Разработка широкополосной системы передачи информации от специальных объектов
Сети передачи телеметрической информации, принципы их организации и оценка эффективности. Понятие и характерные свойства беспроводных локальных сетей, устройства для создания. Анализ системы защиты информации. Проектирование сети в программе NetCracker.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.05.2013 |
| Размер файла | 1,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Аналитический обзор по теме
1.1 Термины и определения
Сеть передачи данных - совокупность оконечных устройств (терминалов) связи, объединённых каналами передачи данных и коммутирующими устройствами (узлами сети), обеспечивающими обмен сообщениями между всеми оконечными устройствами.
Существуют следующие виды сетей передачи данных:
Телефонные, телеграфные сети - сети, в которых оконечными устройствами являются простые преобразователи сигнала между между электрическим и видимым / слышимым.
Компьютерные сети - сети, оконечными устройствами которых являются компьютеры.
Специальные объекты - объекты обеспечивающие функционирование федеральных органов государственной власти и органов государственной власти субъектов в военное время.
В рамках данной работы под специальными объектами подразумеваются также спецтехника (автомобильная, авиационная и т.д.), используемая данными органами, а также лица, наблюдение за которыми установлено согласно законодательству.
Телеметрия - совокупность технологий, позволяющая производить удалённые измерения и сбор информации для предоставления оператору или пользователю. В телевидении и видеонаблюдении встречается другое понимание слова «телеметрия» - дистанционное управление.
В качестве среды передачи данных используются как беспроводные (радио, GSM/GPRS, ZigBee, WiFi, WiMax, LTE), так и проводные (телефонные, ISDN, xDSL, компьютерные) сети (электрические или оптические).
1.2 Сети передачи телеметрической информации
телеметрический локальный сеть беспроводный
Телеметрия - область техники, предметом которой является разработка технических средств приёма информации для контроля за состоянием объектов на расстоянии. Однако интеграторы и разработчики телеметрии и телемеханики оперируют термином «Телеметрия», имея ввиду, системы, передающую данные в обе стороны, т.е. не только получающие информацию с объекта наблюдения, но и передающие команды управления на объект.
В качестве среды передачи данных используются как беспроводные (радио, GSM/GPRS, WLAN), так и проводные (телефонные, ISDN, xDSL, компьютерные) сети (электрические или оптические). Для передачи данных в системах телеметрии могут использоваться протоколы RS-232, RS-485, TCP/IP, Ethernet.
Системы беспроводной передачи данных широко применяются в телеметрических устройствах. Это обусловлено простотой инсталляции и высокой надежностью радиочастотных систем передачи данных. Во многих практических случаях подвести проводные линии связи к объекту наблюдения либо чрезвычайно затруднено, либо невозможно физически.
В промышленных телеметрических системах находят применения практически все стандарты беспроводной передачи данных. Ключевые факторы, определяющие выбор того или иного беспроводного решения:
?Расстояние передачи данных и характеристики пространства
?Скорость передачи информации
?Требование совместимости с существующими стандартами
?Количество работающих устройств в сети
Телеметрические GSM/GPS-модемы позволяют не только отслеживать перемещение каких-либо ценных объектов по всему миру, но и получать в реальном времени данные о текущем состоянии тех или параметров мобильного объекта. При этом они могут следить за такими параметрами, как температура, уровень заряда аккумуляторов, уровень влажности, текущее состояние и т.п. Эта функциональность сослужит хорошую службу заказчикам из любой отрасли, которым необходимо следить за технологическими процессами и оптимизировать их, совершенствовать управление материальными ресурсами и сокращать потери.
Пример: Благодаря современным системам GPRS телеметрии установленным на велосипеды некоторых гонщиков, фанаты Тур де Франс смогли воочию через ТВ и Интернет отслеживать физическое состояние кумиров: актуальный сердечный ритм и расход энергии.
Современные GSM-модемы имеют расширенный набор интерфейсов, что позволяет стыковать их с большим количеством промышленного оборудования. GSM-модемы используются для получения информации о работе заправочных станций, газораспределительных установок, состоянии систем питания базовых станции сотовых операторов и множества другого оборудования.
Технология Bluetooth широко используется в индустриальных применениях в качестве заменителя кабельного соединения RS-232. Простота внедрения, высокая помехозащищенность канала связи и большая скорость передачи данных, делают Bluetooth-решения крайне привлекательными для получения телеметрической информации от промышленного оборудования.
Технология ZigBee прекрасно подходит для сбора информации с большого числа беспроводных датчиков, в том числе и с батарейным питанием. С помощью маломощных ZigBee-модулей становится возможным создание сети сбора информации с сотен датчиков, объединенных в единую сеть и обладающих способностью передавать информацию по цепочке. ZigBee трансиверы Texas Instruments используются отечественными производителями для построения систем промышленной автоматики.
Пример: На базе ZigBee-модулей XBee компании MaxStream в США реализована система контроля уровня воды в высокогорных озерах.
В тех случаях, когда необходимо передавать телеметрическую информацию между двумя точками на расстояние 10-100 метров идеально подходят микросхемы трансиверов, работающие в безлицензионных диапазонах 433, 868 и 2400 МГц. Использование этих продуктов позволяет построить систему телеметрии с минимальной стоимостью.
Пример: Беспроводная система, передающая значение усилия, с которым закручиваются гайки на конвейере, реализована на базе трансивера CC1021 (рассчитан на диапазоны 315, 433, 868 и 915 МГц). Применение этого трансивера позволило обеспечить высокую надежность передачи информации при работе в реальных индустриальных условиях.
При необходимости передавать большие объемы данных, например видеоинформацию, в системах телеметрии могут использоваться системы Wi-Fi и WiMax.
Системы подвижного мониторинга объектов позволяют контролировать перемещения любых движущихся объектов, как транспортных средств, так и людей. Главной задачей мониторинга является контроль в режиме реального времени местоположения объекта и маршрута его движения. Система мониторинга позволяет сохранять маршруты движения объекта, создавать отчеты о движении объекта, его скорости, простое, о техническом состоянии транспортного средства посредством аналогового подключения к датчикам автомобиля. Существует возможность создания маршрута движения и контроля его прохождения.
На подвижном объекте размещается мобильный навигационный контроллер с приемником GPS, gsm/gprs приемопередатчиком и различными датчиками. GPS-приёмники принимают сигналы с видимых спутников. Затем информация о географическом положении объекта, точном времени, данные с датчиков передаются в центр управления (web-server+ PC со специализированный программным обеспечением) по gsm каналу. Центр управления принимает и обрабатывает эти данные и отображает информацию о положении каждого движущегося объекта на карте в реальном времени. Центр управления может посылать команды на мобильный навигационный контроллер, например, включать звуковой сигнал, останавливать двигатель, изменять направление движения, доставлять сообщения и т.д.
Рис. 1. Реализация системы подвижного мониторинга
Преимуществом использования системы мониторинга является не только возможность контролировать перемещение транспортного средства и его состояние, но и значительно оптимизировать расходы на его эксплуатацию, расходы по управлению автопарком в целом.
Мониторинг может использоваться и как противоугонная система, и как система поиска автомобиля в случае его угона.
Мониторинг частных лиц позволяет контролировать местонахождение детей, лиц пожилого возраста, а также сотрудников, имеющих разъездной характер работы. Эффективна система мониторинга подвижных объектов и для поиска домашних животных.
Сферы применения системы мониторинга:
- Корпоративный автотранспорт
- Муниципальный транспорт
- Такси
- Авиационный транспорт
- Пожарные службы
- Спасательные бригады
- Инкассаторы
- Частные лица
- Частный автотранспорт
- Редкие и дорогостоящие животные
1.3 Организация цифровых широкополосных сетей
Беспроводные сети могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства: в медицине - передача информации от машин скорой помощи в госпиталь, в правоохранительных органах - слежение за подвижными объектами с возможностью документирования событий; организации связи при стихийных бедствиях, дистанционного контроля за объектами (передача телевизионного сигнала, передача кодов управления на различное оборудование - например на камеры лимба и объекта при отслеживании траектории полёта ракет-носителей в космонавтике); установка всевозможных датчиков (в том числе мобильных - к примеру, специальные браслеты для детей), смонтированных в общую систему оповещения;
Аппаратная реализация основана на использовании беспроводных систем передачи информации, так называемые mesh-сети, т.е. самоорганизующиеся ячеечные сети беспроводной передачи данных, полоса пропускания в которых может обеспечивать гарантированное качество канала и высокую скорость передачи.
В сетях радиопередач используются как узконаправленные антенны, так и антенны с более широким сектором охвата, вплоть до всенаправленных (круговых). Для соединения типа точка-точка используются две нацеленные друг на друга (узко) направленные антенны; так строятся, например, радиорелейные линии передач, в которых расстояние между соседними релейными вышками может исчисляться десятками километров. Узконаправленная антенна фокусирует радиолуч, увеличивая плотность его энергии; таким образом передатчик данной мощности «простреливает» на большее расстояние.
Другой тип связи получится при использовании только всенаправленных антенн. В этом случае будет достигнута возможность соединения каждого с каждым. Такую топологию имеют обычно небольшие учрежденческие сети, развернутые на ограниченной территории.
Наконец, если в центре «ячейки» поместить базовую станцию (БС) со всенаправленной антенной и снабдить всех обслуживаемых ею абонентов сфокусированными на нее направленными антеннами, то получим топологию «точка-многоточка». Если еще соединить между собой базовые станции в некоторой иерархии (либо радиорелейными линиями или просто радио-соединениями по типу «точка-точка», либо кабельными каналами), то получим уже целую сотовую сеть.
По этому принципу строятся системы беспроводного широкополосного доступа (БШД). В центре зоны обслуживания устанавливается БС с секторными антеннами, а на удаленных площадках - абонентские терминалы с направленными антеннами (рис. 2). Для работы сервисов реального времени, передачи трафика голоса и видео современные системы БШД поддерживают качество обслуживания с выделением гарантированной полосы пропускания.
Пропускная способность такой сети, распределяемая между абонентскими терминалами, обслуживаемыми одним сектором БС, будет зависеть от числа терминалов. Эффективная производительность одного сектора БС известных производителей БШД лежит в пределах 10-43 Мбит/с, чего вполне достаточно для организации большинства инфокоммуникационных сервисов.
Рис. 2. Схема организации каналов связи для объединения сетей удаленных площадок
В данном случае это будет фиксированная сотовая сеть, так как мобильный абонент не может иметь направленную антенну.
Мобильная сотовая сеть строится по тому же принципу, но с использованием ненаправленных антенн также и у мобильных абонентов, которые не мешают при этом друг другу, потому, что говорят всегда на разных каналах (или чередуясь на одном и том же канале), и потому, что сигнал от мобильного аппарата гораздо слабее сигнала от БС и может быть правильно принят только БС, но не другим мобильным аппаратом.
Для решения задач по обеспечению непрерывного информационного взаимодействия между множеством мобильных и фиксированных объектов, рассредоточенных на большой площади, была создана технология MESH сетей. В сегодняшнем понимании беспроводная MESH сеть - это сеть доступа, построенная на оборудовании стандарта 802.11 (Wi-Fi) по принципу избыточных магистральных связей между соседними точками доступа (ТД), поддерживающая механизмы адаптивной динамической маршрутизации трафика по транспортным каналам.
Территория обслуживания сети разбивается на узловые зоны. В каждой из них имеется узловая ТД, подключаемая к опорной проводной сети при помощи магистрального канала - проводного (медь, оптика) или беспроводного (РРЛ, БШД). Узловая зона делится на квадраты, обслуживаемые периферийными ТД, связанными с узловой ТД и соседними периферийными ТД беспроводными транспортными каналами. Пример реализации узловой зоны на оборудовании компании Cisco Systems приведен на рис. 3.
ТД Cisco Aironet 1500 работают в двух диапазонах: 802.11a и 802.11b/g. В диапазоне 802.11a осуществляются «транспортные» соединения между ТД, а в диапазоне 802.11b/g происходит подключение беспроводных клиентов. Данная архитектура позволяет быстро развертывать такие сети с сохранением полосы пропускания.
Использование фирменного протокола маршрутизации Adaptive Wireless Path Protocol, поддержка QOS (802.11e) и виртуальных сетей 802.1q позволяет еще больше оптимизировать полосу пропускания. Кроме того, ТД Cisco Aironet поставляются во «внешнем» корпусе, соответствующем стандарту NEMA-4, и могут работать в диапазоне температур от -30° до +55°C.
Решения MESH позволяет операторам в реальном масштабе времени осуществлять мониторинг местонахождения Wi-Fi устройств - например, шагающих экскаваторов, карьерных грузовиков и другой тяжелой техники.
Рис. 3. Пример реализации сегмента Mesh сети на базе оборудования Cisco Systems
Технология MESH может быть эффективна при организации связи на ресурсодобывающих предприятиях (угольные разрезы, буровые и т.д.) грузовых терминалов на железнодорожных станциях, в авиа- или морских портах, а также на крупных складских комплексах, где особое значение имеют функции сбора информации об объекте (техническое состояние, идентификация груза), передачи видеоизображений систем безопасности и т.д.
Городские MESH-сети могут быть использованы службами ЖКХ и оперативного реагирования (милиция, скорая помощь, МЧС)
1.4 Беспроводные локальные сети. Основные свойства
При подключении компьютеров к локальной вычислительной сети могут использоваться устройства беспроводной связи. В этом случае отпадает необходимость прокладывать кабельные сети, однако стоимость беспроводной локальной вычислительной сети существенно превышает стоимость своих электрических «собратьев», при более низкой скорости передачи данных.
Рис. 4. PCI и USB беспроводные устройство связи
Для подключения компьютеров используются сетевые адаптеры с PCI интерфейсом (на рис. 4 слева) и с USB интерфейсом (на рис. 4 справа). Беспроводной доступ может быть организован и с помощью обычных сетевых адаптеров, но в этом случае сетевой адаптер должен быть подключен к радиоприёмнику / передатчику (точке беспроводного доступа). Один из вариантов исполнения точки беспроводного доступа приведен на рис. 5.
Рис. 5. Точка радиодоступа к сети
Подключение сетевой платы к радиоточке выполняется с помощью стандартного соединительного шнура. Кроме того, точка доступа исполняет роль центра беспроводной сети при объединении более двух компьютеров в беспроводную сеть. В таком случае она подключается к компьютеру, играющему в данной сети главенствующую роль - серверу. Либо при подключении точки доступа через маршрутизатор к проводной сети, вы получаете возможность обмениваться информацией со стационарными компьютерами.
Технология WDS, позволяет одновременно подключать беспроводных клиентов, к точкам, работающим в режиме Bridge (мост точка-точка) и Multipoint Bridge (мост точка-много точек). Однако скорость передачи данных у беспроводных клиентов, в таком режиме будет порядка 1/3 от скорости передачи данных между точками доступа. В режиме Infrastructure Mode (он же - режим клиент / сервер) беспроводная сеть состоит из, как минимум, одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных оконечных станций. Такая конфигурация носит название базового набора служб (Basic Service Set, BSS). В режиме «Ad-hoc» каждое устройство или станция могут связываться непосредственно друг с другом, без использования точки доступа. Режим «Ad-hoc» называют также «режим равный-с-равным» (peer-to-peer) или Independent Basic Service Set (IBSS - независимый базовый набор служб).
Наиболее распространённый стандарт для беспроводных локальных сетей (WLAN - wireless Local Area Network) был принят организацией IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers - институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) в качестве спецификации 802.11. Данная спецификация определяет правила обмена информацией для абонентов, подобные правилам, принятым в сетях Ethernet, с небольшими модификациями. Стандартный комплект Wi-Fi состоит из так называемой базы (Wireless Access Point) и набора одинаковых компьютерных плат (Wi-Fi карт) (рис. 4).
Одновременно к базе может быть подключено несколько десятков и даже сотен компьютеров. Основное ограничение - расстояние между ними и базой не должно превышать 300 м. Скорость обмена информацией - до 100 Мбит/сек.
По аналогичной схеме функционирует и новая разработка в данной области, называемая Wi-Max. В ней используется стандарт 802.16, а объявленная дальность действия - 50 км.
Базы Wi-Fi являются многофункциональными устройствами, позволяющими, в том числе, строить «мосты» между двумя такими устройствами. В условиях прямой видимости работоспособность такого канала, по утверждению специалистов фирмы D-Link, сохраняется на расстоянии до 200 и более км. Пропускная способность канала с расстоянием уменьшается, но при расстоянии в 50 км гарантированы не менее 8-10 Мбит/сек (заявлены 20 Мбит/сек).
Для работы беспроводных сетей выделены пять диапазонов радиочастот:
915 МГц;
2400-2425 МГц;
2414-2440 МГц;
2429-2455 МГц;
2443-2470 МГц.
Первый диапазон требует обязательного лицензирования. Что касается диапазона 2,4 ГГц, то в России в соответствии с решением Государственного комитета по радиочастотам (ГКРЧ) от 29 июня 1998 г. №7/6 для пользователей систем, работающих с шумоподобным радиосигналом в диапазоне 2,4 ГГц, специального разрешения не требуется.
Беспроводные сети передачи данных (БСПД) позволяют объединить в единую информационную систему разрозненные локальные сети и компьютеры для обеспечения доступа всех пользователей этих сетей к единым информационным ресурсам без прокладки дополнительных проводных линий связи. БСПД обычно создаются в тех случаях, когда прокладка кабельной системы затруднена или экономически нецелесообразна. Примером могут служить предприятия, имеющие распределенную структуру (складские помещения, отдельные цеха, карьеры и пр.), наличие естественных преград при построении кабельных систем (рек, озер и т.д.), предприятия, арендующие офисы на небольшой срок, выставочные комплексы и гостиницы, предоставляющие доступ в Интернет для своих клиентов. Беспроводные локальные сети уменьшают затраты на планирование и подготовку рабочего пространства, обновление оборудования и периферии, обеспечивая при этом небольшой радиус мобильности пользователям ноутбуков и PDA.
Наиболее популярные схемы беспроводных сетей:
Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity - «беспроводная точность») - стандарт на оборудование Wireless LAN. Установка Wireless LAN рекомендовалась там, где развёртывание кабельной системы было невозможно или экономически нецелесообразно. В нынешнее время во многих организациях используется Wi-Fi, так как при определённых условиях скорость работы сети уже превышает 100 Мбит/сек. Пользователи могут перемещаться между точками доступа по территории покрытия сети Wi-Fi. Мобильные устройства (КПК, смартфоны, PSP и ноутбуки), оснащённые клиентскими Wi-Fi приёмо-передающими устройствами, могут подключаться к локальной сети и получать доступ в Интернет через точки доступа.
WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) - телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN.
WiMAX подходит для решения следующих задач:
- Соединения точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.
- Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL.
- Предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.
- Создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.
WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в масштабах целых городов.
Существует два основных направления применения беспроводных компьютерных сетей - работа в замкнутом объеме (офис, выставочный зал и т.п.) и соединение удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети).
Для организации беспроводной сети в замкнутом пространстве применяются передатчики со всенаправленными антеннами. Стандарт IEEE 802.11 определяет два режима работы сети - Ad-hoc и клиент / сервер. Режим Ad-hoc (иначе называемый «точка-точка») - это простая сеть, в которой связь между станциями (клиентами) устанавливается напрямую, без использования специальной точки доступа. В режиме клиент / сервер беспроводная сеть состоит, как минимум, из одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных клиентских станций. Поскольку в большинстве сетей необходимо обеспечить доступ к файловым серверам, принтерам и другим устройствам, подключенным к проводной локальной сети, чаще всего используется режим клиент / сервер. Без подключения дополнительной антенны устойчивая связь для оборудования IEEE 802.11b достигается в среднем на следующих расстояниях: открытое пространство - 500 м, комната, разделенная перегородками из неметаллического материала, - 100 м, офис из нескольких комнат - 30 м. Следует иметь в виду, что через стены с большим содержанием металлической арматуры (в железобетонных зданиях таковыми являются несущие стены) радиоволны диапазона 2,4 ГГц иногда могут вообще не проходить, поэтому в комнатах, разделенных подобной стеной, придется ставить свои точки доступа. Для соединения удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети) используется оборудование с направленными антеннами, что позволяет увеличить дальность связи до 20 км (а при использовании специальных усилителей и большой высоте размещения антенн - до 50 км). Причем в качестве подобного оборудования могут выступать и устройства Wi-Fi, нужно лишь добавить к ним специальные антенны (конечно, если это допускается конструкцией). Комплексы для объединения локальных сетей по топологии делятся на «точку-точку» и «звезду». При топологии «точка-точка» (режим Ad-hoc в IEEE 802.11) организуется радиомост между двумя удаленными сегментами сети. При топологии «звезда» одна из станций является центральной и взаимодействует с другими удаленными станциями. При этом центральная станция имеет всенаправленную антенну, а другие удаленные станции - однонаправленные антенны. Применение всенаправленной антенны в центральной станции ограничивает дальность связи дистанцией примерно 7 км. Поэтому, если требуется соединить между собой сегменты локальной сети, удаленные друг от друга на расстояние более 7 км, приходится соединять их по принципу «точка-точка». При этом организуется беспроводная сеть с кольцевой или иной, более сложной топологией.
1.5 Устройства для создания беспроводных компьютерных сетей
Большинство адаптеров для беспроводных компьютерных сетей сейчас выпускается в формате карт PC Card Type II, предусматривающем установку устройства в ноутбук, хотя существуют и модели адаптеров для установки в слоты PCI или ISA, но их значительно меньше. Поэтому, увы, для установки беспроводного сетевого адаптера в настольный персональный компьютер приходится еще и приобретать дополнительный переходник, вставляемый в слот PCI. Относительно недавно начат выпуск сетевых адаптеров Wi-Fi, выполненных в виде плат стандарта CompactFlash. Такие устройства предназначены для карманных компьютеров, работающих под операционной системой Windows CE (Pocket PC). Существуют и сетевые адаптеры Wi-Fi, выполненные в виде отдельных устройств с интерфейсом USB.
Современной тенденцией является использование в сетевых адаптерах внутренних антенн. В точках доступа для повышения дальности связи чаще используются внешние антенны. В некоторых моделях точек доступа качестве приемопередатчика используется тот же сетевой адаптер, что и в клиентских станциях, причем в точке доступа его так же просто заменять, как и в клиентской станции. Такое техническое решение ограничивает дальность связи (а большая дальность для квартиры или маленького офиса может оказаться излишней), и причина, побудившая инженеров пойти на такой шаг, не совсем понятна.
Типичным случаем является объединение в одном устройстве точки доступа и маршрутизатора. Точка доступа может также включать в себя и некоторые другие устройства, например модем. Для небольшого офиса очень удобно использовать точку доступа, объединенную с принт-сервером. К ней можно подключить самый обычный принтер, превратив его тем самым в сетевой.
Управление точкой доступа в современных беспроводных сетях, как правило, осуществляется по протоколу TCP/IP через обычный Интернет-браузер.
Клиентские станции стоят пока значительно дороже, чем простые сетевые карты Ethernet. Но ведь важна не стоимость клиентских устройств как таковых, а общая стоимость системы, а также ее установки и обслуживания. И вот тут мы сталкиваемся с новой ситуацией: разница между стоимостью комплекта оборудования для проводной сети Ethernet (с учетом затрат на покупку кабеля) и стоимостью комплекта оборудования IEEE 802.11b сопоставима по порядку величины со стоимостью прокладки кабеля. И если тенденция снижения цен на беспроводное сетевое оборудование сохранится, то уже в ближайшем будущем может оказаться что в ряде случаев экономически выгоднее развернуть беспроводную локальную сеть, чем возиться с прокладкой кабелей.
1.6 Безопасность беспроводных сетей
В сетях IEEE 802.11 предусмотрены определенные меры для ограничения круга клиентов, подключаемых к точке доступа. Каждой станции присваивается уникальный идентификационный номер ESSID, который требуется передать на точку доступа, чтобы соединиться с ней. Кроме того, каждая точка доступа может хранить у себя список MAC-адресов и соединять только тех клиентов, которые упомянуты в этом списке.
Шифрование передаваемой информации в беспроводных компьютерных сетях IEEE 802.11 осуществляется по стандарту WEP (Wired Equivalent Privacy, т.е. защита информации, эквивалентная проводной сети), в основе которого лежит алгоритм RC4 с длиной ключа 40 или 64 бит. На смену WEP идет стандарт WEP2 с длиной ключа 128 бит. Поддержка стандарта WEP является обязательным условием для получения оборудованием сертификата соответствия требованиям Wi-Fi, благодаря чему обеспечивается совместимость устройств и при обмене зашифрованной информацией. В то же время производители оборудования добавляют в него дополнительно поддержку и иных алгоритмов шифрования, например LEAP с длиной ключа 128 бит.
Мощность, излучаемая передатчиком точки доступа или же клиентской станции, работающей по стандарту IEEE 802.11b, не превышает 0,1 Вт. Для сравнения - мощность, излучаемая мобильным телефоном, на порядок больше. Поскольку, в отличие от мобильного телефона, элементы сети расположены далеко от головы, в целом можно считать, что беспроводные компьютерные сети более безопасны с точки зрения здоровья, чем мобильные телефоны.
Если беспроводная сеть используется для объединения сегментов локальной сети, удаленных на большие расстояния, антенны, как правило, размещаются за пределами помещения и на большой высоте.
1.7 Преимущества между WiMAX и Wi-Fi
Часто сравнивают такие современные технологии передачи данных, как WiMAX и Wi-Fi. Несмотря на то, что обе технологии имеют созвучные названия и WiMAX технология появилась позже, то можно предположить, что WiMAX это усовершенствованная модель Wi-Fi, но это не так. Эти технологии имеют различные области применения. WiFi является технологией, в основном предназначенной для организации небольших беспроводных сетей внутри помещений и построения беспроводных мостов. Технология Wi MAX, в свою очередь, предназначена для организации широкополосной связи вне помещений и для организации крупномасштабных сетей. WiMAX разрабатывался как городская вычислительная сеть (MAN). Рассмотрим некоторые другие различия между этими технологиями. У WiMAX лучше качество связи, чем у WiFi. Когда несколько пользователей подключены к точке доступа Wi-Fi, они буквально «дерутся» за доступ к каналу связи. В свою очередь, технология WiMAX обеспечивает каждому пользователю постоянный доступ. Построенный на технологии WiMAX алгоритм устанавливает ограничение на число пользователей для одной точки доступа. Когда базовая станция WiMAX приближается к максимуму своего потенциала, она автоматически перенаправляет «избыточных» пользователей на другую базовую станцию.
Но Wi Max по-прежнему находится в зачаточном состоянии, и потребуются значительные вложения в данную инфраструктуру для получения коммерческой выгоды. Wi-Fi является уже самодостаточной системой и быстрое развертывание сетей WiFi не проблема сейчас.
Предприятия с огромными площадями, возможно, захотят перейти на WiMAX, чтобы избежать покупки большого количества репитеров, требуемых при установке Wi-Fi сети.
Wi-Fi технология является более зрелой нежели WIMAX и сегодня вряд ли найдете новый ноутбук без встроенного Wi-Fi модуля. Также, возможно только временным недостатком является то, WIMAX оборудование стоит дороже WIFI оборудования и ассортимент WIMAX оборудования более скудный. Это вызвано тем, что технология WiMAX более молодая. Производство устройств, оборудованных WiMAX модулем, только начало развиваться и до уровня оборотов WiFi устройств ему еще далеко. Стоимость базовых станций WiMAX также выше из-за дополнительных дорогостоящих компонентов.
Как и во многих других областях, в беспроводной передачи данных нет универсальной технологии. Под каждые конкретные задачи больше подходит WiMAX или WIFI. Если стоит задача предоставить широкополосный доступ к сети для пользователей-то больше, конечно подходит WiMAX, так как эта технология изначально была разработана именно с этой целью. Однако если стоит задача предоставить широкополосный доступ в ограниченном помещении, то технологии WIFI и WiMAX одинаково хорошо подходят для решения, при условии что низкий уровень помех или помехи вовсе отсутствуют. А для внедрения беспроводных систем безопасности или видеонаблюдения больше подходит WiFi, так как это направление уже достаточно неплохо развито.
Таблица №1. Охват и масштаб сети Wi-Fi и WiMAX
|
Wi-Fi (IEEE 802.11) |
WiMAX (IEEE 802.16) |
|
|
беспроводные решения внутри зданий |
беспроводные решения вне зданий |
|
|
Точка - точка (PtP - Point to point) |
Точка - много точек (PtMp - Point to multipoint) |
|
|
сети небольшого масштаба (примерно 100 м) |
огромные беспроводные сети (7-10 км) |
|
|
проблема «скрытого» узла (CSMA\CA) |
Отсутствие проблемы «скрытого» узла (DAMA-TDMA) |
|
|
Простые модуляции (64 бит) в стандартах a, g |
Комплексная техника модуляции (256 бит) |
|
|
Построение беспроводных мостов на дальние расстояния с применением множества ретрансляторов |
Дальние беспроводные мосты без применения множества ретрансляторов |
Таблица №2. Масштабируемость и пропускная способность сети Wi-Fi и Wi-MAX
|
Wi-Fi (IEEE 802.11) |
WiMAX (IEEE 802.16) |
|
|
Фиксированная ширина полосы пропускания канала (20МГц) |
Гибкая ширина полосы пропускания (1.5 - 20 МГц) |
|
|
Несколько непересекающихся каналов (3-5) |
Множество непересекающихся каналов |
|
|
Максимальная скорость передачи данных - 54Мбит\с (зависит от ширины полосы) |
Максимальная скорость передачи данных - 70Мбит\с при ширине полосы 20 МГц |
Преимущества WiFi и WiMAX технологий:
· Беспроводное подключение к Вашей Wi-Fi сети любых устройств, включая принтеры, МФУ, коммуникаторы, ноутбуки и т.д.;
· Выход в Интернет с Ваших мобильных устройств в любой точке покрытия Wi-Fi сети;
· При совместном применении этих двух технологий вы получаете высокоскоростной WiMAX Интернет и локальную WiFi сеть;
· Высокая степень защищенности передачи данных и самой беспроводной сети от постороннего вмешательства.
2. Практическая часть
2.1 Анализ системы защиты информации
Защиту информации, беспроводной сети от прямых угроз можно разбить на две категории:
1. Защита от стихийных бедствий.
2. Защиты от злоумышленников.
Наиболее опасным из стихийных бедствий можно считать пожар. Соблюдение элементарных пожарных норм позволяет решить эту проблему. Наиболее важен и интересен второй пункт.
Для того, чтобы защитить компьютеры от злоумышленников, а следовательно защитить информацию, необходимо ограничить непосредственный доступ к вычислительной системе в целом. Для этого следует организовать охрану вычислительного комплекса, расположенного на территории техникума. Можно выделить следующие виды охранных мер:
охрана границ территории (некоторой зоны, окружающей техникум);
охрана самого здания или некоторого пространства вокруг него;
охрана входов.
2.2 Программное обеспечение компьютеров
Компьютерные работают в операционной системе Windows XP Professional
Windows XP (кодовое название при разработке - Whistler; внутренняя версия - Windows NT 5.1) - операционная система семейства Windows NT корпорации Microsoft. Она была выпущена 25 октября 2001 года и является развитием Windows 2000 Professional. Название XP происходит от англ. experience (опыт). Название вошло в практику использования, как профессиональная версия.
Системные требования ОС Windows XP Professional указаны в табл. 3:
Таблица №3. Системные требования ОС Windows XP Professional
|
Декларируемые как минимальные |
Рекомендуемые |
||
|
Процессор |
233 MHz |
300 MHz или выше |
|
|
Оперативная память |
64 Мб RAM (могут быть ограничены некоторые возможности) |
128 Мб RAM или выше |
|
|
Видеоадаптер и монитор |
VGA (640 x 480) |
Super VGA (800 x 600) или большее разрешение |
|
|
Свободное место на HDD |
1.5 Гб |
1.5 Гб или выше |
|
|
Оптические накопители |
CD-ROM (требуется для установки) |
CD-ROM или DVD-ROM |
|
|
Устройства взаимодействия с пользователем |
клавиатура |
клавиатура и мышь |
|
|
Другие устройства |
Звуковая карта, колонки и / или наушники |
Звуковая карта, колонки и / или наушники |
К прикладному программному обеспечению относятся следующие программы:
· Браузер Mozilla Firefox
· Офис Open Office
Mozilla Firefox - свободно распространяемый браузер. Второй по популярности браузер в мире и первый среди свободного ПО - в начале апреля 2010 года его рыночная доля составила 31,52%, в отдельных странах - до 45%. В браузере присутствуют вкладочный интерфейс, проверка орфографии, поиск по мере набора, «живые закладки», менеджер закачек, поисковая система. Новые функции можно добавлять при помощи расширений. Firefox выпускается для Microsoft Windows и множества других операционных систем.
OpenOffice.org (OOo, OO.o) - свободный пакет офисных приложений, разработанный с целью предоставить альтернативу Microsoft Office как на уровне форматов, так и на уровне интерфейса пользователя. Одним из первых стал поддерживать новый открытый формат OpenDocument (ISO/IEC 26300). Отлично работает на платформе Microsoft Windows и других платформах. Офисный пакет OpenOffice.org может свободно устанавливаться и использоваться в школах, офисах, вузах, домашних компьютерах, государственных, бюджетных и коммерческих организациях и учреждениях России и стран СНГ согласно GNU General Public License.
К специальному программному обеспечению относятся:
· 1С бухгалтерия
· Антивирусная программа ESET
· Orcad
· Protel
· NetCracker
· Agnitum Outpost
· XSpider
· Everest Ultimate Edition
2.3 Обзор программ для проектирования сети
Microsoft Visio 2003 PRO SP2 - Это профессиональная графическая программа для создания с нуля чертежей в разных областях инженерной деятельности, будь то электрические и механические схемы, архитектурные проекты, построение разнообразных красочных диаграмм, планов местности, планов помещений, и ещё много всевозможных проектов. В программе имеется множество библиотек с готовыми элементными базами практически из всех областей инженерных специальностей. Программа является первым помошником студентам технических специальностей, при выполнении чертежей курсовых и дипломных работ и многого другого.
Visio Professional 2003 предлагает инструментарий для построения технических и бизнес-диаграмм, позволяющий наглядно представлять имеющиеся концепции, данные и системы, а также создавать проекты новых систем. Схемы, построенные в Visio Professional, позволяют получать ценную информацию о существующих системах и помогают рабочим группам и отдельным пользователям более эффективно создавать новые решения. Схемы Visio помогают представить информацию в сжатом виде, выделив наиболее важные текст и числа, сделать основную идею более запоминающейся и устранить многие технические и культурные барьеры.
Удобство проектирования и анализа. Visio 2003 служит для создания деловых и технических диаграмм для лучшего понимания и организации сложных процессов и систем.
NetCracker - система представляет собой CASE-средства автоматизированного проектирования, моделирования и анализа компьютерных сетей. Позволяет провести эксперименты, результаты которых могут быть использованы для обоснования выбора типа сети, сред передачи, сетевых компонент оборудования и программно-математического обеспечения.
Программные средства NetCracker позволяют выполнить сбор соответствующих данных о существующей сети без останова ее работы, создать проект этой сети и выполнить необходимые эксперименты для определения предельных характеристик, возможности расширения, изменения топологии и модификации сетевого оборудования с целью дальнейшего ее совершенствования и развития.
С помощью NetCracker можно проектировать компьютерные сети различного масштаба и назначения: от локальных сетей, насчитывающих несколько десятков компьютеров, до межгосударственных глобальных сетей, построенных с использованием спутниковой связи. В составе программного обеспечения NetCracker имеется мощная база данных сетевых устройств ведущих производителей: рабочих станций, серверов, сред передачи, сетевых адаптеров, повторителей, мостов, коммутаторов, маршрутизаторов, используемых для различных типов сетей и сетевых технологий.
NetCracker позволяет разрабатывать многоуровневые проекты с заданной проектировщиком степенью детализации; при этом имеется достаточно удобный интерфейс и средства быстрого просмотра всех уровней проекта. Для реализаций функций имитационного моделирования в составе NetCracker предусмотрены средства задания характеристик трафиков различных протоколов; средства визуального контроля заданных параметров; средства накопления статистической информации и формирования отчетной документации о проведенных экспериментах.
2.4 Проектирование сети в программе NetCracker
телеметрический локальный сеть беспроводный
В данной работе была построена модель сети, топология которой изображена на рис. 8. Эта сеть включает в себя 4 сегмента ROOM и 4 ноутбука с встроенным wi-fi адаптером соединенным с сервером.
Рис. 6. Обмен передачи данных между ноутбуками и ROOM
Сервер изображен на рис. 7, состоит он из одного персонального компьютера который управляет Ethernet Server, также ПК соединен с Wi-Fi модемом и роутером для обмена с данными между ноутбуками и другими устройствами.
Рис. 7. Комната сервера
Каждый сегмент (ROOM 31, 32, 35, 36) содержит несколько рабочих компьютеров и ноутбуков соединенных с W-Fi модемом. Для передачи данных между сегментами используется Router соединенным с PC, в котором установлены 2 адаптера: Ethernet adapter и Wireless Ethernet adapter для соединения Router с Wi-Fi модем через ПК как показано на рис. 8.
Рис. 8. Обмен данными между ПК в ROOM 36
По условию задания при построении были использованы только стандартные средства. Тип соединения с ПК - Wireless modem, тип протокола при выборе трафика - Small Office.
2.5 Расчет зоны действия сигнала
Эта методика позволяет определить теоретическую дальность работы беспроводного канала связи, построенного на оборудовании D-LINK. Следует сразу отметить, что расстояние между антеннами, получаемое по формуле - максимально достижимое теоретически, а так как на беспроводную связи влияет множество факторов, получить такую дальность работы, особенно в черте города, увы, практически невозможно.
Для определения дальности связи необходимо рассчитать суммарное усиление тракта и по графику определить соответствующую этому значению дальность. Усиление тракта в дБ определяется по формуле:
(1)
Где:
- мощность передатчика;
- коэффициент усиления передающей антенны;
- коэффициент усиления приемной антенны;
- реальная чувствительность приемника;
По графику, приведённому на рис. 9, находим необходимую дальность работы беспроводного канала связи.
Рис. 9. График для определения дальности работы беспроводного канала связи
По графику (кривая для 2.4 GHz) определяем соответствующую этому значению дальность. Получаем дальность равную ~300 метрам.
Без вывода приведём формулу для расчёта дальности. Она берётся из инженерной формулы расчёта потерь в свободном пространстве:
(2)
Где:
FSL (free space loss) - потери в свободном пространстве (дБ);
F - центральная частота канала на котором работает система связи (МГц);
D - расстояние между двумя точками (км).
FSL определяется суммарным усилением системы. Оно считается следующим образом:
Суммарное усиление = Мощность передатчика (дБмВт) + | Чувствительность приёмника (-дБмВт) (по модулю) | + Коэф. Уисления антенны передатчика + Коэф усиления антенны приёмника - затухание в антенно-фидерном тракте передатчика - затухание в антенно-фидерном тракте приёмника - SOM
Для каждой скорости приёмник имеет определённую чувствительность. Для небольших скоростей (например, 1-2 мегабита) чувствительность наивысшая: от -90 дБмВт до -94 дБмВт. Для высоких скоростей, чувствительность намного меньше.
В зависимости от марки радио-модулей максимальная чувствительность может немного варьироваться. Ясно, что для разных скоростей максимальная дальность будет разной.
SOM (System Operating Margin) - запас в энергетике радиосвязи (дБ). Учитывает возможные факторы отрицательно влияющие на дальность связи, такие как:
· температурный дрейф чувствительности приемника и выходной мощности передатчика;
· всевозможные погодные аномалии: туман, снег, дождь;
· рассогласование антенны, приёмника, передатчика с антенно-фидерным трактом.
Параметр SOM берётся равным 15 дБ. Считается, что 15-ти децибельный запас по усилению достаточен для инженерного расчета.
В итоге получим формулу дальность связи:
. (3)
D=0.25km = 250 м
Исходя из выше сказанного, можно сделать следующие выводы, что беспроводные сети передачи данных позволяют объединить в единую информационную систему разрозненные локальные сети и компьютеры для обеспечения доступа всех пользователей этих сетей к единым информационным ресурсам без прокладки дополнительных проводных линий связи. БСПД обычно создаются в тех случаях, когда прокладка кабельной системы затруднена или экономически нецелесообразна.
Wi-Fi - стандарт на оборудование Wireless LAN. Установка Wireless LAN рекомендовалась там, где развёртывание кабельной системы было невозможно или экономически нецелесообразно.
WiMAX подходит для решения следующих задач:
- Соединения точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.
- Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL.
- Предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.
- Создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.
С помощью NetCracker можно проектировать компьютерные сети различного масштаба и назначения: от локальных сетей, насчитывающих несколько десятков компьютеров, до межгосударственных глобальных сетей, построенных с использованием спутниковой связи.
Список литературы
1. Мобильные широкополосные системы передачи цифровой информации - компании MOTOROLA. №7. - 2008.
2. Максим Букин. Public Safety - безопасность без проводов. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Основы сетей передачи данных. 2005 г. -176 стр.
3. Берлин А.Н. Телекоммуникационные сети и устройства. БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. - 319 стр.
4. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. Вишневский В.М., Ляхов А.И., Портной С.Л., Шахнович И.В. - М.: Техносфера, 2005.
5. А.А. Владимиров, К.В. Гавриленко, А.А. Михайловский. Wi-Фу: боевые приемы взлома и защиты беспроводных сетей. М.:NT Press, 2005.
6. Б.Я Советов. Моделирование систем: учебное пособие. М.: Высшая школа, 1988.
7. Вильям Столингс. Беспроводные линии связи и сети. М.:Вильямс; 2003.
8. Вильям Столингс. Основы защиты сетей. Приложения и стандарты. М.:Вильямс; 2002.
9. Дебра Литтлджон Шиндер. Основы компьютерных сетей. Изд.: Cisco Press, 2002.
10. Джек Маккалоу. Секреты беспроводных технологий. М.:NT Press, 2005.
11. Джим Гейер. Беспроводные сети. Первый шаг. М.:Вильямс; 2005.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Беспроводная технология передачи информации. Развитие беспроводных локальных сетей. Стандарт безопасности WEP. Процедура WEP-шифрования. Взлом беспроводной сети. Режим скрытого идентификатора сети. Типы и протоколы аутентификации. Взлом беспроводной сети.
реферат [51,8 K], добавлен 17.12.2010Методы обеспечения целостности информации в системах стационарных и подвижных объектов. Определение оптимальных характеристик корректирующего кода, разработка кодирующего устройства; технические системы сбора телеметрической информации и охраны объектов.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 01.07.2011Разработка технологии защиты информации беспроводных сетей, которая может применяться для повышения защиты компьютера пользователя, корпоративных сетей, малых офисов. Анализ угроз и обеспечения безопасности беспроводной сети. Настройка программы WPA.
дипломная работа [2,9 M], добавлен 19.06.2014Определение в процессе исследования эффективного способа защиты информации, передающейся по Wi-Fi сети. Принципы работы Wi-Fi сети. Способы несанкционированного доступа к сети. Алгоритмы безопасности беспроводных сетей. Нефиксированная природа связи.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 18.04.2014Отличия беспроводных технологий передачи данных от проводных. Преимущества и недостатки WiMAX, WI-FI, Bluetooth, RadioEthernet. Типы кабелей для соединения рабочих станций. Проектирование сети в программе NetCracker. Обзор топологий "шина" и "звезда".
дипломная работа [2,3 M], добавлен 11.01.2015Механизм создания и обмена пакетами в сети передачи информации на основе стека протоколов ZigBee. Принцип действия, особенности работы и коммутации с другими протоколами, определение основных методов и способов защиты информации, передаваемой в сети.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 12.09.2012Передача информации между компьютерами. Анализ способов и средств обмена информацией. Виды и структура локальных сетей. Исследование порядка соединения компьютеров в сети и её внешнего вида. Кабели для передачи информации. Сетевой и пакетный протоколы.
реферат [1,9 M], добавлен 22.12.2014Роль компьютерных сетей, принципы их построения. Системы построения сети Token Ring. Протоколы передачи информации, используемые топологии. Способы передачи данных, средства связи в сети. Программное обеспечение, технология развертывания и монтажа.
курсовая работа [279,7 K], добавлен 11.10.2013История создания сети Интернет и локальных вычислительных сетей (LAN). Функции межсетевого протокола передачи информации. Применение доменной системы имен и выбор способа переадресации данных. Правовые нормы при поиске и просмотре информации в Интернете.
презентация [786,8 K], добавлен 25.04.2013Эволюция вычислительных систем: мэйнфреймы, многотерминальные системы, глобальные и локальные сети. Базовые понятия сетей передачи информации. Процесс передачи данных и виды сигналов: аналоговый и цифровой. Физическая и логическая структуризация сетей.
реферат [246,8 K], добавлен 05.08.2013
