Автор: Помаскин А.А.
Источник: Сборник трудов XVIII Международной молодежной научной конференции СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ — 2017, г. Ухта, УГТУ, 2017 г.
Наибольшее развитие в последние десятилетия получили информационные технологии. Невозможно представить себе современный мир без средств связи и в частности без телефонных и компьютерных соединений. Уровень экономического развития страны во многом зависит от владения передовыми технологиями в этой области знаний. В нашей стране все большее развитие получают телекоммуникации, открывающие очень широкие возможности в области связи.
Информатизация образования - одно из главных направлений информатизации в современном мире. Образование является важным этапом нашей жизни, поэтому необходимо подходить к нему с должным уважением и знанием дела. Процесс обучения должен развиваться и совершенствоваться.
Стремительное развитие информационных технологий позволяет применять их в образовательной сфере уже сегодня. Сейчас почти в каждой аудитории присутствует проектор, который позволяет визуализировать подачу информации, тем самым повышая качество и эффективность обучения студентов.
Компьютеры используются для различных задач, таких как выполнение практических и лабораторных работ, изучения программ, утилит, операционных систем и т.д. Интернет – неотъемлемая часть образования также, поэтому внедрение данной технологии является приоритетной
К задачам относится построение беспроводной сети для студентов и преподавателей. Целью работы является разработка беспроводного доступа к информационным ресурсам учебного заведения с ограниченным доступом во внешнюю сеть.
Информация - основа всего образования, ведь именно этим оперируются все образовательные учреждения, однако единого информационного пространства не добился никто, поэтому построение сети столь актуально.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить ряд задач:
Объектом проектирования является беспроводная сеть предоставления услуг. Выбор технологий будет осуществляться исходя из критериев качества обслуживания, степени сообщения аппаратуры, ее надежности. Требования к экономическим показателям нужно учитывать при выборов аппаратуры. Объект проектирования - четырехэтажное учебное заведение, расположенное в центре города Донецка. Здание является одним из корпусов государственного технического университета. Строительство было начато в 1986 году. В нем находятся 47 учебных аудиторий, на первом этаже – 6, на втором – 14, на третьем 16, на четвертом – 11. Ширина здания – 18 м., длина – 80 м., высота – 12 м. Общая площадь составляет 1,4 тыс.м^2.
Для проектирования сети сначала нужно оценить вероятное количество подключений, рассчитать потребности пользователей в пропускной способности и оценить общую пропускную способность, которая требуется от сети.
В данном учебном заведении существуют беспроводные сети, которые используются преподавателями и руководством для рабочих целей, однако они не предназначены для студентов. Беспроводное оборудование не охватывает все здание, а лишь покрывает его малую часть.
Целью работы является разработка беспроводного доступа для студентов и преподавателей к информационным ресурсам учебного заведения с ограниченным доступом во внешнюю сеть. Т.е. выход в глобальную сеть будет под паролем, и доступ будет только у преподавателей. Это обеспечит покрытие всего здания беспроводной сетью, а также доступ к информации, необходимой в ходе учебного процесса, такой как книги, методические указания и другие учебные материалы. Также будет настроена взаимосвязь «студент-преподаватель». Студент сможет сбрасывать на сервер свои выполненные задания, лабораторные работы, курсовые проекты и т.д., а преподаватель их проверять и оценивать, что значительно ускорит обучение.
Задачей данной работы является проведение модернизации существующей сети с последующим ее расширением, а также настройка базы данных и списков доступа. Определение количества абонентов, принцип доступа к сервису, расчет трафика сети, повышение качества связи, устранение проблем с распространением сигнала и подключением абонентов к базе данных. Повышение качества предоставляемых услуг.
Абонентский состав составляет около 980 человек. Из которых 70 работники учебного заведения, остальные – студенты. Расчет активности абонентов будет проведен позднее, однако предварительно можно предположить, что услугой будут пользоваться примерно 35% от общего числа, что составляет 343 абонента.
В мае 2015 г. Был утвержден стандарт 802.11ac, который имеет канал шириной 80 МГц и обеспечивает скорость беспроводной передачи до 1300 Мбит/с.
Весной 2015 г. на рынке появились первые устройства стандарта 802.11ac Wave 2. Этот стандарт имеет скорость передачи данных до 3,47 Гбит/сек, более широкий канал связи (160 МГц) и использует программную технологию Multi-User MIMO. Алгоритмы MU-MIMO обеспечивают передачу нескольких потоков данных разным пользователям, а не последовательно от пользователя к пользователю, как в обычной технологии SU-MIMO.
Преимуществом нового стандарта Wi-Fi является более широкий диапазон сетевого покрытия и более сильный и стабильный сигнал, который дает возможность покрыть помещение, используя только один маршрутизатор. Данные улучшения были достигнуты за счет используемой технологии формирования луча (так называемый "бимформинг") - которая способна распознавать местоположение установленного устройства и пускает Wi-Fi сигнал прямо на это устройство. Данная технология позволит значительно увеличить качество сигнала, что обеспечит стабильную работу, независимо от того как далеко Вы находитесь от источника.
Для построения сети доступа к информационным ресурсам выбрана технология Wi-Fi и стандарт 802.11ас, т.к. он имеет характеристики, удовлетворяющие потребностям проектирования: большую скорость беспроводного соединения и радиус действия, а также выдерживает большую нагрузку на сеть. По сравнению со стандартом 802.11n, он лучше работает с большим количеством абонентов, подключенных к одному роутеру.
BeamForming, или Transmit BeamForming (TxBF) - технология, основанная на эффекте интерференции волн, когда две или более волны накладываются друг на друга, в результате чего в некоторых местах наблюдается усиление результирующей волны, а в других местах - ее ослабление.
Радиоволны, которые передаются из разных антенн (точнее - передатчиков) точки беспроводного доступа, в каждой точке пространства накладываются друг на друга. Соответственно, в пространстве есть такие места, где наложение амплитуд волн дает максимальный уровень сигнала (интерференционный максимум), а есть такие места, где амплитуды противоположные - сигнал здесь будет минимальным (интерференционный минимум).
Без использования Tx BeamForming все передатчики точки беспроводного доступа излучают синфазные сигналы. В таком случае клиентское устройство может оказаться как в местонахождении с максимальным уровнем сигнала, так и в местонахождении с минимальным сигналом. При использовании технологии Tx BeamForming один из передатчиков задает «базовые» колебания волны, а другие передатчики «подстраивают» свой сигнал путем фазового сдвига таким образом, чтобы суммарная амплитуда сигналов от всех антенн точки беспроводного доступа была максимальной непосредственно в местонахождении приемной антенны клиентского устройства. Таким образом производительность беспроводной сети улучшается.
Для работы Tx BeamForming точка беспроводного доступа обменивается с клиентом служебной информацией о состоянии среды с помощью механизма, называемого sounding (зондирование). Точка беспроводного доступа (beamformer) отправляет анонс NDPA (NDP Announcement) с информацией о том, кому этот анонс назначен. Далее beamformer отправляет пакет NDP (Null Data Packet) и ожидает в ответ отчет от клиентского устройства. Исходя из информации в этом отчете, точка беспроводного доступа вычисляет нужны фазовые сдвиги сигналов, излучаемых из разных ее антенн, для создания интерференционного максимума именно в месте расположения этого конкретного клиентского устройства.
В статье проведен анализ учебного заведения и абонентского состава, для которого проектируется сеть. Поставлены цели и задачи работы, а также выбран стандарт беспроводной технологии.
1. 802.11ac: что нам нужно знать о новом стандарте Wi-Fi [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://habrahabr.ru/post/149806/
2. Компьютерные сети. 4-е изд. / Э. Таненбаум. — СПб.: Питер, 2003. — 992 стр..
3. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Учебник для ВУЗов. 4-е издание / Олифер В.Г. – Изд-во: Питер, 2015. – 960 стр.