Wyższa Szkoła Informatyki i

Zarządzania

Internet w bezprzewodowych sieciach komputerowych ze statycznym

podziałem łącza oparytm o system Linux.

Kierunek: Informatyka

Specjalność: Systemy Informatyczne i Telekomunikacyjne

Dyplomant: Artur Lazar

Promotor: Dr Ewa Kalinowska

Cel pracy

Celem pracy było zaprojektowanie i wykonanie instalacji
bezprzewodowej sieci komputerowej w Pszczynie na osiedlu
Powstańców Śląskich. Na dzień dzisiejszy sieć liczy 23 użytkowników.
Prace można podzielić na dwa duże działy pierwszy dział opisuje
konfiguracje punktu dostępowego, anten oraz kart sieciowych do
współpracy ze soba. Praca pokazuje jak skonfigurować stacje
nadawcza (bazowa) , pokazanie w jaki sposób można wykorzystać w
miarę słaby komputer pod względem mocy obliczeniowej do
wykorzystania go jako profesjonalnego routera z podziałem pasma
internetowego oraz dynamicznie przydzielanymi adresami IP. Cała
praca serwera (routera)  widoczna jest na  stronie WWW serwera i jest
dostępna dla wszystkich użytkowników sieci. Praca ta pokazuje
również jak można dzielić łącze internetowe z przydziałem pasma
internetowego  dla każdego użytkownika tak aby nie ograniczać
użytkowników wyłączaniem usług P2P Praca ta zawiera odpowiednie
skrypty i łącza opisane w dalszej części pracy. Cała praca wykonana
jest w sposób odpowiadający wszystkim normom z nią związanymi.
Praca ta jest oparta na najnowszych rozwiązaniach stosowanych
współcześnie w systemach łączenia komputerów w sieci
bezprzewodowe. Wykorzystane produkty i materiały umożliwiają
długoletnie korzystanie z wykonanej sieci .

Sieci WLAN

Sieci WLAN ostatnimi czasy stały się bardziej popularne, stało się to głównie temu że

sprzęt stał się ogólniej dostępny i znacznie tańszy. Wiele ludzi na całym świecie marzyło

aby udostępniać z wybrana osoba swoje dane lub łącze internetowe. Z przyczyn

technicznych nie było to możliwe bo jak widomo w sieciach przewodowych długość kabla

jest ograniczona do 100m.Instnieja różne metody, techniki na wydłużenie tej odległości

ale są one zazwyczaj nie wygodne. Dziś dzięki bezprzewodowym siecią możemy połączyć

się z wybraną osoba oddalona od nas o 20 km i dzielić z nią np. łącze internetowe, dane

czy tez nawet grac w czasie rzeczywistym.

Powstanie pierwszych sieci bezprzewodowych nastąpiło wraz z upowszechnieniem się i

doskonaleniem urządzeń nadawczo odbiorczych pracujących w paśmie 2,4 GHz takich jak

popularne telefony bezprzewodowe czy klawiatury i myszki. Przez lata doskonalono

transmisję radiową, rozwiązywano problemy kodowania danych, czy sprawdzania

poprawności przesyłanych pakietów. Wszystko to postępowało wolnym rytmem aż do roku

2000 kiedy to nastąpił „boom” technologiczny pozwalający wreszcie na masowe

wdrożenia już gotowych systemów transmisji danych. Standard ten zaakceptowało

stowarzyszenie WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), który skupiał takich

producentów jak Lucent, Nokia i inne. Przyczyni się to do ustalenia reguł współdziałania

na platformie różnych producentów i użytkowników domagających się uproszczeń w

technologii bezprzewodowych sieci LAN.

Bezprzewodowe sieci komputerowe są na dzień dzisiejszy dobrze rozwinięte ale do

końca nie jest to jeszcze tak jakbyśmy sobie przewidywali. Częstym problem nadal

występujących w sieciach komputerowych jest brak kompatybilności sprzętu .Kupujemy

kartę sieciową a po przyjściu do domu, po konfiguracji okazuje się ze nasza karta nie chce

współpracować z dostępnym punktem bazowym w którego jesteśmy zasiegu. Jest to

przykre ale prawdziwe ale miejmy nadzieję ze z każdym dniem sytuacja ta będzie ulegała

radykalnej zmianie .

Podstawy projektowania sieci WLAN

Strefa Fresnela (czyt. Frenela) to jedno z najważniejszych pojęć pojawiające
się w tematyce radiowej z którym koniecznie trzeba się zapoznać. Jest nią
obszar aktywnie uczestniczący w przenoszeniu energii sygnału radiowego.
Kształt tego obszaru w przekroju wzdłużnym jest elipsą, a w przekroju
poprzecznym jest okręgiem. Promień tego okręgu zmienia się na długości
całego łącza radiowego i przyjmuje wartość maksymalną w połowie odległości
między antenami. Największe znaczenie ma pierwsza strefa Fresnela, gdyż to
właśnie w niej przenoszona jest prawie cała energia sygnału radiowego

Rysunek 1: Kształt strefy Fresnela.

R1 jest to promień I strefy obliczony według poniższego wzoru:

[m.]
gdzie:
 d

km

= d

1km

+d

2km,

jest to odległość między masztami

 d

1km

– odległość od pierwszej anteny w km

 d

2km

– odległość od drugiej anteny w km

Na kolejnych dwóch rysunkach widać źle wykonaną
instalację. Na pierwszym z nich instalator nie zapewnił
widoczności radiowej anten. Łącze nie działa. Na drugim z
rysunków obecność przeszkód w pierwszej strefie Fresnela
powoduje, że łącze radiowe nadal nie działa.

Rysunek 2: Źle wykonana instalacja.

Rysunek 3: Kolejny przykład źle wykonanej instalacji.

A tak wygląda prawidłowo wykonana instalacja. Widoczność
anten i brak przeszkód w pierwszej strefie Fresnela powoduje,
że łącze zostało zestawione:

Rysunek 4: Prawidłowo zestawione łącze.

W praktyce zapewnienie czystości 60% I strefy Fresnela
gwarantuje minimalne starty mocy.

Długość łącza radiowego

[km]

60% promienia I strefy Fresnela

[m]

2,4 GHz

5 GHz

0,1

1,1

0,7

0,2

1,5

1,0

0,5

2,4

1,6

1

3,4

2,3

2

4,7

3,3

3

5,8

4,0

4

6,7

4,6

5

7,5

5,2

6

8,2

5,7

7

8,9

6,1

8

9,5

6,6

9

10,1

7,0

10

10,6

7,3

Tabela 1: Zależność promienia I strefy Fresnela w funkcji długości łącza

radiowego dla systemów działających na częstotliwości 2,4 GHz oraz

5 GHz

Wybór punktu dostępowego oraz

anteny dla stacji bazowej

Przegląd dostępnych na rynku punktów
dostępowych

Przy doborze punktu dostępowego należy przed zakupem zastanowić się czy
punkt dostępowy będzie pracował w pomieszczeniu wewnątrz budynku np.
(strych ,pokój, piwnica) albo będzie pracował bezpośrednio na zewnątrz i
będzie narażony na czynniki zewnętrzne (woda, śnieg , mróz) urządzenia
mające możliwość pracy na zewnątrz są dużo droższe od standartowych
urządzeń pracujących w domach. Największym problemem jest to ze
długość kabla od anteny powinna być jak najkrótsza im większa długość
kabla tym większa strata mocy czyli najlepiej było by stosować urządzenia
znajdujące się na zewnątrz bezpośrednio zamontowane pod antena czyli
tzw. urządzenia outdoor. W swojej pracy zastosowano zwykle urządzenie bez
certyfikatu pracy na zewnątrz. Urządzenie znajduje się pod antena
bezpośrednio na dachu domu . Punkt dostępowy jest zamknięty w
hermetyczne plastikowe pudło a na zimę jest dodatkowo wkładane w
styropianowy karton aby zapewnić odpowiednią temperaturę pracy
.Temperatura pracy urządzeń pracujących w budynkach mieści się w
granicach od 0 do 50 stopni Celsjusza a urządzeń outdoor w granicach od
-20 do 50 stopni Celsjusza. Urządzenia outdoor są już tak zaprojektowane ze
nie trzeba ich montować czy dawać do pudel hermetycznych, maja one
uchwyt który można bezpośrednio przykręcić do tej samej rurki do której
przykręcona jest antena stacji bazowej.

Stacje bazowe dzielą się również pod względem możliwości:
- osiągalnych maksymalnych transferów (1Mbit obecnie do

108Mbit)

- ilością komputerów które mogą do siebie podłączyć
- szyfrowaniem danych (starsze stacje bazowe maja możliwość

szyfrowania

danych tylko kluczem WEP a nowsze maja dodatkowo klucz

WPA

- możliwość wbudowanego router, switcha
- możliwość zarządzania pasmem podziału sieci oraz separacji

uzytkowników

Ceny punktów dostępowych na polskim rynku kształtują się od

200 zł. w gore nawet do 5tys zł. Z doświadczenia można
powiedzieć ,że im droższy punkt dostępowy tym lepszy i więcej opcji
można w nim skonfigurować Z reguły do droższego punktu
dostępowego można podłączyć większa liczbę komputerów można
też powiedzieć ze punkt ten jest bardziej stabilniejszy (link quality
,singla streinght ) przy korzystaniu maksymalnej ilości użytkowników
) np. do punktu dostępowego firmy Planet można podłączyć do 25
użytkowników ale testerzy i recenzenci tego sprzętu nie polecają
podłączenia wiecie niż 15 użytkowników, po przekroczeniu tej liczby
sprzęt staje się mniej stabilny i nieznacznie spada moc sygnału.

Producenci punktów dostępowych (Access Point): Planet

,Orinoco, Dlink, LinkSys, Itec, UsRobotics, SmartBridge

Dobór anteny w zależności od oddalenia

użytkowników od stacji bazowej

Anteny na pasmo 2,4 GHz charakteryzują się zyskiem z przedziału od 7 dBi

do 24 dBi. Powszechnie stosowanym typem kabla na to pasmo jest H‑155 o

tłumienności 49,6 dB / 100 m oraz H‑1000 o tłumienności 21,5 dB / 100 m.

W paśmie 5 GHz anteny osiągają zyski energetyczne 10 dBi – 27 dBi. Są to

więc zyski nieco wyższe od pasma 2,4 GHz. Stosowanym kablem do tego

pasma jest np. CNT‑400 o tłumienności 33 dB / 100 m.

Rysunek 5: Składniki bilansu energetycznego

TSL [dBm]– poziom sygnału na zaciskach nadajnika

RSL [dBm] – poziom sygnału na wejściu odbiornika

FSL [dB] – starty sygnału w wolnej przestrzeni

GT [dBi] – zysk anteny nadawczej

GR [dBi]– zysk anteny odbiorczej

CLT [dB]– starty sygnału w przewodzie i w stykach

CLR [dB] – starty sygnału w przewodzie i w stykach

Nadajnik wysyła sygnał wielkiej częstotliwości do przyłączonego kabla z mocą

TSL [dBm]. Sygnał po przejściu do zacisków anteny nadawczej ulega stłumieniu o
wartość CLT [dB]. Antena wypromieniowując sygnał ogniskuje go uzyskując w ten
sposób efekt wzmacnia sygnału o GT [dBi]. Sygnał wielkiej częstotliwości po
zamianie na falę elektromagnetyczną propaguje w przestrzeni. Po przebyciu
odległości d [km] ulega osłabieniu o FSL [dB]. Antena odbiorcza zamieniając falę
elektromagnetyczną na sygnał w.cz. zwiększa jego poziom o GR [dBi]. Sygnał
ponownie zostaje stłumiony w kablu. Po dotarciu do odbiornika pojawia się na jego
zaciskach przyjmując wartość RSL [dBm].

RSL = TSL – CLT + GT – FSL + GR – CLR

Aby uodpornić się na zjawisko chwilowego spadku mocy sygnału wprowadza się

do obliczeń parametr FM, tj. margines na zanik. Typowa jego wartość wynosi 10 dB.

FM = RSL – RSLFM

RSLFM jest to poziom odbieranego sygnału w zaniku. Jeżeli chcemy aby

RSLFM = – 80 dBm to wymaga się aby projekt łącza radiowego był wykonany na

RSL = – 70 dBm

Naszym celem jest dobranie takich anten, aby uzyskać wymagany poziom

sygnału RSL [dBm] = – 80 dBm. Większość urządzeń WLAN’owych pracuje wtedy z

największą prędkością.

moc

nadajn

ika

[dBm]

rodzaj

kabla

długość

kabla

[m]

Zasięg łącza radiowego [km]

0,5

1

2

3

4

6

8

10

15

16

H-155

3

11,38

17,3

8

23,3

8

26,8

8

29,3

8

32,9

8

35,4

8

37,3

8

40,88

7

15,34

21,3

4

27,3

4

30,8

4

33,3

4

36,9

4

39,4

4

41,3

4

44,84

15

23,28

29,2

8

35,2

8

38,7

8

41,2

8

44,8

8

47,3

8

49,2

8

52,78

H-

1000

3

9,79

15,7

9

21,7

9

25,2

9

27,7

9

31,3

9

33,8

9

35,7

9

39,29

7

11,65

17,6

5

23,6

5

27,1

5

29,6

5

33,2

5

35,7

5

37,6

5

41,15

15

15,36

21,3

6

27,3

6

30,8

6

33,3

6

36,9

6

39,4

6

41,3

6

44,86

18

H-155

3

9,38

15,3

8

21,3

8

24,8

8

27,3

8

30,9

8

33,4

8

35,3

8

38,88

7

13,34

19,3

4

25,3

4

28,8

4

31,3

4

34,9

4

37,4

4

39,3

4

42,84

15

21,28

27,2

8

33,2

8

36,7

8

39,2

8

42,8

8

45,3

8

47,2

8

50,78

H-

1000

3

7,79

13,7

9

19,7

9

23,2

9

25,7

9

29,3

9

31,8

9

33,7

9

37,29

7

9,65

15,6

5

21,6

5

25,1

5

27,6

5

31,2

5

33,7

5

35,6

5

39,15

15

13,36

19,3

6

25,3

6

28,8

6

31,3

6

34,9

6

37,4

6

39,3

6

42,86

20

H-155

3

7,38

13,3

8

19,3

8

22,8

8

25,3

8

28,9

8

31,4

8

33,3

8

36,88

7

11,34

17,3

4

23,3

4

26,8

4

29,3

4

32,9

4

35,4

4

37,3

4

40,84

15

19,28

25,2

8

31,2

8

34,7

8

37,2

8

40,8

8

43,3

8

45,2

8

48,78

H-

1000

3

5,79

11,7

9

17,7

9

21,2

9

23,7

9

27,3

9

29,8

9

31,7

9

35,29

7

7,65

13,6

5

19,6

5

23,1

5

25,6

5

29,2

5

31,7

5

33,6

5

37,15

15

11,36

17,3

6

23,3

6

26,8

6

29,3

6

32,9

6

35,4

6

37,3

6

40,86

Zestawy abonenckie Wireless LAN

Rysunek 6: Zestaw abonencki

W sytuacji kiedy chcemy podłączyć do internetu

pojedynczych użytkowników, stosujemy tzw. zestawy

abonenckie.

W skład takiego zestawu wchodzi karta PCI lub USB z

konektorem SMA ( takiego jak w urządzeniach marki (PLANET)

, kabla niskotłumieniowego H155 lub H1000 oraz anteny - w

tym wypadku ( na zdjęciu ) anteny millenium. Taki zestaw

abonencki może współpracować zarówno z antenami

dookólnymi dostawcy internetu, jak i innym zestawem

abonenckim.

Dwa takie zestawy umożliwią połączenie dwóch

pracujących komputerów na odległość zależną od wybranych

anten

Zastosowany na zdjęciu kabel antenowy - to nisko-

tłumienny przewód H-155 charakteryzujący się niską stratą

0,4 dBi na jednym metrze. Dostępne jest wiele długości kabli

zaczynając od 2m na 21m kończąc. Straty na tak długich

odcinkach kabla rekompensujemy zyskiem anteny -

dobierając odpowiednio mocną wraz ze wzrostem długości

kabla.

Konfiguracja karty sieciowej do

współpracy z punktem dostępowym

Gdy odpowiednio według instrukcji w punkcie 5.3

skonfigurowaliśmy punkt dostępowy oraz swoja

antenę „wycelowaliśmy” w antenę stacji nadawczej

sprawa połączenia z nim jest już wiele prostsza.

Zazwyczaj instalujemy aplikacje do obsługi

bezprzewodowej karty sieciowej i uruchamiamy ja

następnie dajemy opcje wyszukania dostępnych sieci

bezprzewodowych i karta pokazuje nam dostępne

sieci które są w naszym zasięgu, następnie

zaznaczamy interesującą nas sieć i dajmy „connect”.

Urządzenie pobiera automatycznie wysztkie

ustawinia jakie powinny być czyli (nazwa punktu

gdzie się chcemy podłączyć ,numer kanału szybkość

połączenia itp.)

Rodzaje kabli i złącz stosowanych w

bezprzewodowych sieciach komputerowych

Większość urządzeń WLAN wyposażana jest w złącze SMA‑RP,
podczas gdy anteny zewnętrzne mają złącza N. Stosując kabel
H‑155 z jednej strony należy go zakończyć wtykiem SMA‑RP a z
drugiej strony odpowiednim wtykiem męskim lub żeńskim w
zależności od anteny. Jeżeli nie posiadamy zaciskacza, powinniśmy
wybrać wtyk zakręcany. Preferowane są jednak złącza zaciskane ze
względu na ich solidność.

wtyk zaciskany

wtyk zakręcany

Oprócz zaciskacza, potrzebna jest także

lutownica.

Wtyki / gniazda na kabel H-155 typu N

Zaciskane

Zakręcane

Wtyk męski

Gniazdo

żeńskie

Wtyk męski

Gniazdo

żeńskie

----------------------------

W przypadku H-1000, który jest grubszym kablem

niż H-155, należy użyć konektora SMA-RP na łącze N

(nie da się założyć wtyku SMA-RP na kabel H-1000).

 

Rysunek 7: Konektory antenowe wtyk SMA RP/ wtyk,

gniazdo N na przewodzie H‑155

Wtyki / gniazda na kabel H-1000 typu N

Zaciskane

Zakręcane

Wtyk męski

Gniazdo

żeńskie

Wtyk męski

Gniazdo

żeńskie

Rysunek 8: Sposób zarabiania kabla H155.

Źródła programów (skryptów) do

zarządzania ruchem w sieci

Są to trzy źródła programów (skryptów) do
zarządzania ruchem w sieci. Źródła są napisane od
interfejs eth0 do podziału uploadu, interfejsu eth1
jest to program do podziału downloadu dla każdego
użytkownika za pomocą tego skryptu administrator
systemu może przypisać dowolna wartość z jaka
użytkownik może ściągać dane z internetu. Trzeci
skrypt (eth1-noc) jest to skrypt głownie włączany
w nocy jest to skrypt uruchamiający cala
przepustowość łacza.

Wnioski

Zauważyliśmy, że komputer który wykorzystaliśmy do zastosowania jako

router musi mieć ponad 24mega bajów pamięci operacyjnej ponieważ skrypty

graficzne generujące wykresy obciążenia , ruchu na sieci wymagają większej

ilości pamięci. Gdy nie mamy tej wymaganej ilości pamięci system staje się

mniej wydajny i jest wykorzystywana tzw. pamięć dysku twardego.

W instalacji sieci bezprzewodowych doszliśmy do wniosku , że nie jest

najważniejsza moc zastosowanych anten ale widoczność anten, punkt bazowy

powinien być zamontowany na jak najwyższym punkcie tak aby antena

nadawcza była widoczna dla każdej anteny klienckiej. Jedynie przy małych

odległościach można się zdecydować na zamontowanie anteny w celu

przetestowania zestawionego łącza.

Skrypty podziału łącza internetowego są odpowiedzią na problem

powstały gdy jeden użytkownik zaczyna pobierać dane z szybkiego serwera

FTP i ma maksymalny transfer a reszcie użytkownikom z ledwością otwierają

się strony WWW. Program do podziału łącza tzw. skrypty też maja swoja wadę

bo gdy jest ustawiony tryb dzienny a na do sieci zalogowany jest jeden

użytkownik to nie może on przekroczyć danego transferu ustawionego w

skrypcie a w tym przypadku gdy jest jeden to mógłby wykorzystać cala

prędkość łącza. Zamierzamy w przyszłości stworzyć skrypt który będzie

sprawdzał ilu użytkowników zalogowanych jest do sieci i w zależności od tej

ilości będzie uruchamiał odpowiedni skrypt, w skrócie wyglądało by to tak gdy

do sieci zalogowany jest jeden użytkownik skrypt sprawdza np. poprzez

fingowanie adresowi p użytkowników i uruchamia skrypt pozwalający na

uzyskanie pełnej przepustowości łącza.