Федеральное агентство связи
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение
высшего профессионального образования
«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (ФГОБУ ВПО «СибГУТИ»)
Форма утверждена
научно-методическим советом
ФГОБУ ВПО «СибГУТИ»
протокол № 3 от 15.04. 2014 г.
Кафедра СМС
Допустить к защите
Зав. кафедрой ___________ Кокорева Е.В.
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА
Разработка сети беспроводного доступа в бизнес-центре
Пояснительная записка
Студент ___________________________ /Миронов Э.Ю./
Факультет МРМ Группа РМ-23
Руководитель ___________________________ /Шушнов М.С./
Консультанты по БЖ ___________________________ /Самуйлло Ю.В./
Новосибирск 2016 г.
Введение.............................................................................................................
1 Классификация технологий беспроводной связи........................................
1.1 Персональные беспроводные сети.......................................................
1.2 Беспроводные сенсорные сети...........................................................
1.3 Беспроводные локальные сети..........................................................
1.3.1 Малые локальные беспроводные сети...........................................
1.3.2 Большие локальные беспроводные сети........................................
2 Описание стандартов IEEE 802.11...........................................................
2.1 802.11a................................................................................................
2.2 802.11b...............................................................................................
2.3 802.11g...............................................................................................
2.4 802.11n...............................................................................................
2.5 802.11ac..............................................................................................
2.5.1 Формирование каналов............................................................
2.5.2 Технология OFDM......................................................................
2.5.3 Кодирование и модуляция........................................................
2.5.4 MU-MIMO.................................................................................
2.5.5 Beamforming..............................................................................
2.6 802.11ad...............................................................................................
2.7 Дополнительные стандарты 802.11..................................................
2.8 Топологии сетей.................................................................................
2.8.1 IBSS...........................................................................................
2.8.2 BSS..............................................................................................
2.8.3 ESS..............................................................................................
3 Безопасность беспроводных сетей..........................................................
3.1 Техническое обоснование..................................................................
3.2 Объединение каналов.........................................................................
3.3 Оценка количества абонентов на одну точку доступа.......................
4 Выбор оборудования и его технические характеристики.....................
4.1 Выбор производителя оборудования................................................
4.1.1 Cisco................................................................................................
4.1.2 D-Link..........................................................................................
4.2 Radius.................................................................................................
5 Расчетная часть .........................................................................................
5.1 Расчет зоны покрытия в свободном пространстве.............................
5.2 Расчет распространения сигнала с учетом препятствий .................
5.3 Предиктивное планирование.............................................................
5.4 Разработка структурной схемы.........................................................
6 Безопасность жизнедеятельности ............................................................
6.1 Наличие опасных и вредных факторов.................................................
6.2 Анализ условий труда обслуживающего персонала при эксплуатации оборудовании.......................................................................
6.3 Расчет системы искусственного освещения помещения........................
6.4 Расчет уровня шума............................................................................
6.5 Анализ пожарной безопасности.........................................................
Электробезопасность........................................................................
6.7 Электромагнитные излучения.........................................................
Заключение .................................................................................................
Список использованной литературы..........................................................
|
4
5
5
6
7
8
8
9
9
10
11
11
12
14
15
16
16
19
21
22
26
26
27
28
29
31
32
33
34
35
36
43
57
63
63
69
72
75
76
76
76
78
80
82
85
86
88
89
|
ВВЕДЕНИЕ
В современном мире технологии беспроводного доступа обретают все большую популярность в виду того что позволяют создавать сеть для большого числа абонентов и при этом не заполняя место проводами и кабелями. Их достаточно быстро развертывать, отпадает необходимость проектирования ЛВС (LAN), а также монтирования коробов, поэтому сроки монтажа сети беспроводной связи - минимальны. При беспроводной связи между абонентом и передающей антенной не может возникнуть обрыва связи (если только абонент не выходит из зоны покрытия связью), что, несомненно, тоже является одним из плюсов беспроводного соединения. Достаточно высокая скорость передачи, необходимая для полноценной работы в офисе. Дешевизна установки - для построения сети необходима только точка доступа.
Актуальностью темы проекта является то, что беспроводные сети, наиболее востребованные и быстроразвивающиеся технологии на рынке которые в скором времени в большинстве заменят проводные технологии передачи информации. На сегодняшний день в цивилизованном мире существует несколько различных видов технологий беспроводной связи – это стандарты сотовой связи GSM(900/1800), GPRS, UMTS, LTE и т.д. стандарты беспроводных персональных сетей Bluetooth, ZigBee, а также беспроводные универсальные сети WiMAX, и беспроводные сети Wi-Fi на основе стандартов
IEEE и многое другое.
В выпускной квалификационной работе, мы должны рассмотреть какие технологии лучше всего подходят для организации сети беспроводного доступа на предприятии, в бизнес-центре. Для этого необходимо разработать метод для проектирования оптимального для определенного бизнес-центра сеть беспроводного доступа.
Оптимальной можно считать сеть беспроводного доступа, которая полностью покрывает сетью беспроводного доступа рабочую зону на этаже предприятия, обеспечивает необходимую скорость передачи информации для полноценной работы абонентских устройств в сети, а также должна быть дешевой в отношении эксплуатации и монтировании устройства.
Для проектирования оптимальной сети беспроводного доступа необходимо:
Выбрать наиболее подходящую технологию из существующих технологий беспроводного доступа исходя из классификации по дальности связи и количеству абонентов входящих в беспроводную сеть
Выбрать наиболее подходящую технологию исходя из материальных затрат на её покупку, монтирование и эксплуатацию
Провести расчет зоны покрытия сети беспроводного доступа, а также рассчитать потери сигнала при прохождении через препятствия исходя из плана этажа здания, учитывая материалы из которых состоит препятствие
-
Составить карту покрытия сети по плану здания
1 Классификация технологий беспроводной связи
Чтобы было проще ориентироваться в большой номенклатуре технологий, введем классификацию по дальности связи и количеству абонентов входящих в беспроводную сеть. Всего введем шесть градации:
персональные беспроводные сети;
беспроводные сенсорные сети;
беспроводные локальные сети WLAN
малые локальные беспроводные сети;
большие локальные беспроводные сети;
1.1 Персональные беспроводные сети
Bluetooth – спецификация радиосвязи малого радиуса действия (обычно до 100 метров) в диапазоне частот свободном от лицензирования (ISM-диапазоне: 2,4-2,4835 ГГц). В основу радиосвязи Bluetooth положен алгоритм FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) обеспечивающий псевдослучайную перестройку частот 1600 раз в секунду (раз в 625 Мкс). Для перестройки доступно 79 рабочих частот в диапазоне 1 МГц. В некоторых странах количество выделяемых частот уже, так в Японии, Франции и Испании – 23 частотных канала. Последовательность переключения частот знают только передатчик и приемник, входящие в одну и ту же сеть, которые синхронно переключают рабочие частоты. Для другой пары приемник-передатчик последовательность переключения будет отличаться. Благодаря этому возможна одновременная работа нескольких пар приемник-передатчик в перекрывающихся областях передачи данных.
Wireless USB (беспроводной USB) – предназначен для замены проводного USB. Основная задача WUSB обеспечение высокоскоростного обмена на сверхмалых расстояниях и обеспечение взаимодействия персонального компьютера с периферийным оборудованием: сканерами, принтерами, видео и фото камерами, внешними жесткими дисками и так далее. Высокая скорость (до 180 Мбит/с) обеспечивается на расстояниях до 10 метров и критически сильно падает при увеличении расстояния между приемником и передатчиком. Высокая скорость обеспечивается за счет применения широкополосного сигнала по технологии UWB, им же объясняется и малые расстояния передачи данных.
DECT/GAP – цифровая усовершенствованная система беспроводной телефонии -технология беспроводной связи, используемая в современных радиотелефонах. Для передачи данных используется частота 1880—1900 МГц в Европе и 1920—1930 МГц в США. Передача данных основывается на методе с использованием нескольких несущих и принципа множественного доступа с разделением времени. Канал разделяется на кадры длительностью 10 мс. Каждый кадр делится на 24 слота, каждый из которых может использоваться для передачи и приема данных. Обычно первые 12 слотов используются для передачи данных, а следующие 12 слотов – для приема. Использование технологии DECT/GAP позволяет получить качественную передачу голоса по беспроводному каналу связи, высокую помехозащищенность, безопасность и защиту от прослушивания, и все это при низком уровни излучения, безопасном для здоровья.
1.2 Беспроводные сенсорные сети
Различают три типа беспроводных сетей (рис. 1.1): WWAN (Wireless Wide Area Network), WLAN (Wireless Local Area Network) и WPAN (Wireless Personal Area Network)
Рисунок 1.1 - Радиус действия персональных, локальных и глобальных беспроводных сетей
При построении сетей WLAN и WPAN, а также систем широкополосного беспроводного доступа (BWA - Broadband Wireless Access) применяются сходные технологии. Ключевое различие между ними (рис. 1.2) - диапазон рабочих частот и характеристики радиоинтерфейса. Сети WLAN и WPAN работают в нелицензионных диапазонах частот 2,4 и 5 ГГц, т. е. при их развертывании не требуется частотного планирования и координации с другими радиосетями, работающими в том же диапазоне. Сети BWA (Broadband Wireless Access) используют как лицензионные, так и нелицензионные диапазоны (от 2 до 66 ГГц).
Рисунок 1.2 - Классификация беспроводных технологий
1.3 Беспроводные локальные сети WLAN
Основные назначение беспроводных локальных сетей (WLAN) – организация доступа к информационным ресурсам внутри здания. Вторая по значимости сфера применения – это организация общественных коммерческих точек доступа (hot spots) в людных местах – гостиницах, аэропортах, кафе, а также организация временных сетей на период проведения мероприятий (выставок, семинаров).
Беспроводные локальные сети создаются на основе семейства стандартов IEEE 802.11. Эти сети известны также как Wi-Fi (Wireless Fidelity), и хотя сам термин Wi-Fi, в стандартах явным образом не прописан, бренд Wi-Fi получил в мире самое широкое распространение.
6LoWPAN – стандарт, обеспечивающий взаимодействие малых беспроводных сетей (частных сетей или сетей датчиков) с сетями IP по протоколу IPv6. Используется в основном для организации сетей датчиков и автоматизации жилого и офисного помещения с возможностью управления через интернет, однако могут использоваться и автономно как простые беспроводные сети датчиков. Передача данных в стандарте 6LoWPAN подразумевает использование субгигагерцового диапазона и обеспечивает скорость передачи от 50 до 200 кбит/с на расстояние до 800 метров.
1.3.1 Малые локальные беспроводные сети:
Wi-Fi – торговая марка объединения Wi-Fi Alliance, представляющая собой семейство стандартов спецификации IEEE 802.11 для широкополосной радиосвязи. В зависимости от стандарта, Wi-Fi использует для передачи данных диапазон частот в районе 2,4 ГГц или 5 ГГц и обеспечивает скорость передачи данных от 2 Мбит/с на расстояниях до 200 метров. Wi-Fi используется для организации беспроводных локальных сетей и беспроводного подключения к Интернету. Wi-Fi одна из самых популярных групп стандартов и повсеместно используется для организации домашних и офисных сетей, публичного доступа к Интернету в гостиницах, кафе, магазинах и в других публичных местах.
Zigbee – технология организации беспроводных сенсорных и персональных сетей. Технология Zigbee обеспечивает невысокое потребление энергии и передачу данных на нелицензируемой частоте 2.4 ГГц (для различных стран частота может отличаться) со скоростью до 250 Кб/с, на расстояние до 75 метров в условиях прямой видимости. Поддерживаются как простые сети типа точка-точка и звезда, так и сложные сети с ретрансляцией и автоматической маршрутизацией, позволяющие передавать данные между двумя узлами, находящимися не в зоне прямой видимости, через цепочку узлов сети.
Сети Zigbee используются как для коммутации отдельных устройств, например, беспроводных наушников или колонок с компьютером или смартфоном, так и для организации сложных сетей по автоматизации управления домом и офисом.
1.3.2 Большие локальные беспроводные сети:
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) – беспроводная технология передачи данных основанная на стандарте IEEE 802.16. Основное назначение технологии – это высокоскоростная связь на больших расстояний и предоставление доступа в интернет. Существует две ревизии WiMAX, одна из которых (собственно WiMAX) основана на стандарте IEEE 802.16d, а вторая (WiMAX Mobile) основана на стандарте IEEE 802.16e.
WiMAX осуществляет передачу данных на частоте 1,5-11 ГГц со скоростью до 75 Мбит/с на расстояние до 80 км. WiMAX Mobile осуществляет передачу данных на частоте 2,3-13,6 ГГц со скоростью до 40 Мбит/с на расстояние до 5 км.
2 Описание стандартов IEEE 802.11
Рассмотрим более подробно технологию беспроводной связи стандарта. Стандартизацией беспроводных сетей занимается комитет по стандартам IEEE 802 организации IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) который был сформирован в 1990 году для беспроводных локальных сетей 802.11. Эта рабочая группа разрабатывает всеобщий стандарт для радиооборудования и сетей, работающих на частоте 2,4 ГГц со скоростями
1 и 2 Мбит/с. Работы по созданию стандарта были завершены через семь лет, и в июне 1997 г. была ратифицирована первая спецификация.
IEEE 802.11 Wi-Fi – Wireless-Fidelity – «беспроводная точность», что говорит о гарантированной, качественной, беспроводной связи. В настоящее время есть серия IEEE 802.11 стандартов передачи цифровых данных по радиоканалам, чуть меньше тридцати.
Стандарт IEEE 802.11 – был разработан в 1996 году, в лаборатории CSIRO Канберра, Австралия. Является базовым стандартом для сетей
«Wi-Fi», определяющий набор самых низких скоростей передачи данных
1 и 2 Мбит/с, используемый диапазон частот 2,4 ГГц. На физическом уровне стандартом IEEE 802.11 предусмотрено два типа радиоканалов (DSSS и FHSS), которые различаются способом модуляции, но используют одну и ту же технологию расширения спектра.
В стандарте IEEE 802.11 для передачи сигналов используют фазовую модуляцию: BPSK, DQPSK, QPSK. Заложенная первоначально скорость передачи данных в беспроводной сети не удовлетворяла потребностям пользователей. Для того чтобы сделать технологию WLAN популярной, дешёвой, а главное, удовлетворяющей современным жёстким требованиям бизнес-приложений, разработчики были вынуждены создать новый стандарт.
2.1 Стандарт 802.11a
IEEE 802.11a – стандарт для более высоких значений скорости передачи 54 Мбит/с, работающий в диапазоне частот 5 ГГц (от 5,15 до 5,350 ГГц и от 5,725 до 5,825 ГГц), используется модуляция OFDM для передачи данных на множественных подчастотах, что повышает устойчивость к помехам и увеличивает пропускную способность.
Рисунок 2.1 – Диапазоны частот IEEE 802.11a
Используется три частотных поддиапазона с общей шириной 300 МГц, что делает стандарт 802.11а самым широкополосным из семейства стандартов 802.11, а также позволяет разбить весь частотный диапазон на 12 каналов, каждый из которых будет иметь ширину по 20 МГц, восемь из которых лежат в 200 МГц диапазоне от 5,15 до 5,35 ГГц, а остальные четыре канала - в 100 МГц диапазоне от 5,725 до 5,825 ГГц. При этом четыре верхних частотных каналов, обеспечивают наибольшую мощность передачи сигнала, поэтому используются в основном для передачи сигналов вне помещений. Предусмотренная протоколом 802.11а ширина канала 20 МГц вполне достаточна для организации высокоскоростной передачи. Однако если использовать частоты свыше 5 ГГц и ограничение мощности передачи приводят к возникновению ряда проблем при попытке организовать высокоскоростную передачу данных, и это необходимо учитывать при выборе метода кодирования данных. Второй важный момент, который необходимо учитывать при использовании высокочастотных сигналов с большой частотной шириной канала, связан с возникновением эффекта многолучевой интерференции: в результате многократных отражений один и тот же сигнал может попадать в приёмник различными путями. Но различные пути распространения имеют и разные длины, а потому для различных путей распространения ослабление сигнала будет неодинаковым. Следовательно, в точке приёма результирующий сигнал представляет собой суперпозицию (интерференцию) многих сигналов с различными амплитудами и смещёнными относительно друг друга по времени, что эквивалентно сложению сигналов с разными фазами, а следствие искажение сигнала.
2.2 Стандарт 802.11b
IEEE 802.11b – является дополнение к основному стандарту IEEE 802.11, скорость передачи данных –5.5 и 11 Мбит/с. Используемый диапазон частот 2,4 до 2,4835 ГГц – ISM (industrial, scientific and medical) диапазон частот применяемый в промышленности, науке и медицине. Частотный диапазон ISM может быть использован без лицензирования. Единственное требование для разрабатываемых продуктов в ISM-диапазоне — это соответствие нормам, которые устанавливаются регулирующими органами для данной части частотного спектра. В США нормы устанавливает Федеральная комиссия по связи (Federal Communication Commission, FCC), а в Европе — Европейский институт стандартов по телекоммуникациям (European Telecommunication Standards Institute, ETSI), в России использование этого частотного диапазона, кроме сертификатов, требует получения разрешения от Государственного комитета по радиочастотам (ГКРЧ) и Главгоссвязьнадзора РФ. Главным недостатком
802.11 b является то, что при использовании технологии расширения спектра DSSS на частотах от 2,4 до 2,4835 ГГц могут возникать проблемы из-за помех, порождаемых другими бытовыми беспроводными устройствами, в частности микроволновыми печами и радиотелефонами.
2.3 Стандарт 802.11g
IEEE
|
