Planowanie sieci WLAN 802.11
2,4 i 5,5 GHz 802.11a/b/g/n/ac
Literatura i stąd przykłady
Dwa zagadnienia projektowania
• Dwa wyzwania
– Pokonanie dużego dystansu – Zapewnienie dużej prędkości
• Dwa zagadnienia projektowe
– Łącza p2p – otwarta przestrzeń – Wielodostęp – typowo budynekPasma i standardy 802.11
• Transmisja i przeszkody
Długość fali a problem zasięgu
Anteny i ich charakterystyka
pamiętamy o widoku 3D
Antena paraboliczna
Początkowy okres rozwoju
technologii 802.11 (1997-2007)
Inne istotne kamienie milowe
IEEE 802.11c – opisuje sposób działania bezprzewodowych mostów pomiędzy sieciami
IEEE 802.11d – opisuje sposób implementacji łączności bezprzewodowej w poszczególnych krajach IEEE 802.11e – wprowadza QoS oraz inteligentne zarządzanie pakietami (ang. packet bursting) w transmisji
strumieniowej standardów 802.11a, 802.11g i 802.11h
IEEE 802.11f – definiuje roaming w sieciach 802.11a, 802.11g i 802.11h przy zastosowaniu protokołu IAPP IAPP (Inter Access Point Protocol)
IEEE 802.11h – europejski odpowiednik 802.11a w paśmie 5 GHz, z użyciem (DCS/DFS) oraz TPC
IEEE 802.11i (WPA2) – (ogłoszony 24 czerwca 2004) – rozszerzenie bezpieczeństwa z użyciem szyfrowania i uwierzytelnienia za pomocą EAP, RADIUS, Kerberos, Rijndael AES i IEEE 802.1x
IEEE 802.11k – definiuje protokół wymiany informacji pomiędzy punktami dostępowymi a ich klientami zawierających opis ich możliwości
IEEE 802.11r – szybki roaming
Zmiany w 802.11n MIMO
Proces standaryzacji
Dwa zagadnienia projektowania
• Dwa wyzwania
– Pokonanie dużego dystansu – Zapewnienie dużej prędkości
• Dwa zagadnienia projektowe
–Łącza p2p – otwarta przestrzeń
– Wielodostęp – typowo budynek
Strefa Fresnel’a
• Jaki obszar wokół ścieżki widoczności nadajnik ↔ odbiornik powinien nie zawierać przeszkód?
– Obiekty wewnątrz ciągu koncentrycznych kół wokół ścieżki widzialności mają wpływ na komunikację
• Promień strefy Fresnel’a jest:
• N = Numer strefy
• S = odległość od nadajnika [m]
• D = odległość od odbiornika [m]
• λ = długość fali [m]
• Wygodniej liczyć w GHz i tylko 1 strefa
• F = w GHz
• D = w km
R N SD S D
= λ +
TSK Michał Morawski – niemal wprost skopiowane
Strefa Fresnela c.d.
• Najważniejsza N=1
– Granicą jest powierzchnia, w której odległość od obu końców jest λ/2 dłuższa niż line-of-sight – Większość mocy transmitowana w tej elipsoidzie – Nie wolno zakłócać biegu w obszarze większym niż
0.6F – zakłócenia o charakterze dyfrakcji
• Są to:
• Odbicie fali z nieparzystej strefy odejmuje się od fali „bezpośredniej”
• Odbicie z parzystej dodaje się
Strefa Fresnela i przeszkody
Jakie to są liczby:
2.4 GHz, dystans 1 km, promień ok. 6,5 m z tego 60% to ok. 3,5 m ( 2,3m dla 5,5 GHz) 2.4 GHz, dystans 10 km, promień ok. 18 m z tego 60% to ok. 10,5 m ( 7m dla 5,5 GHz) POLECANE źródła informacji
• http://www.educypedia.be/electronics/antennawifi.htm!!!! wiele linków
• http://www.dipol.com.pl/poradnik_instalatora_wlan_bib86.htm
Typowe przeszkody
• Czy są to przeszkody stałe?
• Czy zmieniają się w długich okresach czasu?
• Jaki jest niezbędny
zapas na czynniki czasu
Effective Isotropic Radiated Power (EIRP)
TSK Michał Morawski – wprost skopiowane
Czułość odbiornika
• Im bardziej ujemna tym lepiej
• Czasem podawana
bez minusa
TSK Michał Morawski – wprost skopiowane potem dodane trochę akcji i dramatu ;-)))
EIRP
Energia promieniowana przez antenę
• EIRP [dBm]
– moc wyjściowa nadajnika + – Wzmocnienie anteny -
– Straty w kablu, na kablach podane tłumienie – Jeśli nie wiadomo jakie to:
• 2dB/m
• 1dB na złącze
• Most ma moc 50mW, kabel wnosi straty 4.6dB, antena ma zysk 13.5dBi. Ile wynosi EIRP? Czy użycie tego mostu jest legalne?
– 17dB (50mW)+13.5-4.6=25.9dBm
– podpowiedź, jaki jest kabel i złącza po drodze?
• Bez pozwolenia radiowego można używać instalacji radiowych nieprzekraczających wartości:
– EIRP 100mW, czyli 20dBm dla pasma 2,4 GHz oraz – 1 W (30 dBm) dla pasma 5,47 – 5,725 GHz
Straty sygnału (path loss)
• W wolnej przestrzeni
20log(d[km])+20log(f[MHz])+32.4 dB
– W przypadku transmisji nad obszarami płaskimi (woda, pole, etc) można ująć 3dB ze względu na działanie drugiej strefy Fresnela
– Dla 2.4GHz:
• 20log(d[km])+100dB (+ 106dB dla 5,5 GHz)
• Inne uproszczone reguły !!!! Uwaga na jednostki mile, stopy itd.
Inne (2.4GHz)
• Drzewa
– 0.35dB/m
– Zależne od deszczu – następny slajd – Więcej informacji:
http://www.ofcom.org.uk/static/archive/ra/topics/research/topics/propagation/vegetation/veg-attenuation-model.pdf
– Włókna szklane 0.5 do 1dB – Zwykłe szkło 3dB
• Niektóre rodzaje znacznie więcej (szczególnie odblaskowe)
20dB (SnO2)
• http://www.isp-planet.com/fixed_wireless/technology/2001/tint_bol.html
TSK Michał Morawski – wprost skopiowane
Inne
• Margines (link margin) związany z zanikaniem sygnału
– Powinien być 20-30dB – Nie mniej niż 10dB
• Straty na dyfrakcji
– Na krawędziach
– Blisko linii bezpośredniej widoczności ~6dB – Przekraczająca linię BW 20-40dB
• Deszcz (silny 100mm/h)
– 2.4GHz 0.05dB/km – 5.7GHz 0.5dB/km
• Mgła (gęsta)
– 2.4GHz 0.02dB/km – 5.7GHz 0.07 dB/km
Dwa zagadnienia projektowania
• Dwa wyzwania
– Pokonanie dużego dystansu – Zapewnienie dużej prędkości
• Dwa zagadnienia projektowe
– Łącza p2p – otwarta przestrzeń–Wielodostęp – typowo budynek
Przydatne narzędzia - Proxim
• http://www.proxim.com/learn/library/calculations/fresnel-zone.aspx
Pokrycie terenu - Proxim
• http://www.proxim.com/learn/library/calculations/downtilt-cover.aspx
Pochylenie anteny - Proxim
• http://www.proxim.com/learn/library/calculations/antenna-downtilt.aspx
Margines mocy - Proxim
• http://www.proxim.com/learn/library/calculations/som.aspx
Straty sygnału (path loss)
• Wewnątrz budynków
– Zależy od mnóstwa czynników – W przybliżeniu
• 2.4GHz 55dB + 0.3dB * d[m]
• 5.7GHz 63dB + 0.3dB * d[m]
• Zalecenie ITU -- Model ITU
Pf GHz= 20 log (f) + N * log ( r ) + Pf( n ) [dB] – 28
– f częstotliwość w GHz – r odległość w metrach
– n liczba pięter, współczynnik dla stropów
Model ITU- wartości N i P
f( n )
Pasmo Obszar mieszkalny Obszar biurowy Obszar handlowy
900 MHz N/A 33 20
1.2 GHz N/A 32 22
1.3 GHz N/A 32 22
1.8 GHz 28 30 22
4 GHz N/A 28 22
5.2 GHz N/A 31 N/A
Pasmo Liczba pięter Obszar mieszkalny
Obszar biurowy Obszar handlowy
900 MHz 1 N/A 9 N/A
900 MHz 2 N/A 19 N/A
900 MHz 3 N/A 24 N/A
1.8 GHz n 4n 15+4(n-1) 6 + 3(n-1)
2.0 GHz n 4n 15+4(n-1) 6 + 3(n-1)
5.2 GHz 1 N/A 16 N/A
Inne
Materiał 5GHz [dB] 2.4GHz [dB]
Pełne drewniane drzwi (1.75”) 10 6
Puste drewniane drzwi (1.75”) 7 4
Wewnętrzne drzwi do biura z oknem (1.75”/0.5”) 6 4
Drzwi przeciwpożarowe/zewnętrzne (stalowe) (1.75”) 25 13
Drzwi przeciwpożarowe/zewnętrzne (stalowe) (2.5”) 32 19
Drzwi zwijane (rollup) stalowe (1.5”) 19 11
Cegła (3.5”) 10 6
Concrete Wall (18”) 30 18
Cubical Wall (Fabric) 2.25" 30 18 30 18
Exterior Concrete Wall (27") 45 53
Glass Divider (0.5") 8 12
Interior Hollow Wall (4") 3 5
Interior Hollow Wall (6") 4 9
Interior Solid Wall (5") 16 14
Marble (2") 10 6
Bullet-Proof Glass (1") 20 10
Exterior Double Pane Coated Glass (1") 20 13
Exterior Single Pane Window (0.5") 6 7
Interior Office Window (1") 6 3
Safety Glass-Wire (0.25”) 2 3
Dobór kanałów, przykład 2,4 GHz
Case studies
Cztery przypadki projektów:
1. Szpital
2. Magazyn, firma spedycyjna 3. Uniwersytet
4. W domku
CS1. Szpital Jones
Budynek centralny i sześć satelitarnych W leżą w dzielnicy podmiejskiej blisko siebie Oddzielają je mała uliczki miejskie
Około 800 pracowników
CS1: Co mamy dziś?
CS1: co trzeba zrobić
• Obniżyć koszty łączności między budynkami, czy można?
• Zrezygnować z łącz dzierżawionych od Telecom, technologia T1/E1
• Wielu pracowników ma służbowe i własne komputery przenośne
• Kłopot z używaniem sieci w Sali konferencyjnej
• Są obawy o wpływ WLAN na sprzęt medyczny, budynek główny
• Są planowane jeszcze kolejne budynki w pobliżu.
CS1. zebranie danych o lokalizacji
• Budynek główny 8 pięter, satelitarne 4 piętra
• Stosowanie światłowodu nie wchodzi w rachubę
• Budynki widzą centralę i siebie
• Jedynie 301-201 zasłania park
CS1: schemat logiczny
• Dostęp bezprzewodowy w budynkach pomocniczych
• Dostęp bezprzewodowy w sali konferencyjnej budynku głównego, rysunek niżej
• Łącza WiFi w miejsce linii dzierżawionych
• Zaproponować pewną nadmiarowość i niezawodność
Budynki pomocnicze sala konf.
• Przyjmujemy zasięg ok. 30 m, 100 ft
– Anteny dookólne centralnie – Anteny 90ow kątach
Między budynkami
• Topologia gwiazdy i dwa zapasy
• Zastosowane mosty zewnętrzne
CS4. Dom Jasia
• Komputer domowy i kilka notebooków
• Zasięg w domu (i w ogrodzie ok. 100 m)
• Projekt ma być oszczędny
• Plan działań:
– Uściślenie wymagań
– Analiza otoczenia, plan obiektu – Projekt logiczny
Plan domu Jasia
• Trzy rozwiązania:
– Kabel – WLAN – mieszane
Poprawiony plan obiektu
• Telefon 900 MHz nie jest ważny
• Lokalizacja okien jest ważna
• Komputer i drukarka, gdzie są ?
Pierwsza przymiarka
• Sprawdzenie zasięgu
• Co z zapasem telefonicznym
– Nie było dostępu CATV przez kilka dni
– Dostęp do banku, modem
Rozwiązanie
• Tor krytyczny 20 m
• Sprawdzamy
– ORiNOCO 11b Client PC Card
http://www.proxim.com/learn/library/datasheets/11bpccard.pdf
– Orinoco RG 1000 Wireless Gateway
http://wireless.ictp.it/school_2001/docs/specs/orinoco/RG_brochure.pdf
Parametry AP
• Czułość: przy 11 Mb/s ???, Moc 15 dBm
W notebooku
• Czułość: przy 11 Mb/s 82 db, Moc 15 dBm
Obliczenie zgrubne i dokładne ?!
• Czułość: przy 11 Mb/s -82 db, Moc 15 dBm
• SOM (System Operating Margin) = 97 dB
• Długość toru krytycznego: 20 m
• 2.4GHz 55dB + 0.3dB * d[m] 62 dB >> (SOM 15+82=97)
• Dwa stropy + marmur 90oi ściana wewn. 30o
Dokładne, dokładniej ?!
Dwa stropy + marmur 90oi ściana 10” / 30o+ drzwi 2x18+2x6+ 28x2 + 6 = 112 dB Przysuwam bliżej ściany (10o) 2x18+2x6+ 28x(1/sin 10o) + 6 =
xxxx + 28x5,7 = 1400 dB
Materiał 5GHz
[dB]
2.4GHz [dB]
Pełne drewniane drzwi (1.75”) 10 6
Puste drewniane drzwi (1.75”) 7 4
Wewnętrzne drzwi do biura z oknem (1.75”/0.5”)
6 4
Drzwi przeciwpożarowe/zewnętrzne (stalowe) (1.75”)
25 13
Drzwi przeciwpożarowe/zewnętrzne (stalowe) (2.5”)
32 19
Drzwi zwijane (rollup) stalowe (1.5”) 19 11
Cegła (3.5”) 10 6
Concrete Wall (18”) 30 18
Cubical Wall (Fabric) 2.25" 30 18 30 18
Exterior Concrete Wall (27") 45 53
Glass Divider (0.5") 8 12
Interior Hollow Wall (4") 3 5
Interior Hollow Wall (6") 4 9
Interior Solid Wall (5") 16 14
