Projekt Bezprzewodowego Dostępu do Sieci na potrzeby miasteczka akademickiego Politechniki Lubelskiej 10.1. Założenia i ograniczenia przy projektowaniu sieci Najważniejszym etapem budowy sieci bezprzewodowej jest zaprojektowanie nadawczej stacji bazowej. Na tym etapie projektowania należy: - przewidzieć ilu odbiorców docelowo będzie z niej korzystać, - określić jakiego typu będą to odbiorcy (karty radiowe PCI bądź PCMCIA, urządzenia USB czy też Access Pointy), - wziąć pod uwagę odległości, jakie będą dzieliły klientów od bazy nadawczej, - uwzględnić konieczność zasilania urządzeń i zrealizowania połączenia z Internetem, - uwzględnić wysokość na jakiej będzie instalowany Drugim etapem projektowania sieci jest wybór sprzętu do transmisji danych. Przy wyborze sprzętu należy uwzględnić tryby pracy jakie oferują urządzenia i jakie są właściwości tych trybów. Warto zastanowić się jakiego trybu użyć, aby uzyskać efekt jakiego oczekujemy. Kolejnym krokiem jest zestawienie połączenia z dostawcą Internetu za pośrednictwem bramy. Brama zapewnia dostęp do Internetu wszystkim komputerom znajdującym się w sieci lokalnej. Rolę bramy może pełnić komputer do którego podłączone są za pomocą przełącznika (ang. switch) punkty dostępowe. Brama w takim przypadku zajmuje się przekazywaniem pakietów, może też służyć do autoryzacji użytkowników (np. po adresach MAC kart sieciowych), przyznawania numerów IP (DHCP) itd. Na bramie może też znajdować się firewall, oprogramowanie do zarządzania pasmem oraz cały szereg innych usług. Należy pamiętać o pewnych ograniczeniach technologii jak: - przepisy dopuszczają całkowitą, maksymalną moc zestawu, która wynosi 20db - w sieci 100Base-TX długość kabla wraz z przyłączami nie może przekraczać 100m. W praktyce przyjmuje się, że długość kabla wynosi 90m zaś 10m rezerwuje się na podłączenie do gniazdka i szafy dystrybucyjnej. - nie wolno prowadzić kabli sieciowych wzdłuż kabli energetycznych w mniejszej odległości niż 30cm. 1
- nie wolno prowadzić kabli sieciowych wzdłuż innych źródeł zakłóceń elektromagnetycznych, np.: transformatory. - kabel UTP powinien posiadać promień skrętu większy jak jego ośmiokrotna średnica. - jeżeli potrzeba skrzyżować kable sieciowe z kablami instalacji elektrycznej to tylko pod kątem 90. - jeżeli instalacja sieciowa jest prowadzona jedną listwą kablową wraz z dedykowaną instalacją zasilającą, to powinny być one od siebie separowane przegrodami z PCV. Projektowana sieć bezprzewodowa będzie działała w oparciu o standard IEEE 802.11.b, który to gwarantuje teoretyczną przepływność 11 Mb/s, a praktyczną około 6 Mb/s. Przepływność zależy od odległości użytkownika od punktu dostępowego warunków pogodowych oraz karty sieciowej zainstalowanej w urządzeniu klienta sieci. Rozmieszczenie AP ma zagwarantować jak najlepsze pokrycie zasięgiem terenu miasteczka akademickiego. Maksymalna liczbę osób korzystających z sieci ustalono na 250. Dzienny limit korzystania z sieci dla jednego adresu MAC będzie wynosił 4 godziny. Przyjąłem, że użytkownicy będą korzystać z usług takich jak: www, e-mail, dostęp do zasobów biblioteki akademickiej, natomiast nie będzie możliwe korzystanie z zasobów sieci lokalnej oraz FTP. 10.2. Projekt logiczny sieci Projektowana sieć bezprzewodowa powinna być szybka, bezpieczna, bezawaryjna i łatwa w rozbudowie. Połączenie naszej sieci lokalnej do Internetu realizowane będzie poprzez podłączenia się do sieci akademickiej Politechniki Lubelskiej. Połączenie pomiędzy użytkownikami sieci będzie połączeniem bezprzewodowym opartym na Access Point ORiNOCO AP2500 ze względu na bardziej elastyczne możliwości konfiguracji 2
UTP Cat 5 UTP Cat 5 UTP Cat 5 Switch ORiNOCO AP- 2500 Serwer Router Uproszczony schemat istniejącej sieci akademickiej H-155 ExtraEter 18dBi Uproszczony schemat projektowanego punktu dostępowego Rys. 10.1. Schemat logiczny projektowanej sieci. Cała instalacja sieci będzie umieszczona w budynku Wydziału Budowlanego ze względu na najlepszy obszar pokrycia zasięgiem. Przesyłanie plików pomiędzy użytkownikami sieci bezprzewodowej będzie się zajmował Acces Point. Będzie on dzielił pasmo transmisji danych równomiernie pomiędzy użytkowników. Tak aby wszyscy użytkownicy sieci w jednakowym stopniu mogli ją wykorzystać. Dostęp do sieci będzie kontrolowany poprzez adresy mac kart bezprzewodowych. Transmisja w sieci nie będzie szyfrowana. 10.4. Moc zestawu i optymalny wybór kabla Każdy zestaw radiowy promieniuje z określoną mocą, wyrażoną w decybelach (db). Polskie przepisy dopuszczają całkowitą, maksymalną moc zestawu, która wynosi 20db (100mW). Na całkowitą moc składają się następujące czynniki: moc AP, uzysk anteny, straty na złączkach i kablu. Żeby obliczyć moc należy posłużyć się poniższym wzorem: Moc AP + uzysk anteny - straty na złączkach i kablu = MOC ZESTAWU Dane do obliczenia mocy zestawu: 3
- moc AP =17db - uzysk anteny 18db - straty na złączkach 2db -straty na kablu 13db Moc projektowanego zestawu: 17db (AP) + 18db (antena) - 2db (złączki) - 13db (25 metrów kabla H155) = 20db Jak widać z powyższego przykładu nadmiar mocy zredukowany jest przez użycie większej ilości kabla. Zastosowany w projekcie AP posiada regulację mocy, a w razie jej braku pozostaje nam, albo użyć słabszych anten, lub "zgubić" nadwyżkę mocy dłuższym przewodem. Obecnie najpopularniejszymi kablami stosowanymi w instalacjach 811.2b i 811.2g są: H-155 - stosunkowo cienki i miękki przewód koncentryczny, nadający się do zastosowania zarówno przy instalacji punktów dostępowych jak i zestawów po stronie klienta. Posiada średnie tłumienie 49,6db na 100 metrach przewodu. H-1000 - gruby przewód koncentryczny stosowany prawie wyłącznie w stacjach bazowych (AP). Jego tłumienie wynosi średnio 23,2db na 100 metrach. Zyski anten klienckich również powinny być dobrane optymalnie. Klient, który posiada bardzo mocną antenę, a stację bazową ma blisko, oczywiście będzie miał mocny sygnał ze swojej anteny, ale jednocześnie podczas nadawania może zakłócać inne sieci, nawet w dużej odległości, ale poza tym będzie on widzieć te sieci, co za tym idzie będzie widział je jako dodatkowy szum (większy szum to większa liczba błędów i mniejsza prędkość transmisji) lub też będzie współdzielił z nimi medium transmisyjne co zaowocuje mniejszą prędkością. Stacje, z mniejszymi antenami, będą widziały tylko swoją stację i nie będą miały takich problemów. 10.5. Wybór oraz sposób montażu punktu dostępowego AP Punkt dostępowy jest najważniejszym elementem sieci bezprzewodowej. Od jego niezawodności zależy działanie całej sieci. Zatem projektując bezprzewodową sieć WLAN 4
należy poświęcić dużo uwagi problemowi doboru punktu dostępowego. Należy tak dobrać urządzenia aby nie potęgować wydatków na połączenie kilku komputerów albo nie próbować stworzyć wielkiego WLAN na urządzeniach biurowych. Mimo, że punkt dostępowy jest najważniejszy, to nie jest jedynym elementem od którego zależy niezawodność sieci WLAN. Projektując sieć należy przemyśleć jaki system antenowy zamontujemy na stacji bazowej. Niekoniecznie zastosowanie mocnych anten sektorowych jest najkorzystniejsze. Nie zawsze umieszczenie ich jak najwyżej jest najlepsze. Projektując stację bazową należy wziąć pod uwagę możliwość umieszczenia punktu dostępowego jak najbliżej anten. W ten sposób uzyskamy mniejsze straty na kablach antenowych. Do projektowanej sieci wybrałem punkt dostępowy ORiNOCO AP2500 który jest optymalnym rozwiązaniem ze względu na wielkość i charakter projektowanej sieci, pozwoli nam zachować stabilną pracę sieci oraz odpowiednią przepustowość. Optymalna wysokość, na jakiej należy dokonać montażu AP wynosi 140 200cm. Służą do tego specjalne otwory wykonane w obudowie urządzenia. Punkt dostępowy należy zamontować w o pomieszczeniu zapewniającym dostęp do źródła prądu zmiennego oraz w którym będzie możliwość poprowadzenia przewodu UTP Cat 5 do najbliższego switcha sieci akademickiej. Dokładny opis montażu punktu dostępowego znajduje się na dołączonej przez producenta instrukcji obsługi. 10.6. Doprowadzenie zasilania i przewodów UTP Cat 5 Do pracy punktów dostępowych wymagane jest doprowadzenie zasilania prądu zmiennego ~220V w tym celu konieczny jest montaż AP w bliskiej odległości od źródła zasilania. Punk Dostępowy będzie będzie podłączony do sieci Akademickiej za pomocą kabla standardu Ethernet UTP Cat 5. Niezwykle istotną rzeczą przy montażu okablowania jest staranność ułożenia instalacji sieciowej. Kabel sieciowy UTP Cat 5 składa się ze skręconych ze sobą par przewodów. 5
Rys. 10.3. Sposób podłączenia 1) Zasilanie, 2) Kabel UTP Cat5 Niestaranny montaż może doprowadzić do zakłócenia wzajemnego położenia par przewodów w kablu. Efektem tego może być zmniejszona prędkość działania sieci i przykładowo - mimo zastosowania odpowiednich komponentów niemożność osiągnięcia optymalnej prędkości w sieci. W skrajnych wypadkach nieprawidłowe obchodzenie się z okablowaniem w trakcie instalacji może doprowadzić do przerwania jednego z przewodów w kablu, co może całkowicie uniemożliwić działanie sieci. Kolejnym newralgicznym punktem dla instalacji sieciowej są przepusty między ścianami i stropami. Należy zadbać o to, aby były wystarczająco duże, tak aby kabel dało się przez nie przeprowadzić bez konieczności użycia siły. Podczas instalacji okablowania sieciowego należy również pamiętać o zachowaniu odpowiedniej odległości nie ekranowanej instalacji sieciowej od instalacji elektrycznej. Odległość ta powinna wynosić minimum 30cm (rys. 10.3). Jeżeli instalacja sieciowa i elektryczna będą montowane w jednym korytku montażowym należy zadbać o to, aby samo korytko oraz przegrody na poszczególne rodzaje instalacji były wykonane z metalu. Metalowe przegrody tworzą ekran elektromagnetyczny i zapobiegają zakłóceniom w działaniu sieci. Rys. 10.3. Minimalna odległość instalacji nieekranowanej sieci teleinformatycznej od sieci elektrycznej Zewnętrzna powłoka kabla sieciowego również powinna być zdejmowana tylko na takim odcinku, jaki jest konieczny do przeprowadzenia montażu. 6
Rys. 10.4. Poprawne rozszycie kabla sieciowego Najlepszym rozwiązaniem jest korzystanie z gotowych kabli krosowych czy też przyłączeniowych, które są testowane przez producenta i w 100% spełniają wymogi określone przez normy, jednak w praktyce może zdarzyć się konieczność samodzielnego przygotowania takich kabli. Przy montażu końcówek RJ-45, tak samo jak i przy montażu okablowania w panelu krosowym czy gnieździe sieciowym, należy pamiętać o zachowaniu jak najkrótszego rozplotu par przewodów oraz o zachowaniu identycznej sekwencji przewodów z obu stron kabla sieciowego. Do montażu końcówek RJ-45 na kablu sieciowym potrzebne jest specjalne narzędzie, tak zwana zaciskarka. 10.8. Montaż anteny dookolnej Antena ExtraEter 18dBi Do dolnych otworów bocznych w podstawie uchwytu przykręcamy zaczepy tak, aby ich wygięty koniec skierowany był do wewnątrz (a). Następnie czynność powtarzamy dla górnych otworów (b). Rys. 10.9. Zaczepy W powstałej konstrukcji umieszczamy antenę w taki sposób, aby konektor skierowany był na 7
Zewnątrz (rys. xx) Rys. 10.10. Sposób montażu zaczepów. Następnie wykorzystujemy otwory w zaczepach do umieszczenia w nich śrub, a otwory w tylnej części podstawy uchwytu do umieszczenia w nich cybantów (a), do których mocujemy następnie maszt (b). Rys. 10.11. Montaż anteny do masztu. 10.9. Specyfikacja urządzeń - ORiNOCO AP2500 ORiNOCO AP-2500 jest punktem dostępowym specjalnie zaprojektowanym do realizacji usług dostępu do Internetu w miejscach publicznych, tzw. HotSpotach. Rozpoczęcie świadczenia usług dostępowych np. w hotelach lub restauracjach jeszcze nigdy nie było takie proste: nie potrzeba rozbudowanej struktury informatycznej, lecz wystarczy na początek jeden AP2500. W miarę rozwijania usług można rozszerzać zasięg radiowy komórki HotSpota dzięki możliwości współpracy radiowej AP2500 z punktami dostępowymi AP2000 (system WDS: 6 połączeń na 1 kartę w AP). 8
Rys. 10.12. ORiNOCO AP-2500 Specyfikacja techniczna - Zgodność ze standardami: EEE 802.11aIEEE 802.11bIEEE 802.1xIEEE 802.3a - Częstotliwość pracy: 2.4GHz, 5GHz - Typ łącza Ethernet: RJ-45 - Typ łącza WLA: dwa sloty CardBus na karty radiowe - Łącze konsoli: RS-232 (DB-9) - Hardware: Procesor Intel SA110 233MHz 32 MB SDRAM; 16 MB Flash - Moc nadajnika: 17 dbm - Wilgotność podczas pracy: Max 95% - Antena Dookólna ExtraEter 18dBi Do budowy ExtraEter 18dBi zastosowano aluminiowy falowód o wymiarach 50 x 100mm. Umożliwiło to uzyskanie niemal idealnie równomiernego promieniowania poziomego w pełnym zakresie 360 stopni. Daje jej to poważną przewagę nad popularnymi antenami zbudowanymi na falowodach 25 x 100mm, które charakteryzują się dużą stratą mocy sygnału w sferach bocznych. Następną niebagatelną przewagą jest idealne zestrojenie anteny na kanał, co pozwala na bardzo niewielką stratę mocy dla kanałów skrajnych. Zastosowanie elementów złoconych pozwala zapewnić bardzo mocny i czysty sygnał oraz niezmienne parametry anteny przez bardzo długi okres jej użytkowania. 9
Rys. 10.13. Antena Dookólna ExtraEter 18dBi Rys.10.14. Charakterystyka promieniowania anteny ExtraEter 18dBi Specyfikacja Techniczna - Zysk energetyczny18dbi dla 2,442GHz (7 kanał) - Częstotliwość pracy2400-2500mhz - Polaryzacja pozioma - Promieniowanie wsteczne 0dB - Kąt promieniowania w płaszczyźnie pionowej 6 dla -3dBi - Kąt promieniowania w płaszczyźnie poziomej 360 dla -3dBi SWR1 do 1,4 - Impedancja 50 Ohm - Złącze N/Żeńskie złocone z izolatorem teflonowym 10
- Wymiary (bez uchwytów) 1450 x 100 x 50mm - Waga 3,05 kg - Kabel H-155 Rys. 10.15. Niskotłumienny kabel H-155 Budowa: - Powłoka zewnętrzna PVC 5,40 mm - Ekran I - dwustronna folia Al/Pet/Al - Ekran II - oplot CuSn 90% - Dielektryk spieniony chemicznie PE, 3.90mm - Żyła wewnętrzna 19xCu 0,28mm Specyfikacja techniczna: - Pojemność jednostkowa 82 pf/m - Skuteczność ekranowania >81 - Impedancja 50 ± 3 Ohm 10.12. Kosztorys budowy sieci Tabela 6.1. Wykaz użytych elementów do budowy punktu dostępowego wraz z kosztorysem: Wykaz elementów ORiNOCO AP-2500 Antena Dookólna ExtraEter 18dBi Maszt antenowy aluminiowy 5,3 m, składany z podstawą i kompletem odciągów Zaciski RJ-45 (2 sztuki) Obudowa na punkt dostępowy Przewód UTP Cat 5 (50m) Korytka (10m) Przewód H155 (30m) Cena Razem: 11