Wi-Fi sätter Windblown Kalifornien öar på webben

Det hårda laget av biologer som är stationerade på Farallonöarna, en liten uppsättning av outcroppings i Stillahavsområdet strax väster om San Francisco, lider mycket besvär.

De lever ju trots allt på öar mestadels av stenar, dricker filtrerat regnvatten och använder solenergi som försvinner under de korta vinterdagarna. Bara för att komma ut till ön och tillbaka, lita de på ett band av privata båtskeppare som är villiga att segla den 47 kilometer långa sträckan av havet mellan staden och öarna och sedan ha sina båtar lyftas till stranden på en kran. Farallonesna har ingen docka, för att ingen skulle överleva vind och grov hav, enligt Russ Bradley, som arbetar på öarna i cirka 18 veckor av året som Farallones programchef för Point Reyes Bird Observatory.

På vissa sätt, Farallonesna känner mer än 28 miles från civilisationen, enligt Bradley. "Bara transporten och logistiken för att arbeta och bo här är en hel utmaning i sig själv", säger han.

Men under de senaste åren återställde de två små invånarna 1870-talet hem som utgör människan bosättning på öarna har haft snabbare tillgång till Internet än många boende i högt uppkopplade San Francisco, som de kan se på en klar dag. Öns individer får vanligen mellan 6M bps (bitar per sekund) och 12M bps, som ligger i high end för en vanlig kabelmodemanslutning. De har även fiber direkt till sina hem, en lyxig många amerikanska invånare är fortfarande angelägna att vänta på.

Skillnaden är att fibern på Farallones slutar på toppen av Lighthouse Hill - faktiskt en brant stenig topp nästan 370 fot högt - där den är ansluten till ett dedikerat, Wi-Fi-nätverk med 50 km punkt för punkt.

Med hjälp av access-accesspunkter, en speciell antenn, datormodellering och några försök och fel, två lokala internetveteraner har tagit bredband till en plats där sälar överträffar människor. Passande gjorde de det mest för sälarna, och för de andra marina däggdjuren och fåglarna som bor i Farallonesna, ett tätt skyddat djurliv som är hemma för den största sjöfågelkolonin på kontinentala USA.

Farallones-nätverket kom ungefär efter USA: s fisk- och vildtjänst, Kaliforniens vetenskapsakademi i San Francisco, och non-profit Point Reyes Bird Observatory i närliggande Marin County bestämde alla runt samtidigt som öarna behövde en bättre digital livsnivå. Internetpionjärerna Tim Pozar och Matt Peterson gick med på att designa och bygga systemet, som gick live i april 2009. Det finns folk på öarna året runt men aldrig mer än åtta åt gången, mellan personalbiologer och praktikanter. Förutom att hålla dem i kontakt med världen under stakningar på sex veckor eller längre på öarna, innehåller nätverket viktiga data om tillståndet för det lokala vilda livet och stöder en heltidswebbkamera för forskning och utbildning av allmänheten. Tidigare kommunikationsmetoder på Farallones kunde inte ha stött allt det, åtminstone inte tillförlitligt, enligt Bradley, som har arbetat med stints på öarna sedan 1998. Vid den tiden var den enda röstlinjen en tvåvägs VHF marin radio. Det kunde nå konventionella telefoner på fastlandet, men konversationerna var obehagliga, sade han. "Du måste trycka ned den här knappen medan du pratade och släpp sedan den och ha en två sekunders fördröjning innan den andra personen kunde prata, Sade Bradley. Detta krävde vanligtvis en skyndsam förklaring av systemet till personen i den andra änden av linjen. Ännu värre, med hjälp av radion menade vandring upp till fyren, där den sattes upp med en direkt synvinkel till en brandstation på fastlandet.

För cirka fyra år sedan uppgraderade seismologerna från UC Berkeley Farallones Internet-åtkomst så att de kunde spåra San Andreas Faults rörelser genom att jämföra GPS-data (Global Positioning System). Öarna sitter på motsatt sida av felet från San Francisco.

Seismologerna satte upp Wi-Fi-routrar på fyren och på en byggnad på sjön San Francisco. Det systemet är fortfarande på plats men har aldrig varit mycket snabbt eller tillförlitligt, enligt Bradley. Det tenderade också att krascha - bokstavligen - eftersom antennmonteringen inte kunde stå upp till vädret.

Pozar och Peterson närmade sig utmaningen metodiskt, men även de var tvungna att byta ut sina första radier. Det nuvarande systemet, som är i bruk sedan november, är det bästa ännu, enligt Bradley.

Hjärtat i nätverket är den långa Wi-Fi-länken mellan Farallones fyrstation och ett torn på en av de högsta punkterna i San Francisco, på Twin Peaks. Länken har två IEEE 802.11n-radioer i varje ände, varav en arbetar i 5,8 GHz-frekvensområdet och det andra i 2,4 GHz-bandet. Radiorna, från Ubiquiti, sträcker sig på Power over Ethernet och förbrukar 8 watt eller mindre el, lägre än de typiska företagsåtkomstpunkterna. 5,8 GHz-radion använder 2x2 MIMO-teknik (multipel in, multipel ut) för ökad genomströmning. 2,4 GHz-radion har en enda antennkontakt.

Teoretiskt sett kan en 802.11n-radio med 2x2 MIMO leverera genomströmning på mer än 300M bps. Fiberen som går ner på sidan av Lighthouse Peak kan enkelt hantera det, trots att Ethernet-omkopplaren är Används med radioen är begränsad till 100M bps.

Men två problem hindrade Pozar och Peterson från att upprätta en bredbandsanslutning som skulle ha gjort online-spelare på fastlandet verkligen avundsjuk. En är atmosfärisk dämpning, där en signal som reser från land till ö kan förvrängas av förhållanden som regn eller dimma. Över 50 km kan dessa förhållanden försvaga en signal, och dimma är särskilt känd för kusten utanför San Francisco.

Ett relaterat problem, kallat brytning, kan uppstå även under de bästa förutsättningarna. När det är varmt och soligt mellan San Francisco och Farallones kan den till synes klara luften vara fylld med förångande havsvatten som stiger upp till några hundra meter, och slutar plötsligt. När den trådlösa signalen träffar linjen mellan fuktig och torr luft kan barriären fungera som en lins, böja signalen ur sin avsedda väg och ner i vattnet.

På grund av brytning, de sällsynta dagarna då Farallones kan vara sett från fastlandet är ofta det värsta för att kommunicera med öarna. Nätverket gick ut under en bra väderlek precis förra veckan, sa Pozar.

Både atmosfärisk dämpning och brytning orsakar signaler att blekna. Ingenjörerna åtgärdar dessa problem med flera steg, inklusive användning av kraftfulla antenner och smala kanaler. En IEEE 802.11n-radio kan använda kanaler så breda som 40 MHz, men Pozar begränsade kanalbredden till 10 MHz och skapar en mer fokuserad signal. Det här offret hastigheten för avstånd. "Eftersom vi går över 50 kilometer vatten, är jag extremt konservativ. Så jag har faktiskt cranked denna tillbaka till endast omkring 12 megabiter," sa Pozar. radios är bultade till fyrens bas och ansluten till en router som är uppbyggd kring ett moderkort från Soekris Engineering, och i sin tur till en Cisco Catalyst 2950 Ethernet-switch. Pozar och Peterson kunde ha skapat ett annat Wi-Fi-nätverk mellan fyren och biologernas hem, men de valde fiber som en snabbare och mer tillförlitlig lösning. De lägger envägsfibrerna direkt nerför berget vid sidan av en kraftlinje.

Wi-Fi-åtkomstpunkten för 5,8 GHz är den primära länken, 2,4 GHz Wi-Fi är backupen och seismologernas äldre trådlösa LAN-redskap är Fallbacken till det sade Pozar. Denna installation bränner nästan allt digitalt som händer på Farallones, inklusive vildmarksrapporter, bloggar, webbsurfning och VoIP (Voice over Internet Protocol) på VoicePulse-tjänsten. Pozar uppskattar uppetid på mer än 98 procent.

"Det har aldrig varit en dag när Internet har blivit fullt ned", säger Bradley.

Vetenskapsakademin har också varit nöjd med att webbkameran levereras, vilket ger 30 bildrutor per sekund av högupplösta video med 512 kbps av Wi-Fi-länken. Forskare vid Akademin, Fish and Wildlife Service och fågelobservatoriet flyttar och zoomar kameran på distans.

"Folk har varit glada att få en glimt av ön", säger Kathi Koontz, projektledare på Akademin. "Ingen medlem av allmänheten kan fysiskt sätta fot på ön, så det ger människor en unik uppfattning att de inte har kunnat komma tidigare." Akademin planerar nu att uppgradera webbkameraet till högre definition (konsumerar 1M bps) och använda den i en tillfällig utställning om Farallones i sitt museum, säger Koontz.

Hela projektet, finansierat av Vetenskapsakademin, kostar mindre än US $ 10,000, sade Pozar. San Francisco City donerade tornutrymme på Twin Peaks för fastlandet antenner och tillgång till dess fibernät för backhaul därifrån. Internetarkivet, i Berkeley, donerar Internet-transitering för nätverket.

Trots allt moraliskt och ekonomiskt stöd har inrättandet och arbetet på nätverket varit ett särskilt utmanande IT-projekt, enligt Pozar. Under fåglarnas sädesäsong krävs hårda hattar för skydd mot dykning, och skyddskläder behövs för att hålla fåglarna borta, säger han.

Projektet var också en övning under förberedelse. sorts liknar det till Apollo måneuppdrag, sade Pozar. "Du måste ha allt förpackat och ta allt där ute som du kan, och förvänta dig alla slags beredskap, eftersom det inte finns någon Radio Shack på ön."

På grund av den komplexa logistiken att få en båttur ut till öar och väntar på rätt väder, kan det ta månader att gå tillbaka till Farallones om något gick fel, sa Pozar. Som en försiktighetsåtgärd satte han upp radiosändningarna för öarna och testade dem på en kulle i San Francisco innan de tog ut dem för installation.

Fortfarande Pozar, som säger att han har arbetat som radiosändningsingenjör i Nord-Kaliforniens delta, satte upp Internet-åtkomst till låginkomstboendeprojekt i San Francisco och startade stadens första Internetleverantör, har ingen ånger.

"Farallonesna var bara så en ultralätt hack", sa Pozar.