Сети беспроводного широкополосного доступа

Далее пользователь должен указать зоны покрытия и зоны исключения. В появившейся вкладке содержится 2 инструмента: указатель области покрытия и указатель области, где точка доступа не должна находиться.

В следующей вкладке содержатся виды преград, влияющие на распространение радиоволн: стены, двери, окна и информация о затухании сгнала после их прохождения. При создании виртуальной модели допустим что школу только что построили, она пустует и затухание вносит только конструкция корпуса. (Таблица 10).

Таблица 10 - Затухание сигнала на частоте 2.4 ГГц

Английское название	Перевод	Затухание, дБ
Dry Wall	Сухая стена	-4
Wood Wall	Деревянная стена	-4
Plastic Wall	Гипсокартонная стена	-4
Glass Wall	Стеклянная стена	-8
Brick Wall	Кирпичная стена	-8
Concrete Wall	Бетонная стена	-12
Light Door	Легкая дверь	-4
Metal Door	Металлическая дверь	-11
Heavy Door	Тяжелая дверь	-15
Thin Window	Тонкое окно	-2
Thick Window	Толстое окно	-4

Далее пользователю следует указать тип помещения. (Таблица 11).

Английское название	Перевод
Cubicle Office Area	Офис с рабочими местами типа «Кубикл»
Closed Office Area	Закрытый офис
Elevator shaft	Шахта лифта
Warehouse Stock Low	Складское помещение с низкими потолками
Warehouse Stock Medium	Складское помещение с потолками средней высоты
Warehouse Stock High	Складское помещение с высокими потолками



5.2 Размещение точек беспроводного доступа

Проанализировав созданную пользователем модель окружения, Wi-FiPlanner PRO может приступить к размещению точек беспроводного доступа. Открыв вкладку “AccessPoint” пользователь может выбрать интересующую его модель точки доступа. При нажатии на выбранное оборудование, открывается панель параметров точки доступа, где можно установить настройки работы точки (2,4G, 5G), частотный канал и мощность излучения. (Рис.16). Также возможно установить выносную антенну, во вкладке “Antenna”.

Рисунок 16 - параметры точки доступа.

После установки точек в нужное пользователю положение, нужно нажать на кнопку “HeatMap”, для создания карты, где цветом будет отражено состояние уровня сигнала Wi-Fiв разных точках помещения.

Также возможна автоматическая расстановка точек доступа. Программа Wi-FiPlanner PRO анализируя созданную модель виртуального окружения, автоматически определяет оптимальное положение точек доступа и их настройки. Автоматический расчет производится во вкладке “Advisor”, в которой можно указать модель точки доступа, желаемый процент покрытия, частотный диапазон, мощность передачи и чувствительность приемника.

5.3 Результаты инспектирования

По результатам виртуального инспектирования с помощью программыWi-FiPlanner PRO было решено разместить 4 точки доступа на первом этаже, на 2 этаже - 6 точек доступа, на 3 этаже - 5 точек доступа. Итого 15 точек беспроводного доступаD-link DWL-6600AP.

Приведенная в приложении В конфигурация расположения точек доступа полностью удовлетворяет требованиям по обеспечению покрытия сети.



6. Расчет основных параметров системы передачи данных

6.1 Расчет потерь сигнала в свободном пространстве

Произведем расчет значения потерь в свободном пространстве. FSL (FreeSpaceLoss) зависит от частотного диапазона сигнала и расстояния беспроводной передачи.

Величина потерь в свободном пространстве определяется по формуле (1):

(1)

где FSL - потери в свободном пространстве, дБ;

D - дистанция между точкой доступа и приемным устройством, км;

F - частота, на которой работает система связи, МГц;

K - коэффициент, который зависит от единиц измерения расстояния и частоты.

D = 0,122 км, в соответствии с параметрами точки доступа.

К=32,44, если принять расстояние в километрах, а частоту в мегагерцах.

6.2 Расчет нагрузки сети

Допустим, что максимальное число пользователей (обучающиеся и персонал школы) сети в учебных классах корпуса общеобразовательного учреждения составляет 40%.В сумме корпус рассчитан на 460 человек, включая обучающихся и персонал одновременно находящихся в корпусе. Соответственно расчет будет проведен для 184 пользователей. Расчет подробно расписан в таблице 11.

Таблица 11 - Нагрузка на сеть с учетом предоставляемых услуг

Тип услуги	Доля пользователей услуги, %	Количество единовременных пользователей услуги, чел	Средняя скорость передачи на одного абонента (по протоколу)	Средняя суммарная нагрузка на сеть (без ограничений и потерь), Мбит/с
Гипермедиа	20	37	1 Мбит/с	37
Электронная почта	9	16	100 Кбит/с	1,6
ГИС	10	18	1 Мбит/с	18
ЭБС	18	33	400 Кбит/с	13,2
Поисковые сервисы	20	37	400 Кбит/с	14,8
Видеоконференции	3	5	1 Мбит/с	5
Видео/Аудио	20	37	2 Мбит/с	74

Исходя из полученных результатов расчета для предоставления полного спектра услуг связи необходимо обеспечить общую производительность сети связи при максимально возможной нагрузке в объеме 163,6 Мбит/с.

6.3 Расчет запаса по мощности

Расчет по запасу мощности или по качеству связи проводится с учетом характеристик подобранного оборудования. Производится расчет для приемных устройств, чувствительность которых лежит в пределах от -66 до -102 дБм в зависимости от скорости, на которой работает устройство.

Расчет производится для наихудшей чувствительности: Оценка уровня мощности в различных местах беспроводного соединения необходима для правильного выбора оборудования и схемы подключения.

Уровень сигнала на входе приемника:



(2)

где - уровень мощности передатчика, дБм;

- коэффициент усиления антенны передатчика, дБи;

- потери в свободном пространстве, дБ;

- ослабление радиосигнала, дБ; вычисляется по формуле (3):

(3)

где дБ/км, дБ/км - погонные затухания в водяных парах и атомах кислорода атмосферы;

- расстояние от точки доступа до приемного устройства, км,

,122 км.

(дБ)

С учётом вышеизложенного получаем:

дБм)

Запас на замирания определяется по формуле (4):

(4)

где -уровень сигнала на входе приемника,дБм; -пороговый уровень сигнала на входе приемника, дБм.

Величина запаса на замирания должна получиться выше 22 дБм.

(дБм)

Величина запаса на замирания соответствует значению, при котором соединение устойчивое и работает с высокой надежностью. Результаты данных расчетов позволяют говорить о правильности выбора оборудования.



6.4 Расчет изотропно-излучаемой мощности

Эквивалентная изотропно-излучаемая мощность EIRP (EquivalentIsotropicallyRadiatedPower) -- произведение мощности радиочастотного сигнала, подводимого к антенне, на абсолютный коэффициент усиления антенны. Эффективная изотропная излучаемая мощность (ЭИИМ) определяется по следующей формуле (5):

(5)

где - мощность на выходе передатчика, выражается в Вт, а - коэффициент усиления антенны передатчика относительно изотропного излучателя, раз.

= 20 дБм = 0,1 Вт,

= 3 дБи = 2 раз

Рассчитаем ЭИИМ:

,

Вт,

дБм

Данный расчет производился для одной из точек доступа DWL-6600AP, но поскольку все точки доступа из комплектации идентичны, а подключенные к ним антенны одинаковы, то выполненный расчет справедлив для всех установленных точек сети беспроводного доступа.

6.5 Расчет зоны действия сети

Формула (6) для расчета дальности действия связи выводится из инженерной формулы расчёта потерь в свободном пространстве:



(6)

где потери в свободном пространстве, дБ;

- частота, на которой работает система связи, МГц;

- расстояние между точкой доступа и абонентским устройством, км.

Формула (7) дальности связи:

(7)

Ранее уже было рассчитано значение FSL, но для расчета дальности связи R необходимо вычислить значение FSL с учетомзапаса в энергетике радиосвязи - SOM (SystemOperatingMargin).SOM учитывает возможные факторы, отрицательно влияющие на дальность связи, такие как:

· температурный дрейф чувствительности приемника и выходной мощности передатчика;

· рассогласование антенны, приемника, передатчика с антенно-фидерным трактом.

Параметр SOM обычно принимается равным 10-15 дБ. Считается, что такой запас по усилению достаточен для инженерного расчета.

Суммарное усиление системы:

(8)

где - мощность передатчика, дБм;

- коэффициент усиления передающей антенны, дБи;

-коэффициент усиления приемной антенны, дБи;

- чувствительность приемника, дБм;

- потери в АФТ передающего тракта, дБ;

- потери в АФТ приемного тракта, дБ.

Исходя из параметров выбранного оборудования:

= 20 дБм;= 3 дБи; = 1 дБи; = 0;= 0.

Чувствительность приемника зависит от скорости передачи информации.

Для небольших скоростей порядка 1-2 Мбит/с чувствительность наименьшая и лежит в пределах от -90 до -102 дБм.

Для более высоких скоростей, например, 54 Мбит/с - чувствительность порядком выше и составляет примерно -66 дБм.

Для очень высоких скоростей порядка 300 Мбит/с чувствительность составляет -63 дБм.

В зависимости от модели радиомодуля максимальная чувствительность может варьироваться.

Таким образом, для разных скоростей передачи данных максимальная зона действия сигнала будет разной.

FSL вычисляется по формуле (9):

(9)

Зону действия сети при работе приемника на различных скоростях в частотном диапазоне 2,4 ГГц рассчитывается следующим образом:

Для малых скоростей:

Для больших скоростей порядка 54 Мбит/с:

Для больших скоростей порядка 300 Мбит/с:

6.6 Электромагнитная безопасность

Нормирование электромагнитного излучения: Нормирование электромагнитного излучения радиочастотного диапазона проводится по ГОСТ 12.1.006 - 84 и Санитарным правилам и нормам СанПиН 2.2.4/2.1.8.055 - 96. В основу гигиенического нормирования положен принцип действующей дозы, учитывающей энергетическую нагрузку.

В диапазоне частот 300 МГц … 300 ГГц интенсивность электромагнитного излучения (ЭМИ) характеризуется плотностью потока энергии (ППЭ):

(10)

где P - мощность излучения радиотехнического устройства, Вт; G - коэффициент усиления антенны в разах, а r - расстояние между антенной и точкой наблюдения.

Поскольку точки доступа расположены в непосредственной близости от учебных кабинетов общеобразовательного учреждения, то расстояние будет принято равным 1,5 м.

Оценка и нормирование электромагнитных полей диапазона частот 300 МГц ... 300 ГГц осуществляется по величине энергетической экспозиции:



(11)

Предельно допустимое значение энергетической экспозиции в диапазоне 300 МГц … 300 ГГц, считается равным 2 Вт•ч/м².

Предельно допустимая ППЭ электромагнитного поля определяется по формуле (12):

(12)

где k - коэффициент ослабления биологической эффективности, равный:

1 - для всех случаев воздействия, исключая облучение от вращающихся и сканирующих антенн;

10 - для случаев облучения от вращающихся и сканирующих антенн с частотой вращения или сканирования не более 1 Гц и скважностью не менее 50; - предельно допустимая энергетическая нагрузка, равная 200 мкВт•ч/см²; T - время пребывания в зоне облучения за рабочую смену, ч.

Во всех случаях максимальное полученное значение ППЭ не должно превышать 10 Вт/м², а при локальном облучении кистей рук 50 Вт/м².

Предельно допустимое время непрерывного пребывания человека в зоне облучения электромагнитного поля определяется по формуле (13):

(13)



Рассчитанные значения ППЭ и не превышают предельно допустимых уровней и полностью удовлетворяют настоящим Санитарным правилам.

Следовательно, в использовании дополнительных средств индивидуальной защиты персонала от воздействия ЭМИ нет необходимости.

Проблемы безопасности в беспроводных сетях IEEE 802.11: В Российской Федерации излучающая мощность радиопередающих устройств регулируется СанПиН 2.2.4.1191 - 03.

Предельно допустимое значение электромагнитного излучения по плотности потока энергии (ППЭ) составляет 2 Вт•ч/м².

Согласно рекомендациям ICNIRP (InternationalCommissionofNon-IonizingRadiationProtection) излучающая мощность передающих устройств на базе стандарта IEEE 802.11 измеряется в SAR.

SAR (SpecificAbsorptionRate) - удельная поглощенная мощность, выраженная на единицу массы тела или ткани. Предельно допустимая величина SAR при поглощении всем телом не должна превышать 0,08 Вт/кг, а при поглощении головой - 2 Вт/кг.

Для сравнения норм безопасности ICNIRP и СанПиН, следует найти между ними соответствие. Вес человека и поверхность тела связаны формулой Мостеллера (14):

(14)

где BSA - площадь поверхности тела, м²; h - рост человека, м; P - вес человека, кг.

С помощью формулы Лоренца (15) следует произвести расчет соотношения роста и веса «идеального» организма, и подставить в формулу Мостеллера:

(15)

(16)

Используя формулу (16) и приняв значение ППЭ равным 2 Вт/м², можно рассчитать предельно допустимые значения SAR (рис. 31), если допустить, что все электромагнитное излучение, которое падает на поверхность тела человека, поглощается.

Рисунок 31 - Зависимость величины SAR от P при постоянном ППЭ

Таким образом, расчетная величина SAR при весе человеческого тела в 20 кг составит 0,071 Вт/кг. Данная величина ниже нормы, рекомендованной ICNIRP. Необходимо учитывать тот факт, что было принято допущение о 100% поглощении электромагнитного излучения. Реально часть человеческого тела прикрыта одеждой, и часть излучения отражается. Незакрытые части тела: голова и руки подвергаются наибольшему воздействию.

Из графика видно, что наибольших величин SAR достигает при малом весе тела, что соответствует школьному возрасту (20 кг - вес семилетнего ребенка). Кости черепа у ребенка значительно тоньше, чем у взрослого человека, поэтому воздействие электромагнитного излучения на развивающийся мозг ребенка будет более значительным. Однако малая величина электромагнитного излучения сети не дает возможности сделать однозначный вывод о нанесении вреда здоровью школьников, но назвать ее влияние на здоровье абсолютно безвредным нельзя.

При построении беспроводного участка локальной вычислительной сети в общеобразовательном учреждении необходимо строго соблюдать рекомендации СанПиН 2.2.4.1191 - 03. Оборудование DWL-6600APстандарта IEEE 802.11n позволяет при минимальной мощности обеспечить высокую скорость и надежность работы сети, и таким образом полностью удовлетворяет требованиям СанПиН и ICNIRP.



Заключение

В выпускной квалификационной работе было приведено обоснование необходимости организации беспроводной сети широкополосного доступа в общеобразовательном учреждении. Для реализации сети широкополосного доступа, был сделан выбор в пользу сетевого оборудования D-Link.

В разделе, посвященном виртуальному инспектированию, спроектирована беспроводная сеть из 15 точек доступа.

В расчетной части дипломного проекта произведены вычисления сетевой нагрузки, запаса по мощности, потерь сигнала в свободном пространстве, ЭИИМ, плотности потока энергии, удельной поглощенной мощности и зоны действия сети.



Список использованных источников

1. Комаров, Л.Д. АРМ специалиста по промышленной безопасности и охране труда: исследование электромагнитного излучения и защита от него / Л.Д. Комаров, В.В. Карпова, В.В. Смирнова. - М. : Издательский центр РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2010. - 67 с.

2. Башлы, П.Н. Современные сетевые технологии. Учебное пособие / П.Н. Башлы. - М. : Горячая Линия - Телеком, 2006. - 334 с.

3. Шахнович, И.В. Современные технологии беспроводной связи / И.В. Шахнович. - М. :Техносфера, 2006. - 288 с.

4. Белов, С.В. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для вузов / С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и др.; под общ.ред. С.В. Белова. 2-у изд., испр. и доп. - М. : Высш. шк., 1999. - 448 с.

5. Олифер, В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Учебник для вузов. 4-е изд. / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. - Спб : Питер, 2010. - 944 с.

6. Буриченко, Л.А. Охрана труда в гражданской авиации. Учебник для вузов ГА / Л.А. Буриченко. - 2-e изд., перераб. и доп. - М. : Транспорт, 1985. - 239 с.

7. Лагунов, А.Ю. Проблемы безопасности в беспроводных сетях стандарта IEEE 802.11 / А.Ю. Лагунов, А.В. Орлов. // SWorld. - 2015. - 6 с.

8. D-Link - Wirelessnetworkingproductsforbroadbandandenterprise [Электронныйресурс] :сайтразработчикабеспроводногооборудования. - [2015-]. - Режимдоступа :https://www.dlink.ru - Загл. сэкрана.

9. Wi-FiPlannerPro - Планирование, инспектирование и обслуживание Wi-Fi сетей 802.11a/b/g/n/ac [Электронный ресурс] : - [1998-2015]. - Режим доступа :http://tools.dlink.com/wifiplanner/ - Загл. с экрана.

10. Базовые положения стандарта 802.11n для сетей Wi-Fi. ZyXELRussia [Электронный ресурс] : - [2015-]. - Режим доступа :http://zyxel.ru/kb/2105 - Загл. с экрана

11. Как правильно проектировать Wi-Fi сеть. Научно-образовательный центр беспроводных технологий [Электронный ресурс] : - [2015-]. - Режим доступа : http://wireless.sut.ru/?p=176 - Загл. с экрана



Приложение А

План 1го этажа

План 2го этажа



План 3го этажа



Приложение Б

Карты покрытия

Карта покрытия 1го этажа ОУ

Карта покрытия 2го этажа ОУ



Карта покрытия 3го этажа ОУ

Размещено на Allbest.ru