Wyższa Szkoła Handlu i Prawa im. Ryszarda Łazarskiego
Praca licencjacka pod tytułem „ Projekt i wykonanie oprogramowania liczącego zasięg pokrycia terenu siecią bezprzewodową”
Pod kierunkiem
prof. dr hab. inż. Radosława Pytlaka
Autor
Marcin Mioduszewski
Nr. Albumu: 23598
Spis treści
1. Technologia bezprzewodowa 3
1.1. Technika przesyłu sygnału radiowego 3
1.1.1. Propagacja fal radiowych (dokończyć) 3
1.2. Czynniki wpływające na sieci bezprzewodowe (dokończyć) 6
1.3. Standardy sieci bezprzewodowych (dokończyć) 8
1.4. Rodzaje sieci bezprzewodowych(dokończyć) 11
1.5. Urządzenia bezprzewodowe 11
1.5.1. Urządzenia aktywne (dokończyć) 11
1.5.2. Urządzenia pasywne 11
1.5.2.1. Anteny 11
1.5.2.1.1. Przykładowe anteny o częstotliwości pracy 2.4 GHz 16
1.5.2.1.2. Przykładowe anteny o częstotliwości pracy 5.6 GHz 22
1.5.2.2. Kable 26
1.5.2.3. Wtyki i gniazda 29
1.5.2.4. Konektory 30
1.6. Obliczanie poziomu sygnału dla układu nadajnik – odbiornik 31
2. Opis oprogramowania 32
2.1. Opis bazy danych 32
2.1.1. Logiczny model bazy danych 32
2.1.2. Fizyczny model bazy danych 33
2.2. Opis funkcji modułu liczącego 33
2.2.1. Zastosowane algorytmy 33
2.2.1.1. Obliczanie strefy Fresnela 33
2.2.1.2. Wyznaczenie minimalnej wysokości anteny nadawczej ( odbiorczej) 33
2.2.1.3. Obliczanie strat sygnału w przestrzeni swobodnej 33
2.2.1.4. Obliczenie poziomu sygnału na wejściu anteny odbiorczej 33
2.2.1.5. Porównanie mocy zestawu z normami obowiązującymi w Polsce 33
2.2.1.6. Podsumowanie obliczeń 33
2.2.2. Diagram przejść 33
3. Implementacja kodu programu 33
3.1. Baza danych 33
3.2. Moduł liczący 33
4. Opis testowania oprogramowania 33
4.1. Testowanie bazy danych 33
5. Przyszłe udoskonalenia programu 33
5.1. Rozszerzenia funkcjonalne 34
6. Podsumowanie 34
6.1. Zastosowanie programu 34
Spis ilustracji 34
Źródła ( wykorzystane do tej pory ) 34
1. Technologia bezprzewodowa
1.1. Technika przesyłu sygnału radiowego
Nie jest trudno zrozumieć telegraf bez drutu. Zwykły telegraf to jakby bardzo długi kot. Jak pociągniesz za ogon w Nowym Yorku, to zamiauczy w Los Angeles. Telegraf bez drutu działa tak samo, tylko bez kota.
-Przypisywane Albertowi Einsteinowi
Tak samo, jak opisywany przez Einsteina telegraf bez drutu, działają współczesne sieci komórkowe i sieci bezprzewodowe. Opierają się na zjawisku promieniowania fal elektromagnetycznych przez nadajnik do odbiornika bez żadnych widocznych, fizycznych nośników. Fale elektromagnetyczne przenoszą informację nawet gdy nie ma widoczności ( czyli odcinek pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem zawiera fizyczne przeszkody ) między nadajnikiem a odbiornikiem.
1.1.1. Propagacja fal radiowych (dokończyć)
Zjawisko przesyłu informacji z wykorzystaniem fal elektromagnetycznych nie byłoby możliwe bez współczesnej wiedzy o propagacji, czyli rozchodzenia się fal radiowych w przestrzeni swobodnej. Istotnym pojęciem w praktycznym wykorzystaniu tych fal jest pojęcie strefy Fresnela. Strefą tą nazywamy obszar aktywnie uczestniczący w przenoszeniu energii sygnału radiowego[1]. Jest to tunel o kształcie elipsy pomiędzy dwoma urządzeniami połączenia radiowego. Promień jego przekroju zmienia się na całej jego długości osiągając maksymalną wartość w połowie odległości między urządzeniami nadawczo – odbiorczymi. W praktyce największe znaczenie ma pierwsza strefa Fresnela, ponieważ to w niej przenoszona jest prawie cała energia sygnału radiowego a co za tym idzie – jest to kluczowa strefa dla działania sieci bezprzewodowej. Maksymalny promień pierwszej strefy Fresnela można obliczyć korzystając z wzoru:
[m] gdzie:
d1km – odległość od pierwszej anteny w km
d2km – odległość od drugiej anteny w km
dkm - d1km + d2km – odległość między masztami
fGHZ – częstotliwość pracy w GHz
Kolejnym ważnym czynnikiem jaki wpływa na rozprzestrzenianie się fal radiowych jest krzywizna ziemi. Fale nie odbijają się w znaczący sposób od atmosfery ziemskiej więc, szczególnie na odległościach wynoszących więcej niż kilometr, trzeba obliczyć na jakiej wysokości powinna znajdować się antena, żeby sygnał trafiał do anteny odbiorczej. Można przy tym skorzystać ze wzoru :
HA = HPmax + 0,6 R1 + K [m] gdzie:
HA – wysokość zawieszenia anteny
HPmax – wysokość najwyższej przeszkody na torze wiązki radiowej
R1 – promień pierwszej strefy Fresnela
K – krzywizna ziemi ( 0,2 ? )
Przy większych odległościach należy przeprowadzić bardziej szczegółowe obliczenia z uwzględnieniem profilu hipsometrycznego terenu oraz refrakcji wiązki fal radiowych.
Dla większych odległości nabiera także znaczenia tłumienie sygnału między nadajnikiem a odbiornikiem w wyniku przechodzenia sygnału przez atmosferę. Tłumienie to można obliczyć korzystając z modelu FSL ( ang. Free Space Loss ). Model ten służy do określenia propagacji fal radiowych w wolnej przestrzeni przy założeniach, że pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem nie ma przeszkód oraz nie jest przysłonięta pierwsza strefa Fresnela i na odbiornik nie mają wpływu żadne zakłócenia zewnętrzne ( również fale odbite ).
Równanie opisujące model FSL czyli straty sygnału w przestrzeni swobodnej możemy zapisać następująco:
-L = C + (20 x log(D)) + (20 x log(F))[2] [db] gdzie:
L – oznacza stratę sygnału [db]
C – jest stałą wynoszącą 32,5 jeżeli odległość jest mierzona w kilometrach lub 36,6 jeżeli odległość jest mierzona w milach
D - oznacza odległość między nadajnikiem a odbiornikiem
F – oznacza częstotliwość podaną w megahercach ( MHz )
Bardzo ważnym parametrem jest szerokość wiązki głównej[3]. Mianem szerokości określa się kąt zawarty pomiędzy kierunkami promieniowania, dla których natężenie pola spada do -3 dB w stosunku do wartości w maximum promieniowania.
Trzeba pamiętać, że antena odbiorcza musi znajdować się w polu wiązki głównej, także ważne jest prawidłowe ustalenie wysokości obu anten oraz ich kąta pochylenia każdej z nich tak aby emitowana wiązka trafiała jak najbardziej w środek anteny odbiorczej. Jeżeli w projektowanej sieci używamy anten dookólnych czyli takich których kierunkowość wynosi 360 stopni, to ustalenie kąta pochylenia nie jest potrzebne gdyż taka antena ma największy zasięg ustawiona poziomo, wtedy jedynie wysokość bezwzględna anten powinna być taka sama lub zbliżona, ponieważ anteny dookólne mają zazwyczaj bardzo wąską pionową charakterystykę promieniowania. Jeżeli natomiast używamy anten kierunkowych to musimy wziąć pod uwagę zarówno wysokość ustawienia obu anten jak również ich pochylenie tak aby anteny wypromieniowały wzajemnie, w swoim kierunku jak największą moc, czyli były ustawione zgodnie ze swoim kierunkiem promieniowania. (dokończyć)
1.2. Czynniki wpływające na sieci bezprzewodowe[4]
Kluczowym parametrem sieci bezprzewodowych jest jakość sygnału i związany z tym zasięg poprawnego działania sieci bezprzewodowej. Na niektóre projektant i wykonawca sieci nie ma wpływu ( np. wilgotność powietrza ) więc zawsze przy projektowaniu sieci bezprzewodowej trzeba zachować bezpieczny margines pozwalający sieci działać nawet przy maksymalnym stężeniu niesprzyjających parametrów.
Czynniki, które możemy uwzględnić przy tworzeniu sieci bezprzewodowej, można podzielić na dwie grupy:
- Czynniki związane z zastosowanymi urządzeniami;
- Czynniki związane z warunkami zewnętrznymi w których dana sieć będzie działać.
Do pierwszej grupy możemy zaliczyć:
- moc wyjściową urządzenia ( producent urządzenia ma obowiązek podać moc urządzenia jako kompletu lub jeżeli urządzenie ma np. odłączane anteny to producent musi podać moc urządzenia z zainstalowanymi antenami i bez zainstalowanych anten zewnętrznych – jest to niezbędne do sprawdzenia czy po podłączeniu innych anten niż dołączone do urządzenia, moc urządzenia nie przekracza dozwolonych norm wypromieniowywanej mocy ( dla Polski jest to 100 mW ))
- tłumienie kabli ( jest podane przez producenta – w praktyce jest to jeden z najważniejszych parametrów sieci bezprzewodowej, ponieważ długość kabla między anteną i urządzeniem połączonym z nią powoduje znaczne straty sygnału)
- zysk anten – jest podawany przez producenta anteny, często, ze względów marketingowych jego wartość jest zawyżana.
- czułość urządzenia ( jest to czułość radia, które jest integralną częścią urządzenia aktywnego ( generującego sygnał ), trzeba pamiętać że poziom sygnału i czułość radia muszą być dobrze dobrane w każdym węźle sieci, w przeciwnym razie mogą występować miejsca gdzie sygnał będzie za słaby w stosunku do możliwości jego odbioru przez radio )
Do drugiej grupy czynników zaliczamy:
- tłumienie między antenami ( można oszacować na podstawie modelu FSL ( model propagacji fal radiowych w wolnej przestrzeni ))
- zakłócenia spowodowane obecnością innych urządzeń w strefie działania projektowanej sieci bezprzewodowej ( nie da się ich przewidzieć, występowanie tych zakłóceń można stwierdzić dopiero w lokalizacji w której ma działać sieć, więc trzeba uwzględnić zapas mocy kompensujący te zakłócenia
- wpływ przeszkód ( czynnik ten występuje tylko kiedy nie ma widoczności optycznej między badanymi punktami sieci ( przeszkoda znajduje się w I strefie Fresnela ).
Poniższa tabela przedstawia niektóre przeszkody i tłumienie jakie powodują[5]:
...
saturn3231