32
проприетарным протоколом;
- FLAME (Forwarding LAyer for MEshing) – специально для mesh-
сетей в Голландском институте беспроводной и мобильной связи (Twente
Institute for Wireless and Mobile Communications) разработан этот
протокол. Он работает на виртуальном втором с половиной уровне
модели OSI, аналогично протоколу LQSR. Это наделяет FLAME теми же
преимуществами, что и LQSR, т.е. прозрачностью с точки зрения
протоколов верхних уровней и независимостью от среды передачи
данных. Однако в отличие от LQSR протокол FLAME не использует
никаких метрик (первый пришедший от узла пакет считается пришедшим
по кратчайшему пути, который и используется в дальнейшем), – любой
полученный пакет является основанием для обновления информации о
его источнике. При этом в таблицу маршрутизации заносится интерфейс и
соседний узел, через которые пролегает путь к источнику пакета. Для
этого ко всем передаваемым пакетам добавляется FLAME-заголовок.
Критериями выбора оптимальных путей в Mesh-сети являются:
- длина пути (количество шагов);
- надежность;
- задержка;
- пропускная способность;
- загрузка;
- стоимость передачи трафика.
1.14. Постановка задачи
Для развертывания сети Wi-Fi в развлекательном центре
«Нурдаулет» с целью предоставления различных услуг связи необходимо:
- разработать проектируемую схему сети Wi-Fi в развлекательном
центре «Нурдаулет»;
- осуществить выбор оборудования;
- осуществить расчеты по проектируемой сети Wi-Fi;
- составить бизнес-план;
2. Выбор оборудования
2.1. Производители оборудования
Сегодня список производителей класса Wi-Fi mesh оборудования
достаточно широк: BelAir Networks, Firetide, Hopling Technologies,
Motorola, Nortel Networks, Strix Systems, Telabria, Tropos Networks, D-Link
и др.
33
2.2. Cisco Aironet 1500
Серия «облегченных» трехстандартных (802.11a/b/g) точек доступа
Cisco Aironet 1500, работающих в полносвязных (mesh) сетях совмещает в
себе высокую безопасность, надежность и простоту развертывания для
Wi-Fi сетей как внутри, так и вне помещений. Cisco Aironet 1500 работает
совместно с контроллерами беспроводного доступа Cisco и системой
управления Cisco Wireless Control System (WCS), что позволяет
осуществлять «бесшовный» роуминг во всей беспроводной сети,
обнаруживать и блокировать неавторизованные точки доступа и т.п.
(рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 Полносвязная сеть
2.3. D-Link
Решение, предлагаемое компанией D-Link, обеспечивает
повышенную пропускную способность Mesh-сети благодаря поддержке
архитектуры Multi-радио, использующей для организации транспортных
потоков различные радиоканалы. Для оптимального определения
маршрута передачи данных в больших масштабируемых Mesh-сетях D-
Link предлагает собственный протокол маршрутизации DDWR (D-Link
Dynamic Wireless Routing). Этот протокол обладает быстрой
сходимостью, обеспечивая связность сети при отказе какого-либо
радиоканала или узла.
Для обеспечения безопасности клиентских сетей, DWR-500
поддерживает высокоуровневую политику безопасности и обеспечивает
34
надежную защиту, требуемую для сети. Среди поддерживаемых
стандартов безопасности – поддержка 802.11i, шифрования WEP, WPA-
TKIP, WPA-AES, аутентификация 802.1x, списки управления доступом
(ACL) и т.д.
Рисунок 2.2 Mesh-сеть
Вывод: для проектирования беспроводной сети будет использован
маршрутизатор DWR-500 для Mesh-сетей.
2.4. DWR-500
Маршрутизатор DWR-500 компании D-Link предназначен для
построения обширных беспроводных сетей, в которых заинтересованы
территориально-распределенные предприятия, поставщики услуг и
муниципальные службы оперативного реагирования. Это устройство
можно использовать и для предоставления широкополосного
беспроводного доступа к Internet в местах, где прокладка кабельной
системы затруднительна или невозможна, а использование традиционных
беспроводных сетей неэффективно из-за ограничений зоны охвата [11].
Благодаря поддержке архитектуры Multi-радио, в которой для
организации транспортных потоков используются разные радиоканалы,
DWR-500 обеспечивает повышенную пропускную способность Mesh-
сети. Для определения оптимального маршрута передачи данных в
масштабируемых ячеистых сетях D-Link разработал собственный
протокол маршрутизации DDWR (D-Link Dynamic Wireless Routing). Этот
протокол обладает быстрой сходимостью, обеспечивая связность сети при
отказе какого-либо радиоканала или узла.
Для использования VoIP-приложений в беспроводных Mesh-сетях
требуется прозрачный роуминг и сквозное качество обслуживания (QoS)
при переходе клиента из зоны действия одной точки доступа в другую.
Решение межсетевого роуминга от D-Link гарантирует, что при
перемещении клиентов между точками доступа VoIP-вызовы не
прерываются. Благодаря этому решению провайдеры услуг могут
обеспечить непрерывный роуминг для различных приложений, в том
35
числе и VoIP, без замены или настройки клиентского оборудования.
Простоту и удобство эксплуатации маршрутизатора на уровне сетей
операторского класса обеспечивает программное обеспечение D-Link по
управлению радиочастотами (RFM), Web-интерфейс управления и
система управления сетью (NMS).
Территория покрытия разделяется на кластерные зоны, число
которых теоретически не ограничено. В одном кластере размещается от 8
до 16 точек доступа. Одна из таких точек является узловой (gateway) и
подключается к магистральному информационному каналу с помощью
кабеля (оптического либо электрического) или по радиоканалу (с
использованием систем широкополосного доступа). Узловые точки
доступа, так же как и остальные точки доступа (nodes) в кластере,
соединяются между собой (с ближайшими соседями) по транспортному
радиоканалу. В зависимости от конкретного решения точки доступа могут
выполнять функции ретранслятора (транспортный канал) либо функции
ретранслятора и абонентской точки доступа.
2.5. Разработанная схема организации Mesh-сети
Проектируемая сеть организована на основе ячеистой сети, которая
имеет четыре узла, образованная на основе соединений «точка-точка» в
области радиопокрытия друг друга. Точка доступа содержит
приемопередатчик, интерфейс проводной сети, а также встроенный
микрокомпьютер и ПО для обработки данных. На рисунке 2.3 приведена
проектируемая схема беспроводного доступа в Интернет (Mesh-сети) в
развлекательном центре «Нурдаулет», на которой установлены 3 точки
доступа MN (Mesh Node) и 1 точка доступа L2SW (портал, выполняющий
роль моста между беспроводной и проводной сетями).
36
Internet
MESH
MESH
MESH
MESH
Сервер
МЭ
L3 Router
MN
MN
MN
L2SW
Рисунок 2.3 Проектируемая схема беспроводного доступа в
Интернет
3. Расчеты по проектируемой сети
3.1. Упрощенный расчет зоны действия сигнала
При развертывании беспроводных сетей и систем СВЧ диапазона
2,4-2,5ГГц, 3,4-3,6ГГц, 5,7-5,8ГГц необходим расчет радиолиний. Для
решения которой требуется знание большого количества исходных
данных и профессиональные знания и навыки [12].
В работе применяется упрощенная методика, используемая в
компании Diamond Experts Group. Суть методики состоит в
предварительной оценке требуемой высоты подвеса антенн и дальности
работы беспроводного канала связи, построенного на оборудовании D-
Link и получаемой при выбранных параметрах радиолинии.
Предварительная оценка высоты установки антенн проводится по
графику, показанному на рисунке 3.1.
37
Рисунок 3.1 Зависимость высоты установки антенны и дальности
Для определения дальности связи необходимо рассчитать
суммарное усиление тракта и по графику определить соответствующую
этому значению дальность. Усиление тракта в дБ определяется по
формуле:
rtrtt
LLPGGPY
min
. (3.1)
где
t
P
– мощность передатчика беспроводной точки доступа или
адаптера в dBm. Для оборудования D-Link – 15 dBm;
t
G
– коэффициент усиления передающей антенны, dBi. Для
оборудования D-Link для внутреннего использования 4 dBi;
r
G
– коэффициент усиления приемной антенны, тоже что и
t
G
но на другой стороне радиолинка;
min
P
– реальная чувствительность приемника. Для DWL-900AP+
имеет чувствительность в – 79 dBm для скорости 11 Мбит/с;
t
L
– потери сигнала в коаксиально кабеле и разъемах
передающего
тракта;
r
L
– потери сигнала в коаксиально кабеле и разъемах приемного
тракта.
Для расчета затухания в кабеле необходимо знать значение
погонного затухания на рабочей частоте, которое зависит от марки кабеля
(таблица 3.1).
Таблица 3.1 – Значения погонных затуханий в кабелях
Марка кабеля
Затухание, дБ/м
Марка кабеля
Затухание, дБ/м
38
Belden9880
0,24
LMR 600
0,144
LMR 200
4,199
S" LDF
0,128
LMR 400
1,575
SUPERFLEX
0,322
Рассчитать потери можно следующим образом: кабель Belden9880
имеет затухание 0,24 дБ/м (при 6 м. длине кабеля затухание составит 1,44
дБ). Необходимо прибавить к потерям по 1,0 на каждый разъем. Итого
3,44 дБ.
12,9544,344,3)79(4415 Y
дБ.
По графику (красная линия для 2,4 ГГц), приведённому на рисунке
3.2, определяем соответствующую этому значению дальность работы
беспроводного канала связи. В результате получаем дальность равную
250 метрам.
Рисунок 3.2 График для определения дальности работы
беспроводного канала связи
3.2. Расчет дальности работы Wi-Fi в зависимости от мощности
передатчика и усиления антенны
Расчет потерь в свободном пространстве определяется по формуле
[13]:
DFFSL lglg2033
. (3.2)
39
где
LossSpaseFreeFSL
– потери в свободном пространстве (дБ);
F
– центральная частота канала на котором работает система
связи
(МГц);
D
– расстояние между двумя точками (км).
Дальность связи определяется по формуле
F
FSL
D
lg
20
33
20
10
. (3.3)
Найдем расстояние, на котором будет стабильно работать связь на
скоростях 54 Мбит/с и 6 Мбит/с для точки доступа DWL-2100AP и
беспроводного адаптера DWL-G132.
Характеристики устройств:
- мощность передатчиков DWL-2100AP и DWL-G132: 16 дБмВт;
- чувствительность DWL-2100AP на скорости 54 Мбит/с: -66 дБмВт;
- чувствительность DWL-2100AP на скорости 6 Мбит/с: -88 дБмВт;
- чувствительность DWL-G132 на скорости 54 Мбит/с: -66 дБмВт;
- чувствительность DWL-G132 на скорости 6 Мбит/с: -87 дБмВт;
- коэффициент усиления штатной антенны DWL-2100AP: 2 дБи;
- коэффициент усиления штатной антенны DWL-G132: 0 дБи.
Потерь в антенно-фидерном тракте, т.е. между беспроводными
точками и их антеннами, нет.
Определим расстояние на скорости 54 Мбит/с.
Параметр FSL равен
7410)66(216 FSL
Дб.
По формуле (3.3) находим дальность работы беспроводного
оборудования на данной скорости (в качестве примера возьмем шестой
канал):
50 км 046,010
2437lg
20
33
20
74
D
м.
Найдем расстояние на скорости 6 Мбит/с.
FSL равен
9610)88(216 FSL
Дб.
По формуле (3.3) находим дальность работы беспроводного
оборудования на данной скорости:
40
580 км 579,010
2437lg
20
33
20
96
L
D
м.
3.3. Расчет затухания сигнала
Величина затухания сигнала зависит как от расстояния от точки
передачи, так и от частоты сигнала. При измерении в децибелах величины
ослабления при распространении пользуются формулой:
4
lg
c
df
XL
p
. (3.4)
где Х – коэффициент ослабления, равный 20 для открытого
пространства;
d
– расстояние от точки передачи;
f
– частота сигнала;
С – скорость света.
На рисунке 3.3 в программе Mathcad построен график зависимости
величины затухания сигнала от расстояния от точки передачи.
0 500 1000
60
80
100
120
L
d
Рисунок 3.3 График зависимости потерь от расстояния
В таблице 3.2 представлены расчетные данные.
Таблица 3.2 –Зависимость потерь от расстояния
41
3.4. Расчет энергетического запаса радиоканала
Суммарное усиление системы должно быть больше суммарных
потерь: G
∑
>W
∑
Разность величин G
∑
и W
∑
определяет энергетический запас
радиоканала по направлениям:
Z = G
∑
- W
∑
. (3.5)
По формуле (3.5) энергетический запас радиоканала составляет:
Z = 140- 136,608 = 3,392 дБм.
3.5. Расчет суммарных потерь при распространении радиоволн
Расчет потерь в радиоканале можно произвести по следующему
выражению:
W
∑
= W
АФТпрд
+ W
АФТпрм
+ Wo, (3.6)
где W
АФТпрд
- потери сигнала в АФТ передатчика, дБ;
W
АФТпрм
- потери сигнала в АФТ приёмника, дБ. Принимается
равным 1,14 – параметр оборудования;
Wo - потери при распространении радиоволн, дБм.
По формуле (3.6) суммарные потери в радиосистеме:
W
∑
=1,268+ 1,14 + 134,2 = 136,608 дБм.
3.8. Расчет коэффициента использования полосы частот
Длительность OFDM-символа – важнейший параметр системы,
определяется длительностью преобразования Фурье и защитного
интервала. Длительность защитного интервала выбирается исходя из
разброса задержки многолучевого распространения. Длительность
Расстояние d, км
Потери L, дБ
Расстояние d, км
Потери L, дБ
10
60,04
610
95,7
110
80,8
710
97
210
86,4
810
98,2
310
89,8
910
99,2
410
92,2
1000
100,04
510
94,2