(8)

Параметры , , , , и называются энергетическими потенциалами линии связи.

Такие характеристики радиостанции, как зона уверенного приема и пропускная способность, напрямую связаны с радиусом действия и скоростью передачи данных.

Радиус действия - это расстояние, на котором потери на трассе становятся равными коэффициенту усиления системы

(9)

Чтобы от коэффициента усиления системы перейти к ее радиусу действия в условиях развертывания проектируемой сети, воспользуемся формулой для расчета потерь на трассе

(10)

Как видно из формулы (10), затухание (или потери) на трассе пропорциональны квадрату расстояния или радиусу действия. Другими словами, при каждом удвоении расстояния потери возрастают на 6 дБ (). Однако данная модель потерь характерна в условиях свободного пространства и прямой видимости [25].

Проектируемая WLAN развертывается в помещении, и прохождению сигнала мешают стены, столы, люди и другие объекты, все они уменьшают уровень сигнала и увеличивают потери. Единственный способ точно определить потери на трассе в конкретных условиях эксплуатации - это провести картирование места развертывания сети. Для того чтобы начать картирование места развертывания сети, необходимо иметь информацию о начальном расположении и настройках точек доступа.

Как следует из [25], для расчетов характеристик радиостанции, размещающейся внутри помещения, можно использовать другую модель потерь на трассе, когда потери пропорциональны четвертой степени расстояния

(11)

В таком случае при каждом удвоении расстояния потери будут возрастать не на 6 дБ, а на 12 дБ ().

Выразим радиус действия радиостанции. Для этого сначала преобразуем формулу (12)

(12)

Выражая из (12) величину , получим

(13)

Обозначим величину в (3.13), стоящую в правой части через :

(14)

Выражая из (3.14) радиус действия, получим:

(15)

где .

Модель точки доступа Cisco AIR-AP1250 может работать в двух диапазонах: 2,4 ГГц и 5 ГГц. Планируется работа в диапазоне 2,4 ГГц, так как частота 5 ГГц запрещена для использования в России.

Сначала найдем коэффициент усиления системы . Для этого нам понадобится знать:

- мощность радиопередатчика;

- потери в кабеле передатчика;

- коэффициент усиления антенны передатчика;

- коэффициент усиления антенны приемника;

- потери в кабеле приемника;

- чувствительность приемника при желаемой скорости передачи.

Доступные установки мощности радиопередатчика для выбранной модели радиостанции приведены в Таблице 4.

Таблица 4 - Доступные установки мощности радиопередатчика Cisco AIR-AP1250

Диапазон 2,4 ГГц
, мВт	, дБм
1	0
5	7
20	13
30	5

Выберем максимальную мощность радиопередатчика: 15 дБм для диапазона 2,4 ГГц.

Потери в кабеле передатчика и приемника отсутствуют, так как используется интегрированные антенны. Коэффициент усиления всенаправленной антенны равен 2,2 дБ.

Для максимальной скорости передачи (300 Мбит/с) чувствительность приемника должна быть на уровне ?71 дБм.

Согласно формуле (3.8), коэффициент усиления системы в диапазоне 2,4 ГГц:

Расчетные данные занесем в Таблицу 5.

Таблица 5 -- Энергетические потенциалы радиостанции

Наименование и размерность параметра	Обозначение	Численное значение 2,4 ГГц
Мощность передатчика, дБм		15
Потери в кабеле передатчика, дБ		0
Коэффициент усиления антенны передатчика, дБ		2,2
Коэффициент усиления антенны приемника, дБ		2,2
Потери в кабеле приемника, дБ		0
Чувствительность приемника, дБм		?71
Коэффициент усиления системы, дБ		90,4

Из определения радиуса действия следует, что в уравнении (15) вместо необходимо подставить рассчитанное значение . Рассчитаем параметр для указанных энергетических потенциалов радиостанции:

;

Тогда радиус действия радиостанции в диапазоне 2,4 ГГц:

(3.16)

Полученное значение (16) радиуса действия избыточно, так как ширина здания учебного корпуса и ширина здания общежития составляют 15м. В целях обеспечения безопасности их следует уменьшить, а значит снизить мощность передатчика. Учитывая тот факт, что при каждом сокращении расстояния вдвое потери уменьшаются на 12 дБ, выберем новое значение мощности радиопередатчика: 7 дБм.

Пересчитаем коэффициенты усиления системы. Согласно формуле (8), коэффициент усиления системы в диапазоне 2,4 ГГц:

Расчетные данные занесем в Таблицу 6.

Рассчитаем параметр для указанного энергетического потенциала радиостанции:

Таблица 6 - Энергетические потенциалы радиостанции

Наименование и размерность параметра	Обозначение	Численное значение
		2,4 ГГц
Мощность передатчика, дБм		7
Потери в кабеле передатчика, дБ		0
Коэффициент усиления антенны передатчика, дБ		2,2
Коэффициент усиления антенны приемника, дБ		2,2
Потери в кабеле приемника, дБ		0
Чувствительность приемника, дБм		?71
Коэффициент усиления системы, дБ		82,4

Тогда, согласно (15), радиус действия радиостанции в диапазоне 2,4 ГГц

(17)

Данное значение, (17) указывают на границе зон уверенного приема для работы на скорости 300 Мбит/с по стандарту 802.11n (2,4 ГГц). Теперь рассмотрим радиостанцию с границей зоны уверенного приема. Для уверенности в расчетах ограничимся значением радиуса .

Для возможности пользователя перемещаться от одной точки доступа к другой без потери качества соединения с беспроводной сетью (роуминг) необходимо, чтобы зона покрытия каждой точки доступа пересекалась с соседней приблизительно на 15% от ее площади (Рисунок 7).



Рисунок 7. Площадь пересечения зон покрытия

Максимальное покрытие, достигается при размещении точек доступа по двухмерной схеме, напоминающей кристаллическую решетку (Рисунок 8). Параметрами такого размещения является шаг решетки и шаг размещения точек доступа в узлах этой решетки.

Шаг размещения рассчитывается из условия пересечения зоны уверенного приема, имеющей границу , на 15% от их площадей. Приблизительно примем, что границы зон уверенного приема представляют собой окружность радиуса . Тогда условие перекрытия зон на 15% можно трактовать следующим образом: хорда, соединяющая точки пересечения этих окружностей, должна быть видна из их центров под углом . Выразим шаг кристаллической решетки через угол .

Рисунок 8. Размещение точек доступа с шагом a) и с удвоенным шагом (б).

Изобразим на Рисунке 7 окружности с центром О1 и О2 радиусом , хорду М1М2, которой соответствует центральный угол .

Точки М1 и М2 являются точками пересечения окружностей с центром О1 и О2 радиусом . По свойствам биссектрисы угла отрезок О1О2 делит угол пополам. Шаг кристаллической решетки . Рассмотрим прямоугольный треугольник ?О1М1N. Его гипотенуза . Тогда катет . Отрезок О1О2 в точке N делится пополам, а значит

(18)

Рисунок 1Рисунок 8. Перекрывание зон окружностей на 15%.

Переведем угол в радианы и вычислим его косинус:

;

(19)

Подставляя и значение (3.19) в формулу (3.20), вычислим шаг размещения точек доступа

(20)

Ограничим значение (3.20): .

Шаг решетки для удобства выбирается либо равным , либо равным . Выберем шаг решетки в половину шага размещения

(21)

2.4.3 Выбор схемы размещения точек доступа для блока «С» ТРК «Семья»

Согласно произведенным расчетам были выбраны оптимальные схемы размещения точек доступа для второго (Приложение А) и третьего (Приложение Б) этажа блока «С» ТРК «Семья».

2.4.4 Расчет дополнительных возможностей для блока «С» ТРК «Семья»

Один вид дополнительных возможностей напрямую связан с запасом производительности системы. Как говорилось ранее, этот запас может быть израсходован для разных целей [12, 13, 36]. Рассмотрим наиболее важные из них:

1. увеличение скорости передачи данных до максимально возможного уровня;

2. увеличение количества используемого оборудования IP-телефонии до максимально возможного.

Так как максимальная нагрузка на беспроводную сеть уровня доступа равномерно распределена примерно по всем этажам здания общежития, то нагрузка, приходящаяся на один этаж, вычисляется по формуле

(22)

где - пропускная способность, требуемая одной единицей оборудования i-го типа;

- количество пользователей сети с оборудованием i-го типа.

Одной клиентской станции для обеспечения передачи данных необходимо выделить пропускную способность . Таких станций: . Для оборудования IP-телефонии: , . Тогда по формуле (3.22) нагрузка, приходящаяся на один этаж, равна

(23)

Согласно схеме размещения, на каждом этаже расположено по 3 точки доступа с суммарной пропускной способностью . Разница между суммарной величиной и нагрузкой есть тот запас производительности системы, о котором говорилось в начале.\

(23)

Если в формуле (1) вместо подставить , то можно рассчитать, на сколько поднимется скорость передачи данных на каждом этаже

(24)

Таким образом, при использовании запасов производительности скорость передачи данных на каждом этаже увеличивается на значение (3.24) и составляет 1,04 Мбит/с.

По формуле (2) можно рассчитать, сколько дополнительного оборудования IP-телефонии смогут поддерживать точки доступа на каждом этаже при использовании запасов производительности

(3.25)

Согласно (25), можно подключить дополнительно 33 аппарат технологии IP либо с поддержкой голоса, либо поддержкой видео конференцсвязи. Согласно формуле (2), скорость передачи данных по радиоканалам стандарта 802.11n на каждом этаже может составлять:

Согласно формуле (3), поддерживаемое количество оборудования IP-телефонии, работающее на радиоканалах стандарта 802.11g, на каждом этаже может составлять:

2.4.5 Выводы по разделу

В процессе планирования WLAN был произведен расчет требуемого количества точек доступа, указана устанавливаемая мощность радиопередатчиков, вычислена граница зоны уверенного приема на максимальной скорости передачи. Была выбрана схема размещения радиооборудования, которая удовлетворяет требованиям, предъявляемым к системе. Выявлены дополнительные возможности WLAN, обусловленные запасом производительности и возможной модернизацией системы.

Произведен расчет надежности WLAN при отказе одной из ее базовых станций. Анализ расчетов показал, что даже в наихудшем варианте система останется работоспособной, ближайшие радиостанции будут поддерживать работу бедствующих пользователей. При этом количество поддерживаемого оборудования, качество связи IP-телефонии останется неизменным, заметен будет лишь спад скорости передачи данных.

2.5 Выводы по главе

Потребности компаний в беспроводных сетях постоянно растут. При создании любой сетевой инфраструктуры трудно предвидеть, какие изменения ждут ее в будущем. Таким образом, для того чтобы сетевая инфраструктура была готова безболезненно воспринять грядущие изменения, необходима централизованная, динамичная система управления, предусматривающая возможности анализа состояния сети в реальном времени.

Cisco предлагает уникальную инфраструктуру WLAN со встроенными алгоритмами анализа радиочастотной среды RRM, на которые оформлены патентные заявки. Образно выражаясь, наличие этих алгоритмов эквивалентно присутствию "радиоинженера" внутри системы. С помощью решения Cisco администраторы сети смогут быстро, легко и с минимальными затратами развернуть исключительно надежную, защищенную сеть WLAN, не обладая при этом глубокими познаниями в области радиотехники. Значение беспроводных сетей как стратегического бизнес-ресурса постоянно растет; поэтому сегодня трудно переоценить значимость средств управления радиочастотной средой в реальном времени, предлагаемых Cisco, для проектирования, развертывания и эксплуатации масштабируемой корпоративной беспроводной сети WLAN.

Заключение

На современном этапе развития IT-сферы технология беспроводных сетей Wi-Fi является наиболее удобной в условиях требующих мобильность, простоту установки и использования. Wi-Fi - стандарт широкополосной беспроводной связи семейства 802.11 разработанный в 1997г. Как правило, технология Wi-Fi используется для организации беспроводных локальных компьютерных сетей, а также создания так называемых горячих точек высокоскоростного доступа в Интернет.

Беспроводные сети обладают, по сравнению с традиционными проводными сетями, немалыми преимуществами, главным из которых, конечно же, является:

- Простота развёртывания;

- Гибкость архитектуры сети, когда обеспечивается возможность динамического изменения топологии сети при подключении, передвижении и отключении мобильных пользователей без значительных потерь времени;

- Быстрота проектирования и реализации, что критично при жестких требованиях к времени построения сети;

- Так же, беспроводная сеть не нуждается в прокладке кабелей (часто требующей дробления стен).

Следует отметить, что, несмотря на существенные преимущества, беспроводные сети на современном этапе их развития не лишены серьёзных недостатков. Прежде всего, это зависимость скорости соединения и радиуса действия от наличия преград и от расстояния между приёмником и передатчиком. Один из способов увеличения радиуса действия беспроводной сети заключается в создании распределённой сети на основе нескольких точек беспроводного доступа. При создании таких сетей появляется возможность превратить здание в единую беспроводную зону и увеличить скорость соединения вне зависимости от количества стен (преград). Аналогично решается и проблема масштабируемости сети, а использование внешних направленных антенн позволяет эффективно решать проблему препятствий, ограничивающих сигнал.

На начальном этапе проектирования беспроводной сети необходимо разобраться с принципами работы радиоустройств стандарта 802.11, научиться ориентироваться в различиях между продуктами (этого стандарта) разных производителей, учитывать влияние на распространение радиосигнала и качество связи элементов конструкции здания и источников внешних помех. Но разработка инфраструктуры беспроводной ЛВС - это еще не все: в ней необходимо обеспечить работу базовых сетевых служб: управления IP-адресами, аутентификации, шифрования, контроля доступа, учета использования сетевых ресурсов и, возможно, обеспечения качества обслуживания трафика.

Проектировщики компьютерных сетей накопили большой опыт разработки сетей масштаба предприятия. Одним из таких эффективных технологических решений стала уникальная технология Cisco Unified Wireless Network, примененная мною при разработке данного проекта.

Модель Cisco Unified Wireless Network (унифицированная беспроводная сеть Cisco) предлагает экономичное решение, позволяющее удовлетворить растущие потребности в беспроводных сетях. Наиболее полный в отрасли ассортимент беспроводных решений может послужить экономичной платформой для удовлетворения текущих потребностей организаций и одновременно предложить максимально безболезненный вариант перехода к новой инфраструктуре, способной обеспечить защиту инвестиций в ранее приобретенное оборудование.

Гибкая архитектура решения позволяет администраторам сети спроектировать инфраструктурные модели, позволяющие удовлетворить специфические потребности организаций независимо от того, какую сеть они предполагают развернуть - простую или высокоинтегрированную.

Cisco реализует в беспроводной локальной сети целый ряд интеллектуальных сетевых функций, в том числе Wi-Fi Multimedia (WMM), управление качеством обслуживания (QoS), виртуальные локальные сети и быстрый, защищенный роуминг на уровнях 2 и 3, позволяющий обеспечить прозрачную мобильность пользователей. Дополнительные функциональные возможности позволяют организациям:

- Приоритезировать беспроводной трафик, чтобы гарантировать безопасную доставку информации нужным адресатам

- Сегментировать беспроводные сети, чтобы обеспечить поддержку различных категорий пользователей и приложений

- Обеспечить прозрачный переход между подсетями (сетевыми сегментами) с целью организации прозрачного роуминга

Таким образом, применение технологии Cisco Unified Wireless Network для решения поставленной задачи проектирования обеспечивает оптимальность конфигурации сети, эффективность работы и необходимую безопасность. В работе изложены теоретические и практические аспекты проектирования беспроводной корпоративной сети. Был проведен анализ современных подходов к построению беспроводных корпоративных сетей связи, рассмотрены технологии поддержки безопасности беспроводных сетей, проведен анализ технологий проектирования сетей WLAN, реализован проект беспроводной сети для управляющей компании «ЭКС» на базе программных и аппаратных решений Cisco, сопровожденный необходимым количеством расчетов.

Результатом выполнения выпускной квалификационной работы является технический проект, включающий спецификацию необходимой аппаратуры связи, структурные схемы проектируемой сети, а также расчет необходимых характеристик и параметров аппаратуры и сети. Спроектированная сеть в полном объеме обеспечивает единое информационное пространство для нужд управления в условиях возрастающих требований к развитию единой информационно-телекоммуникационной системы, а также предоставляет его дальнейшее расширение и модернизацию.

Список использованных источников

1. CISCO Internetworking Technology Overview/ пер. В. Плешакова. URL: http://lib.mexmat.ru/books/85359.

2. CISCO Internetworking Technology Handbook. URL: http://www.cisco.com/en/US/docs/internetworking/technology/handbook/Bridging-Basics.html

3. IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements -- Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications. URL: http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.11-2007.pdf

4. Mitchell B. WPA - Wi-Fi Protected Access// Aboutcom/ Part of The New York Times/ Computing. Wireless/Networking. URL: http://compnetworking.about.com/cs/wirelesssecurity/g/bldef_wpa.htm

5. Wendell Odom. Computer Networking First-step. Cisco Press, 2004, p. 515

6. WEP (wired equivalent privacy)// Networkworld. URL:http://www.networkworld.com/details/715.html

7. Wi-Fi Protected Access// Wi-Fi Alliance. URL: http://csrc.nist.gov/archive/wireless/S09_WPA%20Analyst%20Briefing%2005-part1-ff.pdf

8. Архитектура и проектирование беспроводных сетей. URL: http://antihakers.ru/index.php?option=com_content&view=category&id=4&Itemid=5

9. Архитектура построения сетей Cisco Unified Wireless Network. URL: http://www.cisco.com/web/RU/netsol/ns340/ns394/ns348/ns337/networking_solutions_package.html

10. Берлин А. Н. Телекоммуникационные сети и устройства. // Интернет-университет информационных технологий ИНТУИТ.ру. -- М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2008.

11. Бройдо В. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. СПб.: Питер, 2004 г. 688 с.

12. Вишневский В. М., Ляхов А. И. Оценка производительности беспроводной сети в условиях помех. // АиТ №12, 2000.

13. Вишневский В. М., Ляхов А. И. Оценка пропускной способности локальной беспроводной сети при высокой нагрузке и помехах. // АиТ №8, 2001.

14. Гейер Д. Беспроводные сети. Первый шаг. - М.: Вильямс, 2005 г.

15. Гордейчик С.В., Дубровин В.В. Безопасность беспроводных сетей. - М.: Горячая Линия-Телеком, 2008 г., 288 с.

16. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. СПб.: Питер, 2001-- 576

17. Гулевич Д. С. Сети связи следующего поколения. // Интернет-университет информационных технологий ИНТУИТ.ру. М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2007.

18. Закер К. Компьютерные сети. Модернизация и поиск неисправностей.
СПб.: БХВ-Петербург, 2001. -- 1008 с.

19. Защита беспроводных сетей, WPA: теория и практика. URL: http://www.ixbt.com/comm/prac-wpa-eap.shtml

20. Ирвин Дж., Харль Д.Передача данных в сетях: инженерный подход: Пер. с англ. СПб.: БХВ-Петербург., 2003. -- 448 с.

21. Кузнецов М.А., Рыжков А.Е. Современные технологии и стандарты подвижной связи.- СПб.: Линк, 2006 г.

22. Кульгин М. Методология построения корпоративной сети// BYTE/Россия, №1, №2, 1999 г.

23. Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. - СПб: Питер, 1999 г.

24. Курс лекций по сетевым технологиям. По материалам компании «АйТи»// Компьютер пресс. №. 2, № 3, № 4, № 6. 2000 г.

25. Маккалоу Д. Секреты беспроводных технологий.- М.: НТ-Пресс, 2005г.

26. Мауфер Т. WLAN: практическое руководство для администраторов и профессиональных пользователей.- М.: КУДИЦ-Образ, 2005 г.

27. Муртазин Э. От "кирпича" до смартфона. Удивительная эволюция мобильного телефона. - М.: Альпина, 2012 г., 234 с.

28. Настраиваем безопасность беспроводной сети Wi-Fi. URL: http://www.hwp.ru/Network/Wlan.security/index.html

29. Олифер В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы / В. Г Олифер, Н.А. Олифер. - СПб.: Питер, 2003. - 429 с.

30. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Базовые технологии локальных сетей. - СПб.: Питер, 1999г.

31. Основы организации сетей Cisco. Том 1. (Второе издание) М.: Вильямс, 2004 г., 512 с.

32. Педжман Рошан, Джонатан Лиэри. Основы построения беспроводных локальных сетей стандарта 802.11. Практическое руководство по изучению, разработке и использованию беспроводных ЛВС стандарта 802.11. - М.: Cisco Press, перевод с английского Издательский дом «Вильямс», 2004 г., 302

33. Первый шаг к беспроводным сетям Wi-Fi. URL: http://www.hwp.ru/Network/Wifi.l1/index.html

34. Пролетарский А.В., Баскаков И.В., Федотов Р.А и др. Беспроводные сети Wi-Fi. URL: http://www.intuit.ru/department/network/wifi/

35. Таненбаум Э. Компьютерные сети.- СПб.: Питер, 2007 г.,
992 г.

36. Типы мобильных устройств// Mobile gadget/ URL: http://mobilegadget.org.ua/tipy-mobilnyx-ustrojstv.html

37. Типы мобильных устройств// PC Magazine/ RE. URL: http://www.pcmag.ru/elearning/course/index.php?COURSE_ID=5

38. Титтел Э., Чеппел Л. TCP/IP. Учебный курс. - СПб: БХВ-Петербург, 2003 г., 976с.

39. Хамбракен Д. Компьютерные сети: Пер. с англ. М.: ДМК Пресс, 2004. -- 448 с.

40. Шахнович И. Современные технологии беспроводной связи. - М.: Техносфера, 2004 г. 168 c.

Щербо В.К. Стандарты вычислительных сетей. Справочник.- М.: Кудиц - Образ, 2000 г. 272 с.

Приложения

Приложение А

Чертеж 2-ого этажа блока «С» ТРК «Семья»

Приложение Б

Чертеж 3-его этажа блока «С» ТРК «Семья»

Приложение В

Схема размещения оборудования в электрощитовой С203

Приложение Г

Схема размещения оборудования в кроссовой С318

Приложение Д

Схема подключения оборудования

Приложение Е

Обеспечение безопасности корпоративной сети блока «С» ТРК «Семья»

Приложение Ж

Спецификация

AIR-WLC2106-K9	2100 Series WLAN Controller for up to 6 Lightweight APs	1	$3 250,00	$3 250,00
CON-SNT-WLC2006	SMARTnet 8x5xNBD (SNT)	1	$299,00	$299,00
AIR-LAP1261N-E-K9	802.11g/n Ctrlr-based AP; Ext Ant; E Reg Domain	6	$995,00	$5 970,00
AIR-ANT2422DW-R=	2.4 GHz 2.2 dBi Swivel Dipole Antenna White, RP-TNC	18	$25,00	$450,00
AIR-PWRINJ4=	Power Injector - AP1140/1250/1260/3500 Series-SPARE	6	$149,00	$894,00
				$10 863,00
CSACS-5.3-VM-K9	ACS 5.3 VMware Software and Base License	1	$11 995,00	$11 995,00
				$22 858,00
AIR-CT2504-5-K9	2504 Wireless Controller with 5 AP Licenses	2	$2 495,00	$4 990,00
CON-SNT-CT255	SMARTNET 8X5XNBD 2504 Wireless LAN Co	2	$230,00	$460,00
AIR-LAP1261N-E-K9	802.11g/n Ctrlr-based AP; Ext Ant; E Reg Domain	4	$995,00	$3 980,00
AIR-ANT2422DW-R=	2.4 GHz 2.2 dBi Swivel Dipole Antenna White, RP-TNC	12	$25,00	$300,00
AIR-PWRINJ4=	Power Injector - AP1140/1250/1260/3500 Series-SPARE	4	$149,00	$596,00
CON-SNT-LAP1261E	SMARTNET 8X5XNBD 802.11g/n Ctrlr-based AP; Ext Ant; E Reg	4	$92,00	$368,00
				$10 694,00

Размещено на Allbest.ru