Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Московский технический университет связи и информатики
Кафедра систем радиосвязи
Лабораторная работа № 3
« Изучение локальной беспроводной сети с радиальной структурой стандарта WiFi (802.11 b/g) »
Составила в 2011г. Колегова А.М., студентка
Редакция в 2011г. Сухоруковой И.Ю., доцент
Москва, 2011г.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1. Изучить основные характеристики беспроводной радиальной сети.
2. Изучить воздействия помех на скорость передачи информации.
3. Изучить основные технические характеристики оборудования NanoStation2.
4. Измерить реальную скорость передачи информации и уровень принимаемого сигнала без и с учетом экранирования антенн на приеме и передаче.
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
1. По приложению №1 изучить описание лабораторного стенда.
2. По приложению №2 изучить основные технические характеристики оборудования NanoStation2.
3. По приложению №3 изучить основы построения беспроводных локальных сетей стандарта 802.11 b/g.
4. По приложению №4 изучить основные термины на русском и английском языках, используемые в лабораторной работе.
5. По приложению №5 выполнить расчеты и подготовить таблицы для записи результатов измерений.
ЛАБОРОТОРНОЕ ЗАДАНИЕ
3. Измерить зависимость скорости передачи от уровня сигнала
4. Рассчитать реальную скорость передачи без экранирования сигнала.
5. Рассчитать реальную скорость передачи при разном уровне экранирования.
6. Сделать выводы по работе.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет выполняется каждым студентом индивидуально.
Он должен содержать:
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Порядок выполнения лабораторной работы
1 Настройка точки доступа
На компьютере « WiFi – станция №1 » в меню « ПУСК » найти и выбрать пункт « отобразить все подключения »
Рисунок 3.1 Меню «ПУСК»
Щелкнуть правой кнопкой мыши по иконке беспроводного соединения и выбрать « Свойства » в контекстном меню.
Рисунок 3.2 Окно «Сетевые подключения»
Выбрать « Протокол Интернета TCP/IP » и нажать на « Свойства »
Рисунок 3.3 Диалоговое окно свойств сетевого подключения
В открывшемся диалоговом окне ввести IP — адрес 192.168.1.10 и маску подсети. Нажать « ОК »
Рисунок 3.4 Диалоговое окно свойств протокола TCP/IP
Открыть приложение ASUS WiFi – AP Solo двойным кликом по иконке.
Рисунок 3.5 Иконка программы WiFi – AP Solo
На закладке « Network status » нажать кнопку « To access Point Mode ».
Рисунок 3.6 Окно программы WiFi – AP Solo
Нажать « Config » в меню слева, потом нажать на кнопку « Config » справа.
Рисунок 3.7 Окно программы WiFi – AP Solo
Ввести SSID точки доступа « testnet_srs » и нажать « ОК ». Сверьте с приведенным ниже рисунком.
Рисунок 3.8 Окно программы WiFi – AP Solo
2 Настройка клиентского терминала беспроводной сети
На компьютере с табличкой « WiFi – станция №2 » открыть приложение ASUS WiFi – AP Solo двойным кликом по иконке.
Рисунок 3.9 Иконка программы WiFi – AP Solo
Нажать справа на « Config ». На закладке « Network monitor » нажать кнопку « To station mode »
Рисунок 3.10 Окно программы WiFi – AP Solo
В меню « Пуск » найти и выбрать пункт « отобразить все подключения »
Рисунок 3.11 Меню «ПУСК»
Щелкнуть правой кнопкой мыши по иконке беспроводного соединения и выбрать « Свойства » в контекстном меню.
Рисунок 3.12 Окно «Сетевые подключения»
Выбрать « Протокол Интернета TCP/IP » и нажать на « Свойства »
Рисунок 3.13 Диалоговое окно свойств сетевого подключения
В открывшемся диалоговом окне ввести IP – адрес, отличающийся от адреса точки доступа ( например 192.168.1.20 ) и маску подсети. Нажать « ОК »
Рисунок 3.14 Диалоговое окно свойств протокола TCP/IP
Нажать правой кнопкой мыши на иконку беспроводной сети и выбрать пункт « просмотр беспроводных сетей » ( можно кликнуть по иконке в rpee )
Рисунок 3.15 Окно «Сетевые подключения»
Найти в появившемся окне сеть с введенными ранее SSID и подключиться к ней.
Рисунок 3.16 Окно просмотра доступных беспроводных сетей
После установления соединения на другом компьютере в программе ASUS WiFi – AP Solo можно наблюдать МАС — адрес присоединившегося устройства.
Рисунок 3.17 Окно программы WiFi – AP Solo
3 Измерение зависимости скорости передачи от уровня сигнала.
Зайти в « Мой компьютер », выбрать « Сетевое окружение » в левой колонке. Открыть папку « shared_folder ». Засечь время и скопировать файл « testfile » из этой папки на рабочий стол. Записать в отчет время, затраченное на передачу файла и его размер. Записать текущую скорость передачи данных в сети. См. рисунок ниже.
Рисунок 3.18 Окно программы WiFi – AP Solo
Отметить в отчете уровень сигнала. Для этого кликнуть правой кнопкой по иконке « Беспроводное соединение » в « Сетевые подключения » и выбрать « состояние ». В появившемся окне уровень сигнала будет обозначен столбцовой диаграммой (см. рисунок ниже).
Рисунок 3.19 Диалоговое окно состояния беспроводной сети
Поочередно устанавливая на антенны беспроводных адаптеров по одной из верхних частей металлического экрана, а далее поочередно устанавливая и нижние части экрана, повторить выполнение данного пункта лабораторной работы, чтобы исследовать влияние мощности сигнала на скорость передачи данных в беспроводной сети.
В отчете должны быть записи о скорости передачи данных:
Рассчитать реальную скорость передачи данных по формуле (3.1) и уровень шума по формуле (3.6) в каждом из случаев, зная исходный размер файла и измеренное время передачи. Определить реальное отношение сигнал-шум.
(3.1)
Приложение №1
Рис. П.3.1.1 Описание лабораторного стенда
1 - антенна адаптера беспроводной сети стандарта 802.11
2 - компьютер
3 - верхняя часть металлического экрана
4 - нижняя часть металлического экрана
Приложение №2
Рисунок П.3.2.1 Внешний вид оборудования NanoStation2
Основные технические характеристики оборудования NanoStation2:
Приложение №3
Беспроводные локальные сети со скачкообразной перестройкой частоты
Метод FHSS заключается в том, что приемник и передатчик синхронно перестраивают рабочую частоту после некоторого фиксированного времени передачи. На рисунке П.3.3.1 представлена работа устройства, использующего технологию FHSS.
Рисунок П.3.3.1 Метод частотных скачков
Беспроводные локальные сети FHSS поддерживают скорости передачи 1 и 2 Мбит/с. Устройства FHSS делят предназначенную для их работы полосу частот от 2,402 до 2,480 ГГц на 79 неперекрывающихся каналов (это верно для Северной Америки и большей части Европы [9]). Ширина каждого из 79 каналов составляет 1 МГц, поэтому беспроводные локальные сети FHSS используют относительно высокую скорость передачи символов, и намного меньшую скорость перестройки с канала на канал.
Последовательность перестройки частоты должна иметь следующие параметры: частота перескоков не менее 2,5 раз в секунду как минимум между 6-ю (6 МГц) каналами. Чтобы минимизировать число коллизий между перекрывающимися зонами покрытия, возможные последовательности перескоков должны быть разбиты на три набора последовательностей.
По сути, схема скачкообразной перестройки частоты обеспечивает неторопливый переход с одного возможного канала на другой таким образом, что после каждого скачка покрывается полоса частот, равная как минимум 6 МГц, благодаря чему в многосотовых сетях минимизируется возможность возникновения коллизий.
В каждый момент времени станции работают на различных частотах, что позволяет одновременно работать большому количеству передатчиков. В случае возникновения узкополосной помехи она будет искажать только часть передаваемого сигнала, что позволяет говорить о помехозащищенности данного метода. Кроме того, последовательность скачков может выбираться с использованием псевдослучайной функции, что усложняет прослушивание передаваемых данных со стороны третьих лиц, приемники которых не синхронизированы с передатчиками.
Недостатками метода частотных скачков являются невысокая максимальная скорость передачи, связанная с потерями на переключение между частотами, и относительно высокая мощность передачи на каждой из частот, что может мешать работе других передатчиков. Вследствие своей медлительности дальнейшего развития в стандартах группы IEEE 802.11 технология не получила.
Беспроводные локальные сети, использующие широкополосную модуляцию DSSS с расширением спектра методом прямой последовательности.
Технология DSSS делит весь диапазон на несколько частотных DSSS-каналов. Беспроводные локальные сети DSSS используют каналы шириной 22 МГц, благодаря чему WLAN могут работать в одной и той же зоне покрытия. В Северной Америке и большей части Европы каналы шириной 22 МГц позволяют создать в диапазоне 2,4 – 2,483 ГГц три неперекрывающихся канала передачи (рисунок П.3.3.2), хотя всего их может быть от 11 (для США) до 14 (для Японии).
Рисунок П.3.3.2. Каналы, используемые в технологии DSSS
Метод DSSS использует для расширения спектра радиосигналов различные методы кодирования. С их помощью один символ кодируется последовательностью из нескольких прямоугольных импульсов меньшей длительности. Поскольку ширина спектра прямоугольного импульса обратно пропорциональна его длительности, передача нескольких импульсов (чипов) за время, отведенное под один импульс, расширяет частотный диапазон.
Данная технология позволяет передавать информацию при малом соотношении сигнал/шум, обусловленном или помехами, или недостаточной мощностью передатчика. При использовании DSSS переданный сигнал, по сути, усиливается за счет применения расширяющей последовательности, совместно используемой передатчиком и приемником.
Каждый бит передаваемой информации кодируется специальным кодом по стандарту 802.11 (11-и разрядный код Баркера). Прямой и инверсный код обладают хорошими взаимно корреляционными свойствами, что дает возможность при приеме четко детектировать сигнал, даже если он поврежден.
Еще одно полезное свойство DSSS-технологии заключается в том, что благодаря низкому уровню мощности своего сигнала, она практически не создает помех обычным радиоустройствам, которые принимают широкополосный сигнал за шум в пределах допустимого. Наконец, обычные узкополосные устройства не мешают широкополосным, так как их сигналы большой мощности «шумят» каждый только в своем узком канале и не могут целиком заглушить широкополосный сигнал.
Код Баркера
Подбирая специальные коды, можно добиться высокой достоверности детектирования сигнала. Достигается это с помощью кодирования так называемыми последовательностями максимальной длины, или m-последовательностями. Достоинством таких кодов является хорошая автокорреляция, отражающая степень подобия функции самой себе через определенный временной интервал. Такая функция будет иметь резко определенный пик лишь для одного момента времени. Таким образом, функция будет подобна самой себе лишь для одного момента времени и совсем не похожа на саму себя для всех остальных моментов времени. Одна из наиболее известных таких последовательностей – код Баркера длиной в 11 символов: 11100010010. Коды Баркера обладают наилучшими среди известных псевдослучайных последовательностей свойствами шумоподобности, что и обусловило их широкое применение, в том числе в стандарте IEEE 802.11. Для передачи единичного и нулевого символов сообщения используются, соответственно, прямая и инверсная последовательности Баркера.
Модуляция
В современных стандартах беспроводной связи для передачи сигналов используют различные виды фазовой и амплитудной модуляции.
Различают два вида фазовой модуляции: собственно фазовую и относительно фазовую модуляцию. При фазовой модуляции (Phase Shift Key, PSK), называемой также фазовой манипуляцией, для передачи логических нулей и единиц используют сигналы одной и той же частоты и амплитуды, но смещенные относительно друг друга по фазе. Причем за один период можно передавать один или два бита информации с помощью бинарной и квадратичной фазовой манипуляции.
Если изменение фазы принимает всего два значения, то говорят о двоичной фазовой модуляции (Binary Phase Shift Key, BPSK). Например, логический нуль передается синфазным сигналом, а единица – сигналом, который сдвинут по фазе на 180 °.
Если изменение фазы имеет четыре значения – 0, 90, 180 и 270°, то такая модуляция называется квадратурной фазовой модуляцией (Quadrature Phase Shift Key, QPSK).
Отличительной особенностью квадратурной фазовой модуляции является наличие четырех дискретных состояний сигнала, отвечающих различным фазам. Это позволяет закодировать в одном дискретном состоянии последовательность двух информационных бит (дибит). Последовательность двух бит может иметь всего четыре различные комбинации: 00, 01, 10 и 11, а значит, ровно в два раза повышается и скорость передачи данных, то есть бодовая скорость будет в два раза больше битовой (1 Бод = 2 бит/с).
Структура сети стандарта 802.11
Сети стандарта 802.11 можно конструировать по-разному. Возможны следующие топологии:
Зона обслуживания в данном случае – это логически сгруппированные устройства. Технология WLAN обеспечивает доступ к сети путем передачи широковещательных сигналов через эфир на несущей в диапазоне радиочастот. Принимающая станция может получать сигналы в диапазоне работы нескольких передающих станций. Передающая станция вначале передает идентификатор зоны обслуживания (SSID). Станция приемник использует SSID для фильтрации получаемых сигналов и выделения того, который ей нужен.
IBSS представляет собой группу работающих в соответствии со стандартом 802.11 станций, связывающихся непосредственно одна с другой (рисунок П.3.3.3). IBSS также называют специальной, или неплановой (ad-hoc) сетью, потому что она по сути представляет собой простую одноранговую WLAN. На рисунке показано как две станции могут формировать IBSS и напрямую связываться одна с другой.
Рисунок П.3.3.3 Неплановая (ad-hoc) сеть (IBSS)
BSS — это группа работающих по стандарту 802.11 станций, связывающихся одна с другой. Технология BSS предполагает наличие особой станции, которая называется точкой доступа (access point). Точка доступа — это центральный пункт связи для всех станций BSS. Клиентские станции не связываются непосредственно одна с другой. Вместо этого они связываются с точкой доступа, а уже она направляет фреймы станции-адресату.
Рисунок П.3.3.4 Инфраструктура беспроводной локальной сети BSS
Несколько инфраструктур BSS могут быть соединены через их интерфейсы восходящего канала. Там, где действует стандарт 802.11, интерфейс восходящего канала соединяет BBS с распределительной системой (distribution system, DS). Несколько BBS, соединенных между собой через распределительную систему, образуют расширенную зону обслуживания (ESS). Спецификация стандарта 802.11 оставляет возможность реализации этого канала в виде беспроводного. Но чаще восходящие каналы к распределительной системе представляют собой каналы проводной Ethernet.
Рисунок П.3.3.5. Расширенная зона обслуживания ESS
беспроводной локальной сети
В режиме Ad Hoc (рис. П.3.3.6) клиенты устанавливают связь непосредственно друг с другом. Устанавливается одноранговое взаимодействие по типу "точка-точка", и компьютеры взаимодействуют напрямую без применения точек доступа. При этом создается только одна зона обслуживания, не имеющая интерфейса для подключения к проводной локальной сети.
Рисунок П.3.3.6. Режим работы Ad Hoc
Основное достоинство данного режима - простота организации: он не требует дополнительного оборудования (точки доступа). Режим может применяться для создания временных сетей для передачи данных.
Однако необходимо иметь в виду, что режим Ad Hoc позволяет устанавливать соединение на скорости не более 11 Мбит/с, независимо от используемого оборудования. Реальная скорость обмена данными будет ниже и составит не более 11/N Мбит/с, где N - число устройств в сети. Дальность связи составляет не более ста метров, а скорость передачи данных быстро падает с увеличением расстояния.
В этом режиме точки доступа обеспечивают связь клиентских компьютеров (рис. П.3.3.7). Точку доступа можно рассматривать как беспроводный коммутатор. Клиентские станции не связываются непосредственно одна с другой, а связываются с точкой доступа, и она уже направляет пакеты адресатам.
Точка доступа имеет порт Ethernet, через который базовая зона обслуживания подключается к проводной или смешанной сети - к сетевой инфраструктуре.
Рисунок П.3.3.7 Режим работы Infrastructure Mode
Список стандартов 802.11
( 600Мбит/с ). 2.4-2.5 или 5 Ггц. Обратная совместимость с 802.11a/b/g. Особенно распространен на рынке в США в устройствах D-Link, Cisco и Apple ( сентябрь 2009 )
( Беспроводной доступ для транспортной среды, такой как машины скорой помощи или пассажирский транспорт )
Примечание:
Формула Шеннона для расчета пропускной способности
Существует множество факторов, способных исказить или повредить сигнал. Наиболее распространенные из них - помехи или шумы, представляющие собой любой нежелательный сигнал, который смешивается с сигналом, предназначенным для приема или передачи, и искажает его. Для цифровых данных возникает вопрос: насколько эти искажения ограничивают возможную скорость передачи данных? Максимально возможная при определенных условиях скорость, при которой информация может передаваться по конкретному тракту связи или каналу, называется пропускной способностью канала.
Формула Шеннона для определения и расчета пропускной способности:
, (3.2)
где
С – пропускная способность – бит/с;
В – ширина полосы канала в Гц;
SNR – отношение сигнал/шум.
Приложение №4
Основные термины на русском и английском языках
АР - Access point (точка доступа);
BPSK - Binary Phase-Shift Keying (двоичная фазовая модуляция);
BSS - Basic Service Set (базовая зона обслуживания);
Current Tx Rate – текущая скорость передачи;
Data Encryption – шифрование данных;
DBPSK - Differential Binary Phase Shift Key (относительная двоичная фазовая модуляция);
DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Key (квадратурная относительная фазовая модуляция);
DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum (расширения спектра методом прямой последовательности);
ESS - Extended Service Set (расширенная зона обслуживания);
IBSS - Independent Basic Service Set (независимые базовые зоны обслуживания);
IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers (институт инженеров по электротехнике и электронике);
LAN - Local Area Network (локальная сеть);
MAC - Media Access Control (протокол управления доступом к среде);
OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing (ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием);
OSI - Open System Interconnection (взаимодействие открытых систем);
PSK - Phase-Shift Keying (фазовая модуляция);
QAM - Quadrature Amplitude Modulation (квадратурная амплитудная модуляция);
QPSK - Quaternary Phase-Shift Keying (квадратурная фазовая модуляция);
Status: associated – связь настроена;
SS - Spread Spectrum (расширение спектра);
SSID - Service Set Identifier (идентификатор зоны обслуживания);
To Access Point Mode – режим «Точка доступа»;
Up Time - время сеанса;
WiFi - Wireless Fidelity (торговая марка «Wi-Fi Alliance» - дословно «беспроводная точность»);
WLAN - Wireless Local Area Network (беспроводная локальная сеть);
WPA - Wi-Fi Protected Access (защищенный доступ Wi-Fi);
Network Authentication – сетевая аутентификация;
Network Type – тип сети;
Network Name – имя сети.
Приложение №5
Для соответствующих исходных данных:
, дБ. (3.3)
В формулу (3) длину волны и длину пролета подставлять в одинаковых единицах измерения;
акаб = 2*lкаб *αкаб, дБ (3.4)
(3.5)
Таблица 3.1
|
f = , ГГц |
асв = , дБ |
Рп = мВт |
||||
|
gп, дБ |
10 |
8 |
6 |
4 |
2 |
1 |
|
,дБм(дБВт) |
Таблица 3.2
|
f = , ГГц |
асв = , дБ |
Рп = мВт |
||||
|
gп, дБ |
10;10 |
8;8 |
6;6 |
4;4 |
2;2 |
1;1 |
|
,дБм(дБВт) |
||||||
|
qвх, дБ |
, дБВт (3.6)
Ш – коэффициент шума приемника (Ш = 10)
- температура окружающей среды, К ( = 293 К)
– шумовая полоса ~ скорости передачи сигнала.
= 54* бит/с ~ 54 МГц
- постоянная Больцмана
Вт/К*Гц
7. Рассчитать отношение сигнал-шум по формуле (3.7) в дБ и заполнить нижнюю строчку табл.3.2.
, дБ (3.7)
Таблица для записи измеренных значений скорости без экранирования и с разной степенью экранирования.
Таблица 3.3
|
|
Без |
|
|
|
|
|
|
1* |
2* |
3* |
|
|
|
||
|
Уровень сигнала* |
||||
|
Реальная скорость передачи, Мбит/с |
*Уровень сигнала измеряется в делениях.
1* - экранирование антенны передатчика
2* - экранирование антенны приемника
3* - экранирование обеих антенн
ЛИТЕРАТУРА