Внедрение технологии WiFi в России

Тенденции развития

WI-FI - это современная беспроводная технология соединения компьютеров в локальную сеть и подключения их к Internet. В данной технологии Internet становится мобильным и дает пользователю свободу перемещения не то что в пределах комнаты, но и по всему миру.

"Wi-Fi" (от английского словосочетания "Wireless Fidelity", которое можно дословно перевести как "высокая точность беспроводной передачи данных.

Wi-Fi был создан в 1998 году в лаборатории радиоастрономии CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) в Канберре, Австралия. Создателем беспроводного протокола обмена данными является инженер Джон О’Салливан (John O’Sullivan).

Стандарт IEEE 802.11n был утверждён 11 сентября 2009 года. Его применение позволяет повысить скорость передачи данных практически вчетверо по сравнению с устройствами стандартов 802.11g (максимальная скорость которых равна 54 Мбит/с). Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с. С 2011 по 2013 разрабатывался стандарт IEEE 802.11ac, стандарт принят в январе 2014 года. Скорость передачи данных при использовании 802.11ac может достигать нескольких Гбит/с. Большинство ведущих производителей оборудования уже анонсировали устройства, поддерживающие данный стандарт.

На заре своего развития, в 1997 году, стандарт 802.11 не обладал впечатляющими техническими характеристиками: у него был низкий радиус действия, а скорость не превышала 2-х Мбит в секунду.

Спустя два года, в 1999г, они выпустили еще два стандарта - 802.11b и 802.11a. И уже в 2000 году в магазины поступили роутеры стандарта 802.11b, скорость которых развивалась до 11 Мбит в секунду, а диапазон составлял 2,4 ГГц.
В 2002 году вышел второй стандарт, скорость стала доходить до 53 Мбит в секунду, а диапазон увеличился до 5ГГц.
Следующий год увенчался выпуском 802.11g, который по своим характеристикам почти не отличался от 802.11a, и созданием протоколов безопасности WPA (Wi-Fi Protected Access). Развивается сертификация устройств.
В 2004г. появилась вторая версия WPA – WPA2, более усовершенствованная.

В 2005г. появилась поддержка этой технологии и на игровых платформах, а также цифровых камерах.
В 2009 году появляется новый протокол 802.11n, скорость которого доходит до 600 Мбит в секунду, а диапазон включает 2,4 и 5 ГГц.
2011 год ознаменовался выпуском WiFi директом, что позволило обмениваться информацией без помощи точек доступа и роутеров.
В 2012 появилась Wi-Fi Miracast - возможность непрерывной трансляции видео в HD соединенными между собой устройствами.
В 2014 году появился долгожданный стандарт 802.11ac, благодаря чему скорость увеличилась до 1300 Мбит в секунду, а частота осталась такой же, как у предшественника - 2,4 и 5 ГГц.

Что такое Wi-Fi

Данный стандарт создан для получения и передачи данных от одного устройства к другому. Устройства должны быть оснащены радиомодулями. Такие модули Wi-Fi входят в состав многих электронных приборов и техники. Они входили только в комплект планшетов, ноутбуков, смартфонов. Но теперь их можно найти в фотоаппаратах, принтерах, стиральных машинах, и даже мультиварках.

История успеха

По мере распространения беспроводных технологий конечные пользователи стремятся получить для работы и развлечений такие решения, которые бы соответствовали их мобильному стилю жизни. В Европе, США и других высокоразвитых странах применяется технология Wifi, причем использование данных технологий осуществляется в различных областях производственной сферы и сферы услуг. Это обусловлено прежде всего заинтересованностью правительства государств и муниципальных органов в развитии данной области для улучшения процесса производства, науки, образования и других сфер жизни человека. В доказательство этим словам будет рассказано о истории внедрения технологии WiFi в различные области общественной жизни человека.

На Западе сейчас успешно функционирует множество коммерческих провайдеров Wi-Fi, а основой популярности этой беспроводной технологии является её активная поддержка мировыми производителями. Почти все современные модели ноутбуков, а также некоторые модели сотовых телефонов и КПК уже оснащаются Wi-Fi адаптерами, что не может не сказаться на росте числа публичных и корпоративных беспроводных сетей. По оценкам аналитиков к началу этого года в США насчитывалось около 29000 зон Wi-Fi, которые обслуживают по разным данным до 30 миллионов пользователей. В Западной Европе в начале года насчитывалось около 4 миллионов мобильных пользователей и 16000 точек доступа. Однако, эта статистика весьма приблизительна, поскольку каждые несколько секунд в мире появляется новый хот-спот. Известно, что в 2004 году общее число Wi-Fi зон во всем мире превысило 100 тысяч.

Применение

Основное назначение беспроводной связи в быту – это вход в интернет для посещения сайтов, общение в сети, скачивание файлов. При этом нет нужды в проводах. С течением времени прогрессирует распространение точек доступа по территории городов. В будущем можно будет пользоваться интернетом с помощью сети Wi-Fi в любом городе без ограничений.

Такие модули применяются для создания сети внутри ограниченной территории между несколькими устройствами. Многие фирмы уже разработали мобильные приложения для мобильных гаджетов, которые дают возможность обмениваться информацией через сети Wi-Fi, но при этом не подключаясь к интернету. Это приложение организует тоннель шифрования данных, по которому будет передаваться информация другой стороне.

Описание проблематики

Преимущества Wi-Fi:

- Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, может уменьшить стоимость развёртывания и расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель.

- Wi-Fi-устройства широко распространены на рынке. А устройства разных производителей могут взаимодействовать на базовом уровне сервисов.

- Wi-Fi сети поддерживают роуминг, поэтому клиентская станция может перемещаться в пространстве, переходя от одной точки доступа к другой.

- Wi-Fi — это набор глобальных стандартов. В отличие от сотовых телефонов, Wi-Fi оборудование может работать в разных странах по всему миру.

Недостатки Wi-Fi

- Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковы;

- Довольно высокое по сравнению с другими стандартами потребление энергии, что уменьшает время жизни батарей и повышает температуру устройства.

- Самый популярный стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости ключа).

- Wi-Fi имеют ограниченный радиус действия. Типичный домашний Wi-Fi маршрутизатор стандарта 802.11b или 802.11g имеет радиус действия 45 м в помещении и 90 м снаружи. Микроволновая печь или зеркало, расположенные между устройствами Wi-Fi, ослабляют уровень сигнала.

- Наложение сигналов закрытой или использующей шифрование точки доступа и открытой точки доступа, работающих на одном или соседних каналах может помешать доступу к открытой точке доступа. Эта проблема может возникнуть при большой плотности точек доступа

- Неполная совместимость между устройствами разных производителей или неполное соответствие стандарту может привести к ограничению возможностей соединения или уменьшению скорости.

- Во время дождя работает плохо.

Отказ оборудования

Самой распространенной причиной, по которой вы не можете воспользоваться беспроводной сетью, является отказ оборудования. Если при попытке соединения с сетью вы её отлично видите, но подключиться нет никакой возможности, попробуйте перезагрузить роутер, возможно причина в его «зависании». Если перезапуск не помог, возможно оборудование требует замены, или причина в вашем устройстве.

Несовместимость

Большинство беспроводных USB адаптеров работают нормально с роутерами той же фирмы производителя. Если попробовать «скрестить» беспроводной адаптер Asus с роутером TP-Link, то работать будет, но качество оставит желать лучше

Проблема является результатом ограничения ёмкости сети, или недостаточной суммарной пропускной способности. Другими словами, в этом случае множество систем пытаются одновременно использовать один канал (то есть частотный диапазон) в одном месте. «Высокая плотность» — термин субъективный, но если сеть располагается в многоквартирном доме или общежитии, то он как нельзя лучше описывает ситуацию.

Вывод: В главе 1 “ Теоретическая часть” в пункте 1.1 “Тенденция развития” было рассмотрено что такое Технология Wi-Fi , появление в России данной технологии , и его применения в данной тематики. В пункте 2.1 “ Описание проблематики” было рассмотрено плюсы и минусы данной технологии, было сравнение с технологией WiMax, было рассмотрены проблемы в технологии WiFi и решения по устранению данных неполадок.

Глава 2. Практическая часть

Характеристика города

Город Солнечногорск— город в России, административный центр Солнечногорского района Московской области. Расположен к северо-западу от Москвы (44 км от МКАД) на Клинско-Дмитровской гряде, на берегу озера Сенежского. Площадь города — 21 км². Население — 52 642 чел. (2017). Населённый пункт воинской доблести.

Рисунок №1 Расположение города Солнечногорска ( со спутника)

История города

В XVII веке на месте современного города пролегал проезжий тракт, соединявший Москву и Великий Новгород. Справа от тракта располагалось село Никольское Гущино Берсеневского стана Дмитровского уезда.

Слева, в 2-х км от тракта, находилось село Телешово, в селе также была церковь Николая Чудотворца, она упоминается в писцовой книге Дмитровского уезда за 1627 год, в 1678 году в переписных книгах на этом месте упоминается уже церковь Всемилостивого Спаса.

В XVIII веке на Петербургском тракте, между Пешковским ямом и Новским станом, возле имения гвардии поручика Петра Хлопова возникло село Гомзино, значилось оно в Клинском уезде. Село стало второй почтовой станцией по пути из Москвы в Санкт-Петербург. В селе были построены гостиница и императорский путевой дворец. Позже оно стало называться деревней Солнышная, а ещё позже, за красоту холмистой местности, получило поэтическое название Солнечная Гора.

По материалам Всесоюзной переписи населения 1926 года — административный центр Солнечногорского сельсовета Солнечногорской волости Клинского уезда на Ленинградском шоссе, у станции Подсолнечная Октябрьской железной дороги; проживало 1084 человека (497 мужчин, 587 женщин), насчитывалось 302 хозяйства, из которых 44 крестьянских; также указан посёлок Солнечная Гора с 494 жителями^[8].

В 1928 году образован рабочий посёлок Солнечногорский.

26 декабря 1938 года посёлок получил статус города районного подчинения и современное название.

Во время Великой Отечественной войны в середине ноября 1941 года город был занят частями фашистской германской армии. В декабре 1941 года в ходе московской битвы происходили ожесточённые бои. Город был освобождён 12 декабря 1941 года в ходе Клинско-Солнечногорской наступательной операции воинами 31 танковой бригады, 35, 55 и 64 отдельной морской стрелковыми бригадами.

17 мая 2004 года в черту города включены посёлок Дома отдыха и творчества-1 Вертлинского сельского округа и посёлок Дома отдыха «Солнечногорск» Мошницкого сельского округа.

30 апреля 2015 года постановлением Московской областной Думы городу присвоено почётное звание «Населённый пункт воинской доблести».

Рисунок№2 Схема города Солнечногорска

Таблица№ 5 Технические характеристики репитера

Тип	Wi-Fi роутер
Стандарт беспроводной связи	802.11a/b/g/n/ac, частота 2.4 / 5 ГГц, возможность одновременной работы в двух диапазонах
Макс. скорость беспроводного соединения	1167 Мбит/с
Защита информации	WEP, WPA, WPA2
Мощность передатчика	20 dBM
Скорость портов	1000 Мбит/сек
Режим моста	есть
Режим репитера (повторителя)	есть
DHCP-сервер	есть
Количество внешних антенн	2
Тип внешней антенны	несъемная
Web-интерфейс	есть
Размеры (ШxВxГ)	75x126x43 мм

4)WI-Fi адаптеры

TP-Link TL-WN822N

Беспроводной сетевой USB-адаптер повышенной мощности TL-WN822N представляет собой клиент беспроводных сетей со скоростью передачи данных до 300 Мбит/с, с помощью которого можно подключить настольный компьютер или ноутбук к беспроводной сети и пользоваться высокоскоростным Интернет-соединением. Сетевой адаптер может работать с любыми другими беспроводными устройствами, поддерживающими стандарт IEEE 802.11n/b/g, обеспечивая высокую скорость передачи данных и надежный сигнал, необходимые для онлайн-игр, IP-телефонии и даже для потокового видео высокой четкости.

Рисунок №6 Wi-Fi адаптер

Таблица №8 Технические характеристики Wi-Fi адаптера

Тип устройства	Wi-Fi адаптер
Интерфейс	USB
Стандарт Wi-Fi	802.11b/g/n
Частота, ГГц	2.4
Макс. скорость беспроводного соединения, Мбит/с	300
Поддержка MIMO	Да
Количество внешних антенн	2
Коэффициент усиления, дБи	3

5) Внешняя точка WI-FI

Ubiquiti NanoStation M2

Ubiquiti NanoStation M2 внешняя, всепогодная точка доступа. Пропускная способность 300 Мбит/с с максимальной дальностью работы до 3 км(указано реальное расстояние передачи данных между двумя одинаковыми устройствами). Благодаря внедрению новой 2x2 технологии MIMO, новый NanoStation связывается значительно быстрее и дальше чем когда-либо ранее.

Оригинальные NanoStation устанавливают планку среди первых в мире дешевых и эффективно спроектированных устройств наружных

широкополосных сетей CPE. Новые NanoStation M2 сохраняет свою концепцию с новой перепроектированной гладкой и изящной формой

Рисунок №7 Внешняя точка Wi-Fi

Таблица №9 Технические характеристики внешней точки Wi-Fi

Тип устройства	Точка доступа
Стандарт Wi-Fi	802.11b/g/n
Процессор	Atheros MIPS 24KC, 400 МГц
Выходная мощность, мВт	600
Частота, ГГц	2.4
Макс. скорость беспроводного соединения, Мбит/с	300
Поддержка MIMO	Да
Наличие встроенной антенны	Да
Коэффициент усиления, дБи	2х13
Интерфейсные порты	Ethernet (RJ-45)
Поддержка Power over Ethernet	Да
Возможность установки вне помещения	Да
Рабочая температура	-30С до +80С
Размеры, см	29,4х8х3

Настройка ПО

Acrylic Wi-Fi – самый новый бесплатный сетевой сканер, отображающий доступные беспроводные сети, их технические характеристики (протокол, канал, максимальная скорость и т.д.) а также информацию об уровне их защиты. В программе даже предусмотрен список паролей Wi-Fi, которые используются точками доступа по умолчанию.

Acrylic имеет платную профессиональную версию с расширенными возможностями, позволяющими обнаруживать проблемы безопасности беспроводных сетей. Так же в этой версии, программа производит радио обследование территории и предлагает выбрать оптимальные каналы в сети для обеспечения наиболее корректной работы.

Рисунок №10 Программа Acrylic Wi-Fi

В данной программе имеется передаваемой точкой доступа – SSID; ее MAC адрес; RSSI – уровень сигнала; Chan – номер используемого для передачи канала; 802.11x – стандарт передачи Wi-Fi; Max Speed – максимальная скорость; WEP/WPA/PWA2 – тип шифрования. Отличной функцией является то, что программа показывает на каких точках доступа включен режим WPS 1.0/2.0, ибо уже ни для кого не секрет, что этот WPS 1.0 уже давно является своего рода "черным ходом" для любой сети. Так же выводится сопутствующая информация о производителе (Vendor) и типе сети, в которой работает точка доступа (Type), или другими словами: имеет она доступ в интернет, или ломать ее никакого смысла нет (шутка). Для большего пафоса выводится график, показывающий изменения уровня сигнала от различных точек доступа во времени

Wi-Fi Scanner

Этот софт может показать детальную информацию о сетях стандарта 802.11 a/b/g/n/ac рядом с вами, а также параметры точек доступа и уровень сигнала. Программа также имеет платную и бесплатную версию, в отличие от предыдущего софта, функционалом они не отличаются. После установки программы ею можно пользоваться 30 дней, после чего ее нужно зарегистрировать – бесплатно для персонального использования, либо купить – в случае коммерческого использования софта.

Рисунок№11 Программа Wi-Fi Сканер

В главной колонке выводится информация о доступных сетях, но информация более расширенная. Наличие дополнительных колонок: Achievable rate – реально достижимая скорость передачи данных, Channel Width – используемая ширина канала, Spatial stream – пространственные потоки (здесь речь о технологии MIMO), Channel Utilization – насколько загружен канал передачи данных, и более расширенная информация об используемых протоколах безопасности, а конкретно – тип шифрования: CCMP/TKIP/WEP/ или их сочетание.

В данной главе было рассказано о городе Солнечногорске и его истории.

Потом было рассказано о аппаратной и программной составляющей Wi-Fi сети города . Были выбраны WI-FI роутеры ,WI-FI антенны, WI-FI репитеры,WI-Fi адаптеры, Внешняя точка WI-FI и две программы для настройки и отслеживания Wi-Fi Сети города Солнечногорска.

Рисунок №12 Первая Wi-Fi вышка на улице Банковская дом 11 город Солнечногорск

Рисунок №13 Вторая Wi-Fi вышка на улице Спортивная дом 51

Рисунок№14 Третья Wi-Fi вышка на улице Крестьянская дом 2

Оборудование

помимо построения стандартной сети, необходимо подключать к ней усилители, которые могут раздавать необходимую мощность сигнала на большое, расстояние
Как известно, можно столкнуться с тем, что сигнал от WiFi может просто не «пробиться» через стены и из-за этого потеряется его полезная часть. Как можно усилить сигнал, чтобы он не терялся, отражаясь от стен?
Необходимо поставить недорогое оборудование, которое может раздавать интернет на 1 улицу (примерная длина — 1 км).
Важное отступление: также сигнал должен проходить в глубину здания как минимум на 20-30 метров, а не отражаться от стен или окон.

«Ширина канала»

Для раздачи необходима определенный объем трафика или ширина канала. Современное оборудование может обеспечить ширину канала в 100 Мб. Исходя из этого, думаю можно ставить 1 модем и усилители к нему, и этого будет достаточно.

Закупка оборудования

Наименование	Модель	Цена (рос.руб)	Кол-во (шт)
Роутер	Ubiquiti AirRouter HP	4875р	3
WI-FI антенны	Антенна секторная RFE 2400/60/15	2846р	6
WI-FI репитеры .	ПОВТОРИТЕЛЬ БЕСПРОВОДНОГО СИГНАЛА TP-LINK RE350 WI-FI	3340р	3
WI-Fi адаптеры	TP-Link TL-WN822N	651р	3
Внешняя точка WI-FI	Ubiquiti NanoStation M2	2790р	3
Розетка, 2 порта RJ-45,	RJ-45, категория 5е, белая, TWT	200р	4
Кабель Ethernet	Hyperline UUTP1-C5-P24-IN-LSZH-GY-500 (500 м)	5260р	3
Коннектор	Для RJ45	15р	100шт

Монтаж и установка

Наружные антенны для беспроводных систем, должны быть установлены на оптимальной высоте. Если установить ее слишком низко, она не сможет обеспечить качественную связь с другими устройствами. При установке на слишком большой высоте, антенна охватывает больше пространства, вследствие чего собирает фоновые шумы и помехи – выше не значит лучше.

Однако зона покрытия зависит не только от оборудования, установленного в обоих концах канала связи точка-точка (point-to-point link). Для того чтобы создать наружную связь «точка-точка» или «точка-многоточка» (point-to-multipoint link) необходимо отсутствие помех между антеннами. Самой большой помехой является сама земная поверхность. Так как земная поверхность имеет закругленную форму, то для двух достаточно удаленных друг от друга радиопередатчиков помехой будет являться искривление поверхности Земли.

Наружные WiFi антенны во многих случаях должны быть установлены на вышках для того, чтобы избежать влияния естественного искривления земной поверхности.

Для определения высоты антенной вышки, учитывая сферическую форму Земли, необходимо рассчитать эффект от кривизны Земли, и добавить к ней расстояние, равное 60% радиуса первой зоны Френеля (First Fresnel Zone). Следующая таблица показывает результаты данных расчетов. Значения были округлены до целого.

Для радиосигнала 802.11 b/g необходима антенная вышка высотой в 31 метр, а для радиосигнала 802.11a – 29 метров. На практике, антенна обычно выше на 6 и более метров. Это происходит из-за того, что земная поверхность не ровная и гладкая, и антенная вышка должна иметь большую высоту для того, чтобы компенсировать помехи от зданий, деревьев, возвышенностей и других объектов. Например, в пригороде с одноэтажными домами и невысокими офисными зданиями необходимо добавить от 6 до 12 метров к высоте вышки для того, чтобы подняться над домами, офисами и деревьями в зоне прямой видимости между двумя вышками.

Перед сооружением вышки любой высоты или перед установкой направленной антенны WiFi снаружи здания необходимо получить разрешение местных властей. В большинстве случаев, установка антенны должна иметь минимальное визуальное воздействие, особенно когда антенна возвышается над крышей здания. Также, при сооружении вышки или установи антенны на крыше здания необходимо принять во внимание следующие пункты, которые необходимо согласовывать с местных законодательством:

· Расстояние от фасада рядом стоящего здания;

· Расстояние от линий электропередачи;

· Ветровые нагрузки (стандартная антенна должна иметь показатели от 160 км/час до 280 км/час (от 100 до 175 миль/час), которые показывают, что она выдержит нагрузку при такой скорости ветра и не сломается;

· Требования к освещенности или регистрации;

· Маршруты полетов, ограничения расстояния до антенны и порядок уведомления об установке антенны;

· Возможные требования касательно безопасного энергетического уровня, особенно если антенна будет располагаться совместно с другими передающими устройствами, расположенными возле или на той же самой вышке или мачте;

· Требования страховки (в частности страхование ответственности - антенные мачты и вышки могут упасть, также обломки разлетаются в радиусе 20-50% от высоты антенны);

· Допустимые нагрузки в килограммах на квадратный метр (фунтов на квадратный фут) для построения опорной конструкции или базы к мачте антенны или вышке.

Ввод в эксплуатацию

После получения лицензий оператор связи обязан начать предоставлять услуги связи не позднее определенного в выданной лицензии срока, используя построенный и принятый в эксплуатацию объект или сеть связи. Ввод в эксплуатацию сети электросвязи осуществляется комиссией по вводу сети электросвязи в эксплуатацию и оформляется актом о вводе сети электросвязи в эксплуатацию. Результат работы Комиссии оформляется Актом с подписями всех членов комиссии. Датой ввода в эксплуатацию сети или объекта электросвязи считается дата утверждения Акта.

Оператор связи в течение 10 рабочих дней после ввода в эксплуатацию сети электросвязи направляет уведомление о вводе в эксплуатацию в территориальное управление Роскомнадзора.

Техника безопасности

Технология реализации

В данной задачи было рассмотрено:

a) Закупка оборудования(роутеры, Wi-Fi антенны, репитеры, адаптеры, внешняя точка, кабели, розетки, коннекторы )

b) Была сделана установка оборудования на вышки связи и произведена настройка и тестирование которое длилось 3дня а позже ввод в эксплуатацию.

Список литературы

Тенденции развития

Что такое Wi-Fi

История успеха

Внедрение технологии WiFi в России

В России технология Wi-Fi только начинает отвоевывать себе пространство. В основном ее используют крупные компании, такие, как РАО «ЕЭС России», аэропорты «Шереметьево-2», «Домодедово», сеть отелей Marriott, отель Ararat Park Hyatt, сеть магазинов «Рамстор», ТК «Мега». Всемирно известная служба доставки UPS в прошлом году инвестировала около $120 млн. в оснащение всех своих офисов, в том числе и московского, специализированными беспроводными терминалами для грузчиков, упаковщиков и курьеров.

Как только их терминалы сканируют штрих-код на упаковке, информация молниеносно поступает во всемирную информационную сеть UPS. За счет этого достигается рост производительности труда на 35%.