Obecnie sieci bezprzewodowe Wireless LAN zdobywają coraz większą popular­ność. Ceny urządzeń dostępowych oraz kart bezprzewodowych stale maleją, dla­tego sieci bezprzewodowe stają się alternatywą dla sieci przewodowych, oprócz tego sieci WLAN gwarantują lepsze możliwości w zakresie mobilnego dostępu do usług gwarantowanych przez ISP (ang. Internet Service Provider). Najwięcej stworzonych implementacji wiąże się ze standardem IEEE 802.11b, choć w sieciach miejskich zdecydowanie lepszym rozwiązaniem wydaje się IEEE 802.11a. Cechy pośrednie obu tych standardów posiada standard IEEE 802.11g, który to zapew­nia prędkość transmisji rzędu 54 MB/s (jak ma to miejsce w 802.11a) oraz pracuje w nielicencjonowanym paśmie 2,4 GHz (takie samo pasmo jak w 802.11b). Jest to rozwiązanie bardzo korzystne ze względu na ceny urządzeń, ale stosowane może być w warstwie dystrybucyjnej hierarchicznego 3-warstwowego modelu sieci, dla prędkości transmisji do 54Mb/s.

Założenia projektowe

Zadanie projektowe polega na stworzeniu sieci WLAN w Szkole Podstawowej nr 1 w miejscowości Dębno (woj. zachodniopomorskie) z wykorzystaniem technologii radiowej oraz światłowodowej, dodatkowo wdrażając technologię VoIP. Projektowana sieć w przyszłości będzie częścią dużej sieci komputerowej obej­mującej wszystkie instytucje edukacyjne i obsługującej około 900 użytkowników. Dlatego też przy projektowaniu tej sieci uwzględniłam zmiany jakie mogą zajść zarówno w topologii jak i parametrach sieci.

W pierwszym kroku projektowania sieci komputerowej w szkole podstawowej przeprowadziłam wizję lokalną mającą na celu ustalenie warunków środowisko­wych.

Charakterystyka budynku: czterokondygnacyjny z użytkowanymi pomieszczenia­mi piwnicznymi, grubość ścian nośnych i działowych: 12^77 cm. Ściany działowe i sufity w piwnicy oraz na piętrach nie mają zbrojeń (metalowych). Wszystkie drzwi w budynku są drewniane, natomiast okna plastikowe co także nie wpłynie na transmisję. Szczegółowe rozmieszczenie drzwi przedstawiłam jest na planach budynku zamieszczonych w Rozdziale 5.2 na stronie 80. W budynku tym nie ma okablowania strukturalnego sieci przewodowej. Ponieważ w sieci ma zostać wyko­rzystania technologia Power over Ethernet (802.11af), aby ograniczyć liczbę UPS-ów do jednego (zasilającego switcha, do którego wpięte będą wszystkie AP), dlatego też nie zaznaczałam na planie pomieszczeń rozmieszczenia gniazdek elektrycz­nych. Standard 802.11af pozwala na przesyłanie energii elektrycznej po skrętce Cat5e na odległość do 100 m. Po wstępnej analizie możliwych lokacji AP doszłam do wniosku, że dystans od przełącznika do każdego z AP nie będzie przekraczał 100 m.

Projektowana sieć bezprzewodowa będzie działała w oparciu o standard IE- EE 802.11g, który to gwarantuje teoretyczną przepływność 54 Mb/s, a praktyczną około 25 Mb/s. Przepływność zależy od odległości użytkownika od punktu do­stępowego. Rozmieszczenie AP musi gwarantować wszystkim klientom z kartami bezprzewodowymi działającymi w standardzie IEEE 802.11g dostęp do oferowa­nych usług. Dostęp powinien być możliwy w pomieszczeniach ogólno dostępnych, takich jak: klasy, sale laboratoryjne, sala gimnastyczna (pełniąca funkcję auli w cza­sie uroczystości szkolnych), sekretariat, pokój nauczycielski, gabinet dyrektora, sale medyczne (pielęgniarka, dentysta, itp.), korytarz, hol, a także bibliotekę, czytelnię i świetlicę, które znajdują się w drugim budynku.

Przewiduję, że liczba klientów korzystających z sieci WLAN wyniesie około 120 (uwzględniając rozrost sieci w przyszłości). Przyjęłam , że użytkownicy będą korzystać z usług takich jak: www, e-mail, ftp, a w wyznaczonych obszarach także z usług multimedialnych (aplikacje korzystające z trybu multicast), które to wymagają zagwarantowania większej przepustowości oraz nie tolerują chwilowych przerw w łączności.

Odnośnie medium transmisyjnego ustaliłam następujące wymagania:

/ technika przewodowa:

• światłowód – SDH (STM-1) w warstwie szkieletowej,
• skrętka kategorii 5e – 100 Mb/s Ethernet w warstwie dystrybucyjnej;

/ technika bezprzewodowa:

• SDH (STM-1) w warstwie szkieletowej,
• IEEE 802.11g/b w warstwie dostępowej.

W warstwie szkieletowej hierarchicznego 3-warstwowego modelu sieci powinna zostać zastosowana technologia bezprzewodowa zapewniająca transmisję sygnału z przepływnością 155Mb/s (STM-1), natomiast w warstwie dostępowej – jak już wcześniej wspomniałam w zależności od rodzaju urządzeń klienckich – przepływ­ność do 54Mb/s.

Jeśli zaś chodzi o zastosowane urządzenia powinny być one dobrane w taki sposób, aby w odpowiednich warstwach sieci były realizowane właściwe zadania :

<p warstwa szkieletowa (ang. core layer) – jedynie bardzo szybkie przełączanie pakietów, brak ingerencji w pakiety;

<p warstwa dystrybucyjna (ang. distribution layer) – agregacja połączeń w pomiesz­czeniach IDF i MDF, definiowanie domen multi- i broadcastowych, routing między VLAN-ami, zmiana mediów transmisyjnych (np. ze światłowodu na skrętkę, z radia na skrętkę, itp.), bezpieczeństwo;

<p warstwa dostępowa (ang. access layer) – filtracja adresów MAC, mikrosegmen- tacja sieci.

Wykaz urządzeń będzie zawierał zarówno urządzeń jak i wykorzystane/ wymagane patchpannele oraz szafy. Sposób realizacji projektu uwzględni zapewnienie bez­pieczeństwa połączeń na wypadek awarii (redundancja).

Obliczenia

1. Liczba użytkowników i przepustowość

W poprzednim punkcie została określona maksymalna liczba użytkowników jednocześnie korzystających z sieci i wynosi ona 120 klientów (uwzględniając już ich przyrost – rozrost sieci). Obecnie niewielu uczniów ma możliwość korzystania z bezprzewodowych sieci komputerowych, ze względu na brak własnych urzą­dzeń przenośnych (notebook, PDA, itp.), a liczba nauczycieli i pracowników admi­nistracyjnych posiadających właściwym sprzętem jest nie większa niż 15. Jednakże wszystkie komputery w tej szkole zostaną wyposażone w bezprzewodowe karty sieciowe.Z tego względu maksymalna ilość użytkowników wynosi aż 120, biorąc pod uwagę możliwość organizacji przez szkołę seminariów, sympozjów z udzia­łem osób posiadających komputery przenośne z kartami WLAN. Ilość urządzeń klienckich przypadająca na jeden punkt dostępowy jest uzależniona od wymagań użytkownika co do rodzaju usługi (unicast, multicast, minimalna prędkość połą­czenia) i zazwyczaj będzie z góry przewidziana.

Posługując się danymi zawartymi w [5] można określić liczbę użytkowników jaką sieć 802.11g zapewniająca przepływność do 54 Mb/s może obsłużyć, jeśli zało­żymy że pojedynczy użytkownik powoduje średnie obciążenie sieci. Dane zawarte w [5] odnoszą się do standardu 802.11b, który zapewnia średnią przepływność rzędu 6Mb/s, a w standardzie 802.11g przyjęta jest średnią prędkość 24Mb/s, dlatego dane zaczerpnięte z [5] przemnożyłam przez cztery. Otrzymane wartości zilustrowałam w Tabeli 5.1.

Tabela 5.1. Pojemność sieci w porównaniu ze średnią przepustowością na jednego użyt­kownika Źródło: Opracowanie własne na podstawie [5] Metoda połączenia i prędkość Liczba jednocześnie pracujących użytkowników, sieć 802.1 lb Liczba jednocześnie pracujących użytkowników, sieć 802.lig Średnie użycie sieci 60 240 LAN – 100 kbit/s Średnie użycie sieci 40 160 LAN – 150 kbit/s Średnie użycie sieci 30 120 LAN – 200 kbit/s Średnie użycie sieci 20 80 LAN – 300 kbit/s

Zaletą projektowanej sieci jest duża przepustowość w porównaniu z popular­nymi sieciami 802.11b. W zależności od faktu korzystania z sieci 802.11g przez urządzenie klienckie 802.11b, przepustowość zmienia się od 133% (gdy występują urządzenia 802.11b) do 367% (brak urządzeń 802.11b) w stosunku do przepusto­wości sieci 802.11b .

2. Teoretyczne obliczenie liczby potrzebnych punktów dostępowych

Proces wyliczania liczby potrzebnych AP został przedstawiony na stronie 71. Budynek szkoły podstawowej w miejscowości Dębno ma wymiary 25×55 m, po­nieważ jest to budynek czterokondygnacyjny AP zostaną rozmieszczone na 2 pię­trach. Dodatkowo trzeba uwzględnić powierzchnię sali gimnastycznej o wymiarach 10×20 m (na parterze będą umieszczone punkty dostępowe), stąd mamy:

NC = 25m-60m-2 + 10m-20m = 3000m² + 200m² = 3200m² Powierzchnia pojedynczej komórki (w sieci WLAN) wynosi:

(Pole)_R = |-V2-R² = 2, 5981-17² = 750,85?b²

Teoretyczna ilość potrzebnych AP do pokrycia całego obszaru wynosi w taki razie:

Dodatkowy obszar pokrycia stanowi drugi budynek, w którym znajduje się: biblioteka, świetlica oraz czytelnia. Budynek ten ma wymiary 15x30m, stąd mamy:

NC = 15m-30m = 450m²

Teoretyczna ilość potrzebnych AP do pokrycia całego obszaru wynosi w taki razie:

Jak już wcześniej wspomniałam nie zawsze trzeba użyć teoretycznie wyliczonej liczby AP. Często bowiem w praktyce okazuje się, że nie potrzeba ich tak dużo. Jednak w tym przypadku będę potrzebowała dokładnie 5 AP, 4 w budynku głów­nym oraz 1 w budynku, w którym jest biblioteka.

W budynku głównym sieci kanały radiowe zostały dobrane wg zasady przed­stawionej w Rozdziale 4.3.3. Wykorzystane kanały radiowe:

• Kanał nr 1 – 2,412 GHz AP1, AP4, AP5;
• Kanał nr 6 – 2,437 GHz AP2;
• Kanał nr 11 – 2,462 GHz AP3.

Obszary pokrycia przez AP1,AP4 i AP5 nie nachodzą na siebie, ilustruje to Rysunek 5.1, AP5 znajduje się w innym budynku.

Rysunek 5.1. Widok budynku od strony ulicy wraz z zaznaczonymi obszarami pokrycia przez AP

Źródło: Opracowanie własne

Na poniższych rysunkach przedstawiłam obszar pokrycia poszczególnych punk­tów dostępowych i tak:

• Rysunek 5.2 – przedstawia obszar pokrycia AP1 i AP2 na parterze szkoły;
• Rysunek 5.3 – przedstawia obszar pokrycia AP4 i AP4 na 2 piętrze szkoły;
• Rysunek 5.4 – przedstawia obszar pokrycia AP5 w 2 budynku (biblioteka, świetlica, czytelnia).

Rysunek 5.2. Rozmieszczenie i obszar pokrycia AP1 i AP2 na parterze szkoły Źródło: Opracowanie własne

Dostęp do AP1 i AP2 możliwy jest tylko dla upoważnionych osób. Zarówno punkt dostępowy pierwszy jak i drugi są umieszczone w miejscach niedostępnych dla uczniów szkoły bez nadzoru osoby dorosłej. AP1 znajduje się w kantorku spor­towym, w którym zawsze przebywa choć jeden nauczyciel wychowania fizyczne­go w przeciwnym razie pomieszczenie jest zamknięte. AP2 znajduje się w pokoju woźnej, który również jest zamknięty pod jej nieobecność.

Rysunek 5.3. Rozmieszczenie i obszar pokrycia AP4 i AP4 na 2 piętrze szkoły Źródło: Opracowanie własne

W przeciwieństwie do AP1 i AP2, AP3 oraz AP4 nie są umieszczone w spe­cyficznych pomieszczeniach lecz w klasach lekcyjnych, jednakże nie jest to pro­blemem albowiem wszystkie klasy na czas przerwy są zamykane. W czasie zajęć natomiast przebywa w nich zawsze nauczyciel.

Rysunek 5.4. Rozmieszczenie i obszar pokrycia AP5 w 2 budynku (biblioteka, świetlica, czytelnia)

Źródło: Opracowanie własne

Ostatni punkt dostępowy (AP5) znajduje się w bibliotece szkolnej, a co za tym idzie żadna nieupoważniona osoba bez nadzoru nie powinna tam przebywać.