Побудова моделі фрагменту MPLS-мережі у пакеті Opnet Modeler

Необхідно мати на увазі, що при розширенні мережі і збільшенні кількості користувачів швидкість зв'язку падатиме (пропорційно  числу користувачів). Найбільша розумна кількість користувачів зазвичай складає 16-20. Окрім цього швидкість і якість зв'язку залежать і від відстані між клієнтом і точкою. Ці міркування можуть зажадати розширення базової мережі.

Для розширення мережі можна використовувати uplink-порт точки доступу. Він може використовуватися як для об'єднання  базових зон обслуговування в  мережу так і для інтеграції в  наявну дротяну або безпровідну  інфраструктуру, наприклад для забезпечення користувачів доступом до розподілених ресурсів інших підрозділів або  для підключення до Internet.

При розширенні мережі необхідно стежити  щоб частоти сусідніх точок доступу  не перекривалися, щоб уникнути взаємних перешкод і зниження швидкості передачі. Це досягається налаштуванням сусідніх точок на канали, що не перекриваються по частоті, 1, 6 і 11. Чергуючи канали таким  чином, що сусідні точки з каналами 1, 6 і 11 виявляться у вершинах рівностороннього трикутника, можна охопити безпровідним зв'язком скільки завгодно велику площу без перекриття частот. (Мал.3.3).

Рисунок 3.3 - Розширення безпровідної мережі

 

На розгортання безпровідних мереж  використовувані прикладання роблять  вплив по-різному. Найбільш важливі  чинники - це:

- розрахункова швидкість в перерахунку на одного клієнта;

- типи використовуваних прикладань;

- затримки в передачі даних.

Отже, якщо використовуються вимогливі  до швидкості прикладання (наприклад, програма internet-телефонії Skype), необхідно  збільшити кількість точок доступу  на одиницю площі.  (Мал. 3.4)

Рисунок 3.4 - Розширення безпровідної мережі з максимальною швидкістю

 

Об'єднання всіх точок доступу  в офісі, на підприємстві, або в  якомусь іншому закладі в локальну мережу в рамках одного поверху можна здійснити декількома способами. Найпростішим і поширенішим методом організації є об'єднання через дротяну інфраструктуру (мал. 3.5).

Рисунок 3.5 - Об'єднання точок доступу через дротяну інфраструктуру

 

У такому разі встановлюється комутатор, до якого підключаються точки  доступу за допомогою витої пари через uplink-порт. Також до цього комутатора можна підвести широкосмуговий Internet. Перевагою такого підключення є  простота налаштування зони дії точок  доступу на різні канали, недоліком - прокладка дротів від точок доступу  до комутатора.

Другий спосіб - підключення з  використанням розширеного режиму WDS (мал. 3.6).

Рисунок 3.6. - Об'єднання точок доступу з використанням розширеного режиму WDS

 

Одна точка доступу, яка має  підключення до Internet, переводиться в мостовий режим WDS, останні точки  налаштовуються на той же канал, що і перша, і встановлюється режим WDS with AP. Використання такого способу  небажане, оскільки всі крапки працюють на одному каналі, і при чималій  їх кількості різко зменшується  швидкість. Рекомендується встановлювати  не більше 2-3 точок.

Третій спосіб підключення аналогічний  попередньому але додатково до кожної точки доступу через дротяний інтерфейс підключена ще одна точка, що працює на іншому каналі, для організації  зв'язку в одній кімнаті (мал. 3.7).

Тут переводяться ті точки доступу  в режим WDS, які будуть пов'язані  з першою, а останні через дротяні  інтерфейси підключаються до них. Вони повинні працювати в режимі точки  доступу і на інших каналах, щоб  не було колізій. Перевагою такого способу  підключення є повна відсутність  дротяної інфраструктури (за винятком зв'язку між сусідніми крапками), недоліком - висока вартість, у зв'язку з великою кількістю точок  доступу, і використання одного каналу для зв'язку з базовою точкою.

Рисунок 3.7 - Об'єднання точок доступу з додатковими точками

 

Щоб користувач міг пересуватися від  однієї точки доступу до іншої  без втрати доступу до мережевих  служб і розриву з'єднання, передбачена  функція роумінгу. Роумінг - це можливість радіопристрою переміщатися за межі дії базової станції і, знаходячись в зоні дії "гостьової" станції, мати доступ до "домашньої" мережі (мал. 3.8).

Рисунок 3.7 – Роумінг

 

При організації роумінгу всі точки  доступу, що забезпечують роумінг, конфігуруються на використання однакового ідентифікатора зони обслуговування (SSID). Всі точки  доступу відносяться до одного широкомовного  домена, або одного домена роумінгу.

Механізм визначення моменту часу, коли необхідно почати процес роумінгу, не визначений в стандарті 802.11, і, таким  чином, залишений на розсуд постачальників устаткування. Найбільш простий широко поширений алгоритм перемикання полягає в тому, що адаптер взаємодіє з однією точкою аж до того моменту, коли рівень сигналу не впаде нижче за допустиму межу. Після цього здійснюється пошук точки доступу з однаковим SSID і максимальним рівнем сигналу, і перепідключення до неї.

Роумінг включає значно більше процесів, чим необхідно для пошуку точки  доступу, з якою можна зв'язатися. Опишемо деякі із завдань, які  повинні вирішуватися в ході роумінгу на канальному рівні:

- Попередня точка доступу повинна визначити, що клієнт виходить з її зони дії.    

- Попередня точка доступу повинна буферизувати дані, призначені для клієнта, що здійснює роумінг.    

- Нова точка доступу повинна показати попередній, що клієнт успішно перемістився в її зону.    

- Попередня точка доступу повинна послати буферизовані дані новій точці доступу.    

- Попередня точка доступу повинна визначити, що клієнт покинув її зону дії.

- Точка доступу повинна відновити таблиці МАС-адрес на комутаторах інфраструктури, щоб уникнути втрати даних клієнта, що переміщається.

 

3.3 Побудова Wi-fi мережі у межах будівлі. Розрахунок параметрів внутрішньої мережі  офісу

Для віддаленого офісу компанії від локальної мережі потрібна висока пропускна спроможність, що забезпечує максимальну продуктивність і швидкість  передачі пакетів.

У мережі орієнтованій на досягнення максимальної пропускної спроможності одна точка доступу обслуговує близько 10 користувачів. Необхідна кількість  точок доступу у нашому випадку n = 15/10 = 2 шт. (мал. 3.8)

Рисунок 3.8 - Схема внутрішньої мережі WLAN для віддаленого офісу

 

Для визначення дальності зв'язку необхідно розрахувати сумарне  посилення тракту і визначити  відповідну цьому значенню дальність. Посилення тракту в дБ визначається по формулі (3.1):

НdB  = PtdB + G t.dB + G r dB – P min.dB –L t.dB – L r.dB  (3.1)

PtdB - потужність передавача, потужність безпровідної точки доступу або адаптера в dbm.

Gt.dB - коефіцієнт посилення передавальної антени(dbi).

Gr.dB - коефіцієнт посилення приймальної антени(dbi).

P min.dB - реальна чутливість приймача (залежить від швидкості на якому працює устаткування і задається із знаком "мінус").

L. .dB - втрати сигналу в коаксіальному кабелі і роз'ємах передавального тракту.

Розрахувати втрати можна, помноживши загасання сигналу в одному метрі  кабелю на його довжину. Також слід додати до втрат 0.5.1.5 db на кожному роз'ємі.

Для проектованої безпровідної мережі візьмемо устаткування D-LINK, точку доступу D-Link DWL7000AP і безпровідний  USB адаптер D-Link DWL-AG132.

  

Рисунок 3.9 - Точка доступу D-Link DWL7000AP і безпровідний  USB адаптер D-Link DWL-AG132

 

Для оптимальної роботи і забезпечення максимальної швидкості використовується протокол IEEE 802.11g (WI-FI).

Дані для розрахунку:

Потужність  точки доступу:  Pt = 16 dBm

Коефіцієнт  посилення антени точки доступу: Gt = 2 dBi;

Чутливість  приймача (для 802.11g):

54 Мбіт/сек OFDM: -73 dbm;

48 Мбіт/сек OFDM: -76 dbm;

36 Мбіт/сек OFDM: -82 dbm;

24 Мбіт/сек OFDM: -85 dbm;

18 Мбіт/сек OFDM: -88 dbm;

12 Мбіт/сек OFDM: -89 dbm;

Коефіцієнт мережевого адаптера Gr = 0 dBi

Втрати в кабелі Lt і Lr рівні 0.5 dB

НdB = 16 + 2 + 0 – ( - 73) – 0,5 – 0,5 = 90 dB

Посиленню тракту Нdb  = 90 db відповідає дальність приблизно 95 м, враховуючи, що втрати в приміщенні складають 50-60%, то реальна дальність буде 40 м. Такого радіусу вистачає, щоб забезпечити  високошвидкісну передачу.

 

 

 

3.4 Побудова Wi-fi мережі за межами будівлі. Загальні положення по проектуванню Wi-fi мережі за межамі будівлі.

 

Безпровідний зв'язок може використовуватися  для об'єднання підмереж окремих  будівель, наприклад центрального офісу  і філій, там, де прокладка кабелю між будівлями небажана або неможлива, або для з'єднання двох безпровідних технологій, наприклад WIMAX і Wi-fi.

Для організації зв'язку між будівлями  можуть використовуватися зовнішні безпровідні точки, що працюють в  режимі моста. Через uplink-порт зовнішня точка підключається до звичайного комутатора і через нього забезпечує зв'язок зі всіма комп'ютерами підмережі.

Зовнішні безпровідні точки  мають водонепроникний термостатований  корпус, систему грозового захисту, систему живлення Power-over-ethernet. Завдяки  змінній антені можна забезпечувати  стійкий радіозв'язок на відстані до декількох кілометрів на спеціалізовані вузьконаправлені антени.

При організації зовнішнього безпровідного  зв'язку особливу увагу слід звернути на забезпечення безпеки передачі даних, у зв'язку з її більшою вразливістю  як при прослуховуванні, так і  в разі прямої фізичної дії. Тому рекомендується використовувати точки доступу, спеціально призначені для зовнішнього  вживання і дозволяючі задіювати  аутентифікацію, контроль доступу і шифрування передаваємих даних.

 

3.5 Розрахунок дальності роботи безпровідного каналу зв'язку.

 

Формула розрахунку дальності каналу зв'язку береться з інженерної формули  розрахунку втрат у вільному просторі (3.2):

 →   (3.2)

де, FSL (Free Space Loss) - втрати у вільному просторі (дБ); F- центральна частота  каналу, на якому працює система  зв'язку (Мгц); D - відстань між двома  точками (км).

FSL визначається сумарним посиленням  системи. Воно рахується таким  чином:

 (3.3)

де  - потужність передавача;  - коефіцієнт посилення передавальної антени; - коефіцієнт посилення приймальної антени; - чутливість приймача на даній швидкості; - втрати сигналу в коаксіальному кабелі і роз'ємах передавального тракту;  - втрати сигналу в коаксіальному кабелі і роз'ємах приймального тракту.

FSL обчислюється за формулою:

         (3.4)

    де SOM(System Operating Margin) - запас  в енергетиці радіозв'язку (дБ). Враховує  можливі чинники,  що негативно  впливають на дальність зв'язку, такі як:

температурний дрейф чутливості приймача і вихідної потужності передавача; 

всілякі атмосферні явища: туман, сніг, дощ; 

розузгодження антени, приймача, передавача з трактом антенного фідера.

 Параметр SOM зазвичай береться  рівним 10 дБ. Вважається, що 10-децибельний  запас по посиленню достатній  для інженерного розрахунку.

У якості умовних компонентів мережі візьмемо точку доступу D-Link DWL7000AP що працює із стандартами a/b/g на частотах 2.4 ГГц і 5 ГГц і безпровідний  USB адаптер D-Link DWL-AG132.

Знайдемо відстань, на якій стабільно  працюватиме зв'язок на швидкості 36 Мбіт/с.

Наявні дані:

Потужність  передавача D-Link DWL-7000AP - 16 dBm;

Потужність  приймача D-Link DWL-AG132 -  16 dBm;

Чутливість D-Link DWL-7000AP на швидкості 36 Мбіт/с – (-82) dBm;

Чутливість D-Link DWL-AG132 на швидкості 36 Мбіт/с – (-74) dBm;

Коефіцієнт  посилення штатної антени D-Link DWL-7000AP - 2 dBi;

Коефіцієнт  посилення штатної антени D-Link DWL-AG132 – 0 dBi

Втрат в антенно-фідерном тракті, тобто  між безпровідними точками і  їх антенами, немає.

Спершу знайдемо параметр FSL:

FSL = 16 + 2 + 0 – ( - 74) – 10 = 82 дБ;

Далі переходимо до знаходження  відстані між двома точками:

В результаті ми знайшли дальність  роботи безпровідного устаткування на швидкості 36 Мбіт/с яка складає 114 м. 

 

3.6 Розрахунок основних параметрів. Зона Френеля. Енергетичний бюджет траси.

 

Радіохвиля в процесі поширення  в просторі займає об'єм у вигляді  еліпсоїда обертання з максимальним радіусом в середині прольоту, який називають зоною Френеля (мал. 3.10). Природні (земля, горби, дерева) і штучні (будівлі, стовпи) перешкоди, що потрапляють в цей простір, ослабляють сигнал.