Где сложнее провести Wi-Fi: на Луне, на Северном полюсе или под водой

Технический директор «МаксимаТелеком» рассказывает о местах, где нет атмосферы, плавают акулы и ходят медведи.

Сложность: 1/5

Особых проблем с организацией Wi-Fi-сети на подводной станции нет. Подводная лаборатория, конечно, уже имеет связь с поверхностью (вероятно, через оптический кабель), и обеспечена электроэнергией. Поэтому, если речь идёт о создании сети внутри станции, проблем с инфраструктурой не будет.

Главные вопросы: как доставить это оборудование под воду, и кто его установит?

Среди работающих под водой учёных нет «безруких» людей, все они работают со сложным оборудованием. Нам останется лишь хорошо спланировать сеть и написать чёткие пошаговые инструкции. Модули сети можно собрать на суше, останется их доставить и установить.

Скорее всего, в лаборатории толстые металлические стены, сложная планировка с большим количеством оборудования и небольшими свободными площадями, — обеспечить хорошую связь непросто. Если подводная станция населена учеными, нужно готовиться к тому, что сеть будут использовать интенсивно. При этом непрерывную связь нужно обеспечить с максимальной экономией электроэнергии, малым тепловыделением и не превышая нормы электромагнитного излучения.

Всё это делает подводную лабораторию немного похожей на тоннели метро и вагоны поездов — там все эти сложности мы легко решаем.

Сложнее построить сеть вне станции, например, для связи при внешних работах. В морской воде радиоволны высокой частоты, — а это как раз Wi-Fi, — очень быстро затухают, потому что морская вода является токопроводящей средой.

Для связи под водой обычно применяют сверхдлинные волны, которые хорошо проникают через морскую воду, но с их помощью можно передавать лишь очень небольшие объемы данных, да и реализаций Wi-Fi на очень низких частотах не существует. Так что, хотя некоторое Wi-Fi-оборудование может работать под большим давлением, при высокой влажности и в агрессивной среде, строить сеть Wi-Fi вне станции смысла не имеет.

Итого: на дне океана уже есть коммуникации или известно, как их провести. Проблемы могут возникнуть только из-за сложной конструкции лабораторий, но их тоже можно решить.

Сложность: 2/5

Чтобы сеть Wi-Fi, построенную в таком месте, связать с интернетом, нужна оптическая кабельная линия связи до ближайшей точки присутствия интернет-провайдера — а это, возможно, сотни километров — или радиорелейная линия связи. Подойдет и спутниковая станция наземной связи, хотя с ее установкой в джунглях будут трудности — для работы станции антенне нужно «чистое небо».

Wi-Fi-оборудование выпускается и для домов, и для использования на открытой местности: устойчивое к влаге, ветру, песку. Эту сложность мы бы решили быстро.

Точки доступа Wi-Fi, как и любое оборудование связи, обычно размещают высоко, чтобы увеличить эффективность сигнала. Кроме того, Wi-Fi-устройства выпускаются в антивандальном исполнении, или с защитой от экстремальных условий в очень прочных корпусах. В конце концов, можно упаковать оборудование в прочные коробы. Может быть, какой-нибудь крокодил или бегемот и могли бы их сломать, но они не заберутся так высоко. Другие, более мелкие животные вряд ли смогут нанести серьезный вред.

Мы ответим в конце статьи. Но если вам не терпится, жмите сюда.

Для работы сети нужно электричество. Решением может стать ветрогенератор, внешний аккумулятор или автономный электрогенератор.

Wi-Fi потребляет мало энергии, но если в домах пользователей нет электричества, значит им нечем заряжать свои гаджеты. Следовательно, сначала нужно обеспечить всю деревню электроэнергией. После этого любой столб с кабелем, подойдет для установки точек доступа. Всё оборудование малогабаритное и лёгкое.

Итого: вариант с рыбацкой деревней в джунглях Амазонки кажется достаточно несложным для строительства Wi-Fi-сети при выполнении трех условий: есть пользователи с устройствами, электроэнергия и канал связи с интернетом.

Сложность: 3/5

Две ключевых проблемы: нет коммуникаций с большой землей и нет инфраструктуры на острове. Электрификация всего острова — сложная дорогостоящая задача. Допустим, нам надо решить только часть с обеспечением энергией сети Wi-Fi. Можно поставить автономный электрогенератор, добавить солнечные батареи и аккумуляторы. Для работы оборудования этого точно хватит.

Если это совершенно лишенный коммуникаций остров, с отсутствием связи разобраться сложно. Тянуть кабель до ближайшего материка, скорее всего, экономически нецелесообразно.

Снова не терпится? Тогда жмите сюда.

Остаётся спутниковая связь — надо завезти на остров спутниковую станцию, можно совсем небольшую, установить её, подключить к электроэнергии и платить за доступ и трафик спутниковой сети.

Если наш остров находится близко к экватору, или даже в средних широтах, с покрытием спутниковой связью проблем быть не должно. Если потребности не очень большие, — не нужно передавать много трафика, лишь обеспечить вменяемую скорость связи с интернетом, — то это довольно простая задача.

Мы бы построили небольшую сеть на таком острове за несколько дней, если отбросить нюансы с неизвестной площадью сети и рельефом силами нескольких человек. Скорее всего, путь на остров займет больше времени, чем строительство сети.

Что, если надо сделать Wi-Fi доступным на большой площади — везде, где могут оказаться люди? Допустим, рельеф у острова достаточно простой, не надо пробиваться через джунгли, нужно покрыть только открытые зоны.

На открытой местности одна точка доступа может покрыть радиус около 30 метров, если не использовать специальные типы антенн. Предположим, остров небольшой и требуемая площадь покрытия около одного квадратного километра. Тогда нам потребуется примерно 500 точек доступа, чтобы обеспечить надёжной связью ту часть острова, где бывают люди.

Добавим дополнительное оборудование: спутниковую станцию, солнечные батареи, сетевое оборудование, материалы, работы, и доставку, которая наверняка обойдётся дорого — проект будет стоить около $600–700 тысяч.

Если же придётся сделать всё максимально экономно, использовать дешевые точки доступа по $100 за штуку, то можно уложиться в $50-70 тысяч.

Это тот случай, когда построить сотовую сеть на острове может оказаться дешевле. Wi-Fi технически и экономически эффективен для обеспечения связью множества абонентов в помещениях или на небольшой площади — как раз те задачи, с которыми плохо справляется сотовая связь.

При увеличении площади сплошного покрытия и снижении плотности трафика в сети, экономика сотовой сети догоняет и обгоняет Wi-Fi. Эти технологии взаимно дополняют друг друга и отлично работают вместе, если применять их там, где уместно.

Итого: приезжаем на остров с небольшим автономным электрогенератором, солнечными батареями, небольшой спутниковой станцией и нужным количеством точек доступа. Всё это расставляем, развешиваем, соединяем кабелями, настраиваем — и всё работает. Но строить сплошное покрытие Wi-Fi всего острова с хорошим качеством — дорого.

Сложность: 4/5

На Луне нет атмосферы и очень холодно. Вероятно, когда поверхность освещена солнцем, возможны сильные радиопомехи. Со всем этим надо разбираться.

Многое зависит от расположения станции. Предположим, она будет размещена на обращённой к Земле стороне Луны — с обратной стороны непросто организовать связь с Землей.

Для подключения к интернету можно провести высокоскоростной радиоканал между Луной и Землей. Тогда у жителей станции будет доступ в земной интернет — может быть, не на такой высокой скорости, как мы привыкли, и с очень большой задержкой — в несколько секунд.

Зато быстро будут работать ресурсы, расположенные на самой Луне. Скорость доступа к сайтам с серверами на Земле будет вполне приличной, и можно будет легко скачать файл большого размера — например, видео. Но открыть сложный сайт может вообще не получиться — последовательные обращения накопятся и двухсекундная задержка превратится в огромную.

Наверняка для таких задач изобретут новые протоколы, а кроме десктопной и мобильной версии мы получим ещё и «космическую» — для использования с Луны.

Можно использовать солнечную энергию и накапливать её на будущее. День и ночь на Луне длятся около 15 земных суток. Даже ночью на стороне Луны, обращенной к Земле довольно светло — она освещается светом, отраженным от Земли, но хорошая генерация солнечной энергии возможна только в течение лунного дня, поэтому её придется аккумулировать. Для Wi-Fi-сети проблемы с электроэнергией не будет — она крайне экономна в потреблении.

Ответы на вопросы уже близко.

Wi-Fi на лунной станции очень к месту, как внутри жилых и производственных помещений, так и снаружи. Если не будет проблемы с помехами от солнца, можно обеспечить покрытием необходимую рабочую зону вне пределов станции. Например, для сбора данных с разных приборов и управления исполнительными устройствами. А также построить связь для сотрудников, которые будут выходить на поверхность Луны.

За пределами станции понадобится защитить оборудование от солнечного излучения днем и от низких температур лунной ночью, когда верхний слой грунта охлаждается до -170 градусов Цельсия. Понадобятся защитные климатические шкафы.

Если люди будут перемещаться по поверхности на каких-то специальных машинах, их можно будет использовать в качестве мобильных базовых станций, создающих зону покрытия Wi-Fi вокруг себя. Сами они могут оставаться на связи со станцией или с другими подобными роверами посредством либо прямой радиосвязи, если позволит рельеф и расстояние, либо с помощью стационарных ретрансляторов, или спутников Луны.

Когда полеты на Луну станут обыденностью, количество жителей станции сильно вырастет. Возможно, туда будут прилетать туристы. Соответственно, вырастут объёмы трафика.

В этом случае будет логично достроить элементы сети, модули подключения. Рост объёма трафика тоже надо предусмотреть, чтобы канал связи «Земля-Луна» не был перегружен.

Примерно то же самое сейчас происходит в московском метро — мы модернизируем Wi-Fi-сеть, построенную в 2013 году. С тех пор объёмы трафика сильно увеличились. Мы ставим новое радиооборудование, которое даёт более высокую скорость подключения, до 500 Мбит/с. Также мы обновляем поездные антенны и программное обеспечение базовых станций, чтобы они работали более эффективно.

В целом, если заложить возможности масштабирования сети на этапе разработки проекта, проблем с использованием Wi-Fi у колонизаторов Луны не возникнет.

Итого: спрогнозировать все нюансы при строительстве Wi-Fi-сети на Луне сложно. Кажется, что это тяжёлый, но вполне реалистичный проект. Но это проект уровня государства или даже нескольких государств — ни одна коммерческая компания такого не потянет. И затраты на сеть Wi-Fi в таком проекте будут каплей в море.

Сложность: 5/5

Северный полюс находится далеко и труднодоступен. Там критически низкие температуры, но это не главная проблема.

Основная сложность на Северном полюсе — это доступ к интернету. В районе полюсов дела со спутниковой связью обстоят плохо — практически отсутствует покрытие. Но другого решения пока нет — из-за удалённости территории.

Отсутствие электроэнергии — вторая серьезная сложность. Даже с Южным полюсом всё было бы немного проще — там есть суша, хоть и покрытая ледяным щитом. На Северном полюсе нет континента, есть только океан со льдами. Никакая стационарная кабельная инфраструктура не будет надежной и долговечной, да и куда тащить электрокабель?

К сожалению, никаких инновационных способов передачи электроэнергии по воздуху ещё не придумали, а значит наш арсенал ограничен. Можно использовать автономные электрогенераторы или мобильные электростанции, солнечные батареи (не очень эффективно даже в полярный день) и вполне эффективные, но нестабильные ветрогенераторы. Но топливо придется возить, а автономные системы обслуживать.

Даже оборудование, предназначенное для работы в сложных климатических условиях, имеет нижний предел температуры — часто не ниже -50 градусов.

В условиях экстремально низких температур активное Wi-Fi-оборудование придётся ставить в климатические шкафы с резервированием систем подогрева и вентиляции. Нужно будет использовать специальные кабели и антенны, потому что при низких температурах некоторые материалы становятся ломкими. Это сильно увеличивает бюджет проекта, но при экстремальных условиях такие затраты оправданы.

Саму Wi-Fi-сеть спроектировать и построить достаточно легко. Оборудование можно подготовить заранее и затем установить с помощью полярников. Даже если не будет интернета, сеть сможет работать локально и обеспечивать связь между сотрудниками станции. Они смогут обмениваться данными, сгружать информацию со своих измерительных устройств и научных приборов.

Итого: обеспечить полярную станцию бесперебойным скоростным интернетом сложно, стопроцентного способа сделать это не существует. Тем не менее, Wi-Fi можно использовать для работы внутри станции, передачи данных в локальной сети. А в будущем, по мере развития низкоорбитальных спутниковых группировок, вероятно появление спутникового покрытия и в этих широтах.

Мы закончили фантазировать. Вдруг у вас появилось желание реализовать один из этих проектов, напишите нам. А пока вы не написали, мы продолжим модернизировать сеть в московском метро, чтобы всё работало ещё быстрее и без задержек.

Теперь к ответам:

• Коробы нужны для защиты от ветровой нагрузки, которая возникает на открытых частях метро.
• В московском метро проложено 905 км оптического кабеля. Если бы мы решили сойти с ума, мы бы могли обернуть им МКАД восемь раз. Просто.
  
• Оборудованию приходится выдерживать всё из перечисленного: скачки напряжения, взвешенную металлическую пыль и резкие перепады температур.