Il Wi-Fi mette le Isole della California a vento sul Web

Il duro gruppo di biologi di stanza sulle isole Farallon, una minuscola serie di affioramenti nel Pacifico a ovest di San Francisco, soffre di molti inconvenienti.

Dopotutto, vivono su isole composte per lo più di rocce, bevendo acqua piovana filtrata e usando l'energia solare che cala durante i brevi giorni invernali. Per andare sull'isola e tornare indietro, fanno affidamento su una banda di skipper privati ​​che sono disposti a salpare per un tratto di oceano di 47 chilometri (28 miglia) tra la città e le isole e poi hanno le loro barche sollevate fino a riva su una gru. I Farallones non hanno dock, perché nessuno sopravviverebbe al vento e al mare agitato, secondo Russ Bradley, che lavora sulle isole per circa 18 settimane all'anno come direttore del programma Farallones per l'Osservatorio degli uccelli Point Reyes.

In qualche modo, i Farallones si sentono più di 28 miglia di distanza dalla civiltà, secondo Bradley. "Solo il trasporto e la logistica di lavorare e vivere qui è una vera e propria sfida", ha detto.

Ma negli ultimi anni, gli abitanti delle due piccole case restaurate del 1870 che compongono l'umano l'insediamento sulle isole ha goduto di un accesso a Internet più veloce rispetto a molti residenti di San Francisco altamente cablata, che possono vedere in una giornata limpida. Gli abitanti dell'isola ottengono solitamente tra 6 M bps (bit al secondo) e 12 M bps, che è nella fascia alta per una tipica connessione via cavo. Hanno persino fibra ottica direttamente nelle loro case, un lusso che molti abitanti degli Stati Uniti stanno ancora aspettando con ansia.

La differenza è che la fibra sui Farallones termina in cima alla Collina del Faro - in realtà un picco ripido e roccioso di quasi 370 piedi alto - dove è collegato a una rete Wi-Fi point-to-point 50 km dedicata.

Utilizzo di punti di accesso predefiniti, un'antenna speciale, modellazione al computer e alcuni tentativi ed errori, due veterani di Internet locali hanno portato la banda larga in un luogo dove i sigilli sono più numerosi degli umani. Opportunamente, lo hanno fatto soprattutto per il bene dei sigilli, e per gli altri mammiferi marini e uccelli che popolano i Farallones, una riserva protetta strettamente protetta che ospita la più grande colonia di uccelli marini negli Stati Uniti continentali

La rete di Farallones è arrivata dopo l'US Fish and Wildlife Service, l'Accademia delle Scienze della California a San Francisco e l'osservatorio no-profit Point Reyes nella vicina contea di Marin decisero nello stesso periodo in cui le isole avevano bisogno di una linea di vita digitale migliore. I pionieri di Internet Tim Pozar e Matt Peterson si sono uniti per progettare e costruire il sistema, che è stato attivato nell'aprile 2009. Ci sono persone sulle isole tutto l'anno, ma mai più di otto alla volta, tra biologi del personale e stagisti. Oltre a tenerli in contatto con il mondo durante periodi di sei settimane o più sulle isole, la rete trasporta dati critici sullo stato della fauna selvatica locale e supporta una webcam a tempo pieno per la ricerca e l'educazione del pubblico.

The i precedenti metodi di comunicazione sui Farallones non avrebbero potuto sostenere tutto ciò, almeno in modo non affidabile, secondo Bradley, che ha lavorato a stretto contatto sulle isole dal 1998. A quel tempo, l'unica voce fuori linea era un VHF a due vie radio marina. Poteva raggiungere i telefoni convenzionali sulla terraferma, ma le conversazioni erano imbarazzanti, ha detto.

"Dovevi premere questo pulsante mentre parlavi, quindi rilasciarlo e fare due secondi di ritardo prima che l'altra persona potesse parlare ", Ha detto Bradley. Questo di solito richiedeva una spiegazione affrettata del sistema alla persona all'altra estremità della linea. Peggio ancora, usare la radio significava salire fino al faro, dove è stato installato con una linea di mira diretta verso una stazione dei pompieri sulla terraferma.

Circa quattro anni fa, i sismologi dell'UC Berkeley hanno aggiornato l'accesso a Internet di Farallones in modo da poter monitorare i movimenti della faglia di San Andreas confrontando i dati GPS (Global Positioning System). Le isole si trovano sul lato opposto della faglia di San Francisco.

I sismologi hanno installato router Wi-Fi consumer sul faro e su un edificio sul lato mare di San Francisco. Quel sistema è ancora in vigore ma non è mai stato molto veloce o affidabile, secondo Bradley. Tendeva anche a schiantarsi - letteralmente - perché il supporto dell'antenna non reggeva al tempo.

Pozar e Peterson hanno affrontato la sfida con metodo, ma anche loro hanno dovuto sostituire la loro prima serie di radio. Il sistema attuale, in uso da novembre, è il migliore, secondo Bradley.

Il cuore della rete è il lungo collegamento Wi-Fi tra la base del faro di Farallones e una torre in uno dei punti più alti di San Francisco, su Twin Peaks. Il collegamento ha due radio IEEE 802.11n su ciascuna estremità, una delle quali funziona nella gamma di frequenze da 5,8 GHz e l'altra nella banda da 2,4 GHz. Le radio, di Ubiquiti, funzionano ciascuna su Power over Ethernet e consumano 8 watt o meno di elettricità, inferiori ai tipici punti di accesso aziendali. La radio a 5,8 GHz utilizza la tecnologia 2x2 MIMO (multiple in, multiple out) per una maggiore velocità effettiva. La radio a 2,4 GHz ha un connettore a singola antenna.

In teoria, una radio 802.11n con MIMO 2x2 può fornire un throughput di oltre 300M bps. La fibra che corre lungo il lato di Lighthouse Peak potrebbe facilmente gestirlo, anche se lo switch Ethernet è usato con le radio è limitato a 100M bps.

Tuttavia, due problemi hanno impedito a Pozar e Peterson di stabilire una connessione a banda larga che avrebbe reso i giocatori online sulla terraferma davvero gelosi. Uno è l'attenuazione atmosferica, in cui un segnale che viaggia dalla terra all'isola può essere distorto da condizioni come pioggia o nebbia. Oltre 50 km, queste condizioni possono indebolire un segnale, e la nebbia in particolare è una caratteristica ben nota della costa al largo di San Francisco.

Un problema correlato, chiamato rifrazione, può verificarsi anche nelle migliori condizioni. Quando è caldo e soleggiato tra San Francisco ei Farallones, l'aria apparentemente limpida può essere riempita con l'evaporazione dell'acqua dell'oceano che sale a poche centinaia di metri, poi si ferma improvvisamente. Quando il segnale wireless colpisce la linea tra l'aria umida e quella secca, la barriera può agire come una lente, piegando il segnale fuori dal percorso previsto e giù nell'acqua.

A causa della rifrazione, i rari giorni in cui i Farallone possono essere visti dalla terraferma sono spesso i peggiori per comunicare con le isole. La rete è uscita durante un periodo di bel tempo solo la scorsa settimana, ha detto Pozar.

Sia l'attenuazione atmosferica che la rifrazione fanno sbiadire i segnali. Gli ingegneri hanno affrontato questi problemi con diversi passaggi, tra cui l'utilizzo di potenti antenne e canali stretti. Una radio IEEE 802.11n può utilizzare canali fino a 40 MHz, ma Pozar ha limitato la larghezza del canale a 10 MHz, creando un segnale più focalizzato. Questa velocità sacrificata per la distanza.

"Dato che stiamo andando oltre 50 chilometri di acqua, sono estremamente conservatore, quindi in realtà ho spinto questo a soli 12 megabit", ha detto Pozar.

Le radio sono imbullonate alla base del faro e collegate a un router costruito attorno a una scheda di comunicazione Soekris Engineering ea sua volta a uno switch Ethernet Cisco Catalyst 2950. Pozar e Peterson avrebbero potuto creare un'altra rete Wi-Fi tra il faro e le case dei biologi, ma hanno optato per la fibra come soluzione più veloce e più affidabile. Posano la fibra monomodale lungo la montagna lungo una linea elettrica.

Il punto di accesso Wi-Fi a 5,8 GHz è il collegamento principale, il Wi-Fi a 2,4 GHz è il backup e la vecchia scheda LAN wireless dei sismologi è il ripiego a ciò, ha detto Pozar. Questa configurazione alimenta quasi tutto il digitale che accade sui Farallones, inclusi reportage sulla fauna selvatica, blog, navigazione Web e VoIP (voice over Internet Protocol) sul servizio VoicePulse. Pozar stima i tempi di attività a oltre il 98%.

"Non c'è mai stato un giorno in cui Internet è completamente giù", ha detto Bradley.

Anche l'Accademia delle scienze è stata felice delle prestazioni della sua webcam, che offre 30 fotogrammi al secondo di video ad alta definizione utilizzando 512 k bps del collegamento Wi-Fi. I ricercatori dell'Academy, del Fish and Wildlife Service e dell'osservatorio degli uccelli si muovono e ingrandiscono la fotocamera da remoto.

"La gente è stata entusiasta di vedere l'isola", ha detto Kathi Koontz, project manager all'Academy. "Nessun membro del pubblico può fisicamente mettere piede sull'isola, quindi dà alla gente una visione unica che non è stata in grado di ottenere in precedenza". L'Accademia ora progetta di aggiornare la webcam a una definizione più alta (consumando 1M bps) e usarla in una mostra temporanea sui Farallones nel suo museo, dice Koontz.

L'intero progetto, finanziato dall'Academy of Sciences, costa meno di US $ 10.000, ha detto Pozar. La città di San Francisco ha donato lo spazio della torre su Twin Peaks per le antenne continentali e l'accesso alla sua rete in fibra per il backhaul da lì. Internet Archive, a Berkeley, dona il transito Internet per la rete.

Nonostante tutto il supporto morale e finanziario, l'installazione e il lavoro sulla rete è stato un progetto IT particolarmente impegnativo, secondo Pozar. Durante la stagione di nidificazione degli uccelli, sono richiesti elmetti protettivi contro il bombardamento subacqueo e sono necessari indumenti protettivi per tenere a bada gli escrementi pungenti degli uccelli, ha detto.

Il progetto era anche un esercizio in preparazione.

"I tipo di paragonarlo alle missioni lunari Apollo ", ha detto Pozar. "Devi avere tutto imballato e portare fuori tutto quello che puoi, e aspettarti ogni sorta di contingenza, perché non ci sono Radio Shack sull'isola."

A causa della complessa logistica di fare una gita in barca verso il isole e aspettando il tempo giusto, potrebbero volerci mesi per tornare ai Farallones se qualcosa è andato storto, ha detto Pozar. Per precauzione, ha installato le radio per le isole e le ha provate su una collina a San Francisco prima di portarle fuori per l'installazione.

Ancora, Pozar, che dice di aver lavorato come tecnico radiotelevisivo nel delta della California settentrionale, ha istituito l'accesso a Internet a progetti di alloggi a basso reddito a San Francisco e ha dato il via al primo ISP della città, non ha rimpianti.

"I Farallones erano solo un hack ultra-cool", ha detto Pozar.