searchwing-flight-147 [Digitale Elektronik und Technische Informatik]

This page is read only. You can view the source, but not change it. Ask your administrator if you think this is wrong.
====== 147 - 2022-07-06 - Mikrotik WiFi Boards - Rauener Berge - WiFi Tests über 15km ======

===== Infos =====

  * Beteiligte: Philipp und Genosse
  * Grund des Fluges: Erprobung der Mikrotik WiFi Hardware über 15km
  * Wetter: Starker Wind, bewölkt
  * Test-Daten: [[https://cloud.hs-augsburg.de/s/5YQipmymNNMREXy]]

===== Testsetup =====

Nachdem Testflüge mit dem Rassberry Pi CM4 und einem OpenWRT basierten Accesspoint aus verschiedenen Gründen gescheitert waren, haben wir uns entschlossen nochmal einen statischen Test auf zwei Türmen in Brandenburg durchzuführen.

==== Orte des Tests ====

Es wurden zwei Aussichtstürme in Brandenburg für die Tests gewählt, die über eine Distanz von ~ 15km freie Sicht zueinander haben:

  * [[https://goo.gl/maps/vGYCqrpBxwRdGyAy7|Aussichtsturm Rauener Berge]]
  * [[https://goo.gl/maps/V42y5YXDk5QtwRUg6|Aussichtsturm Selchow]]

Die "Bodenstation" wurde auf dem Aussichtsturm in Selchow platziert, das "UAV" auf dem Rauener Aussichtsturm.

==== Hardware ====

Auf der Seite der "Bodenstation" (Selchow) wurde folgende Hardware verwendet:

  * Antenne: [[https://www.wireless-instruments.com/en/products/antennas/wibox-sa-24-90-12v | WiBox SA 24-90-12V - 12 dBi gain, 30°/90° beamwidth]]
  * Board: [[https://mikrotik.com/product/m11g | Mikrotik RouterBOARD RBM11G]]
  * WiFi Module: [[https://mikrotik.com/product/R11e-2HPnD | R11e-2HPnD - 2.4 GHz Dual Chain miniPCI-e card]]

Die Antennen der Bodenstation sind beide vertikal polarisiert, da vorherige Tests gezeigt haben, dass eine horizontal polarisierte Antenne beim gegeben Testaufbau kein Signal empfängt.

Auf der Seite des "UAVs" sind zwei Hardware Setups zum Einsatz gekommen. Das Mikrotik basierte Setup bestand aus:

  * Antennen: 2 x omnidrectional dipole antenna similiar to [[https://www.discomp.cz/maxlink-omnidirectional-dipole-antenna-5dbi-2-4ghz-rsma_d29957.html | MaxLink]]
  * Board: [[https://mikrotik.com/product/ltap_mini | Mikrotik LtAP mini]]
  * WiFi Module: [[https://mikrotik.com/product/R11e-2HPnD | R11e-2HPnD - 2.4 GHz Dual Chain miniPCI-e card]]

Das Setup basierenden auf deinem Rasberry Pi bestand aus:

  * Antennen: 2 x omnidrectional dipole antenna similiar to [[https://www.discomp.cz/maxlink-omnidirectional-dipole-antenna-5dbi-2-4ghz-rsma_d29957.html | MaxLink]]
  * Board: Rasberry Pi Compute Module 4 on [[https://www.waveshare.com/wiki/CM4-IO-BASE-B|WaveShare CM4-IO-BASE-B]]
  * WiFi Module: [[https://mikrotik.com/product/R11e-2HPnD | R11e-2HPnD - 2.4 GHz Dual Chain miniPCI-e card]]

Das WiFi Module wurde mit einem MiniPCI-e zu M2 Adapter mit dem Pi Verbunden. Hier war zu beachten, dass das WiFi Modul an PIN 39/41 mit Strom versorgt wird. Die PINs versorgen u.a. die Verstärker auf dem Board.

==== Software ====

Die Mikrotik Hardware wurde mit Mikrotik Firmware bespielt und konfiguriert. Die Bodenstation wurde als Accesspoint konfiguriert und das UAV als Station. Die Geräte werden im N-Only Mode betrieben und RTS/CTS protection wurde ausgeschaltet. Die Geräte wurden mit statischen IPs versehen. Das LAN und WLAN wurden bebridged (ggf. unnötiger Traffic durch ARP, DHCP, etc.). 

Für den Raspberry Pi wurde der Kernel angepasst. RTS/CTS protection, sowie Sendeleistungslimits für 5/10MHz wurden ausgeschaltet.

===== Ziele des Tests =====

Primär sollte überprüft werden, ob eine Verbindung über normales WiFi überhaupt zustande kommt. Die Annahme war, dass das Link-Budget auf Hin- und Rückweg gleich ist und somit auch eine WiFi-Verbindung möglich sein muss. Die WiFiBroadcast Test hatten gezeigt, dass über >= 15km Daten übertragen werden können. Insbesondere die Antenne der Bodenstation wurde vorher noch nicht statisch getestet, sodass unklar war, ob hiermit eine Verbindung möglich ist.

Darüberhinaus sollte getestet werden welchen Einfluss die folgenden Parameter auf die Datenraten haben:

  * Ack-Timeouts (statische Distanz, dynamische Berechnung)
  * Frequenz
  * Bandbreiten von 5, 10 und 20MHz
  * Welche minimal Sendeleistung möglich ist
  * Single chain vs. multi chain Betrieb

In Bezug auf mehrere Empfangs/Sende Chains war die Theorie, dass wir von MIMO-Erweiterungen des Standards nicht profitieren können, da sich die Wege (nur Freiraumdämpfung, keine Reflexionen etc.) der Signale auf beiden Chains nicht unterscheiden.

Darüberhinaus wurde das propritäre N-Stream Feature von Mikrotik getestet.

===== Ergebnisse =====

Datenraten zur Bodenstation vom UAV per TCP:

{{:tcprx.png|}}

Datenraten zur Bodenstation vom UAV per UDP:

{{:udprx.png|}}

Wir stellen fest, dass eine Verbindung sowohl bei 5, 10 als auch 20MHz Bandbreite ohne Anpassung der Standardeinstellung erfolgt. Eine Verdopplung der Datenrate ist bei den UDP-Tests noch ablesbar beim Wechsel von 5 auf 10 MHz Bandbreite. Beim Wechsel auf 20MHz ist jedoch ein Einbruch der Datenrate gegenüber 10MHz festzustellen. 10MHz hat in den Tests in der Regel besser als 20MHz funktioniert.

Wir stellen fest, dass mit dem N-Stream Protokoll von Mikrotik 3 bis 4 mal bessere Datenraten erreicht werden können im Vergleich zu Tests ohne N-Stream Protokoll.

Wir stellen fest, dass der Betrieb mit einer Chain/Antenne keine signifikanten Einbußen in den Datenraten bringt.