad naar beneden in het water buigen. Vanwege de breking, de zeldzame dagen waarop de Farallones kunnen worden gebruikt vanaf het vasteland gezien zijn vaak de slechtste om met de eilanden te communiceren. Het netwerk verliep vorige week net zo goed, zei Pozar.

Zowel atmosferische verzwakking als breking zorgen ervoor dat signalen vervagen. De ingenieurs hebben deze problemen met verschillende stappen aangepakt, waaronder het gebruik van krachtige antennes en smalle kanalen. Een IEEE 802.11n-radio kan kanalen van wel 40 Mhz gebruiken, maar Pozar beperkte de kanaalbreedte tot 10 MHz, waardoor een meer gericht signaal ontstond. Dit offerde snelheid voor afstand. "Omdat we meer dan 50 kilometer water gaan gebruiken, ben ik extreem conservatief, dus ik heb dit teruggebracht tot slechts ongeveer 12 megabits," zei Pozar.

radio's zijn vastgeschroefd aan de basis van de vuurtoren en verbonden met een router die is gebouwd rond een Soekris Engineering communicatie moederbord, en op zijn beurt naar een Cisco Catalyst 2950 Ethernet-switch. Pozar en Peterson hadden een ander wifi-netwerk kunnen opzetten tussen de vuurtoren en de huizen van de biologen, maar ze kozen voor glasvezel als een snellere, betrouwbaarder oplossing. Ze leggen de single-mode glasvezel langs de rechter kant van de berg naast een powerline.

Het 5.8GHz Wi-Fi-toegangspunt is de primaire link, het 2,4 GHz wifi-netwerk is de back-up en de oudere draadloze LAN-apparatuur van de seismologen is de terugval van dat, zei Pozar. Deze opstelling voedt bijna alles wat digitaal is op de Farallones, inclusief natuurrapporten, bloggen, websurfen en VoIP (Voice over Internet Protocol) op de VoicePulse-service. Pozar schat de uptime op meer dan 98 procent.

"Er is nog nooit een dag geweest dat het internet volledig leeg was," zei Bradley.

De Academie van Wetenschappen was ook blij met de prestaties van haar webcam, die 30 frames per seconde van bijna-high-definition video met 512K bps van de wifi-link. Onderzoekers van de Academie, de Fish and Wildlife Service en het vogelobservatorium verplaatsen en zoomen de camera op afstand.

"Mensen zijn enthousiast geweest om een ​​glimp van het eiland op te vangen", zei Kathi Koontz, een projectmanager van de Academie. "Geen enkel lid van het publiek kan fysiek voet op het eiland zetten, dus het geeft mensen een unieke kijk die ze voorheen niet konden krijgen." De Academie is nu van plan om de webcam te upgraden naar een hogere definitie (verbruikt 1M bps) en gebruikt deze in een tijdelijke tentoonstelling over de Farallones in zijn museum, aldus Koontz.

Het hele project, gefinancierd door de Academie van Wetenschappen, kost minder dan US $ 10.000, zei Pozar. De stad San Francisco schonk torenruimte op Twin Peaks voor de vastelandantennes en toegang tot zijn glasvezelnetwerk voor backhaul vanaf daar. Het internetarchief in Berkeley schenkt internetdoorvoer voor het netwerk. Ondanks alle morele en financiële steun was het opzetten en het werken aan het netwerk een bijzonder uitdagend IT-project, volgens Pozar. Tijdens het broedseizoen van de vogels, zijn helm vereist voor bescherming tegen duikbommen, en beschermende kleding is nodig om de scherpe uitwerpselen van de vogels af te houden, zei hij.

Het project was ook een oefening in voorbereiding.

"I een beetje vergelijkbaar met de Apollo-maanmissies, 'zei Pozar. "Je moet alles ingepakt hebben en alles eruit zien wat je kunt, en alle onvoorziene omstandigheden verwachten, want er is geen Radio Shack op het eiland."

Vanwege de complexe logistiek van het krijgen van een boottocht naar de eilanden en wachtend op het juiste weer, kan het maanden duren om terug te gaan naar de Farallones als er iets mis ging, zei Pozar. Als voorzorgsmaatregel heeft hij de radio's voor de eilanden opgezet en getest op een heuvel in San Francisco voordat hij ze naar de installatie bracht.

Toch is Pozar, die zegt dat hij als radio-omroepingenieur in de delta van Noord-Californië heeft gewerkt, internettoegang opzetten bij woonprojecten met een laag inkomen in San Francisco en de eerste ISP van de stad zijn gestart, heeft geen spijt.

"De Farallones was zo'n ultra-coole hack," zei Pozar.