Přenosové technologie Wi-Fi a WiMAX

Bankovní institut vysoká škola Praha Katedra informačních technologií a elektronického obchodování

Přenosové technologie Wi-Fi a WiMAX

Diplomová práce

Autor:

Tomáš Petržílka Informační technologie a management

Vedoucí práce:

Praha

Ing. Vladimír Beneš

duben, 2010

Prohlášení Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci zpracoval samostatně a s pouţitím uvedené literatury.

................................... V Praze dne 9. 4. 2010

Tomáš Petrţílka

Poděkování Děkuji vedoucímu diplomové práce panu Ing.Vladimíru Benešovi za odborné vedení a cenné informace, které mi poskytoval při zpracování diplomové práce.

Anotace práce Práce pojednává o bezdrátových komunikačních technologiích, které nás obklopují a jsou součástí našeho kaţdodenního ţivota. Snaţí se popsat a přiblíţit komunikační technologii Wi-Fi a pochopit základy bezdrátové komunikace. Shrnuje základní přehled pouţívaných zařízení ve Wi-Fi technice. Popisuje nadějnou nastupující komunikační technologii WiMAX včetně pouţívaných zařízení. V poslední části popisuje návrh bezdrátové komunikační sítě s pouţitím obou technologií a shrnuje porovnání navrhnutých řešení.

Abstract Work deals with wireless communication technologies that surround us and are part of our everyday lives. Attempts to describe and communication technology to bring Wi-Fi and understand the basics of wireless communications. Summarizes the basic overview of the devices in the Wi-Fi technology. Describes a promising emerging WiMAX technology, including communication equipment. In the last section describes the design of wireless communication networks, using both technology and summarizes the comparison of proposed solutions.

Obsah Úvod ..................................................................................................................................- 7 1

Bezdrátové technologie............................................................................................- 8 1.1 1.2 1.3

2

Wi-Fi .......................................................................................................................- 17 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7

3

Mobilní sítě - WAN ...........................................................................................- 8 WMAN a WLAN ............................................................................................- 14 WPAN .............................................................................................................- 15 Charakteristika přenosu signálu ......................................................................- 18 Fresnelova zóna ...............................................................................................- 21 Modulace .........................................................................................................- 23 Vysílací kanály ................................................................................................- 24 Řízení přístupu k médiu...................................................................................- 26 Zabezpečení Wi-Fi sítí.....................................................................................- 27 Limit ČTU - vyzářený výkon ..........................................................................- 28 -

Přehled zařízení Wi-Fi ..........................................................................................- 30 3.1 Access pointy...................................................................................................- 31 3.2 Klientské adaptéry ...........................................................................................- 33 3.3 Moţnosti zapojení aktivních prvků .................................................................- 35 3.4 Pasivní prvky ...................................................................................................- 36 3.4.1 Antény .........................................................................................................- 36 3.4.2 Kabely..........................................................................................................- 38 3.4.3 Konektory ....................................................................................................- 40 -

4

WiMAX ..................................................................................................................- 42 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8

5

Přehled zařízení WiMAX ......................................................................................- 50 5.1.1 5.1.2 5.1.3

6

Základní specifika 802.16d .............................................................................- 43 Řízení komunikace ..........................................................................................- 44 Řízení výkonu a vyuţívaná frekvenční pásma ................................................- 45 Modulace .........................................................................................................- 45 Dosah ...............................................................................................................- 46 Kvalita sluţeb - QoS ........................................................................................- 47 Zabezpečení .....................................................................................................- 48 Licence pro provoz WiMAX technologie .......................................................- 48 Základnové stanice ..........................................................................................- 51 Klientské stanice ..............................................................................................- 52 Pasivní prvky a příslušenství ...........................................................................- 53 -

Návrh Wi-Fi a WiMAX sítě a jejich porovnání (případová studie) .................- 54 6.1 Návrh Wi-Fi sítě ..............................................................................................- 54 6.1.1 Vybraný hardware .......................................................................................- 56 6.1.2 Logika zapojení ...........................................................................................- 62 6.1.3 Výpočet trasy ...............................................................................................- 64 6.1.4 Ekonomické zhodnocení .............................................................................- 66 6.2 Návrh WiMAX sítě .........................................................................................- 69 -

6.2.1 Vybraný hardware .......................................................................................- 70 6.2.2 Logika zapojení a výpočet trasy ..................................................................- 73 6.2.3 Ekonomické zhodnocení .............................................................................- 74 6.3 Porovnání navrhnutých řešení .........................................................................- 76 Seznam použité literatury .............................................................................................- 78 Seznam tabulek a obrázků ............................................................................................- 80 Seznam použitých odborných termínů a zkratek .......................................................- 82 Přílohy ............................................................................................................................- 83 -

-6-

Úvod V moderní společnosti jsou informace šířeny pomocí masových medií, mezi která mimo jiné patří i internet. Masová komunikace přinesla obrovský pokrok v rámci vědy a vývoje, politiky, obchodování, komunikace. Můţeme tedy říci, ţe současnou podobu společnosti lze charakterizovat jako „informační společnost“. Cílem informační společnosti je zefektivnění procesů, zvýšení kvality a blahobytu ţivota. Základem je vyuţívání digitálních technologií, jako jsou telekomunikace, internet a to k vytváření, uchování a přenosu informací. Zpočátku se počítače propojovaly pouze datovými kabely, coţ značně omezovalo dostupnost a vylučovalo jakoukoliv mobilitu. Bezdrátové sítě jsou tedy dalším krokem ve vývoji přenosu dat, které podtrhují podstatu informační společnosti. Jde především o mobilitu, která se stala současným trendem. Zároveň lze touto technologií spojit body vzdálené i několik kilometrů. V současné době jsou bezdrátové sítě robustní řešení a v případě pouţití kvalitních komponent, nabízejí dobrou datovou propustnost, mobilitu a náklady na jejich zprovoznění jsou přijatelné. Celkově segment bezdrátových technologií je dnes jiţ poměrně známý a dostupný. Práce popisuje hlavně princip fungování sítí Wi-Fi a WiMAX a vysvětluje důleţité pojmy. Představí Vám hardware nutný k uskutečnění bezdrátového propojení počítačů a také nastíní, jak by mohl vypadat případný návrh Wi-Fi a WiMAX sítě v praxi. Součástí studie je také zhodnocení obou technologií. Toto téma jsem si vybral, protoţe je mi velmi blízké a je úzce spojeno s mou profesí.

-7-

1 Bezdrátové technologie Vývoj v oblasti nových technologií je velkou proměnou. Zatímco se na trh uvádí nejnovější komunikační technologie, jejich vývojáři jiţ testují další nástupce. Tato kapitola se zabývá představením vybraných komunikačních technologií a jejich základním popisem. Některé výrazy budou vysvětleny v dalších kapitolách pro lepší pochopení problematiky. Obrázek č. 1 shrnuje pouţití konkrétních technologií v závislosti na ploše pokrytí, pro kterou jsou primárně standardem určeny či ve skutečnosti vyuţívány. Obrázek č. 1: Zařazení vybraných bezdrátových technologií dle typického pouţití

WAN - Mobilní sítě WMAN

• 2G, 3G, LTE, 4G • MBWA 802.20, WiMAX 802.16e/m • Wi-Fi 802.11 • WiMAX 802.16

WLAN

• Wi-Fi 802.11

WPAN

• ZigBee • Bluetooth • UWB Zdroj: vlastní tvorba

1.1 Mobilní sítě - WAN První generace (1G) roku 1980 byla zaloţena na analogovém přenosu hlasu pomocí standardů NMT (Nordic Mobile Telephone) na frekvencích 450 a 900 MHz a standardu AMPS (Advanced Mobile Phone System) pouţívaném především v USA s pracovní frekvencí 800MHz. V České republice byl standard NMT-450 vyuţíván od roku 1991 do roku 2006, kdy byl ukončen. 1G sítě slouţily pouze pro přenos hlasu a nenabízely ţádné datové sluţby. Druhá generace (2G) se objevila počátkem 90. let. Tato generace mobilních sítí byla zaloţena pouze na digitálním přenosu hlasu. Datové sluţby na počátku -8-

nebyly implementovány. V oblasti 2G jsou definovány standardy GSM (Global System for Mobile Communications), CDMAone (Code Division Multiple Access) a D-AMPS (Digital Advanced Mobile System) pouţívané v USA. GSM se stal nejvíce pouţívaným standardem v mobilním světě. GSM je zaloţen na principu buněk, účastníci se připojují v rámci jednotlivých buněk. Buňky se liší velikostí, rozlišujeme: makro (jedná se o největší buňky v mobilní síti s průměrem v rozmezí od 2 do 20 km, jejich aktivní prvky najdeme nad úrovní střech), mikro (buňky o průměru 200 m aţ 2 km) a piko (průměr pikobuňky se pohybuje v rozmezí od 4 m do 200 m, jejich vysílací stanice se umísťují uvnitř objektů). Sousedící buňky pouţívají odlišné frekvence. GSM vyuţívá pracovní pásma 900 a 1800/1900 MHz. Paralelně byl vyvinut standard CDMAOne také označován jako IS-95. Jedná se o digitální rádiový systém zaloţený na šíření více digitálních signálů pomocí jediného média, přičemţ kaţdý signál je rozpoznán na základě unikátního kódování (PN kód). CDMA vyuţívá pracovní frekvenci 450 MHz a je pouţit pro datové sluţby a pouţíván odděleně od GSM. Největším poskytovatelem této technologie byla společnost Eurotel dnes jiţ Telefonica O2. Na půl cesty, jinak také (2,5G) reprezentuje GPRS (General Packet Radio Service) standard provozovaný v rámci GSM (Global System for Mobile Communications). Jedná se o mobilní datovou sluţbu, která umoţňuje uţivatelům přístup na internet, zasílání emailů a různé formy online komunikace. GPRS je paketově přepínaný přenosový kanál, který sdílí více uţivatelů. GPRS je sluţbou zaloţenou na "best effort", tedy negarantuje počet slotů pro uţivatele. GPRS měl pokrývat ostatní standardy, tedy i GSM, situace se však obrátila ve prospěch GSM, do kterého bylo zakomponováno GPRS. GSM síť funguje tak, ţe prioritně přiděluje sloty hovorům a aţ poté uspokojuje zájemce o GPRS. Další přenosovou technologií typickou pro 2,5G resp. 2,75G je EDGE (Enhanced Data for GPRS Evolution). EDGE je technologie pro vysokorychlostní datové přenosy, která se stala dalším stupněm ve vývoji GSM sítí. Vyuţívá nově modulaci 8-PSK (osmistavová fázová modulace), jeţ umoţňuje přenos více informačních bitů neţli modulace GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) pouţitá u GPRS. U EDGE je zcela předělána struktura kódovacích schémat. Jedná se o devět kódovacích schémat rozdělených do třech skupin na základě přístupu k opravě chyb v případě chybného přenosu dat. EDGE je více odolná vůči šumu a sníţené intenzitě signálu neţ GPRS.

-9-

V roce 1999 přichází třetí generace (3G) resp. 3G standard dle ITU1 nazvaný IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000). Je definováno několik standardů, které nabízejí kvalitní hlasové, ale také vysokorychlostní datové sluţby. Motivací bylo vytvořit jednotný systém umoţňující snadnou integraci nových sluţeb, paralelní chod více sluţeb, efektivně vyuţívat přidělené frekvenční pásmo a nabízet vysokou kvalitu vysílání. IMT-2000 definuje několik 3G standardů: CDMA2000, W-CDMA (UMTS), TD-SCDMA, DECT, UWC-136. Standard DECT lze z dalšího podrobnějšího popisu vyřadit, jelikoţ byl zamýšlen pro vytváření telefonních hotspotů a dle ITU ho nelze pouţít pro plošné pokrytí. UWC-136 je jen jiný název pro EDGE, které bylo tímto posunuto i do specifikace třetí generace mobilních sítí. Z toho vyplývá, ţe v rámci nových standardů umoţňujících plošné pokrytí na základě licencí pro telefonní operátory jsou definovány tři standardy a to CDMA2000, W-CDMA (Wideband-CDMA) resp.UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) a TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access). CDMA2000 je jinou podobou původního CDMAOne pouţívaného v 2G sítích. CDMA2000 nabízí několik pracovních pásem a to: 450,800,1700,1900 a 2100 MHz. V rámci

CDMA2000 bylo definováno několik vývojových stupňů. Prvními jsou

CDMA2000 1xRTT s přenosovou rychlostí aţ 307 Kb/s a CDMA2000 3xRTT s přenosovou rychlostí aţ 2 Mb/s. Dále byla definována CDMA2000 1xEV-DO, která pouţívá oddělené frekvence pro hlas a data s maximální přenosovou rychlostí 2,44 Mb/s a CDMA2000 1xEV-DV, která integruje hlas s datovými sluţbami, jako jsou videokonference a video do stejného frekvenčního kanálu s propustností do 5 Mb/s. Situaci přehledně popisuje obrázek č. 2.

1

ITU (International Telecommunication Union) – Mezinárodní telekomunikační unie zajišťuje provoz globálních telekomunikačních sluţeb včetně jejich specifikací a vývoje.

- 10 -

Obrázek č. 2: CDMA technologie mění svou podobu

CDMA

2G

3G

CDMAOne

CDMA2000

IS-95A: 14,4kbps

IS-95B: 64kbps

CDMA2000 1xRTT: 307kbps

CDMA2000 3xRTT: 2Mbps

CDMA2000 1xEV-DO: 2,44Mbps

Zdroj: vlastní tvorba

W-CDMA nebo také UMTS je dalším právoplatným standardem z rodiny 3G zaloţené na spolupráci Japonska a Evropy. UMTS je dále moţné dělit na FDD (Freqency Division Duplex) a TDD (Time Division Duplex). FDD vyuţívá odlišný kanál pro uplink a pro downlink. TDD vyuţívá pro uplink i downlink stejný kanál s časovým posunem. UMTS FDD, nebo také W-CDMA je nejvíce nasazovanou technologií v rámci Evropy. UMTS TDD je označována jako TD-CDMA. V této problematice se můţeme setkat s dalšími pojmy jako např. TDMA (Time Division Multiple Access) a FDMA (Frequency Division Multiple Access). Jedná se o komunikační schéma v mobilních sítích. TDMA je zaloţena na vícenásobném přístupu časovým dělením, systém definuje frekvenci a její počátek a konec pomocí intervalu, v němţ můţe být kanál vyuţíván. Výhodou tohoto přístupu je obsluha více uţivatelů v rámci jednoho trancieveru a také úspora elektrické energie díky přerušovanému vysílání. Vzniklé časové intervaly mohou být vyuţity pro vyhledání základnových stanic v okolních buňkách, a tak napomoci efektivnějším přechodům. FDMA je zaloţena na vícenásobném přístupu frekvenčním dělením, coţ vyţaduje přesné nastavení frekvence a modulace. V případě FDMA je nutno pouţívat drahý hardware (frekvenční syntezátory). Jednotlivé frekvenční kanály jsou od sebe velmi

- 11 -

CDMA2000 1xEV-DV: 5Mbps

blízko, správným nastavením musí být zabráněno interferencím2.TD-SCDMA pracuje na bázi TDD/TDMA a synchronního CDMA. Pracuje tedy na kombinaci frekvence, časového slotu a kódu. TD-SCDMA můţe také vyuţívat tzv. chytrých antén a dalších technologií ke zvýšení kapacity systému. Jako 3,5G je označován další vývojový krůček v datových přenosech v rámci 3G sítí a jejím HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access). HSDPA rozšiřuje moţnosti UMTS FDD ale i UMTS TDD. Jedná se o zvýšení přenosové rychlosti pro downlink. Jedná se o inovace v architektuře, kde bylo pouţito nových mechanizmů, které vedou ke sníţení latencí a zvýšení přenosové kapacity. V rámci HSDPA je definováno několik variant, které se liší v maximální propustnosti. První verze HSDPA nabízí max. přenosovou rychlost 1,8 Mbps, druhá verze HSDPA1 nabízí aţ 3,6 Mbps a zatím poslední verze HSDPA2 nabízí 14,4 Mbps. Netrvalo dlouho a objevil se zde další protokol v rámci 3,5G. HSUPA (High-Speed Uplink Access) – jde o velmi podobnou technologii jako je HSDPA, resp. je to logický vývojový krok pro urychlení uplinku. W-CDMA, které se pouţívá pro odesílání v kombinaci s HSDPA má své limity a bylo potřeba tento nedostatek odstranit. HSUPA nabízí v základní verzi přenos maximálně do 1,4 Mbps a ve vyšších verzích max. 5,7 Mbps. Obě technologie HSDPA a HSUPA jsou označovány jako HSPA (High Speed Packet Access). V současnosti se jiţ mluví o technologii HSPA+, která posouvá hranici přenosových rychlostí běţného HSPA. Navýšení rychlosti přenosu dat jsou výsledkem pouţití dokonalejšího a mnohem efektivnějšího kódování 64QAM s vyuţitím více antén pro příjem a vysílání. Situaci vývoje HSPA sluţeb s jejich propustností popisuje obrázek č. 3.

2

Interference – vzájemné frekvenční ovlivnění

- 12 -

Obrázek č. 3: Evoluce technologie HSPA

Zdroj: http://www.qualcomm.com/, 1. 04. 2010

LTE (Long term Evolution) je označení pro mobilní sítě blízké budoucnosti. Přibliţuje se pomyslným 4G sítím. Síť LTE má nabídnout aţ 100 Mbps pro download a 50 Mbps pro upload v rámci šířky pásma 20 MHz. Podpora 200 uţivatelů na buňku. Měla by být schopna zajistit komunikaci aţ do 500 km/h s vysokým výkonem do 120 km/h. Má podporovat flexibilní vyuţití kmitočtových pásem a různé šířky kanálů od 1,4 MHz aţ do 20 MHz s podporou jak FDD, tak TDD. Část standardu LTE je navrţena také pro zajištění mobility mezi sítěmi určenými pro mobilní operátory a např. sítěmi WiMAX. Mezi hlavní výhody má patřit vysoká propustnost, nízké latence, podpora FDD a TDD na stejné platformě, jednoduchou architekturu, která má vést k nízkým provozním nákladům a bezproblémový přechod mezi buňkami jiných standardů jako: GSM, cdmaOne, W-CDMA, CDMA2000. Pojem 4G je pouţíván často s výrazem LTE, avšak pravdou zůstává, ţe LTE ještě do 4G nemíří. 4G síť má jasné poţadavky na přenosovou rychlost a to pro plně mobilní stanice definuje minimálně 100 Mbps a v rámci stacionárního provozu 1 Gbps. Tyto nároky by měla splňovat aţ technologie LTE-Advanced a mobilní WiMAX 802.16m. Situaci, kam veškeré bezdrátové sítě směřují, přehledně shrnuje obrázek č. 4.

- 13 -

Obrázek č. 4: Bezdrátové standardy v čase

Zdroj: http://i.iinfo.cz/urs/site_smer_4g-124466638093700.png, 1. 4. 2010

1.2 WMAN a WLAN Hlavními zástupci pro bezdrátové lokální a metropolitní sítě jsou technologie Wi-Fi a WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Dalo by se říci, ţe Wi-Fi je průkopníkem ve světě bezdrátových technologií a to hlavně díky neuvěřitelnému rozšíření po celém světě. V roce 1999 byla společnostmi: Nokia, Symbol Technologies, 3Com, Aironet, Intersil a Lucent Technologies zaloţena Wi-Fi Alliance. Cílem byla správa a řízení celosvětových standardů pro lepší kompatibilitu v rámci WLAN. Wi-Fi Alliance vydává certifikáty pro standardy 802.11x (Wi-Fi CERTIFIED) a tím zaručuje, ţe zařízení takto označená splňují veškeré poţadavky na standard Wi-Fi a splňují podmínky pro interoperabilitu3. WiMAX reprezentuje standard 802.16, který byl vytvořen s cílem umoţnit v rámci měst přístup k bezdrátovému internetu s vysokou spolehlivostí. O rozvoj a certifikaci se stará WiMAX Forum. Oproti Wi-Fi nabízí WiMAX v dalších revizích standardu 802.16 i mobilní verzi, která posouvá tuto technologii jiným směrem a to do sítí mobilních operátorů pro standard 4G. Obě technologie byly v rámci této diplomové práce

3

Interoperabilita – schopnost systémů spolupracovat.

- 14 -

vybrány k vzájemnému porovnání a to z důvodu jejich podobnosti a moţnosti jejich nasazení běţnými uţivateli. Jejich bliţší specifikací se zabývají další kapitoly.

1.3 WPAN Bluetooth je definováno v rámci standardu 802.15.1 pro WPAN (Wireless Personal Area Network). Komunikace v síti Bluetooth je řízena pomocí hlavní jednotky tedy jakéhosi Access Pointu - AP, který zajišťuje komunikaci mezi dalšími připojenými zařízeními. AP alokuje časové úseky pro daný typ komunikace (asynchronní či synchronní) a to prostřednictvím TDMA. Bluetooth vyuţívá pro vysílání i příjem TDD. Je zaloţena na přístupové metodě FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). V rámci sítě Bleutooth můţe být připojeno pouze 8 zařízení. Pracovní frekvence je v rozsahu 2,4 GHz – 2,4835 GHz. Šířka kanálu je 1MHz, tedy máme k dispozici 79 kanálů. Maximální propustnost je aţ 2.1 Mbps. Pro zabezpečení vyuţívá 128-bitový klíč WEP (Wired Equivalent Privacy). Dosah je závislý na výkonu daného zařízení. Standard definuje tři třídy zařízení, viz. tabuka č. 1. Tabulka č. 1: Dosah jednotlivých tříd zařízení bluetooth

Třída zařízení

Výstupní výkon

Dosah

1

100mW

100m

2

2,5mW

50m

3

1mW

1m

Zdroj: vlastní tvorba

ZigBee je definovaná v rámci standardu 802.15.4 a byla zpočátku zamýšlena jako konkurence Bluetooth, i kdyţ její přenosové moţnosti jsou značně omezené. Standard ZigBee rozlišuje dva druhy zařízení, FDD (Full-Functional Device), tedy zařízení, které nabízí všechny funkce a RFD (Reduce-Functionality Device), jeţ nabízí pouze omezené funkce. V síti ZigBee musí být vţdy přítomno alespoň jedno zařízení viz výše a řídící jednotka. Topologie v ZigBee jsou hvězda, strom, nebo jejich kombinace. Síť podporuje aţ 254 zařízení připojených k jedné řídící jednotce. Standard umoţňuje práci nejen v pásmu 2,4 GHz, ale také v pásmu 915 MHz a 868 MHz. V pásmu 2,4 – 2,4835 GHz je moţno vyuţít aţ 16 přenosových kanálů s maximální propustností 250 kbps. Pro pásmo 868 Mhz je vyhrazen pouze jeden kanál s maximální propustností 20 kbps. V pásmu 915 MHz je - 15 -

moţno vyuţít 10 přenosových kanálů s šířkou 2 MHz při maximální propustnosti 40 kbps. Dosah standardu je aţ 75 metrů. Vyuţití této technologie je spíše v průmyslovém odvětví (dálkově ovládaná topení, osvětlení, senzory, meteostanice, audio a video zařízení) UWB (UltraWideBand) je technologie určená pro širokopásmové přenosy na krátkou vzdálenost. Motivací bylo vytvořit standard v rámci WPAN s propustností 110 Mbps a více. Mezi přednosti UWB patří její odolnost vůči odposlechu a rušení a v neposlední řadě také fakt, ţe se nijak zásadně neovlivňuje s jinými typy bezdrátových sítí, jelikoţ má mnohonásobně niţší výkon např. neţ Wi-Fi zařízení, tedy Wi-Fi přijímači se bude UWB síť jevit jako šum. Přenos je zaloţen na základě digitálních pulsů v rámci vysokého počtu přenosových kanálů s dokonale přesným načasováním mezi přijímačem a vysílačem. Pro standard bylo definováno frekvenční pásmo od 3,1 do 10,6 GHz. V současnosti tato technologie zaţívá krizi, jelikoţ její vývoj jde velmi pomalu, a několik zainteresovaných společností od tohoto projektu odstoupilo. Vše by se mělo vyjasnit na konferenci ICUWB2010 (International Conference on UWB), která se bude konat v Nanjingu na konci měsíce září tohoto roku.

- 16 -

2 Wi-Fi IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) - ústav elektrotechniky a elektroniky je mezinárodním neziskovým profesním sdruţením pro rozvoj technologií souvisejících s elektřinou. Z celosvětového hlediska má nejvíce členů technické profese, a to více neţ 375.000 členů v přibliţně 160 zemích. Na webových stránkách o sobě píší: „IEEE je největším profesním sdruţením v rozvoji inovací a technologické kvality ve prospěch lidstva. IEEE je důvěryhodný "hlas" pro strojírenství, výpočetní a informační technologie po celém světě.“4 Normy IEEE jsou označeny čísly. IEEE 802.11x dále jiţ jen 802.11 je skupina bezdrátových síťových norem charakterizovaných pouţíváním rádiového spektra. Normy 802.11 sledují pravidla stanovená institutem IEEE, jimiţ se řídí řada síťových norem. Tato větší skupina norem je označena číslem 802.5 Tabulka č. 2: Přehled standardů 802.11x

Standardy

Pásmo

Modulace

Max. teoretická rychlost (Mbit/s)

802.11

2,4

FHSS, DSSS, IrDA3

2

802.11a/y

5/3,7GHz

OFDM3

54

802.11b

2,4GHz

DSSS3

11

802.11g

2,4GHz

OFDM, DSSS3

54

802.11n

2,4/5GHz

MIMO-OFDM

aţ 600

Zdroj: vlastní tvorba

802.11 – (1997) standard pro bezdrátové sítě LAN, jeţ nabízí 2 Mbit/s s přenosem v pásmu 2,4 GHz za pouţití modulace FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) nebo DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). 802.11a – (1999) rozšíření původního standardu 802.11, teoretická přenosová rychlost je max. 54 Mbit/s v pásmu 5GHz. 802.11a pouţívá ortogonální frekvenční multiplex schéma kódování.

4

Zdroj: http://www.ieee.org/web/aboutus/home/index.html.

5

Zdroj: http://802.11b.cz/pojmy.asp, 15. 1. 2008.

- 17 -

802.11b – (1999) rozšíření 802.11, zajišťuje přenos 11 Mbps v pásmu 2,4 GHz. 802.11b pouţívá pouze DSSS. 802.11g – (2003) tento standard se pokouší spojit to nejlepší z obou 802.11a a 802.11b, propustnost je aţ 54Mbit/s v pásmu 2,4GHz a je zpětně kompatibilní se standardem 802.11b. 802.11n – (2009) navazuje na předchozí 802.11 normy s cílem přiblíţit se propustnosti jako v ethernetových sítích a to za pomocí nové technologie (MIMO). Standard 802.11n je v poslední době největší novinkou v moderních Wi-Fi zařízeních. Další nezmíněné standardy jsou jen doplňky či jinak rozšiřují standardy předchozí. Za zmínku stojí standard 802.11e, který definuje QoS (Quality of Service)6 a rozšiřuje tak 802.11a a 802.11b/g specifikace.

2.1 Charakteristika přenosu signálu Wi-Fi vyuţívá pro přenos dat pásma 2,4 a 5 GHz. Data jsou modulována a přenášena po základní nosné frekvenci. Čím vyšší nosná frekvence, tím vyšší přenosová rychlost. Délku vlny pro pásmo 2,4 GHz pro standard 802.11b lze vypočítat podle vztahu

kde c - rychlost [m/s] f - frekvence [Hz] λ - vlnová délka [m] v případě elektromagnetických vln rychlost „c“ zastupuje rychlost světla c = 300,000 km/s

6

QoS (Quality of service) – kontrolní mechanismus zabezpečující kvalitu přenosu prioritních sluţeb dle nastavených parametrů.

- 18 -

Vlastní výpočet: f = 2,4 GHz = 2,400,000,000 cyklů/s = 3*108 / 2,4*109 = 1,25*10-1 m = 12,5 cm platí pro 2,4 GHz V případě pásma 5 GHz je situace obdobná: λ = 3*108 / 5*109 = 0,6*10-1 m = 6 cm platí pro 5 GHz Rozměr vlnové délky je poměrně důleţitý ukazatel: větší délka vlny - větší dosah, větší délka vlny - lépe prochází skrz a kolem předmětů (překáţek), kratší délka vlny - přenese více dat. Delší vlnové délky (tedy niţší frekvence) vlny mají tendenci pronikat lépe předměty neţ kratší vlny (tedy s vyšší frekvencí) s kratší vlnovou délkou. Jako příklad můţe poslouţit FM rádio (88 – 108 MHz), které snadno prochází budovami, zatímco kratší vlny GSM standardu (na frekvencích 900 MHz či 1800 MHz) mají větší problémy projít skrz budovy, v některých případech jsou i „hluchá“ místa. Elektromagnetické vlny, které procházejí nějakým materiálem, jsou buď oslabeny, či utlumeny. Síla utlumení je závislá na jejich frekvenci a materiálu, kterým procházejí. Běţná okenní skla propouštějí světlo, zatímco specielní skla pouţitá u slunečních brýlí odfiltrují větší podíl intenzity světla a také ultrafialové záření. Absorpční koeficient se pouţívá k označení materiálu, který tlumí záření. Pro elektromagnetické vlny jsou definovány dva základní absorpční materiály. Kov – elektrony se mohou v kovech volně pohybovat a snadno se rozptýlit, proto absorbují energii procházející vlny. Voda – elektromagnetické vlny při styku s vodou vytlačují molekuly vody, a tak přicházejí o svou energii. - 19 -

V případě vody je situace malinko komplikovanější, kaţdá leč tenká vrstva vody ubere na výkonu dané vlny. V případě vody nelze opomenout fakt, ţe voda můţe být v různých formách: déšť, mlha, nízko poloţené mraky. Toto vše bude v praxi stát v cestě rádiovému vlnění. Výrazné změny v rámci těchto vlivů mohou bezdrátový spoj učinit nestabilním. Existují i další materiály, které mají sloţitější absorpční vliv na šíření rádiových vln. U stromů a dřeva, závisí mnoţství absorpce na tom, kolik vody obsahují. Staré „mrtvé“ dřevo je více či méně transparentní, vlhké čerstvé dřevo bude absorbovat značnou část elektromagnetických vln. Odraz rádiových vln se dá přirovnat k odrazu světla. Úhel odrazu vlny od překáţky je stejná jako úhel dopadu, tuto skutečnost znázorňuje obrázek č. 5. Obrázek č. 5: Odraz elektromagnetických paprsků

Zdroj: http://www.newworldencyclopedia.org, 28. 2. 2010

Ve srovnání s 2,4 GHz je frekvence 5 GHz mnohem více náchylná na překáţky kladené v její cestě, proto se také pouţívá hlavně ve venkovních prostorách u páteřních spojů s dobrou viditelností a minimem překáţek. Za zmínku ještě stojí fakt, ţe standardy 802.11b a 802.11a byly vytvořeny ve stejném roce 1999. Výroba 5 GHz zařízení byla však nákladnější, proto se 2,4GHz pásmo rozšířilo rychleji a to právě díky pouţití v domácnostech. 5 GHz zařízení se masově začala v ČR prodávat na přelomu roku 2007. LOS (Line of sight) – je termín, který popisuje pomyslnou čáru (ničím nepřerušenou), která by měla vzniknout mezi bodem A a B, jeţ chceme propojit. LOS je poměrně zásadním kritériem pro návrh kvalitního bezdrátového spoje. Proto většina profesionálních firem při instalaci bezdrátových pojítek pouţívá laserovou techniku, která jim umoţní přesné zaměření přípojných míst v kontextu s LOS. Rádiové vlny se však nešíří pouze po této pomyslné přímce, ale i v prostoru kolem ní. Touto problematikou se zabývá tzv. Fresnelova zóna.

- 20 -

2.2 Fresnelova zóna Celková problematika Fresnelovy zóny je poměrně sloţitá, avšak podstatu lze snadno pochopit. Dle Huygense7 a Fresnela v kaţdém bodě čela vyzářené vlny vzniká nová kruhová vlna. Jakmile opustí rádiové paprsky anténní reflektor, rozšiřují se. Vlny jedné frekvence se navzájem ovlivňují. Teorie Fresnelovy zóny se zaměřuje na pomyslnou přímku (LOS) mezi bodem A a B a také na prostor okolo této přímky, který ovlivňuje dle dané situace více či méně dosaţení bodu B. Některé vlny se šíří přímo po této pomyslné přímce z bodu A do bodu B, zatímco jiné vlny mimo tuto osu. V důsledku toho je jejich cesta delší a mají za následek fázový posun, který tímto vznikne mezi přímo a nepřímo šířenými vlnami. Kdyţ je fázový posun o jednu celou vlnovou délku, zapříčiní vznik pozitivní konstruktivní interference8. Existuje však také pojem destruktivní interference a ten vzniká ve chvíli, kdy se vlny nesejdou, coţ vede k jejich vyrušení. Pouţitím tohoto přístupu a pomocí výpočtu zjistíme, ţe okolo přímky mezi body A a B se vytvářejí kruhové zóny, které přispívají k dosaţení bodu B. Jednou z nutných podmínek v pásmu 2,4GHz je přímá viditelnost mezi přijímací a vysílací anténou. Uvaţujme o spojení bod-bod viz obrázek č. 6. Signál, který se přenáší mezi anténami, má tvar doutníku. Tento tzv. doutník je Fresnelova zóna. Obrázek č. 6: Fresnelova zóna

Zdroj: http://www.wi-fi.org/, 28. 2. 2010

7

Christiaan Huygens a Jean Fresnel – holandský a francouzský fyzik, kteří se podíleli na metodě analýzy problematiky šíření vln. Odtud název Fresnelova zóna.

8

Konstruktivní interference – spojení dvou vln v jednu, jeţ vede k posílení daného vlnění resp. sečtení.

- 21 -

Překáţky, jakými jsou například stromy, budovy a kopce, by neměly zasahovat do Fresnelovy zóny. Objekty, které zasahují jen z části do Fresnelovy zóny, většinou výrazně nesníţí úroveň signálu. Jejich zásah zapříčiní nárůst ruchů, které se podílejí na kvalitě přenášeného signálu. Pokud zasahuje objekt do Fresnelovy zóny tak, ţe ji skoro přeruší, dojde k výpadkům ve spojení. S tímto je potřeba počítat jiţ na začátku a zvolit vhodné umístění antén tak, aby nebyl signál ničím rušen. Průměr Fresnelovy zóny lze vypočítat dle vzorce, v běţných podmínkách postačí přehledová tabulka. Tabulka č. 3: Průměr Fresnelovy zóny

Vzdálenost m 100 200 300 400 500 700 1000 1200 1500 2000 2600 3000 4000 Průměr

m

1,8

2,5

3,1

3,6

4

4,7

5,6

Zdroj: vlatní tvorba

- 22 -

6,2

6,9

8

9,1

9,8

11,3

2.3 Modulace Norma 802.11 udává, jakým způsobem se přenáší rádiový signál v síti Wi-Fi na fyzické a spojové vrstvě modelu OSI.9 802.11 ( FHSS, DSSS, IR, OFDM) 

FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum -



DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum -



IrDA-4M (4 Mbps)

OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing -



802.11b/g (2 Mbps, 5,5 Mbps, 11 Mbps, 25Mbps)

IrDA – Infrared Data Association -



802.11 (max. 2 Mbps)

802.11a (1999) a 802.11g (2003)10

MIMO – multiple-input and multiple-output -

802.11n (2009), 802.16/e, 3GPP/ 3GPP2

Technika rozprostřeného spektra vyuţívá nízkého výkonu signálu, jehoţ rozsah se rozšiřuje za účelem obsáhnutí celé přidělené šířky pásma. Tyto techniky se pouţívají z různých důvodů a to např.: bezpečná komunikace, zvýšení odolnosti proti rušení, nemoţnost detekce. Hlavními představiteli této techniky jsou DSSS a FHSS. FHSS mění vnitřní nosnou frekvenci přiděleného pásma dle stanoveného kódu. Přijímač musí tento kód znát, aby mohl sledovat nosné frekvence. Jedná se o tzv. frekvenční skoky. DSSS vyuţívá Barkerovu sekvenci k rozprostření dat před jejich přenosem. Kaţdému bitu odpovídá určitá sekvence, pomocí které je přenášený bit zpracován. OFDM pouţívá v rámci kmitočtového pásma k přenosu dat více subkanálů najednou. Tímto principem se vyloučí moţný dopad na kvalitu signálu v případě vzniku fázového posunu. Nová technologie MIMO (více vstupů více výstupů) zásadně změnila vnímání pojmu Wi-Fi.

9

ISO/OSI – Sedmivrstevný model pro počítače komunikující v síti.

10

Zdroj: ZANDL, Patrick: Bezdrátové sítě WiFi Praktický průvodce, Computer Press, str. 14-16, 2003.

- 23 -

V rámci Wi-Fi jde tedy o modulaci OFDM s vyuţitím technologie MIMO. MIMO je zaloţena na bázi vysílání více signálů různými cestami, a to pomocí více antén jak na straně přijímače tak vysílače. S počtem antén roste datová propustnost. MIMO funguje v rámci fyzické vrstvy v modelu ISO/OSI, coţ umoţňuje vyuţití pro jakýkoliv bezdrátový protokol vrstvy vyšší. Důvodem pro vznik této technologie přenosu dat byla nedostačující propustnost současných standardů 802.11x. Jedná se tedy o vícecestné šíření signálu za účelem dosaţení vyšší propustnosti, dosahu a sníţení počtu chyb při přenosu dat. Tento systém není nic “nového“, za vznikem (v roce 1985) této myšlenky stojí Jack Salz z Bellovy laboratoře.

2.4 Vysílací kanály Přenosová norma 802.11b obsahuje 39 kanálů od 2,3 do 2,7 GHz. Ne všechny kanály jsou u nás povoleny: 2412, 2417, 2422, 2427, 2432, 2437, 2442, 2447, 2452, 2457, 2462, 2467, 2472. Francie má pouze 10. – 13. kanál a Španělsko 10. – 11. kanál. V rozmezí pásma 2412 – 2472 MHz je vzdálenost mezi kanály 5 MHz. Kaţdý kanál má “šířku" 20 MHz - 24 MHz, coţ znamená, ţe se kanály překrývají. V případě pouţití dvou různých přístupových bodů ve stejném místě musíme tedy zvolit takové kanály, které jsou od sebe vzdáleny minimálně 5 kanálů. Z obrázku č. 7 vyplývá, ţe máme pouze tři nezávislé kanály a to: kanál č. 1: 2412 (od 2400 do 2424), kanál č. 6: 2437 (od 2425 do 2449), kanál č. 11: 2462 (od 2450 do 2474). V dnešní době začíná být pásmo 2,4 GHz značně zarušené, proto většina nových sítí vzniká jiţ v pásmu 5 GHz tedy dle specifikace 802.11a. Obrázek č. 7: Překrývání kanálů v pásmu 2,4 GHz

Zdroj: http://www.wi-fi.org/, 10. 1. 2010

- 24 -

Standard 802.11a udává celkem 237 kanálů v rozmezí 5005 - 6100 MHz. Tabulka č. 4: Povolené frekvence dle lokality

Země

Frekvenční rozsah (GHz)

Počet nezávislých kanálů

USA

5,150 - 5,350; 5,725 - 5825

8

Japonsko

5,150 – 5,250

4

China

5,725 – 5,825

5

Evropa

5,150 – 5,350; 5,470 – 5,725

11

Zdroj: vlastní tvorba

Vyuţívané pásmo v Evropě je tedy 5.47 GHz - 5.725 GHz. Pásmo 5,150 – 5,350 GHz bylo původně vyhrazeno pro sítě HiperLAN/2 (High Performance Radio Lan) za jehoţ zrodem stálo samo ETSI11. Jednalo se o sítě komunikující v pásmu 5GHz. HiperLAN1 nabízela přenosové rychlosti pouze do 20 Mbit/s zatímco HiperLAN2 nabízel přenosovou rychlost jiţ 54 Mbit/s. Jeho síla byla v zabudované podpoře sluţeb QoS, kterou v té době ještě standard EEE 802.11 neuměl. V současnosti je QoS jiţ součástí rodiny standardů 802.11. Sítě HiperLAN se však bohuţel nikdy masově neprosadily. Vydáním standardu 802.11h se rozšířil standard 802.11a, a to v rámci podpory DFS (Dynamic Freuqency Selection) a TCP (Transmit Power Control). DFS umoţňuje automatickou volbu volného kanálu. TCP umoţňuje automatickou volbu vysílacího výkonu.

11

ETSI (European Telecommunications Standards Institute) – evropský institut pro normalizaci v telekomunikacích.

- 25 -

2.5 Řízení přístupu k médiu V ethernetových sítích se pouţívá jako základní protokol CSMA/CD – systém detekce kolizí. U standardu 802.11 je pouţito protokolu CSMA/CA – systém předcházení kolizí. Protokol CSMA/CA zajišťuje minimalizaci kolizí pomocí třech kontrolních paketů a registru: RTS (request to send) – tento tzv. řídící paket vysílá stanice ještě před samotným počátkem přenosu, obsahuje informace o zdroji, cíli a trvání následujícího přenosu. CTS (clear to send) – tento paket je odpovědí cílové stanice na RTS řídící paket, obsahuje informaci o době trvání následujícího přenosu. ACK (acknowledge) – tento paket vysílá stanice po úspěšném přijetí informace se správným CRC součtem.12 Registr NAV (Network Alocation Vector) – registr, do kterého si stanice v síti zapisují dobu trvání oznámenou v paketu RTS či CTS. Jedná se o dobu, po kterou nemají vysílat. ACK paket potvrzuje správné přijetí předchozího paketu. Tedy informace pro odesílající stanici, ţe nedošlo ke kolizi. Toto vše bohuţel nevyloučí případ tzv. „skrytého uzlu“, který můţe markantně omezit komunikaci na síti aţ o několik desítek procent. Případ nastane tehdy, kdy se k jednomu access pointu připojuje x klientských stanic, které na sebe vůbec nevidí, tzn. jsou spojeny právě a pouze jen s access pointem a o přítomnosti dalších klientských stanic nevědí. RTS či CTS pakety nezachytí, tudíţ si nemohou nastavit správně NAV registr. V takové síti bude docházet často ke kolizím, coţ povede k celkovému zpomalení sítě.13

12

Zdroj: Patrick Zandl : Bezdrátové sítě WiFi Praktický průvodce, Computer Press, str.23, 2003.

13

Zdroj: Patrick Zandl : Bezdrátové sítě WiFi Praktický průvodce, Computer Press, str.25, 2003.

- 26 -

2.6 Zabezpečení Wi-Fi sítí Kaţdá počítačová síť by měla mít nějaký mechanizmus, který zabezpečí, ţe komunikace a data této sítě nejsou dostupná veřejnosti resp. nepověřeným osobám. Kaţdý aktivní Wi-Fi prvek má integrovaný zabezpečovací protokol. Zabezpečovací protokoly jsou různé a mohou se starat jak o autentizaci (ověření klienta, který se chce připojit), tak o šifrování datové komunikace. Nejznámějším protokolem je WEP (Wired Equivalent Privacy). Měl zaručit bezpečnost komunikace na úrovni LAN sítí, bohuţel se tak nestalo. Protokol WEP slouţí jak pro autentizaci (jednostranná - pouze uţivatel vůči síti) tak pro šifrování (s pouţitím 64 – 256 bitového klíče) a pouţívá statický klíč. WEP šifrování je snadno prolomitelné a to buď zcizením klientského zařízení či odposlechem. K prolomení WEP šifrování nám stačí notebook s Wi-Fi kartou a příslušný software jako např. AirSnort, WEPCrack či Kismet. Dnes nejvíce vyuţívanou ochranou v bezdrátových sítích je protokol WPA (Wi-Fi Protected Access). WPA bylo přijato jako dočasné řešení, neţ bude schválen bezpečnostní doplněk normy IEEE 802.11i. WPA zaručuje kompatibilitu s WEP a 802.11i. WPA vyuţívá dynamický klíč. Má také vylepšenou autentizaci. WPA nabízí více moţností, jak síť zabezpečit, a to buď pomocí autentizačního serveru (RADIUS), který zasílá kaţdému uţivateli jiný klíč, nebo pomocí PSK (Pre-Shared Key), kdy kaţdý uţivatel má stejný přístupový klíč. RADIUS server je protokol, který ověřuje vzdálené uţivatele (klienty), slouţí tedy jak pro autorizaci, tak pro přístup. Jedná se o dnes nejvíce vyuţívané zabezpečení v domácnostech. Bohuţel ochrana WPA (TKIP)14 byla jiţ také prolomena odborníkem Ericem Tewsem pomocí tzv. „slovníkového útoku“. Poslední nejvyspělejší ochranou bezdrátových sítí je WPA2 označující se také jako IEEE 802.11i. WPA2 je označeno jako RSN (Robust Security Network) a je nástupcem WPA. WPA2 obsahuje protokol TKIP tak jako WPA, ovšem navíc byl přidán nový algoritmus CCMP15, který vylepšil toto zabezpečení. U 802.11i je pouze přidán protokol AES (Advanced Encryption Standard) v reţimu CCM (kombinuje reţim CTR, Counter Mode pro utajení a CBC-MAC

14

TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) – protokol pro utajení dat, vyuţívá dynamicky se měnící klíč pro kaţdý paket.

15

CCMP (Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol) – mechanizmus zabezpečení zaloţený na AES šifrování.

- 27 -

pro autentizaci a integritu). AES je naprosto vyhovující šifrovací mechanizmus. 802.11i, který mění šifrovací klíč automaticky tzn., ţe nejde prolomit tuto ochranu odposlechem, tak jako u WEP. 802.11i nabízí pro autentizaci PSK a 802.1x. Autentizace probíhá oboustranně. Dalším leč slabým zabezpečením je například moţnost skrýt SSID (Service set IDentifier – název Wi-Fi sítě), bez tohoto údaje se nelze k síti připojit. Moţností je také pouţití filtrace MAC adres – k přístupovému bodu se mohou připojit pouze známá zařízení.16

2.7 Limit ČTU - vyzářený výkon Generální licenci č.GL-12/R/2000 ČTÚ (Český telekomunikační úřad) předepisuje v pásmu 2,4 GHz maximální vyzářený výkon 100 mW = 20 dBm. Při překročení této hranice můţe ČTÚ udělit pokutu aţ do výše 5 000 000 Kč. Překročení povoleného vyzařovaného výkonu je také bezohledné jednání vůči ostatním Wi-Fi sítím. Dnes snad téměř všechna zařízení umí softwarově regulovat výkon, přesto se najdou tací, kteří toto omezení překračují a riskují vysokou pokutu. Výkon je udáván v dBm (decibelmiliwat). Výpočet dBm je dle následujícího vzorce: PdBm= 10 log (Pw*1000). kde

Pw = výkon (W)

tedy

1mW = 0 dBm

100 mW = 20 dBm, neboli maximální hodnotě povolená ČTU pro pásmo 2,4GHz.

16

Zdroj: http://www.lupa.cz/clanky/wlan-konecne-bezpecne/, 15. 1. 2008.

- 28 -

Tabulka č. 5: Podmínky ČTÚ pro vyuţívání rádiových kmitočtů a jejich omezení

Označení

Kmitočtové pásmo

Maximální výkon

A

2400,0 – 2483,5

100 mW e.i.r.p.

Další podmínky

MHz B

5150–5250 MHz

200 mW střední e.i.r.p.17

C

5250–5350 MHz

200 mW střední e.i.r.p.

D

5470–5725 MHz

1 W střední e.i.r.p.

pouze

pro

pouţití

uvnitř

jedné

pro

pouţití

uvnitř

jedné

budovy pouze budovy maximální střední spektrální hustota e.i.r.p. je 50mW/MHz v libovolném 1 MHz úseku

Zdroj: http://www.ctu.cz, 10. 1. 2010

Nejvíce vyuţívaným pásmem v praxi je tedy pásmo označené písmenem D. Výhodou oproti pásmům B a C je určení pro venkovní spoje a oproti pásmu 2,4 GHz nabízí 11 nepřekrývajících se kanálů. Maximální hodnota povolená ČTU v pásmu 5 GHz je 1 W (30 dBm) v případě automatické regulace a 500 mW (27 dBm) bez regulace výkonu.

17

e.i.r.p. – (Equivalent Isotropically Radiated Power) střední ekvivalentní izotropicky (všesměrově) vyzářený výkon po dobu vysílání, který odpovídá nejvyššímu výkonu, pokud je pouţita regulace výkonu.

- 29 -

3 Přehled zařízení Wi-Fi V současné době lze vybírat z poměrně široké nabídky Wi-Fi zařízení resp. všeho co je zapotřebí pro zprovoznění Wi-Fi sítě. Kaţdý větší výrobce drátové a bezdrátové techniky a příslušenství nabízí určité řady výrobků, které jsou přímo zaměřeny na určitý segment trhu. Zpravidla se jedná o kategorie: Corporate – profesionální pouţití pro velké podniky či Telco společnosti. Business – středně velké podniky, projektové záleţitosti. SMB (Small business) – malé podniky. SOHO (Small office and Home) – malé podniky a kanceláře, domácí pouţití. Tuto segmentaci produktů pouţívají největší dodavatelé a výrobci síťových řešení, jakými jsou například: Cisco - Linksys, HP, Zyxel, D-link, NetGear, a další. Cisco se řadí k pomyslně asi nejvíce poptávané technologii v rámci Corporate a Business, a to pro své kvality a také svému přístupu formou jiţ vypracovaných programů resp. studií na konkrétní případy, např. zasíťování benzinové pumpy či letiště. Jejich programy, produkty a zkušenosti vyhrávají nejedno výběrové řízení. Na trhu se lze samozřejmě také setkat s méně známými značkami jako např. SMC, Airlive, TP-link, CC&C, Level One, Tenda, Edimax. Jedná se spíše o levnější řešení pro SMB, SOHO a někdy i Business segment. Dále jsou zde jiní výrobci jako např. Mikrotik či UBNT, kteří si razí vlastní cestu vývoje a nabízí něco trochu jiného, neţ je běţně k vidění. O zařízeních společnosti Mikrotik bude zmíněno v následujících kapitolách. Současný stav trhu na poli bezdrátových technologií je velmi konkurenční prostředí s velmi širokou nabídkou zajímavých produktů a to vše za příznivé ceny. Je tedy opravdu z čeho vybírat a rozhodnutí není snadné a vyţaduje určité pochopení problematiky a základních pojmů v rámci Wi-Fi techniky. Většina WISP18 zákazníků v případě nákupu jsou jiţ obeznámení se zařízením, jeţ nakupují, bohuţel 90% běţných IT zákazníků této problematice stále nerozumí a v praxi je naprosto běţné, ţe je nutný individuální přístup a schopnost poradit ve výběru či navrhnout konkrétní řešení.

18

WISP (Wireless Internet Service Provider) – poskytovatel bezdrátového internetu.

- 30 -

Bezdrátová zařízení podléhají základnímu dělení: Aktivní prvky – zařízení, jeţ se starají o komunikaci o Access pointy, o Klientské adaptéry. Pasivní prvky – příslušenství o Antény, o Kabely, o Konektory. Za aktivní Wi-Fi prvky lze povaţovat zařízení, která obsahují alespoň jeden vysílací/přijímací rádiový modul pracující v pásmech 2,4 GHz či 5 GHz, nebo kombinací obou pásem.

3.1 Access pointy Zajišťují komunikaci a provoz mezi bezdrátovými a drátovými prvky LAN, WLAN, xDSL19. Přístupový bod je samostatně stojící zařízení, které má vlastní napájení, rádiovou část (včetně dodávané antény) a příslušné konektory dle určení zařízení (LAN, WAN, ADSL, USB, slot pro Sim kartu). Na trhu se setkáme s mnoha variantami přístupových bodů. Přístupové body lze dělit dle prostředí, do kterého jsou určeny, na indoor a outdoor. Zařízení určená pro vnitřní prostředí jsou běţné přístupové body fungující v pásmu 2,4 GHz a podporující normy 802.11b/g/n/. Na trhu jsou také produkty nabízející podporu normy 802.11a, která se ale tolik nehodí do interiérů vzhledem k vlastnostem 5 GHz pásma resp. šíření vln. V nabídce některých výrobců jsou AP se dvěma integrovanými oddělenými bezdrátovými částmi (radii). Jejich pouţití je zejména vhodné v místech, kde potřebujeme jak přijímat, tak vysílat a to buď na jiném kanálu, či dokonce v jiném pásmu. Nahrazují tedy dvě běţná zařízení, coţ přináší sníţení nákladů na provoz a zároveň snadnou správu. Přístupové body jsou snad všechny, aţ na výjimky vybaveny LAN/WAN (RJ45) porty pro připojení k drátové síti, nebo RJ11 porty pro připojení ADSL. Ty lépe

19

xDSL – označení pro různé typy digitální přípojky (ADSL, HDSL, VDSL, SDSL, RADSL).

- 31 -

vybavené nabízejí jeden či dva USB porty pro připojení např. tiskáren (fungují jako printserver) a také umoţňují připojení externího disku, který se po zapojení a správném nastavení “tváří“ jako síťový disk. Dalším řešením jsou různé platformy jako například Routerboardy. Routerboardy lze přirovnat k motherboardu u PC. Mají vlastní paměť, procesor, operační systém (Mikrotik) a rozšiřující rozhraní. Společnost Mikrotik (tvůrce routerboardů) má v nabídce asi 30 druhů těchto zařízení lišících se výkonem a moţnostmi rozšíření. Tato platforma je natolik odlišná od běţných přístupových bodů, ţe prakticky nesnese srovnání. Součástí kaţdého routerboardu je předinstalovaný Operačný systém Mikrotik RouterOS. Router OS můţe být také instalován na jiných x86 kompatibilních zařízení. Router OS je zaloţen na linuxovém jádru kernel v2.6. Obrázek č. 8: Access pointy Airlive

Zdroj: http://www.airlive.com, 20. 2. 2010

Na obrázku č. 8 je zařízení Airlive WLA-9000AP (vlevo), které má dvě bezdrátové oddělené části, kde první podporuje standard 802.11a a druhá 802.11a/b/g/. Druhé zařízení na obrázku je Airlive WN-5000R, které pracuje ve standardu 802.11n pomocí 2T3R (2 transmit and 3 recieve) anténní komunikace. Zařízení určená pro venkovní pouţití mají identické pracovní reţimy jako interní přístupové body. Jejich provedení je však zcela odlišné z důvodu poţadavků, jeţ jsou kladeny na odolnost zařízení dle jeho pouţití. Norma ČSN EN60529 definuje ochranu krytem. Kód IPxy (Ingress Protection) se pouţívá jako označení pro stupeň krytí elektrických předmětů. Znaky „xy“ jsou zástupné znaky pro číslice. Znak „x“ určuje ochranu před nebezpečným dotykem, vnikáním prachu a cizích těles. Znak „y“ určuje ochranu před vnikáním vody. Čím vyšší číslice, tím odolnější krytí. V rámci Wi-Fi přístupových bodů jsou nejpouţívanější ochrany IP65 a IP66. Obě varianty jsou - 32 -

prachotěsné, odolné vůči dotyku drátem, odolné vůči stříkající vodě a v případě ochrany IP66 dokonce tryskající ze všech směrů. Obě ochrany se jeví v praxi jako dostatečné. Další prvek, který je v kaţdém dnešním venkovním řešení implementován, je tzv. PoE20. Pomocí PoE lze jednotku napájet po datovém kabelu a to zároveň s probíhající komunikací (přenos paketů). PoE určuje standard IEEE 802.3af, definuje 48 V a maximální proudový odběr pro jeden přístroj 400 mA. Pomocí PoE je moţné napájet např.: IP kamery, switche, access pointy, VoIP telefony a jiné. Obrázek č. 9: UBNT venkovní access pointy all in one řešení

Zdroj: http://www.ubnt.com, 20. 2. 2010

Na obrázku č. 9 je UBNT NanoStation M5(vlevo) a AirGrid M5 (vpravo), obě podporují standard 802.11a/n. Jedná se o kompletní řešení antény a pracovní jednotky. Snadná manipulace, stabilita, jednoduchost řešení a cena jsou hlavní devizou těchto zařízení.

3.2 Klientské adaptéry Klientské adaptéry se pouţívají výhradně jako rozšiřující karty v přenosných a stolních počítačích. Název „klientské“ je dán jejich pouţitím v bezdrátových sítích. Topologie je zaloţena na architektuře klient/server. Server je v tomto případě zastupován access pointem a klientská zařízení se k němu připojují. Existují na trhu klientská zařízení, která umoţňují pomocí software vytvořit podobu access pointu. Bohuţel se toto řešení moc neujalo pro malý zájem a také pro svou proměnlivou kvalitu. Softwarové AP nedosahovalo

20

PoE (Power over Ethernet) – napájení po ethernetu (po datovém kabelu).

- 33 -

stability a propustnosti jako v případě pouţití běţného přístupového bodu. K propojení více počítačů (v krajním případě) slouţí také pracovní mód Ad-hoc, který je obdobou Softwarového AP. Nejčastěji se můţeme setkat s těmito typy klientských adaptérů: PCI, miniPCI, ExpressCard, PCMCIA, USB. Z rozdělení vyplývá, ţe rozličnost klientských adapterů spočívá v druhu pouţitého komunikačního rozhraní. PCMCIA karty byly velmi rozšířené a to jiţ od začátku nástupu Wi-Fi technologie, tímto komunikačním rozhraním jsou vybaveny přenosné počítače. V současné době má většina přenosných počítačů Wi-Fi klientskou kartu jiţ integrovanou z výroby přímo na základní desce v podobě miniPCI karty. Tuto kartu lze po rozebrání zadního krytu notebooku vyměnit za jinou v případě potřeby. Rozhraní PCMCIA je pomalu vytlačováno rychlejším ExpressCard. MiniPCI karty se také pouţívají jako komponenta u speciálních řešení přístupových bodů. U těchto speciálních řešení slouţí miniPCI karta jako zásuvný bezdrátový modul a dle Softwaru zařízení je vyuţívána nejen v klientském pracovním reţimu. Tato řešení prezentují jiţ zmiňovaní výrobci: Mikrotik (Routerboardy), PCEngines (Alixboardy), UBNT (Wisp Stationy). PCI karty byly hodně rozšířené ve stolních PC, dnes většina zákazníků volí spíše USB řešení. USB adaptéry patří mezi nejvíce prodávané klientské adaptéry současnosti a to pro notebooky i stolní PC. Je vhodné volit takový USB adaptér, který je opatřen anténním výstupem. USB adaptéry, které mají anténu integrovánu v těle, se vyznačují horší citlivostí. Obrázek č. 10: Různé klientské adaptéry

Zdroj: http://www.airlive.com, 20. 2. 2010

- 34 -

3.3 Moţnosti zapojení aktivních prvků Aktivní prvky, především access pointy, nabízejí více pracovních reţimů. Mezi nejvíce pouţívané pracovní reţimy patří: Access point (AP), Client, Repeater, Bridge, WDS. Reţim AP umoţňuje připojení klientských stanic. Jedná se o analogii hvězdicové topologie pouţívané u kabelových sítí. Klienti se připojují na jeden uzel, který zajišťuje komunikaci mezi klienty a zároveň je branou např. do internetu. Jedná se o nejvíce pouţívaný mód ve Wi-Fi sítích. Pouţitím kvalitních prvků a správným nastavením lze získat spolehlivost a robustnost bezdrátového řešení. Kaţdé zařízení provozující v reţimu AP má své limity v počtu připojených klientských zařízení. Jedná se o hardwarová omezení a omezení týkající se poţadovaných parametrů Wi-Fi sítě (stabilita, dostupnost, propustnost, pokrytí). V současnosti se nejvíce pro outdoor podmínky pouţívají all in one řešení, viz obrázek č. 9. Reţim Client umoţňuje připojení k přístupovému bodu v pracovním reţimu AP. Reţim Client tedy doslova označuje klientské adaptéry ve kterých je nejvíce vyuţíván. Reţim Repeater (opakovač) najde své vyuţití v místech, kde je zapotřebí překlenout problematická místa se špatnou viditelnosti. Repeater však není ideálním řešením tam, kde jsou kladeny poţadavky na vysokou propustnost, jelikoţ komunikace v tomto reţimu sníţí propustnost spoje na polovinu. Pracovní reţim Bridge (most) se pouţívá pro spojení např. dvou metalických sítí. Název jiţ vypovídá o aplikaci reţimu. Praktickým příkladem pouţití módu Bridge je situace, kdy potřebujeme propojit dvě privátní kabelové sítě. K propojení vyuţijeme právě mód Bridge, u kterého se zařízení spárují (spojí) pomocí zadaných MAC adres. Tento spoj je plně transparentní, sítě mezi sebou komunikují, jako kdyby byly propojeny síťovým kabelem.

- 35 -

Reţim WDS (Wireless Distribution System) umoţňuje komunikaci přístupových bodů a jejich klientů na stejném frekvenčním kanále. Z hlediska propojení celé Wi-Fi sítě právě a jen na jednom kanálu plyne omezení datové propustnosti, která je poníţena o počet připojených zařízení. Obecně je tento mód nepouţitelný v rušeném prostředí a v případě rozsáhlejších Wi-Fi sítí.

3.4 Pasivní prvky Pasivní prvky tvoří příslušenství k prvkům aktivním. Rozšiřují jejich moţnosti a pouţitelnost. Existuje celá řadu příslušenství, avšak mezi základní pasivní prvky patří: antény, konektory a kabely.

3.4.1 Antény Antény jsou velmi důleţitou součástí komunikačních systémů. Anténa je zařízení slouţící k transformaci RF signálu přivedeném po vodiči do antény na elektromagnetické vlnění vyzářeného do volného prostoru. Anténa demonstruje vlastnost známou jako reciprocita, coţ znamená, ţe si zachovává stejné vlastnosti bez ohledu na to, zda vysílá, nebo přijímá. Většina antén je rezonanční zařízení, které pracuje efektivně po relativně úzkém frekvenčním pásmu. Anténa musí být naladěna na stejné frekvenční pásmo jako rádiového zařízení, ke kterému je připojena. V případě, ţe tomu tak není, bude schopnost příjmu a vysílání degradována. Pro výběr vhodné antény je zapotřebí sledovat jejich parametry garantované výrobcem. Základní parametry antén: Zisk, Polarizace, Vyzařovací úhel, Směrovost, Frekvenční pásmo. Zisk nelze definovat z hlediska fyzikální veličiny jako Watt nebo Ohm, jedná se o bezrozměrný poměr. Jako referenční anténa je v tomto případě brána izotropní anténa. Jedná se o teoretickou anténu, které vyzařuje do všech směrů beze ztrát. Zisk antény v daném směru je mnoţství energie vyzářené v tomto směru ve srovnání s energií vyzářenou izotropní anténou ve stejném směru a to za předpokladu přijetí stejného - 36 -

vstupního výkonu. Zajímá nás pouze maximální zisk, coţ je zisk ve směru, ve kterém anténa vyzařuje nejvíce. Zisk antény je uváděn v dBi tedy decibelech na isotrop. Polarizace je definována jako orientace elektrického pole elektromagnetické vlny. Máme dva druhy polarizace a to kruhovou a lineární. Většina antén vyuţívá lineární polarizace, která je horizontální a vertikální. Pokud pouţijeme proti sobě antény s různým typem polarizace, dojde ke sníţení přenosu výkonu. Vyzařovací úhel definuje úhel, pod kterým se vlny vyzářené anténou šíří do prostoru. V parametrech antény by tedy měly být uvedeny dva vyzařovací úhly pro horizontální a vertikální polarizaci. Grafické zobrazení relativní distribuce vyzářené energie do volného prostoru vyznačuje tzv. vyzařovací diagram. Vyzařovací diagram by měl být od výrobce součástí kaţdé antény, jelikoţ slouţí jako potvrzení o vyzařovacích vlastnostech antény. Udává vyzařovací úhel resp. úhel, pod kterým anténa vyzařuje elektromagnetické vlny do prostoru. Směrovost antény je udávána na základě šířky vyzařovacího úhlu. Frekvenční pásmo je v našem případě 2,4 GHz či 5 GHz. Obrázek č. 11: Vyzařovací diagram směrové antény

Zdroj: http://www.100mega.cz, 20. 2. 2010

- 37 -

Antény lze rozlišovat dle konstrukce a způsobu šíření vln na: Směrové, Sektorové, Všesměrové. Směrové antény se pouţívají pro spoje point to point, kde je vhodným parametrem antény úzký vyzařovací úhel a vysoký zisk. Úhel směrových antén se pohybuje v rozmezí 5 – 25 stupňů a zisk od 10 – 30 a více dBi. Na trhu jsou dvě varianty směrových antén: parabolické antény, yagi antény. Tyto antény se liší konstrukcí. Yagi antény se skládají z určitého počtu uspořádaných prvků, jejichţ velikost je dána polovinou vlnové délky v rámci zamýšleného pásma. Tyto prvky jsou půlvlnnými dipóly. Směrové antény jsou vhodné pro spoje point to point na delší vzdálenosti. Jsou úzce směrové a mají vysoký zisk. U spojů na několik kilometrů je vhodné pouţít parabolické antény. Yagi a sítové antény mají postranní laloky a zadní vyzařování, tyto vlastnosti jsou pro delší spoje neţádoucí. Hlavní nevýhoda parabolických plných antén je jejich náchylnost na silný vítr. Sektorové antény mají širší vyzařovací úhel neţ antény směrové a to v rozmezí 30 – 180°. Jejich konstrukce je různorodá a záleţí právě na úhlu pokrytí. Často se pouţívají pro pokrytí určitého sektoru, ale vzhledem k jejich nízké ceně se pouţívají i na straně klientů. Jejich obliba u zákazníků pro svou velikost a cenu, bohuţel přilákala hodně pochybných výrobců antén, coţ markantně přispělo k velkému zarušení prostředí v rámci měst. Všesměrové antény mají vyzařovací úhel 360 stupňů. Jsou předurčeny k pouţití na straně přístupových bodů v reţimu access point. Pokryjí tak značné okolí ve všech směrech.

3.4.2 Kabely V rámci přijímaného signálu je důleţité, aby signál přijatý anténou byl s co nejmenší ztrátou kvality přenesen k přijímači k dekódování. Funkci přenosu signálu od antény k Wi-Fi přijímači zastává kabel. Kabel je zodpovědný za zachování integrity přenášeného signálu v obou směrech. U Wi-Fi techniky se pouţívají kabely koaxiální. Jádro vodiče koaxiálního kabelu je tvořeno drátem či licnou, chráněno dielektrikem, stíněním (vodivý oplet) a pláštěm. Jako dielektrikum se pouţívají nevodivé materiály, např.: pevný plast, pěna. - 38 -

Obrázek č. 12: Průřez koaxiálního kabelu

Zdroj: http://www.wi-fiplanet.com/, 20. 3. 2010

Koaxiální kabely určené pro přenos Wi-Fi signálu mají impedanci 50 Ω (lze pouţít i kvalitní 70Ω). Sledovanými parametry koaxiálních kabelů jsou: Pracovní frekvence, Útlum, Průměr jádra, průměr celého kabelu. Pracovní frekvence označuje maximální frekvence, kterou je koaxiální kabel schopen přenést při dodrţení přenosových parametrů. Pouţití kabelů nad jejich max. podporovanou frekvenci se nedoporučuje, jelikoţ dochází k velmi silnému útlumu a výrazné degradaci přenášeného signálu. Ačkoli je konstrukce koaxiálních kabelů na dobré úrovni, dochází při průchodu signálu k jeho zeslabení. Zeslabení je definováno jako útlum kabelu, který se uvádí v decibelech na metr - dB/m. Jedná se o velmi důleţitý parametr, který se vyuţívá pro výpočet síly signálu spoje, kde jakoţto útlum reprezentuje zápornou hodnotu. Kabely s útlumem do 0,3 dB/m lze označit za špičkové. Kabely s hodnotou vyšší za běţné. Průměr kabelu a jeho jádra je důleţitý při výběru vhodných konektorů a také při instalaci (otvory nutné pro protaţení kabelu). Z praxe mezi nejvíce pouţívané typy patří Belden H1000,LMR 400, LMR 600, Belden H155, Belden RF240. Kabely RG-58 určené pro tenký ethernet není vhodné pouţívat, i kdyţ počátkem příchodu Wi-Fi do ČR patřil k nejvíce prodávaným. Je tedy důleţité pouţívat koaxiální kabely co nejkratší a co nejkvalitnější pro minimalizaci jeho útlumu. Vhodným řešením jsou jiţ kabely osazené konektory z výroby nabízené v různých délkách.

- 39 -

3.4.3 Konektory Konektory umoţňují propojení koaxiálních kabelů s anténou a Wi-Fi zařízením, a také k propojení resp. prodlouţení kabelů. Existuje široká škála různých konektorových spojek a konektorů různých velikostí pro koaxiální vedení. Přehled základních typů konektorů pouţívaných ve Wi-Fi technice: BNC konektory. TNC konektory – stejně jako konektory BNC byly vyvinuty Neillem Concelmanem. TNC konektory se hodí pro vyšší frekvence řádově do 12 GHz a mají více variací neţli konektory BNC. N konektory – lze pouţít aţ do 18 GHz, byly vyvinuty také Concelmanem. Jsou dostupné pro téměř všechny typy kabelů. Jsou vodotěsné a patří mezi nejrozšířenější anténní konektory. SMA konektory – vyznačují se svými kompaktními rozměry, lze je pouţít aţ do 18 GHz. Mají vynikající mechanickou trvanlivost. V současnosti patří mezi nejvíce rozšířené konektory u access pointů. U.FL – jedná se o nejmenší konektory pouţívané ve Wi-Fi technice. Setkáme se s nimi asi nejvíce na miniPCI Wi-Fi modulech. Spojky a přechodky/redukce jsou oboustranné konektory slouţící k propojení různě osazených kabelů či jen k jejich prodlouţení. Přechodky tvoří rozhraní mezi např. BNC konektorem a SMA konektorem. Spojky jsou určeny pro konektory stejného typu. Obrázek č. 13: Spojka, N konektor a RSMA konektor

Zdroj: http://www.penta.cz, 20. 2 .2010

- 40 -

Logika spojování konektorů vychází ze vztahu zásuvka (female) a pin (male). Nejvíce rozšířené konektory jsou tedy SMA a N. S oběma se velmi dobře pracuje při jejich instalaci na koaxiální kabel. Můţeme se setkat se šroubovacími a krimpovacími konektory. Krimpování je doslova nacvaknutí konektoru na kabel pomocí krimpovacích kleští. Šroubovací konektory se jednoduše do kabelu zašroubují. Vnitřní kolík konektoru se pouţívá pro nasazení na vodič kabelu. Jsou dvě varianty vnitřního kolíku: pájecí, krimpovací. Metoda pájení zajistí kvalitnější upevnění kolíku na vodiči, bohuţel je časově náročnější. Kaţdý konektor představuje další útlumový článek v cestě procházejícího signálu. Z toho důvodu je tedy vhodné pouţít k propojení Wi-Fi prvku a antény nezbytně nutné mnoţství kabelů a konektorů. Kabely, které se pouţívají jako redukce mezi Wi-Fi prvkem a silnějším koaxiálním kabelem, se nazývají „Pigtaily“. Jedná se o krátké přechodové kabely, které zajišťují, aby nedošlo k poškození výstupního konektoru na WiFi zařízení při pouţití tlustého koaxiálního kabelu s malým ohybem.

- 41 -

4 WiMAX WiMAX je bezdrátový komunikační systém, který je primárně určen pro bezdrátové metropolitní sítě (WMAN). WiMAX můţe poskytnout širokopásmový bezdrátový přístup pro pevné stanice do (50 km) a (5 – 15 km) pro mobilní stanice. WiMAX lze pouţít pro bezdrátovou síť v podstatě stejným způsobem jako WiFi. WiMAX nabízí efektivnější vyuţití pásma, vyšší odolnost vůči rušení a pokročilou zprávu QoS. Umoţňuje spojení v rámci LOS (Line of Sight), ale navíc oproti WiFi také NLOS (Non Line of Sight)21, coţ výrazně posouvá moţnosti tohoto standardu. Důraz u WiMAXU byl kladen na kvalitu a stabilitu řešení s garantovanými parametry. Podpora PtMP (point to multi-point), nebo Mesh22 topologie. IEEE802.16 – (2001) určena pro kmitočty v pásmu 10 – 66 GHz s propustností aţ 135 Mbit/s. Pro přenos je však podmínka přímé viditelnosti. IEEE802.16b – rozšíření o podporu kvality sluţeb (QoS) IEEE802.16c – (2003) zavádí systémové profily zařízení, které obsahují testy pro zajištění interoperability. IEEE802.16a – (2003) určena pro kmitočty v pásmu 2 – 11 GHz s propustností aţ 70 Mbit/s. Není kladena podmínka přímé viditelnosti. IEEE802.16d – (2004) rozšíření 802.11a o profily pro testování slučitelnosti zařízení s 802.16a IEEE802.16e – (2005) mobilní verze WiMAXu, podpora připojených klientů aţ do rychlosti 150 km/h. S propustností max. 15 Mbit/s. IEE802.16m – (předpoklad 2010) přináší zvýšení přenosové kapacity a to v případě mobilního WiMAXu na 100 Mbit/s a v případě fixního WiMAXu aţ 1 Gbit/s.

21

NLOS (Non Line of Sight) – není nutné zajistit přímou viditelnost mezi body spoje.

22

MESH – označení pro samoorganizující se sítě. Jedná se o topologii P2P.

- 42 -

4.1 Základní specifika 802.16d WiMAX byl v době svého uvedení novinkou, která s sebou přinesla mnoho zajímavých technologií a vylepšení. Níţe jen krátké představení tohoto standardu: Kvalita signálu v závislosti na druhu kódování dat. Přináší s sebou efektivní vyuţití přenosového pásma, Vyuţívá MIMO technologii, NLOS komunikace, Maximální teoretická propustnost 70 Mbit/s v licenčním pásmu 3,5 GHz, Dosah aţ 50 km (LOS), aţ 15 km (NLOS), Pouţitá modulace OFDMA, QAM, QPSK, Rozdělení přenosových kanálů na subkanály, více nosných, Řízení kvality sluţeb pomocí pokročilé QoS, upřednostnění prioritních sluţeb, Podoba mobilním sítím, vhodné pro PtMP spoje, Licenční vyuţití, garance podmínek provozu, Jednoduchá správa, Stabilita spojení.

- 43 -

Obrázek č. 14: Časová osa vývoje WiMAX technologie

Zdroj: http://www.wi-lan.com/, 1. 3. 2010

4.2 Řízení komunikace (BS) – Base Station neboli základnová stanice slouţí jako řídící jednotka WiMAX sítě, rozhoduje o vyuţití kanálu. Řízení přístupu v rámci WiMAX sítě je zaloţeno na základě MAC (Media Access Control). Kaţdá (CPE) klientská stanice má jedinečnou MAC adresu. Jednotlivá spojení se identifikují pomocí 16-bitového (CID) Connection ID. Spojení je tedy navázáno na základě jasně identifikovatelných klientských zařízení pomocí MAC a CID. WiMAX je zaloţen na spojovném principu. Způsob, jakým se dostupné frekvence rozdělí a vyuţijí pro obousměrnou komunikaci, definují tři profily duplexování: FDD (Frequency Division Duplex) – Frekvenční duplex, TDD (Time Division Duplex) – Časový duplex, H-FDD (Half – Fequency Division Duplex) – Frekvenční half-duplex. FDD vyuţívá pro komunikaci dva různé kanály souběţně a to jeden pro downlink (přenos dat od BS k uţivateli) a druhý pro uplink (přenos dat od uţivatele k BS). V praxi to znamená, ţe BS vysílá na jiné frekvenci neţ klientské stanice. TDD vyuţívá pro přenos dat oběma směry stejnou frekvenci, avšak nejdříve začne vysílat BS a aţ potom začnou - 44 -

vysílat klientské stanice. Jde tedy o časové dělení časových slotů sdruţovaných do rámců. Rámec obsahuje několik slotů, přičemţ některé sloty jsou určeny pro downlink a jiné pro uplink. O rozdělení kapacity v rámci přenosu dat oběma směry se stará BS na základě těchto rámců resp. počtu slotů pro upstream a downstream . Rámec obsahuje několik slotů, přičemţ některé sloty jsou určeny pro downstream a jiné pro upstream. H-FDD je někde mezi FDD a TDD, pro komunikaci vyuţívá 2 kanály. Jeden kanál je určen pro upstream a druhý je určen pro downstream, ovšem komunikace neprobíhá ve stejném čase tzn. jeden následuje druhý.

4.3 Řízení výkonu a vyuţívaná frekvenční pásma Řízení výkonu u WiMAXu je automatické. Přijímaný signál od základnové stanice je klientskou stanicí vyhodnocován a slouţí pro určení útlumu přenosové trasy. Výsledkem je upravený vysílací signál klientské stanice na úroveň ideální pro kvalitní komunikaci. Vyuţívané frekvence: 2,6 GHz (licencované pásmo). 3,5 GHz (licencované pásmo, vyuţívané v ČR). 3,6 GHz (v jednání). 5,4 GHz (nelicencované pásmo). 5,8 GHz (nelicencované pásmo). Standard definuje šířku kanálu: 1,75 MHz; 3,5 MHz; 7 MHz; 10 MHz; 14 MHz; 28 MHz. V současné době lze pouţít kanály o šířce 7; 3,5 a 1,75 MHz.

4.4 Modulace Standard OFDM pouţívá stovky aţ tisíce nosných kmitočtů (v rámci WiMAXu jde o 256 kmitočtů). Nosné se modulují dle potřeby a to v rámci QPSK a dále 16-QAM či 64-QAM. V případě dobrých podmínek umoţňujících kvalitní spojení lze pomocí sloţitější (sofistikovanější) modulace zvětšit propustnost. V opačném případě zvolí modulaci jednodušší. QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) – kvadraturní fázová modulace také známá jako PSK či 4-QAM. QPSK můţe nabývat 4 stavů (fází) a tím přenést 2 bity informace. QAM (Quadrature Aplitude Modulation) – kvadraturní amplitudová modulace. - 45 -

Její nejvýkonnější varianta je 64-QAM. QAM je sloţená modulace, která k vytváření symbolů vyuţívá kombinaci amplitudového a fázového klíčování. Kaţdý stav je reprezentován určitou hodnotou amplitudy.23 OFDM a OFDMA jsou prakticky totoţné aţ na jednu zásadní věc a to, ţe u OFDMA je moţné v jednom časovém okamţiku přiřadit jednotlivé nosné více uţivatelům.24 Obrázek č. 15: Porovnání OFDM a OFDMA

Zdroj: http://pandatron.cz/?785&prenosy_dat_ve_standardu_ieee_802.16_(wimax), 1. 3. 2010

4.5 Dosah WiMAX nabízí poměrně slušný dosah signál a to 50km LOS, v praxi se jedná o polovinu. U NLOS běţně kolem 500 m – 2 km. Reálná propustnost v případě LOS do 40 Mbit/s u NLOS to je kolem 18 Mbit/s. Pro zvýšení kapacity a pokrytí u technologie WiMAX se setkáme s pojmem beamforming (formování paprsku). Ve spolupráci s technologií MIMO zajistí nejefektivnější vysílací cestu od BS k CPE. Řízení zvolení ideální vysílací cesty je v kompetenci BS. Adaptivní formátování paprsků je zaloţeno na základě měření

23

24

Zdroj: http://www.internetprovsechny.cz/blesk.php?cbl=321, 1. 3. 2010. Zdroj: http://pandatron.cz/?785&prenosy_dat_ve_standardu_ieee_802.16_(wimax), 1. 3. 2010.

- 46 -

výsledného signálu a v návaznosti na to upraveném nově vyslaném signálu tak, aby dorazil k příjemci v co nejlepší kvalitě a ve fázi. SNR (Signal to Noise Ratio)25 je několikanásobně vyšší, neţ kdyby nebylo adaptivní formátování paprsku pouţito. Adaptivní formátování paprsků se tedy ujalo a v kombinaci s MIMO, posunulo laťku v propustnosti u 802.16.

4.6 Kvalita sluţeb - QoS Kvalita sluţeb je velmi důleţitým specifikem právě v kontextu s přenosy, jeţ vyţadují určité garantované parametry (nízká latence). Pravidelnost, se kterou jsou doručována data je taky velmi důleţitým parametrem a to při přenosu zvuku či obrazu, kde je kladen důraz na minimální rozptyl, který zaručí správné sloţení dat v nepřerušený rámec. U jednosměrného šíření dat není pravidelnost doručování dat aţ tak zásadní. U obousměrných/interaktivních přenosů musí být zpoţdění velmi malé. U emailové komunikace lze tento parametr povaţovat za zbytečný, jelikoţ ke zpracování dochází aţ po přijetí posledního paketu. WiMAX definuje 4 třídy odlišné kvality sluţeb, které slouţí pro efektivní přidělování práv na vysílání, kaţdá sluţba slouţí pro přenos jiných dat: UGS (Unsolicited Grant Service) – garantována přenosová kapacita, RTPS ( Real-Time Polling Service) – pro přenos v reálném čase, NRTPS (Non Real-Time Polling Service) – pro přenosy nezávislé na zpoţdění, BE (Best Effort Service) – ţádná garance. UGS zajistí vyhrazené prostředky v rámci přenosové kapacity a to dopředu. Koncová stanice nemusí ţádat o přenos, jelikoţ je předem garantovaný. Vyuţívá se pro přenos s konstantní délkou paketu. Vhodné např. pro VoIP. RTPS je zamýšlena pro podporu přenosu paketů s proměnlivou délkou. Je tedy vhodná pro přenos streamovaného videa. BS se dotazuje klientských stanic, zda nemají něco k přenosu. NRTPS vhodný také pro proměnlivý datový tok, ovšem s minimálním zpoţděním. Lze pouţít v rámci protokolu FTP. Hodí se tedy k přenosu souborů. BE je bez jakýchkoliv garancí vůči klientským stanicím. Kaţdá stanice se musí v případě potřeby přihlásit a počkat, aţ dostane slovo. GPC (Grant per connection) – právo ke spojení pro klientskou stanici. Polling –

25

SNR (Signal to Noise Ration) – jedná se o poměr výkonu signálu a šumu.

- 47 -

(dotazování) je způsob, jakým komunikuje BS s klientskými stanicemi v rámci alokací pásem.

4.7 Zabezpečení Přenos dat v síti WiMAX je šifrován proti neautorizovanému přístupu v rámci podvrstvy. PKM (Privacy Key Management) je protokol, který se stará o management klíčů nutných. BS zajišťuje rozesílání klíčů klientským stanicím. Bezpečnost je zajištěna pomocí PKM, jeţ vyuţívá digitální certifikáty X.509, dále algoritmus veřejného klíče RSA (Rivest, Sharnir and Adleman) a další symetrické algoritmy, které zodpovídají za výměnu klíčů mezi BS a CPE.26 U WiMAXu se pouţívá pro šifrování 168 bitový 3DES (Triple Digital Encryption Standard), moţností je také pouţití AES šifrování. Digitální certifikát X.509, který je součástí zařízení od výroby, obsahuje veřejný klíč a MAC adresu zařízení. Z výroby si klientské stanice také nesou privátní klíč či algoritmus k jeho generování. Autorizace probíhá nejprve na základě odeslání ţádosti od klientské stanice, která ţádá o autorizační klíč a identifikátor bezpečnostní stanice. Základnová stanice ověří, zda je vše v pořádku a vytvoří autorizační klíč (zašifrovaný pomocí veřejného klíče), který zašle klientské stanici. Součástí této zprávy je také označení klíče (pořadovým číslem) a jeho platnost.

4.8 Licence pro provoz WiMAX technologie V České republice je pro WiMAX vyhrazeno pásmo 3,5 GHz. Jedná se o pásmo licencované ČTU. Pro provoz resp. poskytování sluţeb v tomto pásmu, je nutné podat ţádost na ČTU. Poplatek za jednu licenci je řádově do 30 tis. Kč ročně. Současní dodavatelé této technologie nabízejí zprostředkování vyřízení ţádosti. Ţádost musí podat provozovatel, který je za následný provoz WiMAX zařízení zodpovědný. Pásmo 3,5 GHz je rozděleno na 20 kanálů s frekvenčním duplexem (FDD) a šířkou kanálu 3,5 MHz. Toto pásmo je určeno pro PtMP technologie. Kanály jsou rozděleny dle dostupnosti: - pro lokální operátory - zde si můţe libovolný provozovatel zaţádat (kanály 1 aţ 14),

26

Zdroj: http://www.wimax.cz/index.php?option=com_content&task=view&id=172&Itemid=33, 2. 3. 2010

- 48 -

- pro celoplošné operátory - jiţ zabrány (kanály 15 aţ 20). Ţádost se týká vţdy a jen jedné BS a dané lokality provozování. Počet klientských stanic není nijak omezen ani není součástí ţádosti. Doporučené kroky k nasazení WiMAX technologie: Zjistit, jaké kanály jsou v místě nasazení ještě volné. Lze zjistit na stránkách ČTU zadáním GPS souřadnic poţadované lokality, podklady pro ţádost na ČTU. Digitální mapa pokrytí resp. předpokladu pokrytí v rámci vybrané lokality (simuluje program Radiolab). Tato mapa je podmínkou pro úspěšné schválení, podání ţádosti na ČTU. Povolený vysílací výkon v ČR je od 13 do 28 dBm. V rámci udělení licence jsou schvalovány ţádosti do 20 dBm. Šířky zabraného pásma můţe být: 7 MHz/3,5 MHz/1,75 MHz (dle poţadované šířky kanálu).

- 49 -

5 Přehled zařízení WiMAX V rámci WiMAX zařízení patří mezi přední výrobce izraelská společnost Alvarion. Nabídka zařízení podporujících WiMAX technologii je v ČR značně omezená. Mezi známé výrobce zastoupené na českém trhu jsou AirSpan, RedMAX a Alvarion. Výhradním dovozcem produktů Alvarion do ČR je společnost Intelek spol. s.r.o.. Alvarion nabízí v současnosti

mnoho

řešení

pro

různá

pásma

resp.

celé

produktové

řady

pro konkrétní přenosová pásma. V rámci této práce jsem si vybral k prezentaci produkty výrobce Alvarion. Pro standard 802.16d v pásmech od 2,3 do 5 GHz je určená řada prodůktu Alvarion BreezeMAX. Obrázek č. 16: Produkty řady BreezeMAX

Zdroj: http://www.alvarion.com, 1. 3. 2010

Základní rozdělení produktů pouţívaných pro komunikaci ve standardu 802.16d: Základnová stanice (Base station - BS), Šasi o ODU (outdoor unit) – nedílná součást BS o IDU (indoor unit) – nedílná součást BS Klientské stanice o vnitřní o venkovní

- 50 -

5.1.1 Základnové stanice Hlavní komunikační jednotkou je základnová stanice dále BS. Skládá se ze dvou částí a to vnitřní stanice IDU a venkovní stanice ODU. Další variantou je modulární BS, coţ umoţňuje skládání BS pomocí šasi modulů. Mezi jejich hlavní výhody patří: Redundantní napájení, chlazení řídící karty. Aţ 6 sektorů v jednom zařízení a s jedním managementem. Karty s hot swap funkcí (moţnost přidávat či odebírat karty bez výpadku sluţeb). Šasi variantu je moţné vidět na obrázku č. 16 uprostřed. IDU jsou v různých provedeních lišících se počtem přípojných moţností, resp. připojením určitého počtu ODU jednotek/kanálů. Jsou mozkem základnové stanice a veškerá důleţitá nastavení a zpráva sítě probíhá právě na této jednotce. Jednotky jsou samostatná zařízení určená pro instalaci do racků. V rámci nabídky Alvarionu se setkáme s 2 a 4 kanálovou verzí. Pro kaţdou BS je důleţitá podpora šířky kanálu, běţně (1,75 – 10 MHz). Správa jednotky, ale i klientských stanic probíhá pomocí protokolů Telnet, SNMP či přes RS-232 port pomocí programu AlvariCRAFT či AlvariSTAR. Samozřejmostí kaţdé IDU je rozhraní RJ45 pro připojení k páteřní síti. ODU jednotky jsou propojeny s IDU pomocí koaxiálního kabelu osazeného TNC konektory. ODU je venkovní jednotka opatřena krytím IP66, která obsahuje radiovou část a integrovanou anténu, nebo jen výstup na externí anténu. Jednotky jsou tedy zamýšleny pro venkovní pouţití a instalují se přímo na stoţár. Součástí jednotky je také N konektor slouţící pro připojení externí antény. V rámci České republiky je drtivá většina ODU jednotek prodávána bez externí antény. ODU jednotky se také mohou lišit výstupním výkonem. Alvarion nabízí dvě varianty, první s výkonem 13-28 dBm a druhou s výkonem 24-34 dBm. Výkonnější verze vyţaduje tzv. Power feeder (přídavný napáječ), který se vkládá mezi IDU a ODU na propojovací koaxiální kabeláţ.

- 51 -

Obrázek č. 17: 4 kanálová IDU jednotka a ODU jednotka BreezeMAX

Zdroj: http://www.intelek.cz,1. 3. 2010

5.1.2 Klientské stanice Klientské stanice se pouţívají pro přístup k základovým stanicím. Jsou tedy pouţívány na straně zákazníka, kterému jsou touto formou poskytovány sluţby např. internet. Klientské stanice se rozlišují na vnitřní a venkovní. Venkovní stanice mají dostatečné krytí IP66, napájení je realizováno pomocí PoE, jsou vybaveny zpravidla integrovanou úzce směrovou anténou, RJ45 konektorem, mini-usb konektorem pro připojení měřiče síly signálu a zeměním. Stanice pro vnitřní pouţití mají vlastní napájení, rádiovou část, integrovanou anténu a různé konektory pro připojení ethernetového kabelu či externí antény. Klientské jednotky mohou také obsahovat více neţ jednu integrovanou anténu. Příkladem, můţe být jednotka BreezeMAX- CPE-Dme-Si-E na obrázku č. 18 vpravo, která má 6 integrovaných panelových antén se ziskem 5dBi rozmístěných po svém obvodu. Tato jednotka dokonce podporuje i standard 802.16e nahráním jiného firmware, coţ zásadně posouvá její moţnosti. Mezi klientské stanice můţeme téţ uvaţovat klientské adaptéry, které nabízejí stejnou rozmanitost jako Wi-Fi adaptéry v rámci komunikačních rozhraní. Jejich rozšířenost v současných komunikačních systémech a počítačích není na tak masové úrovni, jak je tomu u Wi-Fi produktů.

- 52 -

Obrázek č. 18: Vybrané klientské adaptéry

Zdroj: vlastní úprava - kompilace více zdrojů

5.1.3 Pasivní prvky a příslušenství Antény pro WiMAX technologii se nijak zvlášť neliší od antén pouţívaných u Wi-Fi technologie. Můţeme se setkat s anténami všesměrovými, sektorovými a směrovými. Stejně jako u Wi-Fi, jsou voleny dle potřeby v rámci prostředí, ve kterém se budou nasazovat. U ODU jednotek se nejčastěji pouţívají sektorové antény, v některých případech i všesměrové. Směrové antény jsou pouţívány prakticky jen na straně klientských stanic, jedná se nejvíce o parabolické antény. Kabeláţ je také téměř identická resp. nejčastěji se pouţívají koaxiální kabely s max. pracovní frekvencí do 6 GHz. Konektory jsou nejvíce rozšířené TNC a N konektory.

- 53 -

6 Návrh Wi-Fi a WiMAX sítě a jejich porovnání (případová studie) Případová studie si bere za cíl porovnat obě přenosové technologie z hlediska nákladů na jejich pořízení, provoz a poţadované parametry v rámci teoretického nasazení. Jako oblast pokrytí byly náhodně vybrány obce Průhonice a Čestlice u Prahy. Dostupnost poţadovaného bezdrátového signálu v rámci obou měst je vyznačena na obrázku č. 19. Zadání studie - o internetovou bezdrátovou konektivitu projevilo zájem 60 lidí, kteří se rozhodli vypsat výběrové řízení na dodavatele nespecifikované bezdrátové technologie s těmito poţadavky: počet uţivatelů 60 - rozprostřeni po okolí, garantovaná rychlost od 0,5 Mbps, předpokládá se stabilita a bezproblémová dostupnost, moţnost navyšování přenosové rychlosti s rostoucím počtem uţivatelů.

6.1 Návrh Wi-Fi sítě Obrázek č. 19 jasně vypovídá o oblasti pokrytí, pro kterou budeme navrhovat Wi-Fi síť. V Praxi je nutné před instalací a přípravou místo vidět a to jak z hlediska velikosti pokrývané oblasti (perimetru), tak z hlediska uzpůsobení terénu (kopce, údolí, stromy, jiné moţné překáţky). Na základě osobní prohlídky místa je moţné jiţ uvaţovat konkrétní řešení. Body přípravy: zajištění internetové konektivity, zanesení páteřní trasy a výběr jednotlivých bodů určených k pokrytí oblasti na mapě s přihlédnutím na LOS, výběr zařízení s ohledem na počet uţivatelů a datovou propustnost, výpočet přenosové trasy, odzkoušení zařízení, instalace. - 54 -

Poloha přípojky internetu je v případě této smyšlené studie volitelná, tedy záleţí, jak se dohodneme s poskytovatelem, který v této oblasti vlastní páteřní optickou či jinou internetovou linku. V rámci Wi-Fi sítě bylo zvoleno umístění internetové přípojky v bodě 2 viz obrázek č. 20, jedná se o nejvýše poloţený bod. Páteřní spoj bude řešen v pásmu 5 GHz a pokrytí oblasti v pásmu 2,4 GHz. Obrázek č. 19: Oblast potřebného pokrytí Wi-Fi signálem

Zdroj: http://www.mapy.cz - upraveno, 1. 4. 2010

- 55 -

Obrázek č. 20: Páteřní trasa

Zdroj: http://www.mapy.cz - upraveno, 1. 4. 2010

6.1.1 Vybraný hardware Aktivní prvky - abychom dodrţeli poţadavky zadání, rozhodli jsme se pouţít pro zajištění pokrytí platformu routerboard. Routerboardy (dále jiţ jen RB), budou pouţity hlavně z důvodu jejich výjimečné stability, slušné ceny a dostatečného výkonu i pro případný upgrade na 802.11n standard. Pro páteřní spoj a pro oblastní pokrytí byly zvoleny jednotky RB800. Mohou být osazeny aţ čtyřmi Wi-Fi miniPCI kartami. Zařízení RB800 má dostatečný výkon, nabízí řadu moţností v řízení kontroly přenesených dat (content filtering, shaping, bandwidth management a další). Je to také spolehlivý router, který umoţňuje aplikování vlastních routovacích pravidel. V budoucnu lze rozšířit pomoci daughterboardu, coţ je rozšiřující deska se čtyřmi miniPCI sloty. Je tedy lehce rozšiřitelný pro případné narůstající počty uţivatelů. RB800 bude napájen pomocí PoE. Na straně klienta bude pouţit routerboard RB411 viz obrázek č. 22. O Wi-Fi se budou starat miniPCI karty CM9 od výrobce WNC. Jedná se kvalitní bezdrátovou kartu zaloţenou na Atheros chipsetu podporující pásma 2,4 GHz/5 GHz se skvělou citlivostí.

- 56 -

Obrázek č. 21: Mikrotik routerboard RB800

Zdroj:http://www.routerboard.com, 1. 4. 2010

Parametry RB800: Procesor Paměť NAND LAN port Operační módy Rozšiřující sloty OS Napájení I/O Regulace výkonu

MPC8544 800 MHz 256 MB DDR2 SDRAM 64 MB 3 x 1 Gbit/s AP, Client, Bridge, WDS 4x miniPCI, 1x miniPCI-e, CFslot, Daughterboard Mikrotik RouterOS Level 6 DC 10-56V, IEEE802.3af PoE: 38-56V 1x RS232 v krocích po 1 dB

- 57 -

Obrázek č. 22: Mikrotik Routerboard RB411

Zdroj:http://www.routerboard.com, 1. 4. 2010

Parametry RB411: Procesor Paměť NAND LAN port Operační módy Rozšiřující sloty OS Napájení I/O Regulace výkonu

Atheros AR7130 300 MHz 32 MB DDR SDRAM 64 MB 1 x 100 Mbit/s Client, Bridge 1x miniPCI Mikrotik RouterOS Level 3 DC,PoE 12-28V 1x RS232 v krocích po 1 dB

Obrázek č. 23: Bezdrátová miniPCI Wi-Fi karta CM9

Zdroj:vlastní tvorba

- 58 -

Parametry karty CM9: Frekvence

2,4 GHz/5 GHz 802.11a/b/g/

Chipset

Atheros AR5213

Výstupní výkon

18 dBm

Přenosová rychlost

54 Mbps

Anténí výstup

U-FL

Citlivost

802.11b: ~-90dB @11 Mbps 802.11g: ~-90dB @6 Mbps 802.11g: ~-74dB @54 Mbps 802.11a: ~-88dB @6 Mbps 802.11a: ~-71dB @54 Mbps

Vybraný hardware - pasivní prvky - na všech bodech, budou pouţity směrové antény českého výrobce PROWAX v rámci páteřní trasy. Jedná se o zakrytované, parabolické antény pro pásmo 5 GHz, které se vyznačují kvalitním provedením, ziskem 24 dBi a vyzařovacím úhlem 14°. Pro oblastní pokrytí poslouţí všesměrové antény WH15OMNI s vyzařovacím úhlem 360° v horizontální rovině a ziskem 15 dBi. Jako klientské antény budou vhodné PAN-12 od výrobce Jirous s vyzařovacím úhlem 50° H/V a ziskem 12 dBi. Routerboardy RB800 bude uloţen v plastovém krytu IP66 s plastovými průchodkami pro pigtaily a pro přívod napájení a datového kabelu. Veškeré antény včetně plastových krytů budou uchyceny na stoţáru pomocí třmenů. Ke kaţdé kartě CM9 bude připojen pigtail, U-FL/N male a dále propojen s koaxiálním kabelem v délce max. 3 m Nfemale/Nmale, vedoucím k anténě.

- 59 -

Obrázek č. 24: Parabolická anténa PROWAX -PWPAR54

Zdroj: http://www.prowax.cz, 1. 4. 2010

Parametry antény: Typ antény Frekvenční pásmo Zisk Polarizace Vyzařovací úhel H/V Impedance Maximální výkon Konektor

Směrová 5,4250 – 5,7250 GHz 24 dBi H/V 7°/7° 50 Ohm 10 W N-female

Obrázek č. 25: Všesměrová anténa WH15OMNI

Zdroj: http://www.aircom.cz, 1. 4. 2010

- 60 -

Parametry antény: Typ antény Frekvenční pásmo Zisk Polarizace Vyzařovací úhel H/V Impedance Maximální výkon Konektor

Všesměrová 2,4 – 2,5 GHz 15 dBi V 360°/8° 50 ohm 5W N-female

Obrázek č. 26: Panelová anténa PAN-12

Zdroj: http://i4wifi.cz, 20. 3. 2010

Parametry antény: Typ antény Frekvenční pásmo Zisk Polarizace Vyzařovací úhel H/V Impedance Maximální výkon Konektor

Klientská 2,4 – 2,5 GHz 12 dBi H/V 55°/51° 50 Ohm 10 W N-female

- 61 -

6.1.2 Logika zapojení Hlavní trasa je tvořena páteřním 5 GHz spojem a slouţí pro přenos konektivity internetu s důrazem na maximální moţnou propustnost. Na kaţdém páteřním bodě (1,2,3) předpokládáme 24 Mbps, které je moţné rozdělit mezi klientské stanice v pásmu 2,4 GHz. Pro nastavení antén bylo pouţito laserového zaměření mezi body 2,1 a 2,3. Páteřní body byly vybrány tak, aby jejich poloha byla ideální pro spoj, jeţ vylučuje problémy s Fresnelovou zónou a respektuje LOS. Popis jednotlivých páteřních bodů: Bod 1 – bod se nachází v průmyslové zóně na střeše jedné z výrobních hal. Veškeré komponenty jsou uchyceny na 2 m vysokém stoţáru. Páteřní příjem je zajištěn parabolickou anténou PWPAR54 s vyuţitím horizontální polarizace. Vysílání pro klientskou síť zajišťuje anténa WH15OMNI s vertikální polarizací. Signál je veden pomocí koaxiálního kabelu RF240 (max.do 6 GHz) připojeného na Pigtail a ten následně do karty CM9. O komunikaci se stará jednotka RB800 osazená 2 CM9 kartami pro příjem internetové konektivity a vysílání klientské sítě. Napájení je řešeno pomocí PoE. První karta CM9 určená pro páteřní spoj bude nastavena v reţimu bridge (na dohodnuté frekvenci 5,560 GHz), proti bodu 2. Bude nastavena IP adresa (10.0.0.1) ve stejném segmentu jako IP adresa protilehlé karty a spoj bude inicializován aţ po zadání MAC adresy. Druhá CM9 karta určená pro klientské pokrytí (na frekvenci 2,412, tedy na kanálu č. 1) bude nastavena na IP (10.0.1.50) v módu AP. V rámci celé sítě jsou nastaveny privátní IP adresy. V rámci klientských stanic budou nastaveny pevné IP adresy pro lepší zprávu a kontrolu. Veškeré lan a Wi-Fi karty v RB800 budou podléhat routovací tabulce tak, aby byly pakety logicky směřovány. Bod 2 – bod se nachází na střeše nejvýše poloţené budovy v Průhonicích, zařízení jsou upevněna na stoţáru. Páteřní spoj mezi bodem 1 je zajištěn pomocí směrové antény PWPAR54 s pouţitím horizontální polarizace. Obdobná anténa zajišťuje druhý páteřní spoj s bodem 3 s pouţitím horizontální polarizace. Vysílání pro klientskou síť zajišťuje všesměrová anténa WH15OMNI s vertikální polarizací. Signál je do všech antén veden koaxiálním kabelem RF240. Komunikaci zajišťuje jednotka RB800 osazená 3 CM9 kartami. Dvě karty, zajišťují distribuci internetové - 62 -

konektivity pro body 1 (na frekvenci 5,560 GHz) a 3 (na frekvenci 5,700 GHz), nastaveny v módu bridge s IP adresami (10.0.0.2, 10.0.0.3). Zbylá CM9 karta zajišťuje vysílání v rámci klientské sítě (na frekvenci 2,437, tedy na kanálu č.6) o IP adrese (10.0.2.50). RB800 bude napájen pomocí PoE a navíc k němu bude přiveden ethernetový kabel zajištující konektivitu od ISP. Bod 3 – bod se nachází v nákupní zóně, na střeše obchodního domu Makro, zařízení jsou upevněna na stoţáru. Anténa PWPAR54 realizuje páteřní spoj s bodem 2 s pouţitím horizontální polarizace. Oblastní klientské pokrytí zajišťuje všesměrová anténa WH15OMNI s vertikální polarizací. Jednotka RB800 obsahuje 2 karty CM9 a je napájena pomocí PoE. První karta CM9 je nastavena v módu bridge v pásmu 5,700 GHz, zajišťuje tak páteřní spoj a nese IP adresu (10.0.0.4). Druhá karta je nastavena v módu AP (na frekvenci 2,462, tedy na kanálu č. 11), pro distribuci klientského signálu s IP adresou (10.0.3.50). Obrázek č. 27: Zamýšlené pokrytí jednotlivými body

Zdroj: http://www.mapy.cz – upraveno, 1. 4. 2010

- 63 -

6.1.3 Výpočet trasy Při výpočtu přenosové trasy musíme vyloučit moţnost, ţe přesáhneme povolený výkon daný ČTU. Pro výpočet útlumu, který vzniká šířením signálu ve volném prostoru lze pouţít vzorec: [dB, MHz, km] kde Lp = ztráta ve volném prostoru F = frekvence R = vzdálenost Útlum signálu na trase je vypočítán v tabulce č. 6 pro obě Wi-Fi pásma. Jedná se o zaokrouhlené hodnoty, jeţ plně postačí pro výpočet. Tabulka č. 6: Útlum signálu šířeného volným prostorem

Vzdálenost

útlum pro 2,4GHz

útlum pro 5GHz

50 m

-74 dB

-81 dB

100 m

-80 dB

-87 dB

200 m

-86 dB

-94 dB

300 m

-90 dB

-97 dB

500 m

-94 dB

-101 dB

750 m

-96 dB

-105 dB

1000 m

-100 dB

-107 dB

1500 m

-104 dB

-111 dB

2000 m

-106 dB

-114 dB

5000 m

-114 dB

-121 dB

10000 m

-120 dB

-128 dB

Zdroj:vlastní tvorba

- 64 -

Obrázek č. 28: Vzdálenosti mezi páteřními body

Zdroj: http://www.mapy.cz – upraveno, 1. 4. 2010

Výpočet trasy mezi body 1 a 2 (do bodu 2 k bodu 1) viz obrázek č. 28: Max.výstupní výkon karty CM9

+18 dBm

Zisk antény PWPAR54

+24 dBm

Útlum pigtailu

-2 dBm

Útlum propojovacího kabelu RF240

-2 dBm

Útlum N konektorů 3m

-2 dBm

Součet

= 36 dBm, budeme muset sníţit výstupní výkon karty CM9 o 9 dBm a neporušovali tak ČTU

Útlum trasy - cca 1200m

povolených 27 dBm.-109 DáledBm jiţ počítáme s 27d Bm.

Zisk antény PWPAR54

+24 dBm

Útlum pigtailu

-2 dBm

Útlum propojovacího kabelu RF240

-2 dBm

Útlum N konektorů 3m

-2 dBm

Celkový výsledek

= -64 dBm

- 65 -

Výpočet trasy mezi body 2 a 3 (od bodu 2 k bodu 3): Max.výstupní výkon karty CM9

+18 dBm

Zisk antény PWPAR54

+24 dBm

Útlum pigtailu

-2 dBm

Útlum propojovacího kabelu RF240

-2 dBm

Útlum N konektorů 3m

-2 dBm

Součet

= 27 dBm, budeme muset sníţit výstupní výkon karty CM9 o 9 dBm a neporušovali tak ČTU povolených 27

Útlum trasy - cca1000m

-107 dBm dBm.

Zisk antény PWPAR54

+24 dBm

Útlum pigtailu

-2 dBm

Útlum propojovacího kabelu RF240

-2 dBm

Útlum N konektorů 3m

-2 dBm

Celkový výsledek

= -62 dBm

Oba výpočty by bylo nutné provést v opačném směru, ale v tomto případě to není nutné, jelikoţ jsou pouţita stejná zařízení na všech spojích. Vzhledem k výsledkům a citlivosti karty CM9 můţeme očekávat maximální přenosovou rychlost v rozmezí 22 – 28Mbps.

6.1.4 Ekonomické zhodnocení Seznam zařízení, která je nutné zakoupit pro realizaci, není jediným nákladem. Musí být také započítána instalace a nastavení zařízení dodavatelskou firmou. V rámci náročnosti této instalace (studie, zprostředkování nákupu zařízení, instalace páteřní trasy, testovaní) byla cena za zhotovení vyčíslena na částku 30 000 Kč vč. DPH. V rámci 60 připojených klientů můţeme garantovat 1 Mbps na jednoho klienta.

- 66 -

Soupis zařízení páteřních bodů: Aktivní a pasivní prvky

Množství

Cena (Kč vč. DPH)

RB800

1

6100

CM9

2

660

PWPAR54

1

3050

WH15OMNI

1

1660

Pigtail U-FL/N female

2

100

PoE

1

300

Koax. kabel RF240 3m

2

220

Plastový kryt IP66

1

500

1 x 20 m

200

Ethernetový SFTP kabel

Celková cena zařízení v bodě 1 cat.5 s konektory

Aktivní a pasivní prvky

13770

Množství

Cena (Kč vč. DPH)

RB800

1

6100

CM9

3

660

PWPAR54

2

3050

WH15OMNI

1

1660

Pigtail U-FL/N female

3

100

PoE

1

300

Koax. kabel RF240 3m

3

220

Plastový kryt IP66

1

500

1 x 50 m

500

Ethernetový SFTP kabel

Celková cena zařízení v bodě 2 cat.5 s konektory

- 67 -

17580

Aktivní a pasivní prvky

Množství

Cena (Kč vč. DPH)

RB800

1

6100

CM9

2

660

PWPAR54

1

3050

WH15OMNI

1

1660

Pigtail U-FL/N female

2

100

PoE

1

300

Koax. kabel RF240 3m

2

220

Plastový kryt IP66

1

500

1 x 30 m

300

Ethernetový SFTP kabel Celková cena zařízení v bodě 3 cat.5 s konektory

13870

Celková částka za všechny páteřní body

45220

Soupis klientských zařízení: Klientské aktivní a pasivní prvky

Množství

Cena (Kč vč. DPH)

RB411 prvkyprvky

60

960

CM9

60

660

PAN-12

60

350

Pigtail U-FL/N female

60

100

PoE

60

300

Koax. kabel RF240 3m

60

220

Plastový kryt IP66

60

500

60 x 20 m

200

Ethernetový STP kabel cat.5 s Celková konektorycena klientských zařízení

197400

K nákladům na provoz se musí připočítat 100 Mbps internetová přípojka poskytovaná společností O2 v měsíčních nákladech 30 000 Kč vč. DPH. Provoz zařízení (spotřeba el. energie, pronájem plochy) vyjde na cca 6000 Kč vč. DPH. Klientům bude nabídnut tarif odpovídající datovému přenosu 1 Mbps za měsíční sazbu 1000 Kč vč. DPH. Zároveň, bude účtován jednorázový poplatek 800 Kč vč. DPH za instalaci a zapůjčení klientského zařízení.

- 68 -

Návratnost investice lze vypočítat dle vzorce: Výpočet návratnosti investice:

kde: NI

–návratnost investice

Nj

–jednorázové náklady

Nm

–měsíční náklady

Vj

–jednorázové výnosy

Vm

–měsíční výnosy

Po dosazení do vzorce dostáváme:

Dodavatelské firmě se vloţené finanční prostředky vrátí za necelý rok.

6.2 Návrh WiMAX sítě WiMAX síť musí dle zadání pokrýt stejnou oblast jako Wi-Fi síť viz obrázek č. 19. Oproti Wi-Fi není nutné vyjet do terénu a analyzovat prostředí. V rámci ţádosti o licenci na provoz sítě WiMAX vyuţijeme sluţeb společnosti Intelek a necháme si navrhnout řešení pokrytí pomocí programu Radiolab, jenţ má přístup k nejnovějším geografickým mapám. Program umí počítat s překáţkami terénu dle umístění vysílače a simulovat optimální nastavení zařízení tak, aby nepřekračovala povolený vysílací výkon. Body řešení pro sít WiMAX: zajištění internetové konektivity, zjistit dostupnost volných kanálů na stránkách ČTU pomocí GPS souřadnic, výběr zařízení s ohledem na počet uţivatelů a datovou propustnost, zadat podklady pro výpočet pokrytí v Radiolabu, podání ţádosti na ČTU, odzkoušení zařízení, - 69 -

instalace. Poloha přípojky internetu je identická se sítí Wi-Fi tzn. v bodě 2 na obrázku č. 28. Veškeré pokrytí bude realizováno v povoleném licenčním pásmu 3,5 GHz.

6.2.1 Vybraný hardware Pro realizaci byly vybrány WiMAX zařízení z řady BreezeMAX výrobce Alvarion. Důvodem jejich výběru je podpora pásem 2,3 – 5 GHz. V tomto rozmezí, budou uvolněna některá další pásma a mohou tak přinést vylepšení některých parametrů. Jako aktivní prvek BST byla vybrána jednotka MBST-IDU-2CH. Jedná se o 2 kanálovou variantu, u které vzhledem k propustnosti 18 Mbps bude osazen jeden kanál. Jednotka nabízí dle standardu WiMAX špičkovou dostupnost a garanci QoS. ODU jednotka jako součást BST bude pouţita BST-AU-ODU-3,5a1, která podporuje kanály 1-12 určené pro lokální poskytovatele. Je osazena konektorem TNC-female pro spojení s IDU jednotkou a N konektorem pro připojení externí antény. Jako externí anténa bude pouţita sektorová anténa SEC120V se ziskem 13 dBi a vyzařovacím úhlem 120° určená pro pásmo 3,5 GHz. Klientská část bude osazena jednotkami CPE-ODU-PRO-Dme-SA, napájena pomocí PoE a upevněná dle potřeby u zákazníka. Její součástí je i integrovaná 17 dBi anténa. V některých případech, kde jsou klienti situováni blízko vysílači, bude moţné pouţití pouze vnitřního klienta, jednotku CPE-Dme-Si-E. Obrázek č. 29: BST IDU jednotka (MBST-IDU-2CH) od Alvarionu

Zdroj: http://www.intelek.cz, 1.4.2010

- 70 -

Parametry jednotky: Norma Provedení Kmitočet Modulace Šířka kanálu Operační mód Management Napájení

802.16d Indoor – rack 19“ 3,5 GHz OFDM 1,75 MHZ; 3,5 MHz AP SNMP, Telnet, RS-232 230 VAC

Obrázek č. 30: ODU jednotka (BST-AU-ODU-3,5a1) od Alvarionu

Zdroj: http://www.intelek.cz, 1. 4. 2010

Parametry jednotky: Norma Provedení Kmitočet Výstupní výkon Modulace Citlivost Šířka kanálu Operační mód Management Napájení Konektory

802.16d Outdoor 3,5 GHz 28 dBm OFDM -103 dBm 1,75 MHZ; 3,5 MHz AP SNMP, Telnet, RS-232 230 VAC TNC-female, N-female

- 71 -

Obrázek č. 31: Sektorová anténa SEC120V pro pásmo 3,5 GHz

Zdroj: http://www.100mega.cz, 1. 4. 2010

Parametry antény: Typ antény Frekvenční pásmo Zisk Polarizace Vyzařovací úhel H/V Impedance Konektor

Sektorová 3,5 GHz 13 dBi H/V 120°/8° 50 ohm N-female

Obrázek č. 32: Klientská ODU jednotka CPE-ODU-PRO-Dme-SA od Alvarionu

Zdroj: http://www.intelek.cz, 1. 4. 2010

- 72 -

Parametry jednotky: Norma Provedení Kmitočet Výstupní výkon Integrovaná anténa Modulace Citlivost Šířka kanálu Operační mód Management Napájení Konektory

802.16d, 802.16e Outdoor 3,5 GHz 20 dBm Ano,17 dBi OFDM -103 dBm 1,75 MHZ; 3,5 MHz Klient SNMP, Telnet, HTTP 230 VAC, PoE TNC-female, N-female

6.2.2 Logika zapojení a výpočet trasy Přenos bude realizován v pásmu 3,5 GHz. Veškerá instalace vybraného hardware je situována do bodu 2. Jednotky IDU budou uloţeny ve venkovním rozvaděči umístěném u stoţáru. Napájení a internetová konektivita jsou přivedeny do tohoto rozvaděče. Pokrytí bude realizováno pomocí 3 IDU jednotek a to z důvodu jejich reálné propustnosti 18 Mbps. Kaţdá IDU jednotka bude nastavena na jiný kanál, budou vyuţity kanály (1,2,3). Kaţdá jednotka bude mít svůj vlastní segment privátní sítě (192.168.1.100, 192.168.2.100, 192.168.3.100), IP adresy budou klientům poskytovány DHCP serverem IDU jednotky. IDU jednotky budou propojeny s ODU jednotkami pomoci koaxiálního kabelu RF240 osazeného konektory TNC-male. Tři ODU jednotky budou přichyceny na stoţáru a propojeny s externími anténami SEC120V. Pro napájení ODU jednotek se vyuţijí Power Feedery. Sektorové antény budou natočeny tak, aby kaţdá pokryla svůj zamýšlený sektor a dohromady tak dosáhly vyzařování 360°. Oblast určená k pokrytí tvoří zhruba od bodu 2 rádius 1,5 km. Oblast, která bude pokryta 3 sektorovými anténami, je vyznačena na obrázku č. 33.

- 73 -

Obrázek č. 33: Simulace oblasti pokrytí v případě pouţití 120° sektorových antén

Zdroj: http://www.mapy.cz – upraveno, 1. 4. 2010

Výpočet trasy zajistí společnosti Intelek pomocí důmyslného programu Radiolab, který pouţívá také ČTU. Vzhledem k naší studii by v případě pouţití maximálního povoleného výkonu na všech jednotkách byla pokryta oblast zhruba s rádiusem 5 km, předpokládáme NLOS. Z toho vyplývá, ţe bude pouţita méně jak polovina vysílacího výkonu k dostatečnému pokrytí poţadované oblasti, tedy zhruba 13 dBm. Instalace bude velmi jednoduchá a časově nenáročná.

6.2.3 Ekonomické zhodnocení Instalace a nastavení zařízení je dodavatelem vyčíslena na 20 000 Kč vč. DPH. Dále v počátku jsou náklady 5000 Kč vč. DPH na zhotovení digitální mapy vzhledem k pokryté oblasti a pouţitému vysílacímu výkonu. V rámci 60 připojených uţivatelů budeme garantovat 0.8 Mbps na jednoho uţivatele.

- 74 -

Soupis základnových zařízení: Aktivní a pasivní prvky

Množství

Cena (Kč vč. DPH)

MBST-IDU-2CH

3

133000

BST-AU-ODU-3,5a1

3

57000

SEC120V

3

4500

Power feeder

3

1800

Koax. kabel RF240 1m

3

80

Koax. kabel RF240 7m

3

600

Rozvadeč

1

12000

40 m

400

Ethernetový SFTP kabel Celková cena BST zařízení cat.5 s konektory

603340

Soupis klientských zařízení: Aktivní a pasivní prvky

Množství

Cena (Kč vč. DPH)

CPE-ODU-PRO-Dme-SA

40

12635

CPE-Dme-Si-E

20

10450

PoE

40

1140

40 x 20 m

200

Ethernetový

SFTP

kabel

Celková cena BST zařízení cat.5 s konektory

768000

Celkové náklady za nákup zařízení jsou 1 371 340 Kč vč. DPH. K nákladům musíme připočítat 100Mbps internetovou přípojku v ceně 30 000 Kč vč. DPH. Provoz zařízení (pronájem plochy, spotřeba el. energie) nás vyjde v měsíčních nákladech na 3000 Kč vč. DPH. Kaţdý rok musí být uhrazena částka 30 000 Kč vč. DPH - licenční poplatek. Uţivatelům bude nabídnut tarif odpovídající datovému garantovanému přenosu 0,8Mbps/uţivatele za měsíční paušál 1000 Kč vč. DPH. Za zapůjčení zařízení bude uţivateli účtován jednorázový poplatek 3000 Kč vč. DPH.

- 75 -

Výpočet návratnosti investice: Po dosazení do vzorce dostáváme:

Dodavatelské firmě se vloţené finanční prostředky vrátí za 4 roky.

6.3 Porovnání navrhnutých řešení Pokud uváţíme investiční náklady a jejich návratnost, je z tohoto pohledu jasné, ţe WiMAX není konkurentem pro Wi-Fi řešení. Náklady na jeho pořízení jsou více jak 5 x vyšší, coţ zřejmě zásadně ovlivní dodavatele v tom, pro jakou technologii se rozhodne. Oba návrhy splnily zadání. Jakým způsobem a v jaké kvalitě bude popsáno níţe. Prvním kritériem bylo pokrytí uvedené oblasti a umoţnění připojit 60 uţivatelů. V tomto případě byly obě technologie úspěšné bez závaţných problémů a počet uţivatelů na obsluhující zařízení byl zvolen s určitou rezervou. Druhým bodem je splnění rychlosti přenosu dat minimálně od 0,5Mbps na jednoho uţivatele. Opět byly obě technologie úspěšné a poţadavek byl splněn. Třetí bod definuje dobrou stabilitu a dostupnost. U tohoto bodu je nutné podotknout, ţe specifikace těchto parametrů není zcela úplná. Pokud by byla definována dostupnost a stabilita formou SLA (Service Level Agreement) např: dostupnost 360 dnů v roce a stabilita 99%, je spíše nemoţné toto garantovat v rámci Wi-Fi sítě. Wi-Fi síť v pásmu 2,4GHz je velmi náchylná na ruchy, a kdyţ přičteme současný stav 2,4GHz pásma v České republice, nelze tuto variantu označit za vhodnou v případě větších poţadavků na dostupnost a stabilitu. U WiMAX standard je situace opačná. WiMAX umí garantovat určité parametry sítě v rámci SLA a v našem případě, kdy bylo pouţito licencované 3,5 GHz pásmo, není pochyb o naprosto nezarušeném prostředí. V případě větších nároků na tyto dva parametry je nevhodné nasadit Wi-Fi technologii. Posledním poţadavkem zadání, je moţnost navyšovat přenosovou rychlost s připojováním nových uţivatelů. V rámci WiMAX sítě se bohuţel jedná o velmi nákladný zásah, který spočívá v pořízení další IDU i ODU jednotky, coţ by znamenalo další finanční zatíţení novou investicí v řádech stovek tisíc korun. U Wi-Fi technologie lze tuto situaci vyřešit pořízením jedné či maximálně dalších dvou Wi-Fi karet, které by umoţnily připojení 40 nových zákazníků s investicí v řádech tisíce korun. Wi-Fi síť jiţ dnes umí také nabídnout vyšší přenosové rychlosti díky standardu 802.11n. V naší studii lze snadno vyměnit pouţité - 76 -

miniPCI CM9 bezdrátové karty a nahradit je např. miniPCI kartami R52N od společnosti Mikrotik, které podporují normu 802.11n. Pokud by se to stejné provedlo na straně uţivatelů, můţe celá Wi-Fi síť pouţívat standard 802.11n a nabídnout tak dvou či trojnásobnou přenosovou rychlost. To bohuţel WiMAX síť v dnešní době ještě nemůţe. Wi-Fi technologie je stále nejekonomičtějším řešením v oblasti bezdrátových sítí. Nabízí slušné přenosové rychlosti, snadnou údrţbu, podporuje licencí nezatíţené frekvenční pásmo a nastavování je logické, rychlé a nevyţaduje hluboké znalosti TCP/IP. WiMAX technologie není tolik rozšířena, zřejmě díky pomalému schvalování standardů. V poslední době se však situace změnila a více a více výrobců začíná uvaţovat o WiMAXu jako dobré volbě budoucího komunikačního standardu, který by neměl chybět v jejich produktech. Příchodem mobilního WiMAXu se dosti značně situace změní, jelikoţ mobilita je heslem dneška a v tomto odvětví jiţ nemá Wi-Fi co nabídnout. Dá se předpokládat, ţe WiMAX nahradí Wi-Fi technologii i v rámci SOHO produktů.

- 77 -

Seznam použité literatury [1]

HORÁK, Jaroslav; KERŠLÁGER, Milan. Počítačové sítě pro začínající správce. Brno : Computer Press, 2001. 165 s. ISBN 80-7226-566-0.

[2]

ZANDL, Patrik. Bezdrátové sítě Wi-Fi – Praktický průvodce. 1. vyd. Brno : Computer Press, 2003. 204 s. ISBN 80-722-663-2

[3]

PUŢMANOVÁ, Rita. Bezpečnost bezdrátové komunikace : Jak zabezpečit Wi-Fi, Bloetooth, GPRS či 3G. 1.vyd. Brno: Computer Press, 2005. 179 s. ISBN 80-2510791-4.

[4]

PUŢMANOVÁ, Rita. Moderní komunikační sítě od A do Z : Technologie pro datovou, hlasovou i multimediální komunikaci. 2.dopl.vyd. Brno : Computer Press, 2006. 432 s. ISBN 80-251-1278-0.

[5]

PUŢMANOVÁ, Rita. TCP/IP v kostce. 1.vyd. České Budějovice : KOPP, 2004. 608 s. ISBN 80-7232-236-2.

[6]

PUŢMANOVÁ, Rita. UltraWideBand. Lupa [online]. 15.4.2004, [cit. 2010-04-01]. Dostupný z WWW: .

[7]

PUŢMANOVÁ, Rita. WiMAX aneb první míle bezdrátově. Lupa [online]. 29.10.2003, [cit. 2010-03-01]. Dostupný z WWW: .

[8]

LÉR, Martin. UMTS od T-Mobile : rychlá data a ţádný hlas. Lupa [online]. 21.6.2005, [cit. 2010-03-02]. Dostupný z WWW: .

[9]

ZANDL, Patrick. Modulační technologie pro uplink sítí 4G : LTE a Wimax. Marigold [online]. 2.9.2008, [cit. 2010-03-02]. Dostupný z WWW: .

- 78 -

[10] UMTS World [online]. 1999, 2003 [cit. 2010-03-01]. Dostupné z WWW: . [11] PETERKA, Jiří . Femtobuňky: 3G do kaţdé domácnosti?. eArchive [online]. 2006, [cit. 2010-03-01]. Dostupný z WWW: . [12] MACH, P. Přenosy dat ve standardu IEEE 802.16 (WiMAX). Access server [online]. 6.5.2008, [cit. 2010-03-02]. Dostupný z WWW: [13] Wi-Fi Alliance [online]. 1999 [cit. 2010-03-02]. Wi-Fi Alliance. Dostupné z WWW: . [14] WiMAX FORUM [online]. [cit. 2010-03-02]. WiMAX FORUM. Dostupné z WWW: .

- 79 -

Seznam tabulek a obrázků Seznam tabulek Tabulka č. 1: Dosah jednotlivých tříd zařízení bluetooth ................................................- 15 Tabulka č. 2: Přehled standardů 802.11x ........................................................................- 17 Tabulka č. 3: Průměr Fresnelovy zóny ............................................................................- 22 Tabulka č. 4: Povolené frekvence dle lokality ................................................................- 25 Tabulka č. 5: Podmínky ČTÚ pro vyuţívání rádiových kmitočtů a jejich omezení .......- 29 Tabulka č. 6: Útlum signálu šířeného volným prostorem ...............................................- 64 -

Seznam obrázků Obrázek č. 1: Zařazení vybraných bezdrátových technologií dle typického pouţití.........- 8 Obrázek č. 2: CDMA technologie mění svou podobu.....................................................- 11 Obrázek č. 3: Evoluce technologie HSPA .......................................................................- 13 Obrázek č. 4: Bezdrátové standardy v čase .....................................................................- 14 Obrázek č. 5: Odraz elektromagnetických paprsků .........................................................- 20 Obrázek č. 6: Fresnelova zóna .........................................................................................- 21 Obrázek č. 7: Překrývání kanálů v pásmu 2,4 GHz.........................................................- 24 Obrázek č. 8: Access pointy Airlive ................................................................................- 32 Obrázek č. 9: UBNT venkovní access pointy all in one řešení .......................................- 33 Obrázek č. 10: Různé klientské adaptéry ........................................................................- 34 Obrázek č. 11: Vyzařovací diagram směrové antény ......................................................- 37 Obrázek č. 12: Průřez koaxiálního kabelu .......................................................................- 39 Obrázek č. 13: Spojka, N konektor a RSMA konektor ...................................................- 40 Obrázek č. 14: Časová osa vývoje WiMAX technologie ................................................- 44 - 80 -

Obrázek č. 15: Porovnání OFDM a OFDMA .................................................................- 46 Obrázek č. 16: Produkty řady BreezeMAX.....................................................................- 50 Obrázek č. 17: 4 kanálová IDU jednotka a ODU jednotka BreezeMAX ........................- 52 Obrázek č. 18: Vybrané klientské adaptéry .....................................................................- 53 Obrázek č. 19: Oblast potřebného pokrytí Wi-Fi signálem .............................................- 55 Obrázek č. 20: Páteřní trasa .............................................................................................- 56 Obrázek č. 21: Mikrotik routerboard RB800 ..................................................................- 57 Obrázek č. 22: Mikrotik Routerboard RB411 .................................................................- 58 Obrázek č. 23: Bezdrátová miniPCI Wi-Fi karta CM9 ...................................................- 58 Obrázek č. 24: Parabolická anténa PROWAX -PWPAR54 ............................................- 60 Obrázek č. 25: Všesměrová anténa WH15OMNI ...........................................................- 60 Obrázek č. 26: Panelová anténa PAN-12 ........................................................................- 61 Obrázek č. 27: Zamýšlené pokrytí jednotlivými body ....................................................- 63 Obrázek č. 28: Vzdálenosti mezi páteřními body............................................................- 65 Obrázek č. 29: BST IDU jednotka (MBST-IDU-2CH) od Alvarionu ............................- 70 Obrázek č. 30: ODU jednotka (BST-AU-ODU-3,5a1) od Alvarionu .............................- 71 Obrázek č. 31: Sektorová anténa SEC120V pro pásmo 3,5 GHz....................................- 72 Obrázek č. 32: Klientská ODU jednotka CPE-ODU-PRO-Dme-SA od Alvarionu ........- 72 Obrázek č. 33: Simulace oblasti pokrytí v případě pouţití 120° sektorových antén .......- 74 -

- 81 -

Seznam použitých odborných termínů a zkratek

3DES (Triple Data Encryption Standard)

symetrický šifrovací algoritmus

DFS (Dynamic Frequecy Selection)

automatická volba volného kanálu

TCP (Transmit Power Control)

automatická volba vysílaného kanálu

ETSI (European Telecommunications

Evropský institut

Standards Institute)

pro normalizaci v telekomunikacích

EvDO (Evolution Data Optimised)

standard pro bezdrátový přenos dat v 3G sítích

FDD (Frequency-Division Duplex)

frekvenční modulace

TDD (Time Division Duplex)

časová modulace

HSDPA (High-Speed Downlink Packet

standard umoţňující rychlejší stahování

Access)

dat v 3G resp. 3,5G sítích

LOS (Line of Sight)

nepřerušená pomyslná přímka mezi bodem A a B

MAC (Media Access Control)

unikátní identifikátor síťového zařízení

OFDM (Orthogonal Frequency Division

modulace dat vyuţívající více subkanálů

Multiplexing)

k přenosu dat.

QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

modulační technika pro přenos dat na dvojici vzájemně posunutých nosných

TDMA (Time-Division Multiple Access)

komunikační schéma zaloţené na vícenásobném přístupu pomocí časového dělení

FDMA (Frequency Division Multiple Access)

komunikační schéma zaloţené na vícenásobném přístupu pomocí frekvenčního dělení

- 82 -

Přílohy Elektronická podoba této práce je uloţena na CD. Medium je přiloţeno na zadní straně desek této práce.

- 83 -