Маршрутизатор ASUS RT-N18U эксплуатировался в качестве основного сетевого устройства в офисных условиях в пределах крупного бизнес-центра, что нетрудно заметить по количеству соседних Wi-Fi сетей.

В качестве клиентского устройства был задействован ноутбук Acer Aspire M3 с сетевым адаптером Broadcom Netlink BCM57780 (GE) и W-Fi модулем Qualcomm Atheros AR9287 (802.11n, 2,4 ГГц). Скорость доступа к Глобальной сети (рисунок. 6.6), которую продемонстрировал ASUS RT-N18U, является весьма высокой для офисного 100 Мбит/с канала, которым пользовалось достаточное серьезное количество абонентов.

Рисунок. 6.6 Замер скорости

По умолчанию система устанавливает режим “Авто”, опцию “b/g protection” и ширину канала в 20/40 Мгц, но если вам позволяет ситуация, то стоит задать режим “n only” и полосу 40 МГц. Переключение между каналами осуществляется автоматически, но если с вашей точки зрения система не справляется, то вы можете задать более свободный канал вручную.

Измерения проводились в непосредственной близости от маршрутизатора (точка 1), в пяти метрах через гипсокартонную стену (точка 2) и в 15 метрах в несмежной комнате через две некапитальные стены (точка 3).

В итоге, ASUS RT-N18U станет отличным выбором для установки его в пассажирском вагоне. Еще два преимущества этой модели – гигабитные, а не стомегабитные LAN-порты и сразу два USB-порта, которые возможно использовать по отдельности в случае выхода из строя иного.

7 РАСЧЕТ WI-FI СИГНАЛА В ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ВАГОНЕ

Доступ к сети интернет с помощью мобильных сетей 3G, в сравнении с другими системами, имеет значительно более низкую стоимость реализации, а также лучшие показатели скорости (до 14,7 Мбит/с), что делает его использование более целесообразным. В современных Wi-Fi маршрутизаторах обычно имеется несколько USB портов, что позволяет подключать к ним дополнительные 3G модемы напрямую.

Для организации беспородного доступа к сети интернет на железнодорожном транспорте целесообразно использовать Wi-Fi сеть в вагонах, к которой подключаются пользователи. На этапе планирования сети перед установкой оборудования необходимо выполнить расчет энергетики канала связи.

Схема вагона класса купе изображена на рисунке 7.1. Вагон указанного класса имеет девять купе. Согласно техническому паспорту, вагон купейного класса имеет следующие размеры:

- длина вагона - 25,5 м (D);

- ширина коридора - 0,9 м (Hк);

- ширина купе – 2,1м (L1);

- длина купе - 2,2 м (L2);

С учетом того, что точка доступа располагается в средней части вагона, расстояние до терминала в самом дальнем купе с учетом габаритов купе и ширины коридора можно рассчитать по нижеуказанной формуле.

L max = ;

Lmax= 9,45 м;

Рисунок. 7.1 Схема вагона класса купе

Проведем оценку затухания сигнала от точки доступа на различных расстояниях в пределах вагона.

Значение потерь в свободном пространстве зависит от двух параметров: первый, от частоты радиосигнала; второй, от расстояния до точки приема беспроводной сети.

Ослабление сигнала в свободном пространстве рассчитывается по формуле:

P = дБ

где L — расстояние, 0,00945км; — рабочая частота,2,4 ГГц.

Результаты расчета ослабления сигнала в точке приема по расчетам равны 59 дБ и приведены ниже на графике 7.1.

График 7.1 Ослабление сигнала

Теперь определим уровень мощности сигнала для точки приема по нижеприведенной формуле:

Рпр = Рпд + G1 + G2 – Lф1 – Lф2 – P

где Рпд — уровень мощности передатчика, дБм; Lф1, Lф2 — ослабление сигнала в фидерных линиях, дБ; G1, G2 — коэффициенты усиления приемной и передающей антенн, дБи.

Уровень мощности передатчика для выбранного мной маршрутизатора ASUS RT-N18U составляет Рпд = 20 дБм, так же коэффициенты усиления антенн составляют 3 дБи (с учетом того, что в общем случае максимумы диаграмм направленности антенн не совмещены).

Уровень ослабления сигнала в фидерных линиях принимаем: Lф1 = 0,5 дБ, Lф2 = 0,5 дБ.

Рпр = 20 + 31 + 32 – 0,5 – 0,5 – 59= -34 дБ

Используя наши вычисления, получаем графики распределения уровня мощности сигнала по вагону (графиках. 7.2 — 7.6).

График 7.2 Уровень мощности сигнала

Полагаем, что терминал пользователя может быть максимально приближенна расстояние 1 м к маршрутизатору. Стенки вагона сильно влияют на диаграмму направленности антенн, часть мощности сигнала отражается от металлической обшивки вагона и создает интерференцию полезному сигналу. Затухание сигнала при этом увеличится на 10-15 дБ. Для уменьшения влияния стенок вагона и так как общая высота салона составляет 2,923м, точку доступа необходимо разместить как можно дальше от металлических стен, а значит в центре прохода вагона и на высоте 1,5-1,8 м от пола(рисунок 7.2).

Минимальное значение маршрутизатора ASUS RT-N18U значение уровня мощности сигнала составляет –50 дБ, оно и будет расчетным

Маршрутизатор ASUS RT-N18U оборудован тремя антеннами, для наилучшего покрытия всего вагона две антенны разносим в разные стороны вагона, третью оставляем на самой точке доступа.

Антенны соединим с точкой доступа с помощью СВЧ кабелей типа TL-ANT24EC12N. Выберем длину кабеля с запасом для прокладки по стенкам вагона — 6 м. Кабель типа TL-ANT24EC12N вносит потери 4 дБ. При использовании данного кабеля необходимо использовать переходник с разъема N типа к SMA, который внесет дополнительные 0,5 дБ затухания.

Рисунок 7.2 Расположение антенн от маршрутизатора на расстоянии 4 м.

На графике 7.4 изображен г уровня мощности сигнала в каждой точке при расстоянии между антеннами 4 м.

График 7.3 Уровень мощности сигнала при расстоянии между антеннами 4 м

На Рисунок. 7.5 приведен график суммарного уровня мощности сигнала с учетом того, что подключаемые устройства могут быть приближенны к маршрутизатору не более чем на 1 м.

График 7.4 Суммарный уровень сигнала при расстоянии между антеннами 4 м

При расстоянии между антеннами 7 м., минимальный уровень мощности в свободном пространстве составил –27 дБ. С учетом металлического корпуса вагона уровень мощности сигнала составит –30 - 35 дБ. На Рисунок. 7.6 изображен график уровня сигнала при размещении антенн в трех точках на расстоянии 7 м. друг от друга. На Рисунок. 7.7 приведен суммарный график уровня мощности сигнала с учетом того, что подключаемые устройства абонентов могут быть приближены к маршрутизатору не более чем на 1 м.

График 7.5 Уровень мощности сигнала при расстоянии между антеннами 7 м

График 7.6 Суммарный уровень мощности сигнала при расстоянии между антеннами 7 м

Таким образом, результаты расчетов показывают, что расстояние между антеннами равное 7 метрам, является самым приемлемым(рисунок 7.3).

.

Рисунок 7.6 Расположение антенн от маршрутизатора на расстоянии 7 м.

Проведено исследование по уровню мощности сигнала в вагоне поезда. Wi-Fi маршрутизатор с одной антенной находился в центе вагон, а остальные две антенны были установлены в начале и конце вагона.

Как видно из графиков, при использовании трех антенн, уровень мощности сигнала превышает порог чувствительности маршрутизатора ASUS RT-N18U, что подтверждает возможность реализации сети доступа на железнодорожном транспорте.

Заключение

Реализация данной выпускной квалификационной работы позволит посредством беспроводной сети Wi-fi предоставлять услуги связи физическим лицам использующим железнодорожный транспорт.

Рассмотрены общие вопросы, касающиеся беспроводных сетей, стандартов и развития технологии беспроводного доступа Wi-fi сети, приведены особенности этой беспроводной сети, а так же ее недостатки и достоинства.

В соответствии с поставленной целью было выбрано оборудование соответствующее нашим требованиям, рассмотрены различные варианты его размещения, также был произведен расчет потери мощности сигнала в свободном пространстве, расчет затухание сигнала от точки доступа на различных расстояниях в пределах вагона, нахождение оптимального места установки оборудования.

В ходе проектирования, результаты исследования показали, что использование нескольких разнесенных по вагону антенн позволяет увеличить уровень мощности сигнала в дальних купе вагона. Полученный уровень мощности сигнала в дальних купе составляет не менее –27 дБм, что значительно больше минимальной чувствительности Wi-Fi приемников современных устройствах.

Список сокращений

HIPERLAN (High Performance Radio Local Area Network) - локальная радиосеть высокой производительности.

FDMA (Frequency Division Multiple Access) - множественный доступ с разделением каналов по частоте.

TACS (Total Access Communication System) - аналоговая сотовая система связи общего доступа первого поколения.

TDMA (Time Division Multiple Access)- способ использования радиочастот, когда в одном частотном интервале находятся несколько абонентов, разные абоненты используют разные временные слоты (интервалы) для передач.

AMPS (Advanced Mobile Phone Service) - аналоговый стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 825 до 890 МГц.

NAMPS (Narrowband AMPS) - аналоговая модификация стандарта AMPS.

CDMA (Code Division Multiple Access) - технология связи, обычно радиосвязи, при которой каналы передачи имеют общую полосу частот, но разную кодовую модуляцию.

CDPD (Cellular Digital Packet Data) - технология передачи пакетных данных в сетях сотовых операторов (скорость передачи достигает 9,2 Кбит/сек, возможен доступ в Интернет и межсетевой роуминг.

VSAT (Very Small Aperture Terminal) - малая спутниковая земная станция, то есть терминал с маленькой антенной. Используется в спутниковой связи с начала 90-х годов.

WEP (Wired Equivalent Privacy) - алгоритм для обеспечения безопасности сетей Wi-Fi. Используется для обеспечения конфиденциальности и защиты передаваемых данных авторизированных пользователей беспроводной сети от прослушивания

библиографический Список

1. «Беспроводные сети. Первый шаг» / Джим Гейер. – М.: Издательство: Вильямс, 2005

2. «Анатомия беспроводных сетей» / Сергей Пахомов. – Компьютер-Пресс, №7

3. «Современные технологии беспроводной связи» / Шахнович И. – М.: Техносфера, 2004, 2002

4. Шахнович С. Современные беспроводные технологии. - ПИТЕР, 2004

5. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Учебник. – Санкт-Петербург, Питер, 2001.

6. «Сети и системы радиодоступа» / Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А. – М.: Эко-Трендз, 2005

7. «Современные технологии и стандарты подвижной связи» / Кузнецов М.А., Рыжков А.Е. – СПб.: Линк, 2006

8. «Секреты беспроводных технологий» / Джек Маккалоу. – М.: НТ-Пресс, 2005

9. Щербо В.К. Стандарты вычислительных сетей. – М.: Кудиц – Образ, 2000

10. Галицкий А.В., Шангин В.Ф. Защита информации в сети, /. – М.:ДМК Пресс, 2004 – 616с.

11. М. Меррит., Д. Поллино. Безопасность беспроводных сетей/.: издательство меркурий 2009 – 415с. - ISBN 559-5-9014-0034-7

12. Bluetooth. Анализ безопасности протоколов и улучшения [электронный ресурс] / www.emsec.rub.de/media/crypto/ Bluetooth Security Protocol Analysis 3.Электрооборудование пассажирских вагонов модели 61-425 (ЦМВО-66). Под общей ред. Б.Н. Ребрика. М.: Транспорт, 1977. 144 с.

13. Электрооборудование пассажирских вагонов с кондиционированием воздуха. Под общей ред. Б.Н. Ребрика. М.: Транспорт, 19.... … с.

14. Комаров Ю.И. Электрические машины и электропривод. Часть II, III и IV. Электрооборудование вагонов. С.-Пб. ПГУПС. 2006.

15. Электроснабжение пассажирских вагонов. М. р. Ю.И. Комаров и Ю.Г. Путин. – С.- Петербург: ПИИЖТ, 1992. 25с.

16. Ю.И. Комаров, Ю.Г. Путин. Системы электроснабжения современных пассажирских вагонов. Учебное пособие. – С.- Петербург: ПГУПС, 1997. 51с.

17. Терешкин Л.В. Приводы генераторов пассажирских вагонов. – М.: Транспорт, 1990. 152с.

18. ВАГОНЫ: проектирование, устройство и методы испытаний. / Под ред. Л.Д. Кузьмича. – М.: Машиностроение, 1978. 376с.

19. Сайт компании «ASUS»: http://www.asus.com/

20. А.А. Безгин, Савочкин А.А. Расчет энергетики wi-fi сигнала в железнодорожном вагоне. Учебное пособие. – Севастополь: СНТУ, 2013. 67с.

31