FabFi - 무료, 공개된 오픈 소스 장거리 wireless ethernet 전송 시스템(Reflector + Router)

[출처] http://fabfi.fablab.af

FabLab의 공용으로 성장중인 시스템이다. 제목에서 보듯이 장거리 wireless ethernet 신호를 전송해 줄 목적으로 된 소스가 공개된 시스템이다. 서울에서는 필요없을 수도 있겠지만 wireless 네트워크가 미약한 지방의 경우 활용 용도가 분명히 있을 것이다. 그래도 reflector는 충분히 wireless 전파가 미약한 곳에서 RF 전파를 포집하는데 많은 도움이 될 수 있는 안테나 증폭기로 사용될 수 있을 듯 싶다. 찾아 보면 reflector의 도면 파일이 있다. 현재 케냐와 아프가니스탄 같은 기반시설이잘 갖추어 지지 않은 곳에서 구현되고 있다.

현제 wiki에서 제공하는 내용은 맨 처음으로 구성된 아프가니 스탄의 Jalalabad의 FabFi를 기반으로 설명하고 있다. 이 시스템은 uplink와 Open courseware 미러링을 제공하고 링크할 수 있는 거리는 3,880m이다.

FabFi의 안테나는 reflector와 router로 구성된다. reflector는 직접 개개인이 만들어야 하고, router는 수정된 기존 상품이다. reflector 디자인은 4인치에서 18인치까지로 범위가 다양한다. (plywood, signboard, 아크릴로 만든다.) radio frequency(RF)에 대한 반사 재료로 chicken wire(?),  스텐레스 짠 그물망, 그리고 강철로 된 윈도우 스크린를 사용한다. 특히 똑똑한 아프가니스탄 사람들은 오래된 USAID 쿠킹 오일 캔을 reflector로 사용하기 시작했다.

router는 쉽게 판매되는 가정용 wireless AP에 수정된 router-radio-antenna를 사용한다. 버전 3.0에서는 FabFi는 공식적으로 Linksys WRT54GL과 ASUS WL-520GU를 지원한다. 비록 다른 많은 router들도 그에 걸맞는 image를 생성하면 쉽게 사용할 수 도 있다. FabFi는 OpenWRTOpenWRT 8.09.2 (Kamikaze) firmware가 구동되는 상황에서 구동된다.


FabFi 기술 요약

개요
 
FabFi은 확장가능한 장거리 P2P 시스템이고 mesh hybrid-wireless broadband transmission 기반시설이다. 개념은 간단하다. 간단하고 지능적이고 서로 연결가능한 network가 불안정한 상황에서도 믿을 수 있는 network 환경을 만들어 낼 수 있다는 개념이다. FabFi는 low-cost 장치를 아주 먼거리에 대해서 직접적으로 통신할 수 있도록 하는 간단한 물리 개념과 아주 다양한 상황들에 적용할 수 있는 탄력적인 구성을 활용한다.

극한의 상황에 대해서 RF(Radio Frequency) 에너지를 방향 전환시킬 수 있는 wire mesh surface를 갖는 제작된 RF reflector위에 상용 wireless routers를 장착하여 사용한다. Reflector의 증폭율은 reflector의 크기와 사용된 재료에 의존한다. 그러나 현재의 디자인에서는 15dBi정도로 높게 측정되어진다.

FabFi 시스템에서 단일 wireless link는 wireless router가 장착된 두 대의 reflector로 구성된다. 이와 유사하게, 두 대의 router도 wired 연결로 link될 수 있다. 단일 router는  동시에 wireless 연결과 wired연결 둘 다로 link될 수도 있다. 이 시스템은 수많은 방법으로 구성된 개개의 link에 대한 구성도 가능하다. (매우 먼 거리나 작은 지역에 많은 사용자를 수용할수 있는 링크 같은 것들 말이다. 이 링크의 중요한 요소는 "meshing"이라는 것이다. mesh network는 구조화 되지 않는 ad-hoc같은 방식으로 하나 이상의 다른 근방의 디바이스에 접속할 수 있도록 허용하는 시스템이다. Mesh network는 소프트웨어가 network의 topology(구조)를 감지해서 실시간으로 자동적으로 데이터의 흐름을 결정하기 때문에 강인하고 단순하다. 전통적인 mesh network들은 단일 라디오와 wireless 만으로된 연결과 모든 방향을 커버할 수 있는 안테나에 의존하기 때문에 구조적으로 제한되어져 있다. 가능한 상황에 따라서 직접적인 wireless link나 유선 전송을 이용해서 Fabfi 시스템은 매우 큰 규모의 한곳에 고정되서 사용하는 mesh network를 구성할 수 있도록 최적화 되어 있다. 높은 데역폭의 좁은 영역의 uplink에 의존하지 않고 지역내에서 강인한 디지털 통신이 가능한 규모에서는 가격이 비싸고 많은 지역에서 사용 불가능하다. 좀 더 자세한 설명을 해주는 에니매이션을 확인해보자. (2MB의 용량으로 다소 시간이 걸릴수 있다.)

Reflector의 작동 방식

FabFi의 reflector는 포물선의 준선에 수직한 전파가 포물선의 표면에 접촉할 때 이 전파들을 포물선의 초점에 모이게 하는 포물선 모양(Y=cX^2)의 구조를 사용한다.(이것에 대한 좀더 자세한 것은 Mathworld 를 보라...) RF 전파를 반사 시킬 수 있는 window screen, chicken wire같은 것을 3차원 의 포물선 모양을 이루는 frame에 붙이고 정확하게 계산된 추점에 wireless router를 붙인다. 그럼 전송 지점의 router에서 오는 RF 에너지가 수신부의 router에서 RF 에너지가 효율적으로 모아진다.

Reflector 만들기 

FabFi 시스템의 본질적인 부분은 지역특색에 따라 사용가능한 어떤 재료로도 구현할 수 있는 유연성이 있다는 것이다. 필요한 모든 것들은 2D 디자인 파일을 프린트하고 여러분이 찾을 수 있는 재료를 조각으로 만들 수 있는 능력이면 된다. 여러분이 Fab Lab을 가지고 있다면. 나무나 금속, 아크릴로 직접 reflector를 만들기 위해서 CNC 나무 제단기나 레이져 커터를 사용할 수 있다. 그러나 진흙으로 빚거나 돌을 깍거나 얼음 블럭을 끌로 파거나 해서 만들지 못할 이유는 없다. 2009년 1월에 초기 배치시 Jalalabad에서는 세 가지의 다른 reflector 디자인이 구현되었다: 큰 4인치의 나무로 된것과 2인치의 나무 버전 그리고 18인치의 아크릴 버전이 구현되었다. 반사면의 재질은 chicken wire와 스테인레스 강철로 짜여진 그물망과 window screen이 될 수 있다.

다음으로 실제 현장에서 필요한 것들은 봉합된 방수가 가능한 뺏다 낄 수 있는 조립품의 수정된 reflector 디자인을 개발하는 것이다. 이 새로운 디자인 2010년 여름에 개시 되었다.

그러나 멀리 볼 것도 없이 network 사용자들은 이미 지역적으로 구할 수 있는 고철 더미로 만든 reflector를 디자인하고 만들고 있다. 아직 중요한 부분에 정교한 장업이 필요하지만, 이 reflector들은 기술적인 면에서 지역 인력이 자체적으로 개발되는 기술이 전파되고 있다는 분명한 신호이다. 이것들은 모두 $3달러 이하의 가격이다.!

Router와 FabFi 펌웨어는 OpenWRT라 불리는 open source 3rd party 펌웨어를 사용한다. OpenWRT는  리눅스 기반의 유연성을 장점으로 가지고 있어 FabFi 장치들은 다양한 범위의 모니터링과 자가 진단 도구들을 운용할 수 있다. 현재의 시스템은 실시간 network 모니터링과 local web을 저장해 집중된 접근을 제어하는 기능과 사용자 관리, 요금 부과를 위한 사용량 추적을 지원한다. 이 모든 것들은 $50에서 $100 달러의 장치에서 구현된다. 자동 구성 기능은 FabFi 1.0이 발표된 이후로 지속적으로 개선되어 왔다. 지금은 다중 fabfi상에서 다중 router를 지원하고 있다. 그리고 802.11n의 속도로 network를 구성할 수 있는 능력이 있다. 개발 부서에서 사용하는 전원인 안정적인 전원은 계속적인 도전거리다. 편리하게도 지금 지원하는 모든 장치들은 12VDC에서 동작하고 자동차나 작은 엔진 베터리에서 직접 전원으로 사용 될 수 있다. 자동차 배터리와 두 대의 비싸지 않은 충전기는 Jalalbad network에서 두 개의 큰 distribution  허브에서 작동하는 믿을 만한 UPS 장치로 작동한다. 도시의 전원없이 거의 이틀동안 router 를 동작시킬수 있는 전원이다. 케냐에서 주 전원과 태양열 전원을 모두 지원하는 network에 어느 node에나 부착할 수 있고 방수 기능이 있는 UPS를 지원하는 "node in a box"를 고안했다. 다음 개발 버전은 router에 연결된 일반 UPS나 제작된 UPS에 장착하는 100-240VAC switching power를 이용해서 설치할 수 있도록 하는 bare-bone 타입의 12V-12V UPS가 될 것이다. 바람이나 다른 그 지역에서 생산되는 전력으로 동작하는 충전회로들은 동시에 진행되는 FabLab의 프로젝트이다.


Fab Future는 미적인 부분도 고려되었을 뿐만 아니라, Fabfi는 일상적으로 모래 폭퐁이 부는 여름의 Jalalabad에서 130F의기온인 혹독한 아프가니스탄 기후에서도 놀랄정도로 안정적인 것이 증명되어 왔다. 2010년도 초여름에 fabfi 시스템을 client 장치에 직접 wireless 접속하도록 제공하고 통신망 규모의 wifi ISP업체를 운영해 왔다. 2년 이상의 운영하는 동안 한편으로는 여전히 하드웨어적인 실폐가 발견되기도 한다. 앞으로의 가장 큰 과제는 uplink 대역폭 문제이다. 많은 나라들은 범용적인 접속 문제의 해결방안으로써 "mobile broadband"를 밀고 있지만, 대부분의 지역에서의 실제적인 현실은 mobile 장치들만으로는 어떤 보조없이 감당할만한 충분한 가격이나 충분한 효율을 제공하지 못한다. 케냐에서 fabfi는 mobile 연결이 사용자당 데이타 허용량이 감소해서 단지 접속의 도구로 전락한 상황에서 통신하는데 가치있는 서비스를 제공한다.

이것에 관한것이다 기타 다른 프로젝트의 진행 과정은 여기 FabFi Blog에서 살펴 볼 수 있다.

reflectror 만들기

http://fabfi.fablab.af/distribution.html에 가서 알맞은 크기의 디자인을 다운로드 받아서 나무를 자르고 조립한다. 원하면 페인트를 칠하거나 실링을 할 수 도 있다. 그리고 조립된 프레임에 철로된 그물망이나 스크린을 고정시킨다. 고정면이 구부러지거나 주름이 생기지 않도록 단단하게 해야한다.

 
라우터 구성하기


안테나 설치하기


reflector에 router를 고정시킨다. 비가 올 경우를 대비해서 router주변을 비닐 봉다리로 둘러 싸거나 방수가 되는 플라스틱 박스를 사용한다. router에 전원을 인가하고 LAN포트에 인터넷이 연결될 수 있는 ethernet 케이블을 연결시킨다. 다른 FabFi의 방향으로 안테나를 조절한다. 컴퓨터의 LAN포트에 연결해서 연결상태를 점검한다. 안테나를 끈을 이용해서 단단히 고정한다.