Зачем осуществлять инспектирование WiFiсетей
 Скачать 0.8 Mb.
|
|
| | Пассивные инспектирования | Активные испектирования | Предиктивные инспектирования |
| Когда проводить | Рекомендуется для любых проектов. Наиболее всесторонний тип инспектирования, предоставляющий информацию о самых важных параметрах и характеристиках сети Wi-Fi. | По желанию. Проводите при необходимости получения данных о реальной пропускной способности сети Wi-Fi. | По желанию. Проводите до развертывания сети Wi-Fi для планирования и симулирования характеристик сети. |
| Как осуществляется сбор данных | Программа производит пассивный сбор пакетов и не осуществляет соединений с сетью Wi-Fi. | Программа осуществляет подключения к выбранным пользователем беспроводным сетям посредством Wi-Fi адаптера для измерения фактической производительности сети и некоторых других параметров | Сбора реальных данных на объекте не проводится. Данные симулируются исходя из виртуального окружения, созданного пользователем |
| Доступные типы визуализаций | Уровень сигнала Отношение сигнал / шум Отношение сигнал / интерференция Зоны покрытия ТД Количество ТД Ожидаемая физ. скорость Формат фрейма Ширина канала Требования | Реальная физ. скорость Исходящая скорость TCP Входящая скорость TCP Исходящая скорость UDP Входящая скорость UDP Исходящие потери UDP Входящие потери UDP Время приема-передачи (RTT) Ассоциированная ТД Требования | Аналогично пассивным инспектированиям |
Недостатки:
База данных объктов носит достаточно общий характер
Невозможно вводить новые объекты
Необходимо формировать чертеж здания в пакете
Недостаточно категорий помех
Необходимость информации о функционировании сети и состав оборудования
Закрытость расчетов
Избыточная информация инспектирования
Система не самообучающая
Достаточно большой объем исходной информации (протоколы, инфопакеты, средняя загрузка сети и. т.д.).которая носит достаточно субъективный характер.
Наличие сетевого анализатора, далеко не самого лучшего.
Высокая стоимость.
В этой части статьи докладе речь пойдет о тестировании Wi-Fi оборудования в условиях реального жилого здания и о том, как влияют технически характеристики оборудования на топологию сети. При тестировании использовалось оборудование работающее в стандарте 802.11g. Тестирование оборудования проводилось в здании общежития №1 на ул. Ротной. Оборудование, используемое в работе, никаким образом не дорабатывалось, и его заводские настройки не менялись! Вся работа проводилась с целью найти наилучшее расположение точек доступа, что бы выбрать топологию сети (с учетом особенностей данного задания) и обеспечить наибольший комфорт пользователей в использовании радио-сети!
В таблице 1 представлены диапазоны частот используемые радио-сетями.
Таблица 1
В Wi-Fi устройствах, данные передаются в диапазоне 2,4 ГГц со скоростью до 100 Мбит/с и более. В полосе частот 2,400-2,48354 ГГц можно организовать до 14 каналов. В качестве примера на рис. 1 показан частотный план с тремя не перекрывающимися по полосе каналами: 1 (2,412 ГГц), 6 (2,437 ГГц) и 11 (2,462 ГГц). При такой расстановке удается не только снизить взаимные помехи между каналами, но и упростить управление.
Почему 2,4 ГГц?! Потому, что для этого диапазона, как и для большинства других, по российскому законодательству необходимы регистрация и разрешение на каждое приемное и передающее устройства. Создатели многих мелких локальных сетей, не использующие мощные усилители или большие внешние, полагают, что если уровень фоновых помех в месте установки сети низкий, то можно работать без специального разрешения. В любом случае все оборудование сертифицировано, а частота 2,4 ГГц является общепринятой для коммерческих устройств передачи данных. В качестве оборудования использовались: ноутбук с WI-FI модемом, роутер D-Link, подключенный к внутренней проводной ЛВС с выходом в ИНТЕРНЕТ, прикладное ПО.
Результаты практических измерений
Специалистами были произведены замеры дальности устойчивой радиосвязи и максимальной дальности между приемно-контрольным прибором и извещателем для каждого из рассматриваемых диапазонов. Результаты показаны на рис. 2–4. Дальность устойчивой радиосвязи – расстояние, при котором энергетический запас на быстрые и медленные замирания между приемно-контрольным прибором и извещателем не меньше 20 дБ (на рисунках отмечено зеленой заливкой).
На рис. 2и 3 представлены результаты тестирования:
- Зависимость скорости передачи данных от номера канала.
- Зависимость общей загрузки сети от выбранного канала.
- Зависимость соотношения сигнал/шум от номера канала.
В разных режимах: Super G – Disable, Super G - without Turbo.
В разных режимах и в разных условиях скорости передачи и загрузка сети по разным каналам отличаются.
Также тестировались методы загрузки файлов: например, большого файла одним компьютером с другого или много файлов одним компьютером с нескольких компьютеров.
Зависимость мощности сигнала от вида помехи.
К сожалению, радиоволны с частотой 2,4 ГГц, на которой работают WLAN-устройства, в отличие от волн большей длины, практически не способны огибать препятствия. Почти все, что встречается на пути распространения волны, будь то листва деревьев или фонарный столб, поглощает радиоизлучение, кирпичные, бетонные и железобетонные стены являются серьезным, хотя и преодолимым препятствием.
Зависимость мощности сигнала от вида динамической помехи.
Зависимость соотношения сигнал/шум на 3 и 4 этажах.
Идеальные условия: точка доступа (access point) и клиент находятся на столе, на расстоянии полуметра. Уровень сигнала и соотношение сигнал/ шум — отличные! Несмотря на простоту и очевидность эксперимента, он важен, т. к. показывает уровень шумов. Если он составляет около –97 дБ, как в нашем случае, значит, рядом нет никаких устройств, излучающих на частоте 2,4 ГГц. Если шумы не превышают –65 — –70 дБ, то это всего лишь повышенный фон, который несколько снижает радиус соединения. Если уровень шумов превышает –60 дБ, то дело обстоит хуже — в окрестностях уже работают устройства на частоте 2,4 ГГц. Однако внешние направленные антенны допускают работу в таких условиях. При уровне помех выше –40 — –30 дБ шансы на работоспособность сети резко падают. Если же уровень шумов достигает –6 дБ (в центре Москвы такое не редкость), то необходимо искать альтернативные способы соединения.
Дальность работы
Работа радиоустройств с шумоподобными сигналами на гигагерцовых частотах зависит от очень большого количества факторов. Факторы эти просто не реально точно учесть в теории. Поэтому никто не сможет сказать точно, на какой скорости и на каком расстоянии будут работать те или иные устройства.
Исходя из всего вышеперечисленного можно только совершенно точно сказать что при увеличении расстояния скорость передачи будет уменьшаться.
Теоретически можно добиться работы оборудования стандарта 802.11g на скорости 54Мбит/с и на удалении друг от друга в несколько километров, но для этого придется использовать СВЧ кабель, направленные антенны и усилители, что приведет к увеличению в несколько раз стоимости проекта.
Рекомендуем ориентироваться на уровень сигнала и его качество.
На дальность связи влияют в основном:
- скорость передачи
- мощность сигнала на выходе радиоустройства
- длина антенного кабеля
- коэффициент усиления антенны
- удаленность до другого радиоустройства
- наличие препятствий (стекла, листья, стены и т.п.)
- чистота эфира и т.д.
Не пытайтесь выяснить в службе тех. поддержки, с какой скоростью заработает радиолинк из Вашего окна в окно друга в соседнем доме. Отвечать на такие вопросы очень тяжело, тем более без обследования места установки оборудования. Единственный способ это узнать – провести эксперимент: включить устройства и померить.
Так, например, летом Ваш радиолинк сквозь оконные стекла действительно может работать замечательно, но зимой, когда стекла обледенеют, может перестать работать совсем.
Итак, самое главное: ПРЯМАЯ ОПТИЧЕСКАЯ ВИДИМОСТЬ и чистота эфира (наличие других устройств работающих в том-же самом частотном диапазоне). Все остальные факторы можно так или иначе скомпенсировать.
Есть два типа оборудования - для внутреннего и внешнего применения. Они различаются выходной мощностью.
Точка доступа DWL-1700AP (выходная мощность 50 мВт) НЕ РАБОТАЕТ КАК МОСТ!!!
Маршрутизатор DWL-1750 (выходная мощность 200 мВт) НЕ РАБОТАЕТ В ИНФРАСТРУКТУРНОМ РЕЖИМЕ!!!!
Все остальные устройства для ВНУТРЕННЕГО применения и у них соответствующая выходная мощность – 32 мВт
Как правило, при двусторонней связи одна и та же антенна может быть использована как для приёма, так и для передачи сигнала. Любая антенна с равной эффективностью поставляет энергию из окружающей среды к принимающим терминалам и от передающих терминалов в окружающую среду (предполагается, что для приёма и передачи используется одна частота). Другими словами, характеристики антенны одинаковы для процессов получения и передачи электромагнитной энергии.
Диаграммы направленности
Антенны излучают энергию во всех направлениях. Однако в большинстве случаев эффективность передачи сигнала для различных направлений неодинакова. Наиболее распространённым способом определения эффективности антенны является диаграмма направленности, которая представляет собой зависимость излучающих свойств антенны от пространственных координат. Самый простой случай диаграммы направленности соответствует идеальному случаю так называемой изотропной антенны. Под изотропной антенной (по сути это идеализированная всенаправленная антенна) понимают точку в пространстве, которая излучает энергию одинаково во всех направлениях. Диаграмма направленности для изотропной антенны представляет собой сферу, центр которой совпадает с положением антенны. Как правило диаграммы направленности антенн представляются как два двухмерных поперечных сечения трёхмерной диаграммы: горизонтальное сечение (H-plane) и верикальное сечение (V-plan). Подобная диаграмма для антенны типа YAGI - D-Link ANT24-1201 представленна на следующем рисунке:
| Горизонтальная ДНА (H-plane) | Вертикальная ДНА (V-plane) |
 |  |
Расстояние от антенны до любой точки диаграммы направленности прямо пропорционально энергии, которая была излучена антенной в данном направлении. Из данной диаграммы видно, что D-Link ANT24-1201 является направленной антенной и что угол её основного лепестка как в горизонтальном так и в вертикальном сечении равен примерно 50°.
Коэффициент усиления антенны
Вопреки распростанённому заблуждению антенны ничего не усиливают :)) .Коэффициент усиления является мерой направленности антенны. Чаще всего, данный параметр определяется как отношение мощности сигнала, излучённого в определённом направлениии, к мощности сигнала, излучаемого идеальной ненаправленной (изотропной) антенной в любом направлении. Если, например, коэффициент усиления антенны равен 3 dBi, это означает, что её сигнал сильнее сигнала изотропной антенны в данном направлении на 3 дБ (в 2 раза). Увеличение мощности сигнала в одном направлении влечёт за собой уменьшение мощности в других направлениях. Необходимо отметить, что коэффициент усиления характеризует направленность сигнала, а не увеличение выходной мощности по отношению к входной (как это может показаться из названия), поэтому данный параметр часто ещё называют коэффициентом направленного действия. Этот параметр напрямую связан с диаграммой направленности антенны.
Примерно рассчитать дальность работы беспроводных устройств можно по следующей методике.
Упрощенная методика расчета СВЧ радиолиний 2.4GHz
Методика расчета дальности "радиолинка". Эта методика позволяет определить теоретическую дальность работы беспроводного канала связи, построенного на оборудовании D-LINK (и не только) стандартов 802.11 B и G. Следует сразу отметить, что дальность получаемая по формуле - максимально достижимая теоретически, а так как на беспроводную связи влияет множество факторов, получить такую дальность работы, особенно в черте города, увы, практически невозможно.
Для определения дальности связи необходимо рассчитать суммарное усиление тракта и по графику определить соответствующую этому значению дальность. Усиление тракта в дБ определяется по формуле:
где:
- мощность передатчика;
- коэффициент усиления передающей антенны;
- коэффициент усиления приемной антенны;
- реальная чувствительность приемника;
- потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах передающего тракта;
- потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах приемного тракта.Давайте разберем каждый параметр на примере:
- мощность передатчика - мощность беспроводной точки доступа или адаптера в dBbm. Эту информацию Вы можете найти в спецификации на оборудование. Для оборудования D-LINK это от 15 dBm для обычных точек доступа и карт и до 25 dBm для оборудования во внешнем исполнении серии DWL-17xx - коэффициент усиления передающей антенны (dBi). D-LINK предлагает антенны для внешнего и внутреннего использования от 4 до 21 dBi. - коэффициент усиления приемной антенны - тоже что и но "на другой стороне" радиолинка. - чувствительность приемника, которую Вы также можете найти в спецификации на оборудование. Чувствительность приемника зависит от скорости на котором работает оборудование и задается со знаком "минус". Например DWL-900AP+ имеет чувствительность при скорости 11Mbps: в -79 dBm (minimum) , - потери коаксиальном кабеле и разъемах приемного или передающего тракта. Рассчитать потери можно следующим образом: предлагаемый нами кабель BELDEN 9880 имеет затухание 0,24 dB/m т.е. при 10-метровой длине кабеля затухание в нем составит 2,4 dB. Также следует прибавить к потерям по 0,5 - 1,5dB на каждый разъем. Итого 10-метровый кабель между антенной и точкой доступа имеет потери 2,4+2*1,5=5,4 dB. Предположим, что мы имеем две точки доступа DWL-900AP+ , две широконаправленные антенны ANT24-0801, каждая точка подключается к своей антенне 10-метровым кабелем.
= 15 dBm ; = 8 dBi; = 8 dBi; = -79 dBm; = 5.4 dB; = 5.4 dB; = 15+8+8-(-79)-5.4-5.4=99.2 dB.По графику (красная кривая для 2.4 GHz) определяем соответствующую этому значению дальность. Получаем дальность равную 300 метрам.
Напомню, что мы проводили расчет для скорости 11 Mbps. При скорости 1 Mbps:
= -89 dBm; тогда: = 15+8+8-(-89)-5.4-5.4=109.2 dB.По графику (красная кривая для 2.4 GHz) определяем соответствующую этому значению дальность. Получаем дальность равную 1000 метрам.
Примеры применения и основные настройки.
Подключение беспроводных клиентов к существующей проводной сети. Организация Hot-spot.
Этот режим предназначен только для организации беспроводной сети и связи беспроводных клиентов с существующей проводной сетью.
Если необходимо осуществить подключение мобильных клиентов к уже имеющейся проводной сети необходимо выполнить следующие действия:
С помощью ноутбука оснащенного беспроводным адаптером определяем наличие ранее установленных беспроводных сетей в непосредственной близости от планируемой сети. Определяем зоны покрытия этих сетей (если они есть) и каналы на которых работают ТД в них. Это необходимо для того чтобы правильно расставить каналы на своих устройствах.
Определить необходимое количество точек доступа исходя из эксперимента. Берем ТД, ноутбук с беспроводной карточкой. Устанавливаем ТД и перемещаясь по зданию, определяем (с помощью встроенных индикаторов качества линка) зону покрытия этой точки. Повторяем процедуру для всех мест где необходимо обеспечить подключение. Кроме того, помним, что на каждую ТД должно приходится не более 10-12 мобильных пользователей.
Установить точки доступа в помещениях с учетом наилучшего покрытия и каждую подключить в проводную сеть. При этом лучше всего обеспечить 50% перекрытие зон.
Настроить точки доступа следующим образом. У каждой точки доступа должен быть уникальный IP-адрес, уникальное имя, но ОДИНАКОВОЕ имя сети (SSID, желательно сменить значение по умолчанию на что-нибудь типа «Net-for-office»). Если позволяет прошивка точки, отключить вещание SSID. Кроме того, каналы на ТД, зоны действия которых перекрываются, должны быть непересекающимися. Это значит, что граничить друг с другом могут только ТД с каналами 1, 6, 11 (имеется в виду сеть 802.11b или 802.11g) Скорость на ТД можно поставить в режим Auto, либо ограничить. Режим работы, – инфраструктурный
Такое расположение точек доступа является одним из наиболее оптимальных. И практически в любом месте здания обеспечен хороший доступ к сети!Теперь давайте сравним полученные величины с результатами практических измерений в здании.
Максимальная дальность – расстояние, при котором за период контроля приемно-контрольный прибор принимает хотя бы один тестовый сигнал от извещателя (отмечено коричневой заливкой).
Итоги сравнения
1. Теоретическая оценка радиосвязи (представленная в статье "Радиоканальные системы сигнализации. Проектирование и расчет дальности действия" в журнале "Системы безопасности", №2, 2010) подтверждается реальными измерениями. Для частоты 2,4 ГГц измеренная дальность получилась меньше расчетной. Это объясняется тем, что толщина бетонных стен в здании равна 10 см, что является предельной толщиной проникновения для указанного диапазона.
Частота 2,4 ГГц подходит лишь для небольших объектов.