Особенности использования технологии Wi-Fi в городском транспорте - Дипломная работа

Цель данной работы заключается в изучении Wi-Fi технологий, а так же изучение функционирования сетей на основе протокола 802.11. Системы и устройства, поддерживающие этот стандарт, позволяют принимать данные на скорости до 22 Мбит/с в радиусе 100 км от ближайшего передатчика. · Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам. 13, 23, 24 приложения): · Пользовательское (оконечное) оборудование передающее, включающее в себя приемное устройство, малого радиуса действия стандартов IEEE 802.11, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n (Wi-Fi), работающее в полосе радиочастот 2400-2483,5 МГЦ, с допустимой мощностью излучения передатчика не более 100 МВТ, в том числе встроенное либо входящее в состав других устройств; · Пользовательское (оконечное) оборудование передающее, включающее в себя приемное устройство, малого радиуса действия стандартов IEEE 802.11а, IEEE 802.11.n (Wi-Fi), работающее в полосах радиочастот 5150 - 5350 МГЦ и 5650 - 6425 МГЦ, с допустимой мощностью излучения передатчика не более 100 МВТ, в том числе встроенное либо входящее в состав других устройств;В этой выпускной квалификационной работе, согласно заданию, была спроектирована сеть беспроводного доступа к сети в городском автобусе. Изучив задачу, было принято решение о проектировании беспроводной сети в городском автобусе по технологии Wi-Fi.

Во всем мире стремительно растет потребность в беспроводных соединениях, особенно в сфере бизнеса. Пользователи с беспроводным доступом к информации - всегда и везде могут работать гораздо более производительно и эффективно, чем их коллеги, привязанные к проводным телефонным и компьютерным сетям.

Обычно беспроводные сетевые технологии группируются в три типа, различающиеся по масштабу действия их радиосистем, но все они с успехом применяются в бизнесе.

WLAN (беспроводные локальные сети) - радиус действия до 100 м. С их помощью реализуется беспроводной доступ к групповым ресурсам в здании, университетском кампусе и т.п. Обычно такие сети используются для продолжения проводных корпоративных локальных сетей. В небольших компаниях WLAN могут полностью заменить проводные соединения. Как правило, технология Wi-Fi используется для организации беспроводных локальных компьютерных сетей, а также создания так называемых горячих точек высокоскоростного доступа в Интернет.

Цель данной работы заключается в изучении Wi-Fi технологий, а так же изучение функционирования сетей на основе протокола 802.11.

Задача выпускной квалификационной работы заключается в изучении технологии Wi-Fi, а также способах использования этой технологии в городском транспорте.

1. Описание применяемых технологий беспроводного доступа

1.1 Обзор технологии беспроводного доступа Wi-Fi

Wi-Fi был создан в 1991 году в лаборатории радиоастрономии CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) в Канберре, Австралия. Создателем беспроводного протокола обмена данными является инженер Джон О’Салливан.

Стандарт IEEE 802.11n был утвержден 11 сентября 2009 года. Его применение позволяет повысить скорость передачи данных практически вчетверо по сравнению с устройствами стандартов 802.11g (максимальная скорость которых равна 54 Мбит/с), при условии использования в режиме 802.11n с другими устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с. С 2011 по 2013 разрабатывался стандарт IEEE 802.11ac, стандарт принят в январе 2014 года. Скорость передачи данных при использовании 802.11ac может достигать нескольких Гбит/с. Большинство ведущих производителей оборудования уже анонсировали устройства, поддерживающие данный стандарт.

27 июля 2011 года Институт инженеров электротехники и электроники (IEEE) выпустил официальную версию стандарта IEEE 802.22. Системы и устройства, поддерживающие этот стандарт, позволяют принимать данные на скорости до 22 Мбит/с в радиусе 100 км от ближайшего передатчика.

Термин «Wi-Fi» изначально был придуман как игра слов для привлечения внимания потребителя «намеком» на Hi-Fi (англ. High Fidelity - высокая точность). Несмотря на то, что поначалу в некоторых пресс-релизах WECA фигурировало словосочетание «Wireless Fidelity» («беспроводная точность»), на данный момент от такой формулировки отказались, и термин «Wi-Fi» никак не расшифровывается.

Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передает свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с - наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приемник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi дает клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения.

Однако стандарт не описывает всех аспектов построения беспроводных локальных сетей Wi-Fi. Поэтому каждый производитель оборудования решает эту задачу по-своему, применяя те подходы, которые он считает наилучшими с той или иной точки зрения. Поэтому возникает необходимость классификации способов построения беспроводных локальных сетей.

По способу объединения точек доступа в единую систему можно выделить: · Автономные точки доступа (называются также самостоятельные, децентрализованные, умные).

· Точки доступа, работающие под управлением контроллера (называются также «легковесные», централизованные).

· Бесконтроллерные, но не автономные (управляемые без контроллера).

Преимущества Wi-Fi: · Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развертывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.

· Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.

· Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi.

· Мобильность. Вы больше не привязаны к одному месту и можете пользоваться Интернетом в комфортной для вас обстановке.

· В пределах Wi-Fi зоны в сеть Интернет могут выходить несколько пользователей с компьютеров, ноутбуков, телефонов и т.д.

· Излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на порядок (в 10 раз) меньше, чем у сотового телефона.

Недостатки Wi-Fi: · В диапазоне 2,4 GHZ работает множество устройств, таких как устройства, поддерживающие Bluetooth, и др., и даже микроволновые печи, что ухудшает электромагнитную совместимость.

· Производителями оборудования указывается скорость на L1 (OSI), в результате чего создается иллюзия, что производитель оборудования завышает скорость, но на самом деле в Wi-Fi весьма высоки служебные «накладные расходы». Получается, что скорость передачи данных на L2 (OSI) в Wi-Fi сети всегда ниже заявленной скорости на L1 (OSI). Реальная скорость зависит от доли служебного трафика, которая зависит уже от наличия между устройствами физических преград (мебель, стены), наличия помех от других беспроводных устройств или электронной аппаратуры, расположения устройств относительно друг друга и т.п.

· Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах не одинаковы. Во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США; В Японии есть еще один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Россия, Беларусь и Италия, требуют регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-оператора.

· В России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ, превышающей 100 МВТ (20 ДБМ), подлежат обязательной регистрации.

В России, в соответствии с решениями Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) от 7 мая 2007г. №07-20-03-001 «О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия» и от 20 декабря 2011г. №11-13-07-1, использование Wi-Fi без получения частного разрешения на использование частот возможно для организации сети внутри зданий, закрытых складских помещений и производственных территорий в полосах 2400-2483,5 МГЦ (стандарты 802.11b и 802.11g; каналы 1-13) и 5150 - 5350 МГЦ (802.11a и 802.11n; каналы 34-64). Для легального использования внеофисной беспроводной сети Wi-Fi (например, радиоканала между двумя соседними домами) необходимо получение разрешения на использование частот (как в полосе 2,4 ГГЦ, так и 5 ГГЦ) на основании заключения экспертизы о возможности использования заявленных РЭС и их электромагнитной совместимости (ЭМС) с действующими и планируемыми для использования РЭС.

В Москве 29 февраля 2016 было принято решение об использовании в России частотного диапазона 57-66 ГГЦ для устройств стандарта IEEE 802.11ad. Принятое решение вносит изменения в решение ГКРЧ от 7 мая 2007 года №07-20-03-001 «О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия». Решением ГКРЧ также разрешено использование нового диапазона частот 5650-5850 МГЦ устройствами стандарта IEEE 802.11ac. Это позволит использовать канал до 160 МГЦ внутри зданий при развертывании сетей Wi-Fi стандарта 802.11ас. Также для диапазонов 5150-5350 МГЦ и 5650-5850 МГЦ вдвое была повышена допустимая мощность излучения. Теперь она составляет 10 МВТ на 1 МГЦ.

Радиоэлектронные средства подлежат регистрации в Роскомнадзоре в соответствии с установленным порядком. В соответствии c Постановлением Правительства Российской Федерации от 13 октября 2011г. №837 «О внесении изменений в Постановление Правительства Российской Федерации от 12 октября 2004г. №539» не подлежат регистрации, в частности, (из п. 13, 23, 24 приложения): · Пользовательское (оконечное) оборудование передающее, включающее в себя приемное устройство, малого радиуса действия стандартов IEEE 802.11, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n (Wi-Fi), работающее в полосе радиочастот 2400-2483,5 МГЦ, с допустимой мощностью излучения передатчика не более 100 МВТ, в том числе встроенное либо входящее в состав других устройств;

· Пользовательское (оконечное) оборудование передающее, включающее в себя приемное устройство, малого радиуса действия стандартов IEEE 802.11а, IEEE 802.11.n (Wi-Fi), работающее в полосах радиочастот 5150 - 5350 МГЦ и 5650 - 6425 МГЦ, с допустимой мощностью излучения передатчика не более 100 МВТ, в том числе встроенное либо входящее в состав других устройств;

· Устройства малого радиуса действия, используемые внутри закрытых помещений, в полосе радиочастот 5150 - 5250 МГЦ с максимальной эквивалентной изотропно излучаемой мощностью передатчика не более 200 МВТ;

· Устройства малого радиуса действия в сетях беспроводной передачи данных внутри закрытых помещений в полосе радиочастот 2400-2483,5 МГЦ с максимальной эквивалентной изотропно излучаемой мощностью передатчика не более 100 МВТ при использовании псевдослучайной перестройки рабочей частоты.

1.2 Обзор технологии мобильного доступа к сети - LTE

LTE является стандартом беспроводной передачи данных и развитием стандартов GSM/UMTS. Целью LTE было увеличение пропускной способности и скорости с использованием нового метода цифровой обработки сигналов и модуляции, которые были разработаны на рубеже тысячелетий. Еще одной целью было реконструировать и упростить архитектуру сетей, основанных на IP, значительно уменьшив задержки при передаче данных по сравнению с архитектурой 3G сетей.

Радиус действия базовой станции LTE зависит от мощности излучения и теоретически не ограничен, а максимальная скорость передачи данных зависит от радиочастоты и удаленности от базовой станции. Теоретический предел для скорости в 1 Мбит/сек - от 3,2 км (2600 МГЦ) до 19,7 км (450 МГЦ). Большинство операторов в России работают в диапазонах 2600 МГЦ , 1800 МГЦ и 800 МГЦ (стандарт FDD или TDD). Базовые станции диапазона 800 МГЦ способны обеспечить такую скорость на расстоянии до 13,4 км. Диапазон 1800 МГЦ - наиболее используемый в мире, он сочетает в себе высокую емкость и относительно большой радиус действия (6,8 км).

В ноябре 2015 года Международный союз электросвязи рекомендовал в Европе, Африке, на Ближнем Востоке и в Центральной Азии строить LTE-сети в диапазоне 694-790 МГЦ. Эти частоты в ряде стран, в частности в России, заняты аналоговым телевещанием.

Большая часть стандарта LTE рассматривает модернизацию 3G UMTS на то, что в конечном итоге будет технологией 4G. Большая часть работы направлена на упрощение архитектуры системы: она переходит из существующих UMTS цепи коммутации пакетов объединенной сети к единой IP-инфраструктуре (all-IP). E-UTRA является беспроводным интерфейсом LTE. Его основные особенности: · Максимальная скорость загрузки из Сети до 299,6 Мбит/с и максимальная скорость загрузки в Сеть от абонента до 75,4 Мбит/с в зависимости от категории оборудования пользователя (антенна 4?4 с использованием спектра 20 МГЦ).

· Низкая задержка при передаче данных (5 мс задержка для маленьких IP пакетов в оптимальных условиях), более низкая задержка при установке соединения.

· Улучшена поддержка мобильности, в качестве примера терминал, движущийся со скоростью 350 км/ч или 500 км/ч в зависимости от диапазона частот.

· OFDMA для нисходящей линии связи, SC-FDMA для восходящей линии связи с целью экономии энергии.

· Поддержка и FDD и TDD систем связи, а также полудуплексной FDD с одной и той же технологией радиодоступа.

· Повышение гибкости. Спектр: 1,4 МГЦ, 3 МГЦ, 5 МГЦ, 10 МГЦ, 15 МГЦ и 20 МГЦ для ширины соты стандартизированы.

· Поддержка размеров соты от нескольких десятков метров (фемто и пикосоты) до 100 км. В нижних частотных диапазонах, которые будут использоваться в сельских районах, 5 км является оптимальным размером соты. В городе и в районах плотной заселенности более высокие частотные диапазоны (например, 2,6 ГГЦ в ЕС) используются для поддержки высокоскоростной мобильной широкополосной связи. В этом случае размер соты может быть 1 км или даже меньше.

· Поддержка как минимум 200 активных клиентов в каждой соте 5 МГЦ.

· Поддержка сосуществования со старыми стандартами (например, GSM/EDGE, UMTS и CDMA2000). Пользователи могут начать вызов или передачу данных в области с наличием LTE и, покинув область покрытия, продолжить работу без каких-либо специальных действий с его стороны в сетях GSM/GPRS.

· Радиоинтерфейс коммутации пакетов.

2. Проектирование сети доступа

2.1 Wi-Fi в городском маршрутном ТС

Для проектирования беспроводной сети доступа в городском автотранспорте была выбрана технология Wi-Fi с применением технологии мобильного доступа к сети - LTE. Сеть будет спроектирована на примере городской автобусной сети г. Тюмень. Кратко рассмотрим эти технологии.

Wi-Fi - это современная беспроводная технология передачи данных по радио каналу. Рабочая частота Wi-Fi 2,4 ГГЦ, а также 5 ГГЦ. Wi-Fi сети имеют ряд преимуществ перед обычными кабельными сетями: · Wi-Fi можно очень быстро развернуть, что очень удобно при проведении презентаций или в условиях работы вне офиса.

· Пользователи мобильных устройств, при подключении к локальным беспроводным сетям, могут легко перемещаться в рамках действующих зон сети.

· Скорости современных сетей довольно высоки (до 1,5 Гб/с), что позволяет их использовать для очень широкого спектра задач.

· С помощью дополнительного оборудования беспроводная сеть может быть успешно соединена с кабельными сетями.

· Wi-Fi может оказаться единственным выходом, если невозможна прокладка кабеля для обычной сети. Для организации сети на основе Wi-Fi необходима установка одной или нескольких базовых станций (это зависит от размера офиса), и установка в каждый компьютер сетевой карты с адаптером.

LTE (часто обозначается как 4G LTE) - стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных для мобильных телефонов и других терминалов, работающих с данными. Он основан на GSM/EDGE и UMTS/HSPA сетевых технологиях, увеличивая пропускную способность и скорость за счет использования другого радиоинтерфейса вместе с улучшением ядра сети. Стандарт был разработан 3GPP (консорциум, разрабатывающий спецификации для мобильной телефонии) и определен в серии документов Release 8, с незначительными улучшениями, описанными в Release 9. LTE является естественным обновлением как для операторов с сетью GSM/UMTS, так и для операторов с сетью CDMA2000. В разных странах используются различные частоты и полосы для LTE, что делает возможным подключать к LTE сетям по всему миру только многодиапазонные телефоны. Хотя маркировка 4G используется сотовыми операторами и производителями телефонов, LTE (как указано в серии документов консорциума 3GPP Release 8 и Release 9) не удовлетворяет техническим требованиям, которые консорциум 3GPP принял для нового поколения сотовой связи, а также требованиям, которые были первоначально установлены Международным союзом электросвязи (в спецификации IMT Advanced).

2.2 Выбор топологии проектируемой сети

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 показано, как станции, оборудованные беспроводными сетевыми интерфейсными картами (NIC) стандарта 802.11, могут формировать IBSS и напрямую связываться одна с другой.

Рисунок 1 - Схема Ad-Hoc сети (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) децентрализовано. 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. 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, через который BSS подключается к проводной сети. Поэтому BSS иногда называют инфраструктурой BSS. На рисунке 2 представлена типичная инфраструктура BSS.

Рисунок 2 - 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, соединенных между собой через распределительную систему, образуют расширенную зону обслуживания (ESS). Восходящий канал к распределительной системе не обязательно должен использовать проводное соединение. На рисунке 3 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. На рисунке 3 представлен вид расширенной зоны обслуживания ESS беспроводной сети.

Рисунок 3 - Расширенная зона обслуживания ESS беспроводной сети

Для проектирования беспроводного доступа Wi-Fi в городском автотранспорте была выбрана топология «BSS».

2.3 Выбор стандарта технологии Wi-Fi

В настоящее время широко используется преимущественно три стандарта группы IEEE 802.11, представленные в таблице 1.

Таблица 1 - Основные характеристики стандартов группы IEEE 802.11

Стандарт 802.11g 802.11b 802.11n

Частотный диапазон, ГГЦ 2,4-2,483 2,4-2,483 2,4 или 5,0

Скорость, Мбит/с 1-54 5,5-11 6-300

Совместимость 802.11 b/n 802.11 n 802.11 a/b/g

Дальность связи в помещении, м 20-50 10-20 50-100

Дальность связи вне помещения, м 250 150 500

Для этого проекта был выбран стандарт IEEE 802.11n, т.к. он предоставляет большую скорость, нежели остальные.

Стандарт IEEE 802.11g.

Стандарт IEEE 802.11g, принятый в 2003 году, является логическим развитием стандарта 802.11b и предполагает передачу данных в том же частотном диапазоне, но с более высокими скоростями. Кроме того, стандарт 802.11g полностью совместим с 802.11b, то есть любое устройство 802.11g должно поддерживать работу с устройствами 802.11b. Максимальная скорость передачи данных в стандарте 802.11g составляет 54 Мбит/с. При разработке стандарта 802.11g рассматривались две конкурирующие технологии: метод ортогонального частотного разделения OFDM, заимствованный из стандарта 802.11a и предложенный к рассмотрению компанией Intersil, и метод двоичного пакетного сверхточного кодирования PBCC, предложенный компанией Texas Instruments. В результате стандарт 802.11g содержит компромиссное решение: в качестве базовых применяются технологии OFDM и CCK, а опционально предусмотрено использование технологии PBCC.

Стандарт IEEE 802.11a.

Стандарт IEEE 802.11а предусматривает скорость передачи данных до 54 Мбит/с. В отличие от базового стандарта спецификациями 802.11а предусмотрена работа в новом частотном диапазоне 5ГГЦ. В качестве метода модуляции сигнала выбрано ортогонально частотное мультиплексирование (OFDM), обеспечивающее высокую устойчивость связи в условиях многолучевого распространения сигнала.

В соответствии с правилами FCC частотный диапазон UNII разбит на три 100-мегагерцевых поддиапазона, различающихся ограничениями по максимальной мощности излучения. Низший диапазон (от 5,15 до 5,25 ГГЦ) предусматривает мощность всего 50 МВТ, средний (от 5,25 до 5,35 ГГЦ) - 250 МВТ, а верхний (от 5,725 до 5,825 ГГЦ) - 1 Вт. Использование трех частотных поддиапазонов с общей шириной 300 МГЦ делает стандарт IEEE 802.11а самым широкополосным из семейства стандартов 802.11 и позволяет разбить весь частотный диапазон на 12 каналов, каждый из которых имеет ширину 20 МГЦ, причем восемь из них лежат в 200-мегагерцевом диапазоне от 5,15 до 5,35 ГГЦ, а остальные четыре канала - в 100-мегагерцевом диапазоне от 5,725 до 5,825 ГГЦ (рисунок 1.3). При этом четыре верхних частотных канала, предусматривающие наибольшую мощность передачи, используются преимущественно для передачи сигналов вне помещений.

Стандарт IEEE 802.11n.

Этот стандарт был утвержден 11 сентября 2009. 802.11n по скорости передачи сравнима с проводными стандартами. Максимальная скорость передачи стандарта 802.11n примерно в 5 раз превышает производительность классического Wi-Fi.

Можно отметить следующие основные преимущества стандарта 802.11n: · большая скорость передачи данных (около 300 Мбит/с);

· равномерное, устойчивое, надежное и качественное покрытие зоны действия станции, отсутствие непокрытых участков;

· совместимость с предыдущими версиями стандарта Wi-Fi.

Недостатки: · большая мощность потребления;

· два рабочих диапазона (возможная замена оборудования);

· усложненная и более габаритная аппаратура.

Увеличение скорости передачи в стандарте IEEE 802.11n достигается, во-первых, благодаря удвоению ширины канала с 20 до 40 МГЦ, а во-вторых, за счет реализации технологии MIMO.

Технология MIMO (Multiple Input Multiple Output) предполагает применение нескольких передающих и принимающих антенн. По аналогии традиционные системы, то есть системы с одной передающей и одной принимающей антенной, называются SISO (Single Input Single Output).

Стандарт IEEE 802.11n основан на технологии OFDM-MIMO. Очень многие реализованные в нем технические детали позаимствованы из стандарта 802.11a, однако в стандарте IEEE 802.11n предусматривается использование как частотного диапазона, принятого для стандарта IEEE 802.11a, так и частотного диапазона, принятого для стандартов IEEE 802.11b/g. То есть устройства, поддерживающие стандарт IEEE 802.11n, могут работать в частотном диапазоне либо 5, либо 2,4 ГГЦ.

2.4 Выбор провайдера мобильного доступа

Для получения информации из сети Интернет необходимо воспользоваться услугами мобильного провайдера доступа к Интернет.

Основные критерии выбора провайдера: · Наличие сетей четвертого поколения LTE.

· Высокая скорость доступа.

· Зона покрытия LTE.

· Наличие безлимитных тарифов Интернет, без ограничений по трафику.

· Возможность тетеринга.

Так как в г. Тюмень, есть только один провайдер предоставляющий безлимитный интернет без ограничений по трафику с возможностью тетеринга, был выбран провайдер Yota ООО «Скартел».

2.5 Выбор тарифного плана провайдера

Провайдер предлагает 3 тарифных плана с ежегодной оплатой. Рассмотрим каждый из них в таблице 2.

Таблица 2 - Сводная таблица доступных тарифных планов

Ограничение скорости, Мбит/с Стоимость при оплате за год, рублей Стоимость при оплате за месяц, рублей

5 5400 800

10 6900 950

Максимальная 9000 1000

Поскольку максимальное количество одновременно подключенных клиентов равно 32, необходим тариф с максимальной скоростью. Мною был выбран тариф с максимальной скоростью доступа и предоплатной ежегодной системой расчета.

2.6 Выбор оборудования точки доступа

Бортовая сеть автобуса, как правило, находится под напряжением в 12В. Источником доступа к сети Интернет будет городская сотовая сеть. Исходя из этих данных необходимо выбрать подходящую точку доступа. В качестве точки доступа будет использоваться беспроводной маршрутизатор Wi-Fi с поддержкой LTE, а также с необходимым ПО для организации биллинга.

В качестве маршрутизатора был выбран один из тех которые предлагает компания Mikrotik - SXT LTE. Эргономичный дизайн, широкая функциональность: подключение до 32 устройств по WIFI, собственная программируемая операционная система, встроенная память 128МБ. Он будет расположен в кабине водителя автобуса. В таблице 3 указаны основные технические характеристики беспроводного маршрутизатора SXT LTE .

Таблица 3 - Технические характеристики маршрутизатора SXT LTE

Параметр Значение

Тип LTE/Wi-Fi роутер

Стандарт беспроводной связи 802.11b/g/n

Встроенная поддержка 3G нет

Встроенная поддержка LTE есть

Параметр Значение

Защита информации WEP, WPA, WPA2

Межсетевой экран (FIREWALL) есть

NAT есть

Web-интерфейс ROUTEROS

Автономная работа нет

Максимальное количество одновременных клиентов 32

Зона покрытия В радиусе 50м

Входное напряжение от 11 до 57В

На рисунке 4 изображен маршрутизатор SXT LTE.

Рисунок 4 - Внешний вид маршрутизатора SXT LTE

С помощью встроенной ОС было решено организовать систему условного доступа с временной тарификацией. Пользователь сможет получить доступ в сеть на 30 минут за 1 рубль, на 24 часа за 5 рублей, на 30 дней за 30 рублей. Оплата будет приниматься за безналичный расчет с помощью электронных денег, банковских карт или посредством СМС.

2.7 Реализация питания оборудования

Маршрутизатор, который я выбрал ранее, питается от сети 220~, на выходе получает постоянное напряжение 12В. В автобусе нет источников переменного напряжения, поэтому возникает необходимость в дополнительном блоке питания для работы от бортовой сети автобуса.

Был выбран блок питания от автомобильного прикуривателя EXA0801XA. На рисунке 5 изображен внешний вид блока питания.

Рисунок 5 - Внешний вид блока питания EXA0801XA

Основные технические характеристики: · Напряжение, вход: 12В

· Напряжение, выход: 12В

· Ток, выход: 3А · Мощность: 36Вт

2.8 Принцип работы и схема проектируемой сети

Ранее было выбрано оборудование для обеспечения доступа к сети Интернет в городском автобусе. Рассмотрим схему реализации связи в одном из автобусов.

Маршрутизатор расположенный в кабине водителя автобуса принимает сигнал с сотовых станций LTE провайдера доступа в Интернет, затем сигнал обрабатывается в маршрутизаторе и предоставляется конечному потребителю посредством технологии Wi-Fi на мобильные устройства (смартфон, планшет, ноутбук и т.д.) по предоплатной системе расчета за время.

На рисунке 6 изображена схема реализации связи по технологии Wi-Fi в городском автобусе.

Рисунок 6 - Схема реализации связи в городском автобусе

Такая схема реализации очень практична в использовании, используя новейшие мобильные сети в тандеме со всем известной технологией беспроводного доступа Wi-Fi, мы можем получить доступ к сети в местах где нет проводных линий связи или их использование нецелесообразно. Считаю эту схему реализации одной из основных при использовании в транспорте.

3. Оценка технико-экономической эффективности проекта

3.1 Расчет баланса мощностей беспроводной сети Wi-Fi

Распространение любого сигнала неизбежно сопровождается его затуханием, причем величина затухания сигнала зависит как от расстояния от точки передачи, так и от частоты сигнала.

Исходные данные: Длина автобуса, L: 15 м.

Частота сигнала, f: 2.4 ГГЦ.

Усиление передатчика, Xn: 17 DBM.

Усиление передающей антенны, Xna: 10 DBI.

Средняя чувствительность приемников, An: -65 DBM.

Средняя величина усиления антенн приемников, Ana: 4 DBI.

Для измерения в децибелах величины затухания сигнала в дальнем от маршрутизатора конце автобуса (ослабление при распространении) существует формула: маршрутизатор беспроводной высокоскоростной сигнал где: X - коэффициент ослабления, равный 20 для открытого пространства; d - расстояние от точки передачи; f - частота сигнала; с - скорость света.

Используя исходные данные:

После нахождения величины затухания сигнала, необходимо вычислить баланс мощностей беспроводной сети по формуле:

Подставив свои значения, получаем: Для нормального функционирования системы беспроводной связи необходимо, чтобы суммарное усиление системы было больше, чем суммарное ослабление сигнала. Рекомендуемый запас по мощности составляет 10-15 DB. Это позволит быть уверенным, что система будет функционировать и при плохих условиях.

Полученные значения соответствуют требованиям для нормального функционирования сети по всей площади автобуса. Все значения приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Сводная таблица мощностей

Параметр Единица измерения Значение

Усиление передатчика DBM 17

Усиление передающей антенны DBI 10

Величина затухания DB -56

Средняя величина усиления приемников DBI 4

Средняя чувствительность приемников DBM -65

Запас по мощности DB 22

3.2 Расчет экономической обоснованности проекта

Расчет будет проводиться на основе одного маршрута №15 в пределах г. Тюмень. Автопарк насчитывает 25 автобусов данного рейса.

Капитальные вложения на основные фонды описаны в таблице 5.

Таблица 5 - Капитальные вложения на основные фонды

Наименование статей затрат Единица измерения Количество Стоимость, рублей

За единицу Всего

Приобретение маршрутизатора Mikrotik SXT LTE шт 25 7594 189850

Приобретение дополнительного блока питания EXA0801XA шт 25 1201 30025

Итого 219875

Общая сумма капитальных вложений составит: Заработная плата и количество персонала указаны в таблице 6.

Таблица 6 - Фонд заработной платы

Наименование должности Колво человек Оклад (руб.) Премии Ночные, выходные Итого (руб.)

Инженер 1 35000 5000 3500 43500

Итого ФОТ мес.: 43500

Отчисления на социальные нужды (общая ставка 30%): .

Амортизация - это перенос части стоимости основных средств на себестоимость изготовленной продукции с целью их дальнейшего воспроизводства. Для расчета суммы амортизации необходима норма амортизации: Амортизационные отчисления определяются по формуле:

Также, из прочих затрат, необходимо ежегодно оплачивать услуги провайдера по 9000 рублей. Цена взята с официального сайта ООО «Скартел». Сумма годовых затрат на услуги провайдера составит: .

В среднем в день на одном автобусе проезжает 2500 человек. Около 5% пассажиров заинтересованы в наличии Wi-Fi-хотспота в автобусе, то есть около 125 человек. Минимальная цена за доступ - 1 руб. Допустим, что эти пассажиры получают доступ по 1 разу в день. Доходы от основной деятельности за год составят: .

Прибыль рассчитывается по формуле:

.

На основе прошлых расчетов чистая прибыль с учетом налогов составит: .

Срок окупаемости проекта рассчитывается по формуле:

.

Таблица 7 - Сводная таблица экономических расчетов

Объект расчета Итого

Основные фонды 219875 рублей

Фонд заработной платы 43500 рублей

Чистая прибыль 189620 рублей

Срок окупаемости проекта 1,2 года

Данный проект окупается довольно быстро, всего за 1,2 года, и имеет довольно низкий уровень начальных капиталовложений, что позволяет построить такую сеть при ограниченном бюджете. Сеть работает в полностью автоматическом режиме и не нуждается в наблюдении, что позволяет сократить траты на дополнительных сотрудников.

В этой выпускной квалификационной работе, согласно заданию, была спроектирована сеть беспроводного доступа к сети в городском автобусе.

Изучив задачу, было принято решение о проектировании беспроводной сети в городском автобусе по технологии Wi-Fi.

В ходе работы был выбран провайдер Yota ООО «Скартел», тарифный план с максимальной скоростью, беспроводной маршрутизатор в кабине водителя SXT LTE, топология беспроводной сети «BSS», блок питания EXA0801XA соответствующий требованиям.

Была разработана схема организации беспроводной сети Wi-Fi в городском автобусе. Проектируемая беспроводная сеть соответствует современным требованиям.

Размещено на .ru