Chi segue assiduamente (?)   🙂   ricorderà sicuramente un articolo  di qualche mese fa (Progettazione di un nodo mobile)  nel quale tracciavamo le linee guida per la costruzione di un nodo di rete SARIMESH utilizzabile come “mobile” ovvero in grado di essere dislocato, all’opportunità, anche in un sito remoto eventualmente privo di energia elettrica.

In realtà in quell’articolo si trovavano raggruppate varie  tematiche abbastanza distinte:

• sottosistema di alimentazione (universale)
• nodo ad antenne multiple per la connessione alla rete SARIMESH
• nodo di accesso wired/wifi per collegamento di utenza e punto di connessione ad internet (locale)
• (mini)server di servizio

 

Le 4 tematiche rappresentano un po’ la summa dei vari aspetti che la rete mesh propone; infatti l’unità base della rete , nella sua massima estensione, deve ovviamente essere in grado di operare anche in zone prive di energia elettrica,  deve poter supportare più antenne per collegarsi a diversi nodi della rete, deve consentire di collegare delle utenze alla rete sia in maniera wired, che wireless, deve poter fare da server per alcuni servizi di rete, ed  infine , se se ne evidenzia la necessità, poter fare da nodo gateway per la rete mesh verso internet sfruttando un collegamento locale ad internet.

Nel realizzare il nostro nodo mobile tipo quindi abbiamo cercato di trovare una architettura che fosse possibilmente di costo minimale e scalabile a seconda delle esigenze per potersi adattare alle diverse situazioni che il deploiment della rete potesse richiedere.

In particolare si è cercato di “standardizzare”, seguendo l’ottica del progetto AREDN,  la componentistica impiegata in modo da avere la possibilità di concentrarsi su qualcosa di facilmente replicabile e facilmente gestibile anche da parte di persone non particolarmente versate con le tecnologie impiegate.

Da questo approccio scaturisce la possibilità di realizzare nodi sia semplici che complessi sfruttando lo stesso tipo di componenti base e soprattutto lo stesso tipo di know-how.

Un ulteriore punto importante è stato quello di cercare di usare una architettura di tipo modulare in modo da poter agevolmente accrescere eventualmente la funzionalità di un nodo inizialmente minimale, per farlo diventare un nodo complesso ed eventualmente alimentato in maniera autonoma.

Nel seguito cercheremo di mostrare come un nodo nato come minimale possa accrescersi mantenendo la compatibilità funzionale fino a diventare un nodo mobile “full featured”  🙂

I componenti di un nodo minimale sono i seguenti:

• una radio completa di antenna ad es. “Ubiquiti Bullet M5 HP” con antenna verticale “Interline Omni Horizon 12/5.4-5.8 Ghz” – costo circa 85-90 €

 

• Un alimentatore PoE (Power over Ethernet), cioè in grado di inviare l’alimentazione alla radio tramite il cavo di rete UTP Cat 5e ( 220V AC – 24 V DC) – costo circa 15€

 

• Un dispositivo Mikrotik hAP lite  completo di alimentatore 220V AC – 5 V DC; questo dispositivo comprende al suo interno un access point a standard IEEE802.11n a 2.4 Ghz, un  LAN switch a 4 porte di rete 10/100 Mbps, supporto VLAN ( Virtual LAN ) ed è dotato di un SW particolarmente potente, RouterOS, in grado di implementare una serie di funzionalità particolarmente avanzate quali Firewall, controllo del traffico IP, liste di accesso, etc. etc. – costo circa 18 €

• cavo di rete ethernet UTP Cat 5e da esterno quanto basta a collegare l’antenna, posta per es. sul terrazzo, all’alimentatore e access point posti per es. in casa. – costo circa 0,2 €/m

 

Con i componenti indicati abbiamo già un nodo completo in grado di connettersi alla rete SARIMESH e consentire di collegare dei dispositivi tramite cavo di rete LAN o anche tramite WiFi  a 2.4 Ghz.

Ovviamente per la parte antenna quella indicata è solo una possibile scelta; a seconda della posizione e dell’uso che si vuole fare del nodo sarà possibile scegliere una antenna eventualmente più performante quale ad es. una antenna a pannello/parabola in tecnologia MIMO ( es. Ubiquiti NanoStation M5 , Ubiquiti PowerBeam M5-400, etc.); tutte queste antenne richiedno lo stesso tipo di alimentazione e sono abbastanza intercambiabili a parte le caratteristiche a RF.

Il punto che si suggerisce di non modificare è il dispositivo Mikrotik hAP lite: volendo è possibile utilizzare un qualsiasi Access Point dotato anche di porte ethernet e supporto VLAN, ma il suggerimento è di convergere sempre sullo stesso modello per banali motivi di coerenza con il resto della rete; allo stato sul mercato il dispositivo indicato rappresenta il meglio in termini di rapporto prestazioni/prezzo e soprattutto presenta un insieme di funzionaità difficilmente trovabili in altri dispositivi della stessa classe di prezzo.

Programmando opportunamente il dispositivo Mikrotik hAP lite è possibile collegare il nodo ad internet localmente, sfruttando per es. una linea ADSL ; allo scopo viene sfruttata la funzionalità di VLAN ( Virtual LAN) necessaria per poter creare sul nodo una interfaccia WAN da usare verso internet.

Il dispositivo hAP svolge oltre alle funzioni indicate, anche funzioni di controllo degli accessi , monitoraggio del traffico e testing della rete.

Volendo collegare localmente un server è sufficiente sfruttare una delle porte ethernet presenti.

Messo su questo nodo, che chiameremo “minimale”,  è possibile fare tutta una serie di upgrades:

• volendo aggiungere più antenne per la connessione alla mesh è sufficiente aggiungere altre antenne con il relativo cavo di rete, sfruttando le porte ethernet del hAP: è possibile collegare fino a tre/quattro antenne. Per ogni antenna sarà richiesto un alimentatore PoE
• Volendo è possibile alimentare il tutto con una alimentazione  diversa dalla rete; per esempio tramite la batteria dell’auto o anche tramite un pannello fotovoltaico. In questo caso sarà necessario sostituire i vari alimentatori a 220V con un opportuno sistema  ( come vedremo nel seguito).
• Qualora sia di interesse è possibile aggiungere un piccolo ( o grande..) server per svolgere eventuali funzioni ausiliarie;  un esempio è l’uso di un computer su singola scheda con CPU ARM quale ad es. un raspberry o un computer su singola scheda con CPU Intel ad es. un quard core atom.

 

Siccome come potete vedere tutte queste configurazioni ruotano comunque attorno allo stesso nucleo, abiamo il grosso vantaggio di standardizzare le parti componenti e soprattutto il know-how necessario per utilizzarle.

Come “prova di concetto” di queste chiacchiere finora atte e per dimostrare che il tutto è fattibile in maniera agevole e a costi molto contenuti, abbiamo realizzato un “nodo mobile”  nel quale abbiamo concentrato tutto quanto descritto e qualcosa in piu’  🙂

La fig. seguente rappresenta l’oggetto finito;  si tratta di uno scatolo di plastica da elettricista sul quale è stato fissato un piccolo paletto zincato (usato per le antenne satellitari)  al quale sono attaccate due radio di cui una a 5 Ghz e l’altra a 2.4 Ghz entrambe con antenna verticale.

Volendo utilizzare antenne diverse è possibile staccare il cavo di rete che afferisce alle antenne installate sul nodo , sostituendole, tramite un semplice prolungamento del cavo di rete relativo, con una diversa antenna installata per esempio su un palo o altro supporto.

L’elettronica è contenuta nei due semigusci che compongno la scatola.

Nella parte inferiore della base sono contenuti una batteria da 12V – 10Ah  ed un regolatore di carica in grado di usare un pannello solare per la ricarica della batteria, o in alternativa un alimentatore esterno con uscita 19V DC o anche una batteria di auto a 12V DC.

Sul fianco del guscio superiore sono previsti gli attacchi per il pannello solare, come pure per un alimentatore esterno a 220V AC / 19V DC, o a 12V DC;  è anche presente un piccolo display OLED che presenta i principali parametri elettrici quale tensione, corrente, energia consumata, etc.

All’interno del semiguscio superiore è contenuta tutta la parte rimanente, ovvero il dispositivo hAP,  due PoE injectors, un server raspberry, e due alimentatori step-up e step-down per produrre le due tensioni a 5 e 24 V necessarie per alimentare il tutto ( a partire dai 12 VDC erogati dal sistema di alimentazione ).

Gli iniettori PoE sono richiesti per inviare alle antenne l’alimentazione sfruttando un unico  cavo di rete.

Sono presenti ovviamente dei fusibili per protezione; il controllore di carica solare svolge una serie di funzioni essenziali a garantire una corretta gestione dell’uso della batteria sotto condizioni di alimentazione primaria variabili (es. pannello solare ); il dispositivo consente inoltre di spegnere automaticamente il nodo qualora il livello di carica della batteria scenda sotto una soglia di sicurezza, in modo da evitare di distruggere la stessa.

Il server utilizzato è una scheda raspberry con processore ARM, ampiamente sufficiente a realizzare tutta una serie di servizi.

Sul server sono installati una serie di pacchetti SW per realizzare principalmente funzioni di acquisizione dati a livello radio e archiviazione degli stessi;  volendo si possono installare altri moduli SW per svolgere funzioni ausiliarie quali ad es. supporto di servizi quali ad es. TeamTalk5 o TeamSpeech.

Come ciliegina sulla torta è presente un ricevitore GPS ( lo si vede tra le due antenne) allo scopo di poter effettuare la georeferenziazione dei dati relativi al nodo mobile… visto che non sta sempre allo stesso posto 🙂

La figura seguente riporta lo schema di massima della realizzazione; tutte le connessioni esterne di alimentazione sono protette da fusibili.

Ovviamente è possibile implementare un sottoinsieme dei moduli presenti qualora non siano richieste tutte le funzioni; riguardo ai componenti impiegati con l’aiuto di e-bay e amazon è possibile ottenere prezzi anche molto buoni e dimensioni anche inferiori a quelle indicate nel’articolo.

Il pannello solare e la batteria presenti nella realizzazione sono stati calcolati ovviamente per un uso sporadico del nodo ( per. es. per realizzare delle campagne di verifica di copertura radio del territorio);  con un opportuno dimensionamento di questi due elementi è ovviamente possibile usare l nodo come nodo remoto autoalimentato ad energia solare.

Per connettersi al nodo si utilizza principalmente il WiFi  in modo da ridurre al minimo i cablaggi.

Per il controllo della parte server è presenta una interfaccia grafica che permette di accedere alle funzioni principali; è sempre possibile accedere al server tramite sonsole sfruttando una connessione SSH  sia da un PC locale che eventualmente remoto.