Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Розрахунок втрат при передачі інформації по безпровідному каналу 48

Розрахунок втрат при передачі інформації по безпровідному каналу 48




Сторінка4/8
Дата конвертації10.03.2017
Розмір1.38 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8

2.4 Висновки до розділу 2
Отже, при використанні сучасного обладнання та програмного забезпечення в даний час можливо на базі стандартів серії 802.
Програ́мне забезпе́чення (програ́мні за́соби) (ПЗ; англ. software) - сукупність програм системи обробки інформації і програмних документів, необхідних для експлуатації цих програм.
11 побудувати захищену і стійку до атак бездротову мережу, для чого необхідно реалізувати декілька методик.

Необхідно поєднувати як протокольні і програмні способи захисту, так і адміністративні.

Адміністрáція - це: «державна адміністрація» у значенні певних органів державного управління. Розрізняють - А. центральну (Президент, Кабінет Міністрів, інші центральні відомства) та місцеву (решта органів державного управління); із запровадженням інституту президентства створено апарат при Президентові України, який має назву «Адміністрація Президента України».
Також варто подумати і про впровадження технології «системи виявлення вторгнення - Intrusion Detection Systems (IDS)» або спеціальних програмних пакетів для виявлення можливого вторгнення.

Підчас планування захищеної бездротової мережі потрібно пам'ятати, що будь-яке шифрування або інші маніпуляції з даними неминуче призводять до додаткових затримок, збільшують об'єм службового трафіку і навантаження на процесори мережевих пристроїв. Безпека – безумовно, важливий фактор у сучасних мережах, але він втрачає всякий сенс, якщо трафік користувача не отримує належної смуги пропускання. Мережі створюються в кінцевому рахунку не для адміністраторів, а для користувачів.

РОЗДІЛ 3

АНАЛІЗ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ІСНУЮЧИХ МЕТОДІВ ОЦІНКИ ПАРАМЕТРІВ БЕЗПРОВІДНИХ КАНАЛІВ СТАНДАРТУ 802.11
3.1 Основні параметри визначення ефективності роботи безпровідних мереж

Для досягнення поставлених в роботі завдань необхідно визначити основні параметри ефективної роботи безпровідних мереж. Існує безліч різноманітних відомих характеристик технічної ефективності мереж, серед яких особливої уваги заслуговують енергетична b ((Вт/Гц)/Дж), частотна g ((біт/с)/Гц) та інформаційна h (безрозмірна величина) ефективність, що залежать від застосованого різновиду модуляції сигналу . Енергетичну ефективність визначають, користуючись формулою 3.1.



де N0 – спектральна густина потужності (СГП) (Вт/Гц) білого шуму в каналі електрозв’язку;
Різновид (рос. разновидность, англ. species, sort, variation, variety, нім. Abart f) - у мінералогії - окремі члени мінерального виду змінного складу.
Енерге́тика - сукупність галузей господарства, що вивчають і використовують енергетичні ресурси з метою вироблення, перетворення, передачі і розподілу енергії.
Спектра́льна густина́ - функція f ( λ ) , яка визначається для стаціонарного в широкому сенсі випадкового процесу, ζ ( t ) , - ∞
Eb – енергія одного біта інформації, Дж;

Для обчислення енергетичної ефективності використовують залежності ймовірності помилки для певного різновиду модуляції від відношення середньої енергії одного біта інформації до енергетичної спектральної густини білого шуму у каналі зв’язку.

Обчи́слення - є гілкою математики, зосередженою на функціях, похідних, інтегралах, і нескінченному ряду чисел. Цей предмет являє собою важливу частину сучасної математичної освіти. Воно складається з двох основних галузей - диференціального і інтегрального численнь, які пов'язують основні теореми обчислення.

Частотна ефективність визначається виразом:

де – швидкість передавання інформації, біт/с;

– ширина спектра сигналу, с (прийнято, що смуга пропускання каналу = DF );

Інформаційна ефективність буде визначатись за співвідношенням:




де Ck – пропускна здатність каналу електрозв’язку (системи), біт/с;

Комплексна формула визначення інформаційної ефективності, яка об’єднує всі основні показники, буде мати вигляд:


Інформаційна ефективність показує, наскільки швидкість передавання інформації менша від пропускної здатності каналу.

Отже, для обчислення інформаційної ефективності необхідно визначити енергетичну та частотну ефективності телекомунікаційної системи чи мережі під час використання певного виду модуляції сигналу. Очевидно, що вид модуляції впливає на досягнення певного значення інформаційної ефективності. Вибір оптимального за цих умов використання телекомунікаційної системи виду модуляції сигналу дає змогу забезпечити найвищу можливу інформаційну ефективність системи.

Загальна ефективність роботи будь якої телекомунікаційної мережі визначається такими параметрами, як пропускна здатність, точність передачі, неспотвореність , час затримки, час реакції, технічна надійність, завадостійкість та загальна безпека інформації.

Наді́йність - властивість технічних об'єктів зберігати у часі в установлених межах значення всіх параметрів, які характеризують здатність виконувати потрібні функції в заданих режимах та умовах застосування, технічного обслуговування, зберігання та транспортування.
Телекомунікаці́йна мере́жа - комплекс технічних засобів телекомунікацій та споруд, призначених для маршрутизації, комутації, передавання та/або приймання знаків, сигналів, письмового тексту, зображень та звуків або повідомлень будь-якого роду по радіо, проводових, оптичних чи інших електромагнітних системах між кінцевим обладнанням



Загальне рівняння ефективності каналу передачі і системи в цілому можна представити так:

Отже бачимо, що ефективність залежить від багатьох параметрів. Тому, для покращення ефективної оцінки та роботи, необхідно враховувати кожен з них.

3.2 Методи технічного аналізу сигналів бездротового звязку
Система технічного аналізу (СТА) є складовою частиною програмного пакету спеціального математичного забезпечення автоматизованих комплексів радіомоніторингу і призначена для технічного аналізу радіосигналів – визначення типу модуляції і вимірювання їх параметрів [].

Дана програма забезпечує аналіз сигналів по радіочастоті, детектованих сигналів і сигналів, що передаються на підносійних. Аналіз може здійснюватися як в реальному часі, так і в відкладеному режимі за записаними даними.

У програмі реалізовані наступні функції:

- управління апаратним комплексом;

- відображення сигналів з масштабуванням за часом і амплітуді;
Ампліту́да (лат. amplitudo - широта) - найбільше значення величини, яка періодично змінюється. Наприклад, амплітудою називається найбільше зміщення маятника від положення рівноваги.


- відображення спектрів сигналів з різним дозволом і масштабуванням по частоті;

- відображення сигналів на фазовій площині;

- смугова фільтрація сигналів;

- зрушення сигналів по частоті ;

- амплітудне, частотне і фазове

- амплітудне, частотне і фазове детектування сигналів;

- визначення частотних і тимчасових параметрів радіосигналів;

- визначення смуги радіосигналів;

- зведення сигналів в квадрат і четверту міру для розпізнавання виду модуляції;

- відображення тимчасових і амплітудних гістограм радіосигналів для розпізнавання цифрових видів модуляції;

- відображення графіків максимальної і мінімальної девіації для визначення структури сигналів;

- збереження параметрів аналізу і демодуляції сигналів;

- автоматичне налаштування параметрів демодуляції зі збережених файлів конфігурації (для швидкого вибору демодуляторів відповідно до стандартних протоколів передачі даних).

Функціональна схема системи технічного аналізу сигналів представлена на рисунку 3.1.



Рисунок 3.1– Функціональна схема СТА

Комплексні відліки вхідного високочастотного сигналу поступають на вхід модуля зрушення частоти. Для детектування сигналу зрушення здійснюється на нульову частоту. Далі сигнал поступає на смуговий фільтр, застосування якого у ряді випадків дозволяє збільшити відношення сигнал/шум. Фільтр реалізований у вигляді цифрового не рекурсивного фільтру 127-го порядку з кінцевою імпульсною характеристикою.

Рекурсія (лат. Recursion) - метод визначення класу чи об'єктів методів попереднім заданням одного чи декількох (звичайно простих) його базових випадків чи методів, а потім заданням на їхній основі правила побудови класу, який визначається.
Фільтр має амплітудно-частотну характеристику, близьку до прямокутної, і лінійну фазо-частотну характеристику.
Прямоку́тник - це чотирикутник, усі кути якого прямі. Протилежні сторони прямокутника рівні. Є окремим випадком паралелограма.
Після смугового фільтра сигнал може бути зведений в 1-у, 2-у або 4-у степінь для розпізнавання фазоманіпульованих сигналів. Далі сигнал і його спектр відображається на графіках в режимі аналізу радіосигналу.

Для аналізу виду модуляції вибирається один з детекторів: частотний, амплітудний, фазовий або відносний фазовий, Сигнал після детектування можна додатково обробити з допомогою другого смугового фільтра. Для аналізу сигналу на тій, що піднесе детектованийсигнал перетворюється в комплексний вид, зрушуєтьсяна нульову частоту і проходить через смуговий фільтр.Додатково сигнал може бути возведен в міру длярозпізнавання фазової маніпуляції. Після такої обробки сигнал відображається на графіках (в режимі при нажатій кнопці «Зрушення».

Для де модулювання сигналу на підносійній  може бути вибраний частотний, амплітудний, фазовий або відносний фазовий детектор з другого набору. Детектований сигнал на підносійній також може бути відфільтрований за допомогою третього смугового фільтру, після чого він відображається на графіку.
Ще один метод моніторингу бездротових мереж модуль автоматичного аналізу радіосигналів. У наш час можливість автоматичного визначення виду модуляції з вимірюванням її параметрів передбачена в багатьох апаратно-програмних комплексах [11]. В найзагальнішому вигляді така експертна система може бути представлена таким чином (рисунок 3.2).

Експе́ртна систе́ма - це методологія адаптації алгоритму успішних рішень однієї сфери науково-практичної діяльності в іншу. З поширенням комп'ютерних технологій це тотожна (подібна, заснована на оптимізуючому алгоритмі чи евристиках) інтелектуальна комп'ютерна програма, що містить знання та аналітичні здібності одного або кількох експертів щодо деякої галузі застосування, і здатна робити логічні висновки на основі цих знань, тим самим забезпечуючи вирішення специфічних завдань (консультування, навчання, діагностування, тестування, проектування тощо) без участі експерта (фахівця в конкретній проблемній галузі). Також визначається як система, яка використовує базу знань для вирішення завдань (видачі рекомендацій) у деякій предметній галузі. Цей клас програмного забезпечення спочатку розроблявся дослідниками штучного інтелекту в 1960-ті та 1970-ті і здобув комерційне застосування, починаючи з 1980-х. Часто термін система, заснована на знаннях використовується як синонім експертної системи, однак можливості експертних систем ширші за можливості систем, заснованих на детермінованих (обмежених, реалізованих на поточний час) знаннях.

Рисунок 3.2 – Структура методу

Система фреймів є впорядкованою структурою модулів-описів розпізнаваних сигналів з окремими полями (слотами), в яких зберігаються конкретні значення істотних характеристик цих сигналів. Розпізнавання зводиться до зіставлення значень полів фреймів з характеристиками спостережуваного об'єкту радіосигналу і подальшого логічного аналізу. Для прискорення процедури фрейми впорядковані у вигляді дерева. При цьому розпізнання йде від загальних ознак класу сигналів до специфічних. Процес вважається завершеним – при успішному зіставленні характеристик сигналу із записами в полях останнього фрейма (листа) на конкретній гілці дерева, або за відсутності такого збігу на нижчому ієрархічному рівні.

Істотно збільшити швидкодію і правильність визначення типу сигналу можна за рахунок звуження набору і діапазону значень ключових параметрів, які можуть зберігатись у базі знань та в конкретних радіоджерелах.


На даний момент експертна система дозволяє розпізнавати широку номенклатуру як аналогових, так і цифрових сигналів.
Цифрови́й сигна́л - дискретний сигнал з певним значенням інформативного параметра, яке визначається у цифровій формі. Цифрові сигнали є цифровим зображенням дискретного сигналу, який часто видобувається шляхом квантування аналогового сигналу.

На носійній частоті, система розпізнає наступні види модуляцій:



  • сигнал з амплітудною модуляцією (АМ);

  • телевізійний сигнал (канал яскравості);
    Яскрáвість - світлова характеристика тіл, які є джерелами світла. Відношення сили світла, що випромінюється поверхнею в одиницю тілесного кута до площі її проекції в площині, перпендикулярній напряму спостереження.


  • амплітудну (АМ) і балансну (БМ) модуляції;

  • кутову і частотну модуляції;

  • частотну і бінарну фазову маніпуляцію;

  • квадратурну модуляцію, квадратурну фазову маніпуляцію (ОРSК);

  • диференціальну квадратурну фазову маніпуляцію зі зрушенням;

  • маніпуляцію з мінімальним зрушенням (МSК).

На підносійній частоті система розпізнає:

  • тон;

  • стандарти стереорадіооповіщення;

  • швидку частотну маніпуляцію;

  • квадратурну фазову маніпуляцію із зрушенням.

Структура методу на основі BPSK показана на рисунку 3.3.

Рисунок 3.3 – Структура методу на основі BPSK

Окрім розпізнавання вимірюється ряд параметрів сигналів: носійна частота, частота підносійної, ширина смуги, параметри модуляції (коефіцієнт амплітудної модуляції, девіація частоти, індекс кутової модуляції, швидкість передачі інформації для цифрових сигналів). Особливо важливим є те, що реалізована експертна система є відкритою, вона дозволяє досить просто додавати нові фрейми описи нових сигналів без зміни своєї загальної структури, зберігаючи свої якості при розширенні можливостей Функціонування системи розглянемо на прикладі бінарної фазової маніпуляції.

Досліджуваний сигнал з виходу приймача поступає на аналого-цифровий перетворювач.

Ана́лого-цифрови́й перетво́рювач, АЦП (англ. Analog-to-digital converter, ADC) - пристрій, що перетворює вхідний аналоговий сигнал в дискретний код (цифровий сигнал), який кількісно характеризує амплітуду вхідного сигналу.
Отримані речові цифрові дані перетворяться в комплексну форму з одночасною фільтрацією в смузі, визначеній оператором, з подальшим перенесенням на нульову частоту. Оцінка носійної частоти і початкової фази сигналу виконується по методу аналізу спектральних ліній.
Перене́сення, або Енжамбема́н (фр. enjambement) - віршовий прийом, який полягає у перенесенні фрази або частини слова з попереднього рядка у наступний, зумовлений незбіжністю ритмічної паузи зі смисловою, хоч рядок при цьому втрачає свою інтонаційну викінченість.
Спектральна лінія - світла або темна вузька смуга в оптичному спектрі, пов'язана з надлишком або відсутністю фотонів з відповідною частотою.
Отримані значення необхідні для синхронізації по частоті і фазі . Далі виконується тактова синхронізація для подальшого стропування і визначення наявності дискретних посилок в сигналі і вимірювання швидкості передачі інформації. Для того, щоб строб-імпульс розташовувався в середині окремого інформаційного символу, вимірюється період тактової частоти і початкова затримка послідовності імпульсів. Після стропування аналізується векторна сигнальна діаграма  Переваги такої системи в тому, що вона не має жорстко визначеного способу обробки і для кожного виду модуляції послідовність операцій може бути своєю.


3.3 Програмні родукти для оцінки параметрів безпровідних каналів

InSSIDer є однією з програм для моніторингу доступних Wi-Fi мереж. Знаходить всі доступні Wi-Fi мережі, визначає їх і перераховує всю детальну інформацію, таку як MAC адреси, SSID, канал, RSSI і час останнього перегляду. Додаток забезпечує графічне представлення мережі.

InSSIDer детально сканує всі доступні місця з Wi-Fi мережами. На додаток до класичного виявлення кольором може вказати, де найбільша концентрація сильних мереж. Знайденим Wi-Fi сигналами завжди призначається докладний перелік інформації про силу сигналу, MAC-адресу, канал, SSID, RSSI, часу. Кожен сигнал мережі, графічно виявляється безпосередньо у вікні, де вони можуть бути зіставлені один з одним. Додаток запам'ятовує положення в мережі за допомогою GPS даних. Експортовані WiFi і GPS дані можуть бути вставлені в KML папку в Google Планета Земля.
e:\5 курссс\написання мкр\дипломмм\inssider.png

Рисунок 3.4 – Робоче вікно програми InSSIDer

InSSIDer пропонує моніторинг всіх доступних Wi-Fi мереж, інформацію про МАС-адреси, SSID, RSSI, канал, сигнал і дисплей, подивитися GPS місце розташування точок мережі і можливість експорту в Google Earth, графічний і барвистий сигнал на екрані.

Експорт - вивіз із митної території країни за кордон товарів і послуг без зобов'язання їхнього зворотного повернення. Факт експорту фіксується в момент перетину товаром митного кордону, надання послуг та ін.
Google Earth (з англ. Earth - Земля (планета)); офіційна назва українською мовою: Google Планета Земля - це безкоштовна, вільно-завантажувана програма компаніїї Google що відображає віртуальний глобус.
Додаток англійською мовою, але зрозумілий і простий в обігу.
А́нглія (англ. England) - країна в Західній Європі, що входить до Сполученого королівства Великої Британії та Північної Ірландії. Найбільша за площею і населенням з чотирьох країн Сполученого королівства та трьох частин Великої Британії.
Він може працювати тільки на Windows XP і вище. Особливо його оцінять користувачі, які на місцях з низькою концентрацією сигналів з WiFi мереж. Це і є основним недоліком програми.

WifiChannelMonitor - досить потужна системна програма, яка перехоплює Wi-Fi трафік на обраному каналі, а потім проводить його детальний аналіз. Відображається детальна інформація про підключених і непідключених клієнтів, про доступні точках доступу.

У своїй роботі програма використовує драйвер MicrosoftNetworkMonitor, тому ніяких додаткових додатків або «дров» встановлювати не потрібно. Все, що потрібно від комп'ютерного користувача - це завантажити WifiChannelMonitor і запустити її інсталяційний файл.

e:\5 курссс\написання мкр\дипломмм\wifichannelmonitor.png

Рисунок 3.5 – Робоче вікно програми WifiChannelMonitor

Для кожної точки доступу користувач може дізнатися SSID і MAC-адресу, виробника роутера, RSSI і деякі інші дані. Отриману інформацію в подальшому можна буде використовувати в різних цілях. Наприклад, ви зможете особисто подивитися список всіх ідентифікаторів SSID, які за останню добу, тиждень або місяць намагалися підключитися до вашого Wi-Fi.

Ще однією ефективною програмою є Acrylic WiFi Home. За допомогою Acrylic WiFi Home ви можете переглядати і сканувати доступні бездротові мережі, отримати інформацію про рівень захисту тієї чи іншої мережі, а також список Wi-Fi паролів за замовчуванням завдяки вбудованій системі плагінів, в тому числі і для мереж стандарту 802.11ac.

Точки доступу: Інформація про мережі Wi-Fi (SSID і BSSID) і про бездротові пристрої, підключені до мережі в даний момент.

Рівень сигналу: Відображення графіків рівня сигналу для точок доступу.

Список підключень: Перейменування відомих бездротових пристроїв.

Паролі: Стандартні паролі до Wi-Fi і ключі WPS, встановлені виробниками.

Канали: Розподіл каналів Wi-Fi і сканер Wi-Fi каналів на частотах 2,4 і 5 ГГц.

Безпека Wi-Fi: Інформація про рівень захисту WEP, WPA або WPA2.

Устаткування: Для роботи програми додаткове устаткування не потрібне. Для досягнення оптимального результату ми рекомендуємо кілька моделей Wi-Fi адаптерів.

Режим моніторингу: Перегляд підключених пристроїв для кожної бездротової мережі з підтримкою режиму моніторингу (при використанні сумісних Wi-Fi адаптерів).



e:\5 курссс\написання мкр\дипломмм\wifi-signal-channel.png

Рисунок 3.6 – Результат роботи програми Acrylic WiFi Home

Програма Acrylic WiFi має свої унікальні можливості, які не можна пропустити і які ви не знайдете ні в якій іншій програмі для аналізу бездротових мереж.

Приховані мережі: Унікальний Wi-Fi сканер, що відображає детальну інформацію про приховані Wi-Fi мережах.

Перегляд пакетів: Робота в режимі Wi-Fi сніффер для перегляду пакетів, перехоплених з доступних бездротових мереж.

Інтеграція: Інноваційний драйвер від Acrylic автоматично інтегрується з Wireshark, дозволяючи перехоплювати Wi-Fi трафік в Windows.

CommView для WiFi є потужним аналізатором бездротової мережі,зокрема для 802.11a,b,g,n та мереж змінного струму.

Змі́нний струм - електричний струм, сила якого періодично змінюється з часом.
Програма з багатьма зручними функціями, CommView для WiFi поєднує в собі продуктивність і гнучкість з простотою використання,в порывнянны з аналогічними програмами.

CommView для WiFi захоплює кожен пакет, який передається в каналі для відображення важливої ​​інформації, такої як список точок доступу, вузли. Також для кожного каналу статистику рівня сигналу, список пакетів і мережевих підключень, діаграми розподілу протоколів і т.д. По даній інформації CommView для WiFi може допомогти переглянути і вивчити пакети, визначити проблеми мережі та усунення неполадок програмного забезпечення та апаратних засобів.

Робоче вікно програми показано на рисунку 3.7.
e:\5 курссс\написання мкр\дипломмм\комм вайфай 1 - копия.png

Рисунок 3.7 – Приклад роботи програми CommView для WiFi


CommView для WiFi включає в себе модуль VoIP для поглибленого аналізу, запису та відтворення протоколів SIP і H.
Відтво́рення - слово, яке, в залежності від контексту застосування набуває різних значень.
323 для голосового зв'язку.

Пакети можна дешифрувати з використанням користувацьких WEP або ключів WPA2-PSK ,WPA і декодувати аж до найнижчого рівня. З більш ніж 100 доступних протоколів, даний мережевий аналізатор дозволяє побачити кожну деталь захоплених пакетів, використовуючи зручну деревоподібну структуру для відображення протокольних рівнів і заголовків пакетів. Крім того, продукт надає відкритий інтерфейс для підключення користувацьких модулів для декодування.

Ряд тематичних досліджень, опис реальної програми CommView для WiFi мають місце в секторах бізнесу, уряду та освіти.
3.4 Метод для оцінки параметрів частотних каналів стандарту 802.11
Запропонований пристрій відноситься до області радіомоніторингових пристроїв для аналізу частотних каналів мереж стандарту 802.11 Wi-Fi і дозволяє отримати дані про рівень сигналу для кожного частотного каналу діапазону 2,4 ГГц.

Використання запропонованого пристрою для оцінки параметрів сигналу Wi-Fi дозволяє отримати інформацію про якість та параметри сигналу та оцінити придатність точки доступу забезпечити необхідну якість. Структурна схема показана на рисунку 3.8.

Структу́рна схе́ма - схема, яка визначає основні функціональні частини виробу, їх взаємозв'язки та призначення. Під функціональною частиною розуміють складову частину схеми: елемент, пристрій, функціональну групу, функціональну ланку.




Рисунок 3.8 – Структурна схема пристрою для аналізу частотних каналів мереж стандарту 802.11 Wi-Fi

Робота пристрою може бути організована наступним чином: Wi-Fi – сигнал, що надійшов, потрапляє з прийомної антени на атенюатор (АТ), де сигнал обмежується та при необхідності послаблюється. Далі з атенюатора сигнал надходить на фільтр нижніх частот (ФНЧ), який виділяє необхідну смугу для обробки сигналу. Далі відфільтрований сигнал надходить на вхідний аналоговий комутатор (АК1), який розподіляє сигнал на канальні смугові фільтри відповідно до частотного діапазону певного Wi-Fi каналу. На канальних смугових фільтрах (СФ1-14)сигнали знову відфільтровуються та надходять на вихідний аналоговий комутатор (АК2) та надходять на буферний підсилювач(БП), для підсилення рівня сигналів для кращого оцінення. Далі підсилені сигнали надходять на первинний змішувач (ЗМ1), де з сигнального процесора через керуючий пристрій сигнал надходить або на підсилювач проміжної частоти (ППЧ) або на синтезатор частот (СЧ) для порівняння, через первинний фазовий автопідстроювач частоти (ФАПЧ1) сигнали надходять на первинний змішувач.

Синтеза́тор - електронний пристрій, який синтезує звук за допомогою одного чи кількох електричних генераторів коливань. Необхідне звучання досягається регулюванням властивостей електричного сигналу (в аналогових синтезаторах), або параметрів центрального процесора (у цифрових синтезаторах).
Далі сигнал надходить на підсилювач проміжної частоти, де необхідні частоти підсилюються. З виходу підсилений сигнал надходить на вторинний змішувач (ЗМ2), з якого комбінований сигнал потрапляє на сигнальний процесор який при успішному аналізі видає результат або ж направляє сигнал на повторний аналіз на один з аналогових комутаторів або ж на керуючий пристрій (КП), далі за вже описаною системою.



Висновки до розділу 3
У розділі було проведено аналіз методів оцінки та підвищення ефективності передачі в безпровідних мережах. Було розглянуто основні показники ефективності, їх властивості, співвідношення та безпосередній вплив на мережі. Також проаналізовано методи оцінки безпровідних каналів, їх характеристики, принцип дії. На основі такого аналізу представлено реалізацію нового методу моніторингу безпровідних каналів, який буде найбільш ефективним саме для каналів заявленого стандарту.

РОЗДІЛ 4

ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ БЕЗПРОВІДНОГО КАНАЛУ СТАНДАРТУ WI-FI
4.1 Розрахунок потужності передачі сигналу у безпровідних мережах
Основним параметром що впливає на швидкість передачі кадрів, а також на наявність у них помилок є рівень потужності прийнятого сигналу на вході приймача PRX. Ця потужність залежить від потужності випромінювання передавача PTX та параметрів середовища передачі [10]. Тому тут можна застосувати рівняння взаємозв’язку цих потужностей які знаходяться на відстані один від одного, так зване рівняння бюджету каналу:

де G1 ,G2 – коефіцієнти підсилення антен передавача та приймача,

L – втрати потужності сигналу в середовищі передачі.

Втрати потужності сигналу в середовищі передачі можна визначити за наступною формулою:



де η12 – коефіцієнти корисної дії фідерів передавача та приймача;

λ – довжина хвилі,

d – відстань між антенами.

Довжина́ хви́лі - характеристика періодичної хвилі, що позначає найменшу відстань між точками простору, в яких хвиля має однакову фазу. Крива на представленому малюнку може розглядатися, наприклад, як миттєвий знімок збурень в струні, коли відхилення точок струни від положнення рівноваги задається виразом

Враховуючи дослідження моделі Хата у для стандарту 802.11 втрати потужності в умовах складних забудов можна записати так:

де dк – довжина кімнати;

Lс – втрати за рахунок внутрішніх стін;

Lп – втрати за рахунок підлоги;

b – емпіричний коефіцієнт;

f – частота сигналу.

Враховуючи мобільність абонентів можна отримати залежність частоти сигналу від швидкості руху, так званий ефект Доплера.

Емпіри́зм (від грец. έμπειρία - досвід) - напрям у теорії пізнання, що визнає чуттєвий досвід джерелом знань і стверджує, що всі знання ґрунтуються на досвіді. Протистоїть раціоналізму та містицизму. При цьому, інша пізнавальна здатність людини - розум - розглядається в емпіризмі тільки як сполучення і перекомпонування того матеріалу, що даний нам у досвіді, а також як здатність, що у принципі нічого не додає до змісту нашого знання. У методологічному плані емпіризм - це принцип, відповідно до якого життєва практика, мораль і наука повинні базуватися винятково на відповідному досвіді.
Ефект Доплера - явище зміни частоти хвилі, яку реєструє приймач, викликане переміщенням джерела або приймача.
В мережах Wi-Fi як правило з’єднання може бути між двома абонентами безпосередньо, із використанням точки доступу, а також у мережі із багатьма точками доступу та ретрансляторами. В таких ситуаціях абоненти можуть бути як стаціонарними так і рухомими, і під час руху швидкість передачі може зменшуватись. Таким чином, залежність частоти сигналу від швидкості абонента можна записати так:

Також, одним із основних параметрів, що впливають на пропускну здатність безпровідного каналу передачі є рівень чутливості приймача. Вона визначає мінімально допустимий рівень сигналу при якому приймач може декодувати інформацію із заданою точністю або заданим рівнем сигнал/шум. В цифрових системах передачі сигнал/шум – відношення енергії сигналу E на 1біт інформації до густини потужності шумів ш P [10]. Тоді, враховуючи побудову каналу на рис. 1 та формулу (1), відношення сигнал/шум можна записати наступним чином:



де R – швидкість передачі інформації;

Pі – потужність інтерференційних завад.

Величина Pш містить в собі як внутрішні шуми приймального тракту так і зовнішні шуми, які надходять із каналу передачі на приймальну антену. До шумів у каналі можна віднести шуми, джерелами яких є інші випромінювання на цих самих частотних каналах (побутові пристрої, безпровідні телефони, керуючі пристрої та системи контролю параметрів та інші), а також випромінювання навколишнього середовища(наприклад: температурний атмосферний шум, промисловий шум, космічний шум та інші).

Враховуючи , рівень шумів можна визначити за наступним виразом:

де k – стала Больцмана;

Ко́смос (від грец. κόσμος - «порядок») - одне з ключових понять давньогрецької історії та культури. Вживалося на позначення встановленого Богом (богами, Божеством) Всесвітнього Ладу, Порядку - на противагу Хаосу - Всесвітньому Безладу.
Ста́ла Бо́льцмана ( k або k B } ) - фізична стала, що визначає зв'язок між температурою та енергією. Названа на честь австрійського фізика Людвіга Больцмана, який зробив великий вклад в статистичну фізику, у якій ця стала займає ключову позицію.

T – температура роботи приймача;

kш – коефіцієнт шуму приймального тракту;

kф – коефіцієнт передачі потужності фідера;

Pі –потужність шумів середовища передачі;

m – кількість завад у середовищі передачі;

Інтерференція у безпровідних каналах передачі стандарту 802.11 – це сигнали від інших передавачів цього ж стандарту, які використовують однаковий частотний канал або частково перекривають його. При наявності великої кількості безпровідних мереж основним джерелом шуму є інтерференція. На практиці вплив інтерференції виникає при збільшенні навантаження на мережі при передачі великих об’ємів інформації, які використовують один той самий частотний канал.

Враховуючи те що інтерференційних джерел може бути 1 n S (t)..S (t) , то загальну потужність цих завад визначимо за наступним виразом:

де i L – послаблення в інтерференційному каналі;

L3 – затухання в антенно-фідерному пристрої інтерференційного передавача;

Gф – послаблення при мінімальній кутовій відстані між антенами;

Gс.с – коефіцієнт підсилення антени суміжної станції;

Pс.с – потужність сигналу суміжної станції.

Таким чином, враховуючи формули (2.2)–(2.7), потужність на вході приймача прийме вигляд:

Наведений вище вираз показує, яку необхідно забезпечити потужність сигналу на вході приймача для забезпечення необхідної швидкості передачі.


4.2 Розрахунок довжини каналу та його пропускної здатності
На різних відстанях від БС відношення сигнал/шум має різне значення. В залежності від значення відношення сигнал/шум для забезпечення необхідної якості зв’язку обирається відповідний тип модуляції. Мінімальне значення відношення сигнал/шум при якому забезпечується необхідна якість з’язку для кожного виду модуляцій наведено у таблиці 4.1 [25].
Таблиця 4.1 – Мінімальне відношення сигнал/шум для різних типів модуляцій

Тип модуляції

Min S/N (дБ)

QAM-64

22

QAM-16

16

QPSK

9

BPSK

6

Кожен тип модуляції має різну пропускну здатність каналу, тому визначемо її згідно виразу Шенона для неперервного каналу:



де відношення сигнал/шум.

Проведемо розрахунки пропускної здатності каналу для кожного з видів модуляції [26]:









Для розрахунку дальності зв’язку для кожного з видів модуляції перш за все потрібно визначити чутливість приймача за виразом [26]:

де – спектральна щільність потужності теплового шуму приймача;
Щі́льність - якісна характеристика розташування об'єктів - без прогалин, властивість будь-якої множини, яка характеризує кількість елементів, що припадає на одиницю довжини, площі, об’єму.

N – значення власного шуму приймача. Згідно стандарту IEEE 802.11 N=-8 дБ;

I = 5 дБ – неточність реалізації приймача;

– ефективна ширина спектра сигналу. Для каналу шириною 20 МГц, що використовує усі підносійні

Визначимо чутливість приймача при використанні різних видів модуляції за виразом (5.6):









Для розрахунку дальності зв'язку використовують рівняння бюджету каналу зв'язку. Дане рівняння дає змогу розрахувати рівень сигналу на вході приймача [27]:

де – рівень сигналу на вході приймача;

– коефіцієнт підсилення антени передавача;

– коефіцієнт підсилення антени приймача;

втрати в кабелі, роз’ємах у передавачі;

– втрати в кабелі, роз’ємах у передавачі;

– втрати в дБ на шляху поширення радіохвиль на відстань D.

Для підтримки зв’язку необхідної якості повинна виконуватись наступна рівність:



де FM – запас по завмиранню, та в системах Wi-Fi обирається .

Згідно виразу (5.8) рівень на вході приймача повинен становити :



Тоді, рівень сигналу на вході приймача для кожного виду модуляції становитиме:






Визначимо втрати на поширення радіохвиль з виразу (5.7):



Підставимо дані у вираз (5.10) враховуючи, що коефіцієнт підсилення антени приймача і передавача становить 3 дБ, а втрати в кабелі, роз'ємах у передавачі та приймачі становлять 1 дБ:







Для визначення відстанні на яку може поширюватись радіохвиля скористаємось виразом [17]:

де D – відстань між передавачем і приймачем;

– довжина хвилі, що знаходиться за виразом:

де швидкість світла.

Швидкість світла - фізичний термін, який використовується у двох, пов'язаних між собою, але концептуально різних значеннях. Перш за все швидкість світла - фундаментальна фізична стала, швидкість розповсюдження електромагнітної взаємодії у вакуумі.

Перетворивши вираз (4.15), отримаємо:

Підставивши дані у вирази (4.15) та (4.16) знайдемо максимальні відстані зв'язку для кожного виду модуляції:









Занесемо розраховані дані до таблиці, та побудуємо карту покриття, та графік залежності пропускної здатності від відстані.
Таблиця 4.2 – Пропускні здатності та максимальні відстані для різних типів модуляцій

Тип модуляції

Пропускна здатність каналу, Мбіт/с

Максимальна відстань, м

QAM-64

90

5,7

QAM-16

81,6

11,3

QPSK

66,4

25,4

BPSK

56

50,7

Рисунок 4.1 – Залежність пропускної здатності від відстані



1   2   3   4   5   6   7   8



  • РОЗДІЛ 3
  • 3.2 Методи технічного аналізу
  • 3.3 Програмні родукти для оцінки параметрів безпровідних каналів
  • 3. 4 Метод для оцінки параметрів частотних каналів стандарту 802.11
  • РОЗДІЛ 4
  • 4.2 Розрахунок довжини каналу та його пропускної здатності