RU   EN
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Людина в сучасному світі активно взаємодіє з інформацією в інформаційному середовищі, яке одночасно є джерелом нових відомостей, засобом перетворення різних даних. З інформаційного середовища людина постійно отримує нові знання, сама створює нові знання та поміщає їх у інформаційне середовище. Розвиток технічного прогресу дозволяє збирати інформацію за допомогою технічних пристроїв.

Стандарт Wi-Fi розроблений на основі IEEE 802.11 та використовується для широкосмугових бездротових мереж зв'язку. Спочатку технологія Wi-Fi була орієнтована на організацію точок швидкого доступу до Інтернету (hotspot) для мобільних користувачів. Технологія Wi-Fi від початку стала стандартом, якого дотримуються виробники мобільних пристроїв. Поступово мережі Wi-Fi стали використовувати малі та великі офіси для організації внутрішніх мереж та підмереж, а оператори створювати власну інфраструктуру надання бездротового доступу до Інтернету на основі технології Wi-Fi. Таким чином, наразі мережі Wi-Fi поширені повсюдно і часто мають зони покриття цілих районів міста [1].

До некомерційної організації Wi-Fi Alliance, яка розвиває стандарт Wi-Fi, входять понад 400 виробників бездротового обладнання по всьому світу. Розробкою самого стандарту займається Інститут інженерів електроніки та електротехніки, проте вони не проводять тестування різних пристроїв із цим стандартом. Ця організація, швидше, створює стандарт технології та принципів її використання, які мають бути однаковими у всьому світі [2].

1. Актуальність теми

Використовуючи бездротові мережі, можна збирати, аналізувати та візуалізувати різні дані з датчиків, сенсорів та камер спостереження. Така необхідність виникає в автомобільній, морській та аерокосмічній галузях, де часто потрібна бездротова передача даних від тестованих транспортних засобів до базових станцій або між двома транспортними засобами, що рухаються. Технологія Wi-Fi також часто використовується в промисловості та виробництві для управління вимірами або для аналізу дистанційних вимірів. Швидкий розвиток технологій призвів до того, що багато з тих, хто спеціалізувався на бездротовій технології, збільшили продуктивність і отримали інвестиції та прибуток [3]. Потреба в універсальному пристрої для збирання та аналізу даних підтверджує актуальність даного дослідження. Візуалізація зібраних даних є важливою частиною покращення якості обслуговування різних сервісів, оскільки це полегшує процес аналізу для людини.

2. Цілі та завдання дослідження

Метою магістерської дисертації є покращення якості збору, аналізу та візуалізації даних бездротових мереж шляхом розробки апаратного модуля збору даних у мережі Wi-Fi.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:

  1. виконати аналіз існуючих WLAN-мереж;
  2. провести огляд та аналіз існуючих технічних рішень для реалізації системи;
  3. дослідити способи вирішення та визначити найкращий спосіб для розробки апаратного модуля збору даних;
  4. виконати розробку та тестування апаратного модуля збору даних у мережі Wi-Fi;
  5. дослідити його характеристики.

3. Аналіз існуючих WLAN-мереж

Існує кілька різновидів WLAN-мереж, які відрізняються схемою організації сигналу, швидкостями передачі даних, радіусом охоплення мережі, а також характеристиками радіопередавачів та приймальних пристроїв. Найбільшого поширення набули бездротові мережі стандарту [4]: IEEE 802.11b; IEEE 802.11g; IEEE 802.11n; IEEE 802.11ac; IEEE 802.11ax.

Порівняльна характеристика WLAN-мереж стандарту IEEE

Таблиця 1 - Порівняльна характеристика WLAN-мереж стандарту IEEE

Приклад структурної схеми використання бездротової мережі для збору даних різних пристроїв наведено на малюнку 1.

На схемі представлені два пристрої, до яких приєднані датчики через інтерфейс RS-232, а датчики передають інформацію на кінцевий пристрій (планшет), використовуючи бездротові мережі.

Приклад структурної схеми використання бездротової мережі для збору даних з різних пристроїв

Малюнок 1 – Приклад структурної схеми використання бездротової мережі для збору даних з різних пристроїв

4. Впровадження та супровід систем управління, моніторингу та аналізу даних у Wi-Fi мережах

Необхідність аналізувати, моніторити та обробляти різний трафік у локальних обчислювальних мережах та різних системах з'явилася на початку 2000-х років. З того часу різні світові компанії активно створюють та успішно розвивають системи обліку трафіку в локальних мережах, білінгові системи для операторів зв'язку, проекти у сфері мереж зв'язку, віртуалізації, ЦОД.

Розглянемо використання програмних продуктів обслуговування бездротових систем з прикладу рішень, запропонованих компанією «Нетамс», яка пропонує лінійку з кількох продуктів ПО [5]:

WNAM (Wireless Network Access Manager) – спеціалізоване програмне забезпечення для керування користувачами бездротових мереж. Основне його завдання полягає у забезпеченні ідентифікації гостьових користувачів Wi-Fi відповідно до вимог законодавства (СМС, дзвінок, «Держпослуги», ваучер). WNAM призначений для встановлення в мережі без використання «хмарних сервісів» та їх франшиз; таким чином забезпечується надійне зберігання зібраних даних та повне управління вами власною службою Wi-Fi ідентифікації. Використання WNAM не передбачає періодичної оплати за сервіс та додаткових відрахувань (крім оплати СМС, на ваш вибір). WNAM інтегрується з бездротовим обладнанням або маршрутизаторами доступу, при цьому безпосередньо підтримуються всі типи побутових, офісних та промислових Wi-Fi систем без необхідності встановлення додаткових пристроїв. Крім функцій авторизації (ідентифікації) Wi-Fi абонентів, Wireless Network Access Manager має гнучку систему налаштувань, конструктори сторінок, що демонструються абонентам, можливість демонстрації статичної та таргетованої реклами, проведення опитувань, використання профілів соціальних мереж, розвинену систему побудови звітів. З технічної точки зору WNAM встановлюється на фізичний або віртуальний Linux-сервер, має зручний веб-інтерфейс, зберігає всі дані у базі даних, підтримує відмовостійку кластерну конфігурацію.

Одна з можливих схем роботи приведена на малюнку 2. У цій схемі наведено обслуговування значного числа майданчиків (локацій) надання Wi-Fi, в кожній з яких встановлений маршрутизатор Mikrotik з вбудованою точкою доступу, або кілька точок доступу за маршрутизатором mikrotik. Останній виконує функції хотспота (порталу перехоплення) і забезпечує взаємодію бездротових абонентів з серверів авторизації wnam. Для зручності адміністрування кожен з маршрутизаторів пов'язаний VPN-мережею з центральним вузлом вашої мережі.

Одна з можливих схем роботи WNAM

Малюнок 2 – Одна з можливих схем роботи WNAM

(анімація: 12 кадрів, безперервні повтори, 186 кілобайт)

WNAM Quality of Wireless – це програмно-апаратний комплекс для активного та незалежного моніторингу всіх аспектів стану користувальницької бездротової мережі. Він складається з апаратного сенсора WNAM QoW Sensor та хмарного серверного програмного забезпечення WNAM QoW Server, що управляє парком таких сенсорів.

WNAM Radar – інструмент збирання даних через Wi-Fi. Всі відвідувачі носять смартфон, бездротовий модуль якого постійно шукає знайомі мережі, відправляючи спеціальні радіо-запити. Збираючи їх за допомогою WNAM Radar, можна [6]:

WNAM Devices — спеціалізоване програмне забезпечення для управління бездротовими мережами Wi-Fi: точками доступу та контролерами. WNAM Devices підтримує контролери Cisco, Huawei, Ruckus, дистанційне керування конфігурацією та оновлення прошивки та клієнта ТД, дистанційний моніторинг та повідомлення, повну інтеграцію з системою WNAM для побудови гостьових Wi-Fi мереж масштабу країни, централізоване керування радіоефіром та роумінгом через веб та через API (зовнішньою системою, наприклад WNAM або CRM).

Таким чином, компанія надає різні рішення щодо впровадження та супроводу систем управління, моніторингу та аналізу даних у Wi-Fi мережах для різних видів бізнесу, операторів зв'язку та рекламодавців.

5.Огляд апаратних засобів для обміну інформацією у мережі

Для побудови схеми взаємодії між пристроями та системою, яка займається аналізом, моніторингом та обробкою різного трафіку в локальних обчислювальних мережах та різних системах використовується таке обладнання:

Контролери Cisco WLC (Wireless Lan Controller) забезпечують централізоване керування, конфігурування та усунення несправностей у масштабних мережах постачальників послуг. Пристрій підтримує кілька режимів розгортання на одному контролері. Контролер забезпечує виняткову видимість трафіку додатків за допомогою технології Cisco Application Visibility and Control [7].

Маршрутизатор – це пристрій мережного рівня еталонної моделі OSI, використовує одну чи більше метрик визначення оптимального шляху передачі мережного трафіку, виходячи з інформації мережевого рівня. Маршрутизатор, перш за все, необхідний для визначення подальшого шляху даних, надісланих у велику та складну мережу. Користувач такої мережі надсилає свої дані до мережі та вказує адресу свого абонента. Дані проходять по мережі та в точках з розгалуженням маршрутів надходять на маршрутизатори, які встановлюються у таких точках [8]. Маршрутизатори Mikrotik це високотехнологічні та надійні пристрої, що володіють різними технологіями та можливостями, CLI та Web інтерфейсами для індивідуального налаштування та можуть бути використані для вирішення різних завдань на різних рівнях.

Контролери Ruckus, Huawei вирішують мінімізовані проблеми сумісності управління та контроль провідних та бездротових корпоративних мереж, великий портфель рішень для управління та контролю мережі, який відповідає вимогам до характеристик, ємності та архітектури організацій усіх типів та розмірів. Загальний елемент: простота конфігурації [9].

Пристрої BRAS (Broadband Remote Access Server) – маршрутизатор віддаленого широкосмугового доступу. Цей пристрій примітний тим, що знаходиться в мережі провайдера на рівні серверів, виконує ряд прикордонних функцій. Класичним варіантом взаємодії маршрутизатора з іншими вузлами мережі провайдера є термінування тунелів точка-точка, зокрема інкапсульовані тунелі PPPoE [10].

При цьому DSLAM збирає потік даних від багатьох користувачів в одну точку, щоб завантажити його на BRAS. Доступ клієнтів до мережі здійснюється за протоколом ААА. Основними завданнями BRAS є агрегація клієнтів від DSLAM'ів при використанні технології xDSL, застосування політики якості обслуговування (QoS), маршрутизація трафіку магістральною мережею провайдера [11].

Контролери Avaya використовуються для керування різними функціями та формуванням даних, у тому числі з використанням віддаленого керування кінцевими пристроями (точками доступу).

6.Вибір типового апаратного модуля для збору даних у мережі

Існуючі бездротові рішення вдосконалюються та підлаштовуються під потреби розробок нового покоління. У деяких випадках, навпаки, поява принципово нових перспективних технологічних напрямів диктує необхідність розробки незвичайних комунікацій зі специфічними вимогами до потужності, економії енергії, програмного управління, великої автономії [12]. Для збору даних у мережі Wi-Fi можна використовувати монолітний модуль, який об'єднуватиме у собі всі компоненти, необхідні для вирішення різних завдань зі збирання та обробки інформації. Розглянемо такий пристрій на прикладі модуля WizFi630. Зовнішній вигляд модуля WizFi630 представлений малюнку 5.

Зовнішній вигляд модуля WizFi630

Малюнок 3 – Зовнішній вигляд модуля WizFi630

Модуль WizFi630 виконаний у форм-факторі картки із роз'ємом Mini PCI Express. WizFi630 має три порти Ethernet і два порти UART, що дозволяє забезпечити бездротовий доступ одночасно до п'яти пристроїв [13]. Для підключення антени на модулі передбачено U.FL-роз'єм. Структурна схема WizFi630 показана на малюнку 4.

Структурна схема WizFi630

Малюнок 4 – Структурна схема WizFi630

WizFi630 підтримує такі режими роботи [13]:

Використовуючи команди управління даним модулем, є можливість налаштувати його для конкретного завдання збору та обробки отриманих даних по дротовій та бездротовій мережі.

Список використаної літератури

  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/.