UA   EN
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Человек в современном мире активно взаимодействует с информацией в информационной среде, которая одновременно является источником новых сведений, средством преобразования различных данных. Из информационной среды человек постоянно получает новые знания, сам создаёт новые знания и помещает их в информационную среду. Развитие технического прогресса позволяет собирать информацию с помощью технических устройств.

Стандарт Wi-Fi разработан на основе IEEE 802.11 и используется для широкополосных беспроводных сетей связи. Изначально технология Wi-Fi была ориентирована на организацию точек быстрого доступа в Интернет (hotspot) для мобильных пользователей. Технология Wi-Fi изначально стала стандартом, которого придерживаются производители мобильных устройств. Постепенно сети Wi-Fi стали использовать малые и крупные офисы для организации внутренних сетей и подсетей, а операторы создавать собственную инфраструктуру предоставления беспроводного доступа в Интернет на основе технологии Wi-Fi. Таким образом, в настоящее время сети Wi-Fi распространены повсеместно и зачастую имеют зоны покрытия целых районов города [1].

В некоммерческую организацию Wi-Fi Alliance, которая развивает стандарт Wi-Fi, входят более 400 производителей беспроводного оборудования по всему миру. Разработкой самого стандарта занимается Институт инженеров электроники и электротехники, однако они не проводят тестирование различных устройств с этим стандартом. Эта организация, скорее, создает стандарт технологии и принципов ее использования, которые должны быть одинаковыми по всему миру [2].

1. Актуальность темы

Используя беспроводные сети, можно собирать, анализировать и визуализировать различные данные с датчиков, сенсоров и камер наблюдения. Такая необходимость возникает в автомобильной, морской и аэрокосмической отраслях, где часто требуется беспроводная передача данных от тестируемых транспортных средств к базовым станциям или между двумя движущимися транспортными средствами. Технология Wi-Fi также часто используется в промышленности и производстве для управления измерениями или для анализа дистанционных измерений. Быстрое развитие технологий привело к тому, что многие из тех, кто специализировался на беспроводной технологии, увеличили производительность и получили инвестиции и прибыль [3]. Потребность в универсальном устройстве для сбора и анализа данных подтверждает актуальность данного исследования. Визуализация собранных данных является важной частью для улучшения качества обслуживания различных сервисов, поскольку это облегчает процесс анализа для человека.

2. Цель и задачи исследования

Целью магистерской диссертации является улучшение качества сбора, анализа и визуализации данных беспроводных сетей путем разработки аппаратного модуля сбора данных в сети Wi-Fi.

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:

  1. выполнить анализ существующих WLAN-сетей;
  2. провести обзор и анализ существующих технических решений для реализации системы;
  3. исследовать способы решения и определить наилучший способ для разработки аппаратного модуля сбора данных;
  4. выполнить разработку и тестирование аппаратного модуля сбора данных в сети Wi-Fi;
  5. исследовать его характеристики.

3. Анализ существующих WLAN-сетей

Существует несколько разновидностей WLAN-сетей, которые различаются схемой организации сигнала, скоростями передачи данных, радиусом охвата сети, а также характеристиками радиопередатчиков и приемных устройств. Наибольшее распространение получили беспроводные сети стандарта [4]: IEEE 802.11b; IEEE 802.11g; IEEE 802.11n; IEEE 802.11ac; IEEE 802.11ax.

Сравнительная характеристика WLAN-сетей стандарта IEEE

Таблица 1 – Сравнительная характеристика WLAN-сетей стандарта IEEE

Пример структурной схемы использования беспроводной сети для сбора данных с различных устройств приведен на рисунке 1.

На схеме представлены два устройства, к которым присоединены датчики через интерфейс RS-232, а датчики передают информацию на конечное устройство (планшет) используя беспроводные сети.

Пример структурной схемы использования беспроводной сети для сбора данных с различных устройств

Рисунок 1 – Пример структурной схемы использования беспроводной сети для сбора данных с различных устройств

4. Внедрение и сопровождение систем управления, мониторинга и анализа данных в Wi-Fi сетях

Необходимость анализировать, мониторить и обрабатывать различный трафик в локальных вычислительных сетях и различных системах появилась в начале 2000-х годов. С тех пор различные мировые компания активно создают и успешно развивают системы учета трафика в локальных сетях, биллинговые системы для операторов связи, проекты в сфере сетей связи, виртуализации, ЦОД.

Рассмотрим использование программных продуктов для обслуживания беспроводных систем на примере решений, предложенных компанией «Нетамс», которая предлагает линейку из нескольких продуктов ПО [5]:

WNAM (Wireless Network Access Manager) – специализированное программное обеспечение для управления пользователями беспроводных сетей. Основная его задача состоит в обеспечении идентификации гостевых пользователей Wi-Fi в соответствии с требованиями законодательства (СМС, звонок, «Госуслуги», ваучер). WNAM предназначен для установки в сети без использования «облачных сервисов» и их франшиз; таким образом обеспечивается надежное хранение собранных данных, и полное управление вами собственной службой Wi-Fi идентификации. Использование WNAM не предусматривает периодической оплаты за сервис, и дополнительных отчислений (кроме оплаты СМС, на ваш выбор). WNAM интегрируется с вашим беспроводным оборудованием или маршрутизаторами доступа, при этом напрямую поддерживаются все типы бытовых, офисных и промышленных Wi-Fi систем без необходимости установки дополнительных устройств. Помимо функций авторизации (идентификации) Wi-Fi абонентов, Wireless Network Access Manager имеет гибкую систему настроек, конструкторы демонстрируемых абонентам страниц, возможность демонстрации статической и таргетированной рекламы, проведения опросов, использования профилей социальных сетей, развитую систему построения отчётов. С технической точки зрения WNAM устанавливается на физический или виртуальный Linux-сервер, имеет удобный веб-интерфейс, хранит все данные в базе данных, поддерживает отказоустойчивую кластерную конфигурацию.

Одна из возможных схем работы приведена на рисунке 2.

В этой схеме приведено обслуживание значительного числа площадок (локаций) предоставления Wi-Fi, в каждой из которых установлен маршрутизатор Mikrotik со встроенной точкой доступа, либо несколько точек доступа за маршрутизатором Mikrotik. Последний выполняет функции хотспота (портала перехвата) и обеспечивает взаимодействие беспроводных абонентов с серверов авторизации WNAM. Для удобства администрирования каждый из маршрутизаторов связан VPN-сетью с центральным узлом вашей сети.

Одна из возможных схем работы WNAM

Рисунок 2 – Одна из возможных схем работы WNAM

(анимация: 12 кадров, непрерывные повторения, 186 килобайта)

WNAM Quality of Wireless – это программно-аппаратный комплекс по активному и независимому мониторингу всех аспектов состояния пользовательской беспроводной сети. Он состоит из аппаратного сенсора WNAM QoW Sensor и облачного серверного программного обеспечения WNAM QoW Server, управляющего парком таких сенсоров.

WNAM Radar – инструмент сбора данных через Wi-Fi. Все посетители носят смартфон, беспроводной модуль которого постоянно ищет «знакомые» сети, отправляя специальные радио-запросы. Собирая их при помощи WNAM Radar, можно [6]:

WNAM Devices — специализированное программное обеспечение для управления оборудованием беспроводных сетей Wi-Fi: точками доступа и контроллерами. WNAM Devices поддерживает контроллеры Cisco, Huawei, Ruckus, дистанционное управление конфигурацией и обновление прошивки и клиента ТД, дистанционный мониторинг и уведомления, полную интеграцию с системой WNAM для построения гостевых Wi-Fi сетей масштаба страны, централизованное управление радиоэфиром и роумингом на площадке, редактирование конфигураций через веб и через API (внешней системой, например WNAM или CRM)

Таким образом, компания предоставляет различные решения по внедрению и сопровождению систем управления, мониторинга и анализа данных в Wi-Fi сетях для различных видов бизнеса, операторов связи и рекламодателей.

5. Обзор аппаратных средств для обмена информацией в сети

Для построения схемы взаимодействия между устройствами и системой, которая занимается анализом, мониторингом и обработкой различного трафика в локальных вычислительных сетях и различных системах используется следующее оборудование:

Контроллеры Cisco WLC (wireless lan controller) обеспечивают централизованное управление, конфигурирование и устранение неполадок в масштабных сетях поставщиков услуг. Устройство поддерживает несколько режимов развертывания на одном контроллере. Контроллер обеспечивает исключительную видимость трафика приложений с использованием технологии Cisco Application Visibility and Control [7].

Маршрутизатор – это устройство сетевого уровня эталонной модели OSI, использующее одну или более метрик для определения оптимального пути передачи сетевого трафика на основании информации сетевого уровня. Маршрутизатор, прежде всего, необходим для определения дальнейшего пути данных, посланных в большую и сложную сеть. Пользователь такой сети отправляет свои данные в сеть и указывает адрес своего абонента. Данные проходят по сети и в точках с разветвлением маршрутов поступают на маршрутизаторы, которые устанавливаются в таких точках [8]. Маршрутизаторы Mikrotik это высокотехнологичные и надежные устройства, обладающие различными технологиями и возможностями, CLI и Web интерфейсами для индивидуальной настройки и могут быть использованы для решения различных задач на разных уровнях.

Контроллеры Ruckus, Huawei решают минимизированные проблемы совместимости управления и контроль проводных и беспроводных корпоративных сетей, обширный портфель решений для управления и контроля сети, который отвечает требованиям к характеристикам, емкости и архитектуре организаций всех типов и размеров. Общий элемент: простота в конфигурировании [9].

Устройства BRAS (Broadband Remote Access Server) – маршрутизатор широкополосного удаленного доступа. Это устройство примечательно тем, что находится в сети провайдера на уровне серверов, при этом выполняет ряд пограничных функций. Классическим вариантом взаимодействия маршрутизатора с другими узлами сети провайдера является терминирование туннелей точка-точка, в том числе инкапсулированные туннели PPPoE[10].

При этом DSLAM собирает поток данных от множества пользователей в одну точку, чтобы загрузить его на BRAS. Доступ клиентов в сеть производится по протоколу ААА. Основными задачами BRAS является агрегация клиентов от DSLAM’ов при использовании технологии xDSL, применение политики качества обслуживания (QoS), маршрутизация трафика в магистральную сеть провайдера [11].

Контроллеры Avaya используются для управления различными функциями и формированием данных, в том числе с использованием удаленного управления конечными устройствами (точками доступа).

6. Выбор типового аппаратного модуля для сбора данных в сети

Существующие беспроводные решения совершенствуются и подстраиваются под нужды разработок нового поколения. В некоторых случаях, напротив, появление принципиально новых перспективных технологических направлений диктует необходимость в разработке необычных коммуникаций со специфическими требованиями к мощности, экономии энергии, программному управлению, большой автономии [12].

Для сбора данных в сети Wi-Fi можно использовать монолитный модуль, который будет объединять в себе все компоненты, необходимые для решения различных задач по сбору и обработке информации. Рассмотрим такое устройство, на примере модуля WizFi630. Внешний вид модуля WizFi630 представлен на рисунке 3.

Внешний вид модуля WizFi630

Рисунок 3 – Внешний вид модуля WizFi630

Модуль WizFi630 выполнен в форм-факторе карты с разъемом Mini PCI Express. WizFi630 имеет три порта Ethernet и два порта UART, что позволяет обеспечить беспроводной доступ одновременно к пяти устройствам [13]. Для подключения антенны на модуле предусмотрен U.FL- разъем. Структурная схема WizFi630 показана на рисунке 6.

Структурная схема WizFi630

Рисунок 4 – Структурная схема WizFi630

WizFi630 поддерживает следующие режимы работы [13]:

Используя команды управления данным модулем, есть возможность настроить его для конкретной задачи сбора и обработки полученных данных по проводной и беспроводной сети.

Список источников

  1. Гырдымова, Д.А. Применение протоколов шифрования в wi–fi сетях / Д.А. Гырдымова, Д.И. Зверев, Е.Л. Кротова // Международный научно-исследовательский журнал. — 2015. — №5 (36) Часть 2. — С. 70—71. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://research-journal.org/technical/primenenie-protokolov-shifrovaniya-v-wi-fi-setyax/.
  2. Вышел новый стандарт Wi-Fi. Рассказываем, почему теперь интернет будет намного быстрее // Медиа-ресурс Хайтек. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://hightech.fm/2019/09/18/wi-fi6.
  3. Кравченко, Я. О. Анализа алгоритмов и протоколов маршрутизации данных в беспроводных компьютерных сетях / Я. О. Кравченко, Р. В. Мальчева // Информатика и кибернетика, 2021. - № 3(25). - С. 52-58. [Электронный ресурс] – Режим доступа:https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47963419.
  4. Стандарты WiFi // Портал 1234G.ru [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://1234g.ru/wifi/standarty-wifi.
  5. WNAM — Wireless Network Access Manager // Сайт компании NETAMS [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://www.netams.com/.
  6. Контроль качества вашей Wi-Fi сети // Сайт компании CompTek [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://www.wifisensor.ru/.
  7. Виртуальный контроллер беспроводных сетей Cisco Virtual Wireless Controller // Информационный бюллетень Cisco [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://network.msk.ru/files/docs/WiFi%20виртуальный%20контроллер%20описание.pdf.
  8. Что такое Маршрутизатор? // Сайт Network [Электронный ресурс]. – Режим доступа:.https://network.xsp.ru/3_4.php.
  9. Контроллеры Ruckus // Сайт компании Wireless™ (NYSE: RKUS) [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://ruckus-wireless.ru/controllers.
  10. Маршрутизатор широкополосного удаленного доступа // Портал Quick setup [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://qsetup.ru/marshrutizator-shirokopolosnogo-udalennogo-dostupa/.
  11. BRAS/BNG // Сайт компании ITGLOBAL.COM [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://itglobal.com/ru-ru/import-substitution/bras/.
  12. Мальчева, Р. В. Анализ проблем сбора данных в беспроводной локальной сети / Р. В. Мальчева, Я. О. Кравченко // Информационное пространство Донбасса: проблемы и перспективы: материалы IV Респ. с междунар. участием науч.-практ. конф., 28 окт. 2019 г. - Донецк: ГО ВПО "ДонНУЭТ", 2021. - С. 154-156.
  13. Бренев А.В. Wi-Fi-модуль WizFi630 компании Wiznet / Бренев А.В. // Беспроводные технологии, 2012 - № 4 [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://wireless-e.ru/radiomoduli/wizfi630-ot-wiznet/.
  14. Специальная сеть Что это за тип беспроводной сети и как она работает? // Информационная платформа Informatique Mania [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://www.informatique-mania.com/ru/linternet/ad-hoc-reseau/.