К главной странице

Предварительный расчет WiFi сетей

Сидельников А.И.

  1. Введение.

Научно - Техническая фирма Новые Технологии продает WiFi трансиверы , антенны к ним и производит соответствующие монтажные работы. При приобретение карт WiFi , точек доступа WiFi и антенн у заказчика как правило возникают вопросы о зоне действия WiFi устройств, необходимой комплектации WiFi сетей , рисках их использования. Поэтому от того насколько точно будет определена возможность использования WiFi оборудования и его комплектность на этапе приобретения, в конечном счете, зависит успешность проекта по использованию WiFi сетей.

Технические риски при использование WiFi сетей c нашей точки зрения можно условно разделить на риски :

  1. Риски связанные, с организацией радиочастотного тракта;
  2. Риски, связанные с неудовлетворительной работой приложений в WLAN сети.

2 Риски связанные с организацией радиочастотного тракта

2.1. Взаимные помехи.

Согласно спецификации 802.11a минимальная допустимая чувствительность любой радиостанции WiFi работающей на данном стандарте не должна превышать –65 dBm, (для примера WiFi беспроводный адаптер PCI модель HW-2454 имеет чувствительность -70dBm) , подавление перекрестных помех 15 дБ (alternate adjacent channel rejection) и -1 дБ подавление помехи от соседнего канала работающего на той-же частоте, при скорости передачи данных 54 Мбит/сек /1/. Заметим что , оборудование WiFi проектируется таким образом что-бы его спектральная маска соответствовала соответствующим требованиям по уровню перекрестных помех .

При рассмотрение источников помех для приборов, работающих в диапазоне 2,4 ГГц, необходимо учитывать устройства Bluetooth, другие WiFi устройства работающие на тех-же каналах.

В таблице 1 представлены значения эффективной изотропно излучаемой мощности (EIRP) различных классов устройств Bluetooth, которые могут учитываться при расчете радиочастотного тракта WiFi.

Таблица 1

Класс передатчика

EIRP (dBm)

1

Класс 1

20 dBm

2

Класс 2

4dBm

3

Класс 3

0 dBm

На данной частоте помехи создаются также микроволновыми печками и некоторыми типами радиотелефонов.

2.2. Зона покрытия WiFi сети.

Фирма производитель WiFi оборудования, как правило, указывает зону устойчивой работы WiFi радиостанции. Так для оборудования WiFi при мощности передатчика 16-18 dBm зона устойчивой работы составляет 200 м (HW-2454), исходя из этого и учитывая то что, мощность сигнала падает пропорционально квадрату расстояния можно рассчитать необходимую дополнительную мощность сигнала для передачи на любое расстояние.

∆P=20(Log10L – 2,3) (1)

где

∆P – дополнительная мощность [dBm] необходимая системе;

L – расстояние [м]

Необходимую дополнительную мощность ∆P можно получить, используя антенную технику. Так как маркировка продаваемых антенн идет как правило в dBi (коэффициент усиления по отношению к изотропной антенне) , то его необходимо перевести в dBd (коэффициент усиления по отношению к дипольной антенне)

dBd=dBi – 2,2 (2)

В целом при использование антенн на коэффициент усиления системы будет влиять

Потери в фидерах (кабельных сборках) можно расчитать исходя из следующих характеристик:

Активное оборудование WiFi стандартизируется тремя основными органами стандартизации Wi-Fi Alliance , IEEE, ETSI.

Cогласно Code of Federal Regulation 47 (USA), нелицензионное использование WiFi допускается при уровнях мощности меньших чем разрешены для первичного пользователя (есть лицензия). Что вполне разумно , учитывая , что на данной частоте работает ряд медицинских приборов и.т.д и ввод WiFi сети не должен приводить к сбоям.

Радиостанции стандарта WiFi 802.11 имеют мощность передатчикам от 30- 100 мВт, поэтому могут быть использованы без лицензии.

Кроме того CFR оговаривает и сами уровни мощности передачи. Допустима пиковая мощность 1 Вт (30 dBm) с антенной имеющей коэффициент усиления 6 dBi. Другими словами если радиостанция не участвует в формирование моста , то ее EIRP (эквивалентная изотропно излучаемая мощность) не должен превышать 36 dBi.

Для мостов действует правило, согласно которому мощность передатчика должна снижаться на 1 дБ при каждом увеличение усиления антенны на 3 dB свыше уровня 6 dBi.

Используя выше сказанное можно оценить максимально допустимый радиус охвата точки доступа для случая когда она не работает в качестве моста:

Lmax ~ 1230 м. (3)

На радиус действия WiFi связи так-же существенное влияние оказывают предмет находящиеся в зоне действия WiFi передачи.

Данные предметы могут отражать микроволны и приводить к многолучевому замиранию или поглощать их (ткани , бумага).

Все выше приведенные формулы используют модель потерь на трассе для свободного пространства (имеется в виду соблюдение условий по первой зоне Френеля). Ниже приведена таблица показывающее необходимое пространство зону френеля для организации надежной связи WiFi антен.

зоны френеля
Дистанция между антеннами [м]Требуемый радиус первый зоны френеля на частоте 2,4Ghz [м]Требуемый радиус первый зоны френеля на частоте 5Ghz [м]
3003,062,12
160074,9
800015,8110,95
1000017,6812,25
1500021,6515

В случае если вы организуете связь в условиях большого количества отражающих объектов, то целесообразно использовать модель потерь на трассе пропорциональных четвертой степени радиуса действия /1/.

Тогда для наихудшего случая формула 1 принимает вид:

∆P=40(Log10L – 1,14) (4)

3. Риски, связанные с неудовлетворительной работой приложений в WLAN сети.

При расчете возможности использования приложений при работе в WiFi сетях необходимо учитывать расчетную производительность в пересчете на одного клиента. При скорости передачи данных 54 Мб/сек , реальная производительность составляет 22 Мб/с. Опыт использования WiFi сетей показывает , что для пульсирующих приложений (WEB, приложении клиент/сервер) пределом считается 25 пользователей на одну точку доступа. Опыт эксплуатации показывает что на сегодняшний момент использование WiFi сетей для использования 1С бухгалтерии возможно только при использовании терминального сервера. При проектирование беспроводных сетей как правило используют две стратегии , в зависимости от назначения сети:

Данные варианты развертывания сетей обусловлены зависимостью скорости передачи данных от расстояния до точки доступа.

4. Риски, связанные с использованием фирменных стандартов WiFi.

На момент написания статьи ряд компаний продвигали устройства WiFi со скоростью передачи 108 Mb/s (Super G) в WiFi данная скорость передачи достигается за счет использования одновременно нескольких каналов , так как данная скорость передачи не стандартизированна , то два устройства будут иметь возможность работать на данной скорости в случае если они построенны на базе одного и того-же чипа. Кроме того на момент написания статьи скорость 108 Mb/s могла быть полученна только в режиме инфраструктура а не в режиме точка-точка , что характерно для организации WiFi мостов.

5 Заключение

Точное число точек доступа , их расположение и конфигурация в здании может быть определена только в результате картрирования. В нашей практике встречались случаи когда после выполнения картирования смета развертывания WiFi сети уменьшалась в два раза по сравнению с первоначально рассчитанной.

Наша компания предоставляет услуги по картированию помещений стоимость данной работы составляет 1500 руб. , поэтому если перед вами стоит задача по развертыванию WiFi сетей или составлению сметы для WiFi сети вы можете обратиться к нам.


Литература:

1. Педжман Р, Джонатан Л. Основы построения беспроводных сетей стандарта 802.11., М.Вилиамс, 2004.