Проектирование беспроводной сети Wi-Fi на основе стандарта 802.11n в общежитии № 2 Алматинского Института Энергетики и Связи

Рисунок 1.6 - Общая структура  приемника MIMO-OFD

 

1.4 Факторы более  высокой скорости передачи данных  стандарта 802.11n

 

Cтандарт 802.11n применяет  три основных механизма для  увеличения скорости передачи  данных:

- применение нескольких  приемопередатчиков и специальных  алгоритмов передачи и приема  радиосигнала, известный по аббревиатуре MIMO;

- увеличение полосы частот  сигнала с 20 до 40 МГц;

- оптимизация протокола  уровня доступа к сети.

Рассмотрим каждый из этих механизмов немного подробнее.

Рисунок 1.7 - Первый фактор увеличения скорости передачи данных

 

Первый фактор. С применением MIMO появляется возможность одновременно передавать несколько потоков данных в одном и том же канале, а  затем при помощи сложных алгоритмов обработки восстанавливать их на приеме. Проводя аналогию с автодорогами, можно сказать, что ранее существовал  только 1 путь, соединяющий точки  А и Б. Теперь таких путей несколько  и общая пропускная способность  системы увеличилась.

 

Рисунок 1.8 - Второй фактор увеличения скорости передачи данных

Второй фактор – увеличение доступной ширины полосы частот. Теоретически достижимая пропускная способность  канала связи напрямую зависит от ширины занимаемой им полосы частот. В  новом стандарте появилась возможность  объединять соседние каналы по 20 МГц  и таким образом увеличивать  пропускную способность практически  в 2 раза. По аналогии с автомагистралями можно считать, что вдвое увеличивается  количество доступных для движения полос.

 

Рисунок 1.9 - Третий фактор увеличения скорости передачи данных

 

Первые два фактора  относились к физическому каналу. Третий важный фактор увеличения производительности – оптимизация протокола передачи данных на уровне доступа к среде. В предыдущих версиях прием каждого  переданного кадра (порции данных) должен был подтверждаться приемной стороной. В новой версии введена возможность  блокового подтверждения. Приемник информации передает одно подтверждение  сразу на несколько успешно принятых кадров, что уменьшает загрузку общей  пропускной способности канала служебными сообщениями. Кроме того, уменьшен временной  промежуток между кадрами, что также  позволило повысить полезную пропускную способность. Проводя аналогии с  повседневной жизнью, можно сравнить кадры с контейнерами для перевозок  грузов. Новые правила 802.11 n позволили  уменьшить дистанцию между контейнерами и позволили диспетчеру подтверждать не каждый груз в отдельности, а сразу  партию грузов.

 

1.5 Топологии беспроводных  сетей Wi-Fi

 

Сети стандарта 802.11 могут  строиться по любой из следующих  топологий:

Независимые базовые зоны обслуживания (Independent Basic Service Sets, IBSSs);

Базовые зоны обслуживания (Basic Service Sets, BSSs);

Расширенные зоны обслуживания (Extended Service Sets, ESSs).

Независимые базовые зоны обслуживания (IBSS)

IBSS представляет собой  группу работающих в соответствии  со стандартом 802.11 станций, связывающихся  непосредственно одна с другой. На рисунке 1.10 показано, как станции,  оборудованные беспроводными сетевыми  интерфейсными картами (network interface card, NIC) стандарта 802.11, могут формировать  IBSS и напрямую связываться одна  с другой.

 

Рисунок 1.10 - Ad-Hoc сеть (IBSS)

 

Специальная сеть, или независимая  базовая зона обслуживания (IBSS), возникает, когда отдельные устройства-клиенты  формируют самоподдерживающуюся сеть без использования отдельной  точки доступа (AP – Access Point). При создании таких сетей не разрабатывают  какие-либо карты места их развертывания  и предварительные планы, поэтому  они обычно невелики и имеют ограниченную протяженность, достаточную для  передачи совместно используемых данных при возникновении такой необходимости.

Поскольку в IBSS отсутствует  точка доступа, распределение времени (timing) осуществляется нецентрализованно. Клиент, начинающий передачу в IBSS, задает сигнальный (маячковый) интервал (beacon interval) для создания набора моментов времени  передачи маячкового сигнала (set of target beacon transmission time, TBTT). Когда завершается  ТВТТ, каждый клиент IBSS выполняет следующее:

Приостанавливает все  несработавшие таймеры задержки (backoff timer) из предыдущего ТВТТ;

Определяет новую случайную  задержку;

Базовые зоны обслуживания (BSS)

BSS - это группа работающих  по стандарту 802.11 станций, связывающихся  одна с другой. Технология BSS предполагает  наличие особой станции, которая  называется точка доступа AP (Access Point). Точка доступа - это центральный  пункт связи для всех станций  BSS. Клиентские станции не связываются  непосредственно одна с другой. Вместо этого они связываются с точкой доступа, а уже она направляет кадры к станции-адресату. Точка доступа может иметь порт восходящего канала (uplink port), через который BSS подключается к проводной сети (например, восходящий канал Ethernet). Поэтому BSS иногда называют инфраструктурой BSS. На рисунке 1.11 представлена типичная инфраструктура BSS.

Рисунок 1.11 - Инфраструктура локальной беспроводной сети BSS

 

Расширенные зоны обслуживания (ESS)

Несколько инфраструктур BSS могут быть соединены через их интерфейсы восходящего канала. Там, где действует стандарт 802.11, интерфейс  восходящего канала соединяет BBS с  распределительной системой (Distribution System, DS). Несколько BBS, соединённых между  собой через распределительную  систему, образуют расширенную зону обслуживания (ESS). Восходящий канал  к распределительной системе  не обязательно должен использовать проводное соединение. На рисунке 1.12 представлен пример практического  воплощения ESS. Спецификация стандарта 802.11 оставляет возможность реализации этого канала в виде беспроводного. Но чаще восходящие каналы к распределительной  системе представляют собой каналы проводной технологии Ethernet.

 

Рисунок 1.12 - Расширенная  зона обслуживания ESS беспроводной сети

1.6 Беспроводное  оборудование, применяемое в Wi-Fi сетях

 

Сегодня беспроводные сети позволяют предоставить подключение  пользователей там, где затруднено кабельное подключение или необходима полная мобильность. При этом беспроводные сети без проблем взаимодействуют  с проводными сетями.

 

1.6.1 Точки доступа Wi-Fi.

Все точки доступа можно  разделить по способу подключения: через USB порт и порт подключения Ethernet - RJ45. Последние пользуются наибольшим успехом, так как наиболее просты в настройке и управлении, а  также обладают большей скоростью  передачи в локальную сеть. Точки  доступа могут быть комнатного (in door) и всепогодного (out door) исполнения.Для  создания беспроводной сети внутри помещений  используют комнатный вариант прибора. Он обладает меньшей стоимостью и, как  правило, большим эстетическим видом. Работают такие точки доступа  в пределах одной или нескольких комнат. На открытых участках местности (прямая видимость) возможна работа на расстоянии до 300 метров с использованием стандартных всенаправленных антенн. Точки доступа всепогодного исполнения предназначены для создания радиосети  между зданиями. В зависимости  от типов антенн такие устройства способны организовывать каналы связи  на расстоянии порядка 3-5 км. Максимальная дальность беспроводного канала связи заметно увеличивается  при использовании усилителей. В  этом случае длина радиоканала достигает 8-10 км. Устройства типа точка доступа представлены на рисунке 1.13.

Комбинированные устройства.

Большой интерес вызывают беспроводные точки доступа, объединяющие в себе функции других устройств, например, высокоскоростного беспроводного  широкополосного маршрутизатора со встроенным коммутатором Fast Ethernet. Маршрутизатор  позволяет быстро и легко настроить  общий доступ к Интернет для проводной  или беспроводной сети или организовать совместное использование широкополосного  канала связи и кабельного/DSL модема дома или в офисе.

 

а	б	в	г
Рисунок 1.13 - Виды точек доступа: а, б – внутренние; в, г – внешние

 

1.6.2 Wi-Fi адаптеры.

Для подключения к беспроводной сети Wi-Fi достаточно обладать ноутбуком  или карманным персональным компьютером (КПК) с подключенным Wi-Fi адаптером.

Любой беспроводной Wi-Fi адаптер  должен соответствовать нескольким требованиям:

необходима совместимость  со стандартами;

работа в диапазоне  частот 2,4 ГГц - 2,435 ГГц (или 5 ГГц);

поддерживать протоколы WEP и желательно WPA;

поддерживать два типа соединения "точка-точка", и "компьютер  сервер";

поддерживать функцию  роуминга.

Существует три основных разновидности Wi-Fi адаптеров, различаемых  по типу подключения:

Подключаемые к USB порту  компьютера. Такие адаптеры компактны, их легко настраивать, а USB интерфейс  обеспечивает функцию "горячего подключения";

Подключаемые через PCMCIA слот (CardBus) компьютера. Такие устройства располагаются внутри компьютера (ноутбука) и поддерживают любые стандарты, позволяющие передавать информацию со скоростью до 108 Мбит/с;

Устройства, интегрированные  непосредственно в материнскую  плату компьютера. Самый перспективный  вариант. Такие адаптеры устанавливаются  на ноутбуки серии Intel Centrino. И, в настоящее  время используются на подавляющем  большинстве мобильных компьютеров. Все виды беспроводных адаптеров  представлены на рисунке 1.14.

 

а	б	в
Рисунок 1.14 - Беспроводные адаптеры: а – с USB портом, б –  формата PCMCIA, в – встроенный в  материнскую плату

 

2 РЕАЛИЗАЦИЯ СЕТИ  БЕСПРВОДНОГО ДОСТУПА

 

2.1 Место реализации  проекта

 

Предприятием на основе которого будет внедряется этот проект выбрано  ОАО «Казахтелеком», так как на сегодняшний день ОАО «Казахтелеком» является лидером телекоммуникационных услуг на территории всей республики. Место реализации беспроводного  доступа общежитие №2 Алматинского Института Энергетики и Связи.

Основными видами деятельности ОАО «Казахтелеком» являются:

Предоставление услуг  местной телефонной связи;

Предоставление услуг  междугородной и международной  связи;

Предоставление доступа  к сетям передачи данных;

Реализация таксофонных  карт;

Услуги интеллектуальной сети;

В настоящее время развитие традиционных коммутационных систем практически  прекращено. В основном идет процесс  адаптации к сетям нового поколения. Для максимального захвата рынка  и значительного увеличения доходов  от услуг телекоммуникаций требуется  не только модернизация телекоммуникационной сети, но и внедрение новых технологий, необходимое для предоставления всего спектра современных услуг  для всех абонентов.

Необходимость и актуальность организации сети беспроводного  доступа, на базе технологии Wi-Fi, в общежитии  АИЭС, обусловлена растущей потребностью студентов к повышению уровня информатизации. Уровень информатизации можно повысить с помощью современных  услуг связи: высокоскоростной доступ в Интернет, компьютерная сеть.

Для удовлетворения потребности  будет использоваться оборудование на базе стандарта 802.11n (Wi-Fi).

Задачи проекта:

Развертывание сети беспроводного  доступа Wi-Fi в общежитии №2 Алматинского Института Энергетики и Связи

Удовлетворение существующего  и прогнозируемого спроса на услуги телекоммуникаций.

Закрепление положительного имиджа АО «Казахтелеком», как оператора, предоставляющего различные виды услуги телекоммуникаций в нужное время  и в нужном месте;

Удержание и захват высокодоходных рыночных сегментов;

Повышение уровня информатизации студентов.

Область применения технологий беспроводного доступа Wi-Fi:

Экономическая нецелесообразность подключения по проводной линии;

Быстрый захват потенциальных  абонентов.

Обеспечение высокой скорости передачи данных.

 

2.2 Техническое  решение проекта

 

Проект «Беспрводной доступ Wi-Fi в общежитии АИЭС» базируется на оборудовании c поддержкой стандарта 802.11n, получившим сертификат Wi-Fi. Wi-Fi покрывает  всю территорию общежития и обьединяет всех пользователей в единую сеть с доступом в интернет. Сеть осуществляется установленными по всей территории общежития  беспроводными унифицированными точками  доступа, управляемыми беспроводным коммутатором.

 

2.3 Описание и  характеристика выбранного оборудования

 

Точка доступа

D-Link DWL-8600AP - унифицированная  беспроводная точка доступа следующего  поколения, соответствующая стандарту  IEEE 802.11n. Гибкая в управлении и  мощная, данная точка доступа  предназначена для развертывания  сетей в режиме автономной  беспроводной точки доступа или  в режиме управляемой точки  доступа, управление которой осуществляется  при подключении к беспроводному  коммутатору. Предприятия могут  начать работу с организации  сети с помощью одной интеллектуальной  точки доступа DWL-8600AP, предоставляющей  ряд расширенных функций LAN, а  затем в любое время перейти  к централизованной системе управления  после подключения аналогичной  точки доступа DWL-8600AP к унифицированному  проводному/беспроводному коммутатору  D-Link.

Стандарт 802.11n увеличивает  пропускную способность в 6 раз больше по сравнению с сетями стандарта 802.11a/g. Точка доступа DWL-8600AP является обратно совместимой с устройствами стандарта 802.1a/b/g и позволяет настройку 2x2:2* в обоих направлениях Tx/Rx. Технология Multiple In Multiple Out (MIMO) и каналы с увеличенной  пропускной способностью увеличивают  физическую скорость передачи данных при использовании стандарта 802.11n. MIMO обеспечивает одновременную передачу нескольких сигналов с помощью нескольких антенн вместо одной. Использование DWL-8600AP на предприятии подготавливает платформу  для будущего поколения беспроводных устройств и мобильных приложений.