Vysoká škola ekonomická v Praze Fakulta informatiky a statistiky Katedra informačních technologií
Student
: Vít Petras
Vedoucí bakalářské práce
: Ing. Luboš Pavlíček
Oponent bakalářské práce
: Ing. Miroslav Matuška
TÉMA BAKALÁŘSKÉ PRÁCE
Návrh rozšíření sítě internetového poskytovatele
ROK: 2011
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité prameny a literaturu, ze kterých jsem čerpal.
V Praze dne 29.06.2011
................................ .......................... podpis
Poděkování Rád bych poděkoval panu Ing. Luboši Pavlíčkovi za cenné připomínky a postřehy. Dále bych také rád poděkoval svým rodičům za podporu po celou dobu psaní této práce.
Abstrakt
V dnešní době je velice důležité mít přístup k internetu nejen v zaměstnání, ale i v domácnosti. Ve velkých městech není problém poskytnout připojení velikému procentu populace, avšak na menších městech a obcích může být s pokrytím vysokorychlostním internetem problém. Metalické vedení je drahé, optické ještě dražší. Zde se otvírá šance pro poskytovatele bezdrátového internetu, kteří nejsou svazováni budováním drahé infrastruktury, ale jen tvarem terénu. Jedním z těchto poskytovatelů je i Družstvo Eurosignal, který vyplňuje volné místo na trhu v oblasti Praha – západ a v okolí Mníšku pod Brdy. Cílem práce je provést analýzu současného stavu sítě, poukázat na možnosti rozšíření stávající sítě a navrhnout nejvhodnější varianty technického provedení takového rozšíření v závislosti na ceně a počtu nových potenciálních klientů na konkrétní vybrané lokalitě.
Abstract Nowadays it is very important to have access to internet not only at work but also at home. In large cities there is no problem to provide access to a great percentage of the population but in smaller towns and villages there can be a problem with high speed internet coverage. Metallic routes is expensive, the optical one even more. Here comes the chance for wireless internet providers who are not bound by building expensive infrastructure but by relief only. One of these providers is druzstvo Eurosignal that fills the free space in the Prague-West area and Mnisek pod Brdy´s surroundings. The aim of the bachelor thesis is to analyze the current state of the network, to point to the posibility of extending the existing network and to propose the best solutions of technical implementation of such extention depending on price and new potential clients number in a specific area.
Obsah 1.
2.
3.
Úvod ................................................................................................................................................. 1 1.1.
Cíle práce ............................................................................................................................... 1
1.2.
Členění práce........................................................................................................................ 1
Bezdrátové sítě ............................................................................................................................ 2 2.1.
Popis kmitočtových pásem ............................................................................................. 2
2.2.
Bezdrátové sítě IEEE 802.11 .......................................................................................... 3
2.2.1.
802.11b .......................................................................................................................... 3
2.2.2.
802.11g .......................................................................................................................... 4
2.2.3.
802.11a .......................................................................................................................... 4
2.2.4.
802.11n .......................................................................................................................... 4
2.3.
Seznam povolených kanálů ............................................................................................ 4
2.4.
Normy ČTÚ pro vyzařovaný výkon ............................................................................. 5
2.5.
Fresnelova zóna .................................................................................................................. 9
2.6.
Pracovní módy ...................................................................................................................10
2.7.
Zabezpečení ........................................................................................................................11
Síť poskytovatele.......................................................................................................................12 3.1.
Informace o poskytovateli ............................................................................................12
3.2.
Poskytované služby .........................................................................................................12
3.3.
Nabízené tarify ..................................................................................................................13
3.4.
Další služby .........................................................................................................................14
3.5.
Oblast pokrytí ....................................................................................................................15
3.6.
SWOT Analýza ...................................................................................................................17
3.7.
Používané aktivní prvky ................................................................................................18
3.7.1.
Ubiquiti ........................................................................................................................18
3.7.2.
WNC ..............................................................................................................................19
3.7.3.
CC&C .............................................................................................................................20
3.7.4.
Alcoma .........................................................................................................................21
3.7.5.
PC Engines ..................................................................................................................22
3.7.6.
Dlink..............................................................................................................................22
3.8.
Antény...................................................................................................................................23
3.8.1.
Specifikace ..................................................................................................................23
3.8.2.
Používané antény ....................................................................................................24
3.9. 3.10.
Ostatní HW ..........................................................................................................................26 Topologie.........................................................................................................................27
3.10.1. Schéma topologie .....................................................................................................28 3.10.2. Zabezpečení, výběr objektu .................................................................................29 3.11.
Podrobnější analýza ....................................................................................................31
3.11.1. Analýza současného stavu ...................................................................................31 3.11.2. Problematika analýzy lokalit...............................................................................36 3.12. 4.
Analýza tří vzorových obcí .......................................................................................39
Průzkum nové lokality, návrhy řešení ..............................................................................42 4.1.
Kritéria pro rozvoj sítě ...................................................................................................42
4.2.
Výběr obce...........................................................................................................................42
4.3.
Návrh technického řešení .............................................................................................42
4.4.
Návrh spoje .........................................................................................................................44
4.4.1.
Varianta č1. .....................................................................................................................44
4.4.2.
Varianta č.2 .....................................................................................................................47
4.5. 4.5.1. 4.6.
Návrh vysílače ...................................................................................................................52 Varianta č.1 ....................................................................................................................52 Zhodnocení variant řešení ............................................................................................54
5.
Závěr ..............................................................................................................................................56
6.
Zdroje .............................................................................................................................................58 6.1.
Literatura.............................................................................................................................58
6.2.
Internetové zdroje ...........................................................................................................58
7.
terminologický slovník ...........................................................................................................60
8.
Přílohy ...........................................................................................................................................62 8.1.
Výpočet hrubého zisku ze tří obcí..............................................................................62
8.2.
Měření ...................................................................................................................................63
8.2.1.
Spektrální analýza, specifikace Rocket M5 ........................................................63
8.3.
Přehled tarifů .....................................................................................................................64
8.4.
Mapa pokrytí sektory ......................................................................................................65
Obrázek 1 přehled standardů IEEE 802.11 ............................................................................... 3 Obrázek 2 Normy ČTÚ pro vyzářený výkon .............................................................................. 5 Obrázek 3 kalkulace výkonů............................................................................................................ 6 Obrázek 4 útlum prostředí ............................................................................................................... 8 Obrázek 5 Fresnelova zóna .............................................................................................................. 9 Obrázek 6 5G- Tarify.........................................................................................................................14 Obrázek 7 Ceny IP telefonie ...........................................................................................................14 Obrázek 8 mapa sítě poskytovatele ............................................................................................16 Obrázek 9 schéma topologie (výřez)..........................................................................................28 Obrázek 10 schema připojení klienta na vysílač ...................................................................29 Obrázek 11 Rozložení klientů, počet uživatelů VOIP ...........................................................32 Obrázek 12 Rozložení tarifů - 2,4GHz přípojky......................................................................33 Obrázek 13 tarify - 5GHz.................................................................................................................34 Obrázek 14 Rozložení tarifů - 5GHz přípojky .........................................................................35 Obrázek 15 problematika připojení ...........................................................................................37 Obrázek 16 znázornění Fresnelovy zóny v závislosti na tvar terénu ............................43 Obrázek 17 vzorové schéma pro výpočet vyzářeného výkonu .......................................44 Obrázek 18 specifikace vstupní citlivosti - Bullet5...............................................................45 Obrázek 19 výstupy měření ukázkového spoje .....................................................................49 Obrázek 20 schéma zapojení napájení ......................................................................................53 Obrázek 21 celkový odběr vysílače (W) ...................................................................................54 Obrázek 22 Výpočet zisku v analyzovaných lokalitách.......................................................62 Obrázek 23 výstupní výkon a vstupní citlivost Rocket M5 ...............................................63 Obrázek 24 Spektrální analýza pásma 5400 kHz až 5750kHz .........................................63 Obrázek 25 přehled tarifů ..............................................................................................................64 Obrázek 26 navrhované sektory - Libeř ...................................................................................65
1. Úvod
Téma rozvoje sítě internetového poskytovatele je v dnešní době velice aktuální, neboť v odvětví poskytování IT služeb je důležitý neustálý rozvoj. Bez rozšiřování portfolia služeb, jejich zkvalitňovaní nebo zlepšování jejich dostupnosti se může stát, že společnost neudrží krok s konkurencí. Proto si autor práce vybral téma, jehož zpracování může být pro poskytovatele cenným vodítkem při rozhodování zda stávající infrastrukturu rozšířit či nikoliv. 1.1. Cíle práce Cílem práce je navrhnout takové rozšíření stávající infrastruktury poskytovatele, které by umožnilo pokrýt novou, dosud nepokrytou lokalitu kvalitním signálem 5GHz a tím přilákat nové klienty. Výstupem práce bude návrh dvou variant řešení spoje a také samotný návrh vysílače včetně kalkulace nákladů na HW. 1.2. Členění práce
Druhá kapitola je jakýsi úvod do bezdrátových sítí. Jsou zde popsány základní kmitočtová pásma, použité normy, teorie šíření signálu a metody zabezpečení bezdrátových sítí. V třetí kapitole práce autor představí družstvo Eurosignal, nastíní topologii sítě, provede podrobnější rozbor použitého HW a provede analýzu současného stavu nabízených služeb. Pokusí se určit, proč klienti využívají právě takový tarif. Kapitolu zakončí analýzou několika vesnic, na základě které zpracuje novou variantu rozšíření. Ve čtvrté kapitole autor práce nastíní kritéria pro rozšíření sítě, a na vybrané lokalitě předvede možnosti technické realizace pro dvě varianty připojení nové obce. Součástí návrhu variant bude také cenová kalkulace. V páté kapitole autor zhodnotí možné varianty, jejich přínost a odhadne návratnost investice družstva Eurosignal.
2. Bezdrátové sítě
2.1. Popis kmitočtových pásem
Pásma se dělí na licencovaná kmitočtová pásma, a bezlicenční kmitočtová pásma. Používání jednotlivých pásem ošetřuje nařízení Českého telekomunikačního úřadu (dále ČTÚ). Za používání licencovaných kmitočtových pásem se musí platit ČTÚ pravidelný poplatek, avšak potom je zaručeno nezarušení tohoto zakoupeného pásma. Provoz licencovaného pásma je nákladnou záležitostí, a proto zde nehrozí přesycení, jako v případě bezlicenčních pásem. Bezlicenční pásma:
2,4GHz
5GHz
10GHz
Licencovaná pásma:
11GHz
24GHz
Autor se bude nadále věnovat pouze bezlicenčním pásmům 2,4GHz a 5GHz, rozsah práce neumožňuje nastínit problematiku vysokorychlostních spojů v licencovaných pásmech.
2
2.2. Bezdrátové sítě IEEE 802.11
První verze standardu 802.11 vznikla v roce 1997, pro pásmo 2,4 GHz, která ale ponechávala výrobcům značnou možnost diferencovat svoje produkty, a tím ztížit jejich vzájemnou komunikaci. Proto v roce 1999 vznikla norma 802.11b.
Obrázek 1 přehled standardů IEEE 802.11
2.2.1. 802.11b
Při použití tohoto standard je možné dosáhnout maximální rychlosti 11 Mbit/s. Pracuje výhradně v bezlicenčním pásmu 2,4GHz, které je v dnešní době velice zarušené, neboť se jedná o pásmo, které využívá mnoho přístrojů ke svojí činnosti. Např. mikrovlnné trouby nebo zařízení Bluetooth, či bezdrátové telefony.
3
2.2.2. 802.11g
Tento standard přímo nahrazuje starší 802.11b. Na rozdíl od tohoto staršího standardu dosahuje maximální přenosové rychlosti 54 Mbit/s při modulaci OFDM, což je znatelný nárůst v propustnosti při použití stejného kmitočtového pásma 2,4 GHz. Pracovní frekvence se ale může díky zarušeností projevit jako veliká nevýhoda. Dnes se používá převážně v uzavřených prostorách. 2.2.3. 802.11a
Tento standard vznikl stejně jako 802.11b v roce 1999, avšak od něj se liší především pracovním kmitočtovým pásmem. Ten je 5 GHz, a proto je zpětně nekompatibilní se standardy b/g. Hlavní výhodou je nižší zarušenost, což ale v poslední době přestává platit a i toto pásmo se stává velice přeplněným. Mezi nevýhody patří kratší vlnová délka, což omezuje používání ve vnitřních prostorách. Využívá modulaci OFDM. 2.2.4. 802.11n
Perspektivní standard, který je schopný pracovat jak v pásmu 2,4 GHz, tak v pásmu 5 GHz, záleží však na použité anténě/anténách.Zvýšení rychlosti se dosahuje použitím MIMO technologie, která využívá vícero vysílacích a přijímacích antén. Teoreticky je možné dosáhnout až 600 Mbit/s v konfiguraci antén 4x4 MIMO, běžně se však používají antény 2x2 MIMO, kde je možné dosáhnout až 300Mbit/s. Využívá 40Mhz šířku jednoho kanálu. 2.3. Seznam povolených kanálů
V pásmu 2,4 GHz se jedná o tyto kanály. Jejich použití se řídí generální licencí:
2412, 2417, 2422, 2427, 2432, 2437, 2442, 2447, 2452, 2457, 2462, 2467, 2472 MHz
4
Tyto kanály odpovídají číselnému značení 1-13, přičemž platí, že šířka jednoho kanálu je 20 (až 24) MHz. Je vidět, že se kanály navzájem překrývají, a tím může dojít v praxi k rušení a přeslechům. Nepřekrývající kanály jsou v pásmu 2,4 GHz tři, a to kanál č. 1 (2400-2424 MHz), č. 6 (2425-2449 MHz) a kanál č. 11 (2450-2474 MHz). Z tohoto omezení by se mělo vycházet při návrhu sítě, je-li to alespoň trochu možné. [zdroj 1] Celkově je však definováno 39 kanálů, které jsou ale nepoužívané, nebo se používat nesmějí. V pásmu 5 GHz je celkem definováno 237 kanálů s šířkou 20 (40) MHz, z nichž je povolena dle generální licence jen část. Jedná se o tyto kanály:
5500, 5520, 5540, 5560, 5580, 5600, 5620, 5640, 5680, 5700, 5720 MHz
Tyto kanály jsou značeny počínaje číslem 100 a konče číslem 140, s krokováním po 4. Všechny tyto kanály jsou nepřekrývající se, tudíž jejich nasazením se neriskuje rušení.
2.4. Normy ČTÚ pro vyzařovaný výkon
Český telekomunikační úřad (dále ČTÚ) omezuje vysílací výkon vyzářený vysílací i přijímací soustavou. Soustavou se myslí vysílací router, kabeláž, bleskojistky, konektory a antény. Tento výkon nesmí přesáhnout hodnoty uvedené v následující tabulce:
Obrázek 2 Normy ČTÚ pro vyzářený výkon
5
Tyto výkony jsou ustanoveny v dokumentu Generální licence GL-30/2000
Výpočty vyzářeného výkonu Výpočet těchto výkonů je možné provést pomocí kalkulátoru. Příklad výpočtu výkonu při použití antén ElboxRF TA PAN-13 PRO se ziskem 13dBi pro PtP spoj: Na každé straně se počítá se shodným HW v podobě routeru Airca8-PRO s výstupním výkonem nastaveným na 17dBi a citlivostí 88dBi. Pro výpočet byl použit 4metrový kabel s útlumem do 3dBi, bez bleskojistky. Vzdálenost autor nastavil na 1500m při ideální Fresnelově zóně, tudíž bez zarušení způsobeného objektem v trase. Při tomto hypotetickém výpočtu abstrahujeme také od rušení od jiných wifi spojů v oblasti a od externích vlivů, jako je například počasí. Výsledný výpočet na přiloženém obrázku.
Obrázek 3 kalkulace výkonů
6
Výpočet je založen na rovnici výkonové bilance radiokomunikačního řetězce, která zní takto:
Pr = Pt + Gt + Gr - Lo - Lt - Lr - Re z
Pt – výstupní výkon WiFi karty; [dBm] Pr – vstupní citlivost; [dBm] Lo – ztráty vlivem šíření volným prostorem; [dB] Lt – ztráty anténního svodu na vysílací straně; [dB] Lr - ztráty anténního svodu na přijímací straně; [dB] Gt – zisk vysílací antény; [dBi] Gr – zisk přijímací antény; [dBi] Rez – rezerva; [dB] Pro výpočet útlumu prostředí je zaveden vzorec:
7
Následující tabulka určuje útlum prostředí při frekvenci 5,4GHz až pro vzdálenosti do dvou kilometrů. Ze vzorce je patrné, že s frekvencí útlum prostředí narůstá.
Obrázek 4 útlum prostředí
Přijímaná úroveň v dBm musí být vyšší než je citlivost přijímacího zařízení. Tuto citlivost zveřejňuje výrobce, a jen při jejím dodržení lze dosáhnout kvalitního spoje. Při zvýšení přenosové rychlosti vstupní citlivost klesá, stejně jako výstupní výkon.
8
2.5. Fresnelova zóna
Pro zachování kvality signálu je u bezdrátových spojů důležité dodržet tzv. Fresnelovu zónu šíření, která nám v závislosti na vzdálenosti mezi propojovanými body a délce vlny (použité frekvenci) určí, jak velkou nezarušenou zónu musíme pro spoj zajistit. Tato zóna má tvar rotačního elipsoidu. Tato zóna by neměla být
Obrázek 5 Fresnelova zóna
narušena žádnými překážkami, jako je tvar terénu, porost, různé stavby, ale ani případnými projíždějícími auty nebo vedením vysokého napětí. Všechny tyto překážky způsobují rušení, útlumy přenášeného signálu, nežádoucí odrazy, což může vést k degradaci kvality signálu nebo až k výpadku funkčnosti. Běžně se projevuje ztrátovostí paketů mezi dvěma body. Teorie Fresnelovy zóny říká, že 90% přenášené energie je v první Fresnelově zóně. Spoj by se měl navrhovat tak, aby alespoň 60% z první zóny bylo volné. Pro konstrukci bezdrátového spoje je tedy důležité znát tvar terénu a dokázat spočítat potřebný průměr Fresnelovy zóny. Tento výpočet nám mohou zjednodušit kalkulátory. Při výpočtu Fresnelovy zóny vycházíme ze vzorce:
1
2
R značí poloměr Fresnelovy zóny v daném bodě, všechny údaje jsou v metrech. je označení pro vlnovou délku.
9
2.6. Pracovní módy
Při návrhu sítě se musí dbát na správnou topologii, aby nevzniklo zacyklení routování nebo jiný neduh v síti. Pravidlem je, že na straně vysílače jsou všechny zařízení v módu AP (master), případně v módu WDS. Na straně klienta jsou pak zařízení v módu client, nebo bridge.
AP – Access point. Tento mód je označován jako přístupový bod. Veškeré sektory na vysílačích poskytovatele jsou v módu AP. Poskytovatel nepoužívá v síti mód repeater.
WDS – wireless distribution system. Tento mód poskytovatel používá pro PtP (point to point) spoje, jsou vázané MAC adresou zařízení, a spojují routery do stejné podsítě.
Client – tento mód se využívá na straně klienta na přijímacím routeru. Poskytovatel zpravidla uděluje tomuto prvnímu zařízení jedinečnou pevnou IP adresu, kterou má každý klient zapsanou ve smlouvě. Zde také probíhá překlad adres na adresy vnitřní sítě, kterou poskytovatel nastaví dle přání klienta. DHCP server pro přidělování adres do vnitřní sítě běží zpravidla zde. Ostatní zařízení se umisťují do módu bridge.
Bridge spojí dvě sítě, například bezdrátovou a metalickou LAN tak, že se tváří jako jedna síť. Takovéto zařízení pak bývá v síti transparentní.
Router má na starosti překlad IP adres, z jedné sítě, například té poskytovatele na IP adresy jiné sítě, třeba domácí wifi. Toto zajišťuje NAT. Zpravidla zde také běží DHCP server.
10
2.7. Zabezpečení
WEP Jedná se o technologii, která byla implementována již v roce 1999 do standardu IEEE 802.11. Toto zabezpečení používá symetrickou šifru s klíčem 64, nebo 128 bitů. Na základě tohoto klíče se data šifrují proudovou šifrou RC4. Nevýhodou využití WEP šifrování je v dnešní době nízká bezpečnost, která vyplývá
z principu
funkčnosti
šifry.
Útočník,
pakliže
odposlechne
dostatečné množství paketů, může dešifrovat původní klíč a tím získat plný přístup. Proto je tato metoda zabezpečení již na ústupu.
WPA Technologie vznikla roku 2003 jako náhrada za prolomitelné WEP šifrování. Mezi nejběžnější variantu patří PSK (pre-shared key), kdy všechny stanice používají předem dohodnutý klíč s rozsahem 8 až 64 ASCII znaků. Pro firemní využití pak nabízí autentizaci 802.1x.
WPA2 Vychází z WPA, ale přidává další bezpečnostní protokol, který funguje na bázi 256bit AES šifrování a jedná se tak o nejbezpečnější variantu, kterou se dle veřejně dostupných záznamů do dnešní doby nepodařilo prolomit.
11
3. Síť poskytovatele 3.1. Informace o poskytovateli
Družstvo EUROSIGNAL (dále poskytovatel) bylo založeno v roce 2001, zabývá se poskytováním bezdrátového připojení k síti Internet v mnoha lokalitách v okolí Prahy a Berouna, Dobříše a Mníšku pod Brdy a ADSL připojením po celém území ČR, zákaznickým servisem v oblasti výpočetní techniky. V současné době má firma uzavřeno téměř 4000 smluv s klienty, ať už s firemními, či soukromými. Sídlí v Praze, ačkoliv většinu služeb poskytuje v okolí Mníšku pod Brdy a Berouna.
3.2. Poskytované služby
Družstvo Eurosignal se zaměřuje převážně na datové služby, jako je připojení k internetu rozličnými technologiemi. Mezi používané technologie pro koncového zákazníka se řadí wifi v bezlicenčním pásmu 5Ghz, kde má poskytovatel uzavřeno nejvíce smluv, následuje wifi v bezlicenčním pásmu 2,4Ghz, které se používalo pro přípojky s rychlostí do 4Mbit/s, ale jde již o přežitou technologii a klientům se již nenabízí, ačkoliv mnoho klientů tuto technologii připojení stále využívá. Mezi další možnosti připojení patří ve vybraných lokalitách připojení optickým vláknem. Týká se ale většinou novostaveb, jelikož se zde projeví jisté fixní náklady spojené s výstavbou infrastruktury. Další variantou je připojení pomocí xDSL přípojky, které je k dispozici všude tam, kde je zavedeno metalické telefonní vedení.
12
3.3. Nabízené tarify
Poskytovatel nabízí množství tarifů, rozdělených do kategorií dle použité technologie:
5 GHz o Symetrické linky
Symetrické linky se vyznačují stejnou rychlostí odchozích i příchozích dat, což je vhodné zejména pro náročnější uživatele či pro firemní klientelu. Poskytovatel uvedené rychlosti garantuje. Uplatněná agregace je 1:2. Poskytovatel neuplatňuje žádné datové limity.
o Asymetrické linky
Tyto linky poskytují běžný komfort uživateli. Na výběr je od základních rychlostí, až po velice rychlé tarify. Agregace na těchto linkách dosahuje poměru 1:6. Nezvyklé je, že poskytovatel uvedené rychlosti také garantuje.
2,4 GHz o Symetrické linky
V pásmu 2,4 GHz poskytovatel také nabízí symetrické tarify, avšak z finančního pohledu se již jedná o nezajímavé tarify, které byly vytlačeny technologií 5 GHz. Maximální rychlost takovéto přípojky je 4 Mbit/s. Agregace 1:2. Poskytovatel tuto rychlost garantuje.
o Asymetrické linky
Asymetrické linky poskytují rychlost až do 3 Mbit/s, při odchozí rychlosti 1 Mbit/s. Cenově jsou tyto tarify stejně nezajímavé jako symetrické varianty.
13
Z tohoto popisu a z obrázku č.14 měsíčních cen vyplývá, že se nevyplatí investovat do připojení na bázi technologie 2,4 GHz, ale raději využít služeb 5 GHz technologie. Připojení pomoci technologie 2,4 GHz lze tedy jen doporučit v oblastech, kde není z nějakého důvodu pokrytí signálem 5 GHz.
Obrázek 6 5G- Tarify
3.4. Další služby
Na všech zmiňovaných přípojkách je možné provozovat IP telefonii, která je vhodným rozšířením k poskytovaným datovým službám. IP telefonie dovoluje přenášet hlas pomocí IP protokolu. Ceny hovorného jsou nižší ve srovnání s klasickými telefonními operátory. Telefonní číslo je převoditelné. To znamená, že si klient může nechat převést stávající telefonní číslo, které má například na vizitkách, k jinému operátorovi. V současnosti využívá VOIP služeb okolo šesti
Obrázek 7 Ceny IP telefonie
procent zákazníků společnosti.
14
3.5. Oblast pokrytí
Seznam lokalit pokrytých signálem wifi (2,4, 5, 10Ghz) na území Praha - Západ: Bratřínov, Bojanovice, Bojov, Černolice, Čisovice, Davle, Dobříč, Dolní Břežany, Dolní Břežany-Lhota, Dolní Jirčany, Drahelčice, Hostivice, Hradištko, Hvozdnice, Choteč, Chýnice, Jinočany, Jílové u Prahy, Jílové u Prahy - Studené, Jíloviště, Klínec, Kosoř, Kozolupy, Kuchařík, Kytín, Líšnice, Masečín, Mezouň, Měchenice, Mníšek pod Brdy, Mořina, Nučice, Ohrobec, Okrouhlo, Oleško, Ořech, Petrov, PetrovChlomek, Petrov-Bohuliby, Pikovice, Psáry, Ptice, Radlík, Rudná u Prahy, Rymaně, Řitka, Senešnice, Sloup, Stříbrná Lhota, Štěchovice, Tachlovice, Trnová, Třebotov, Vrané nad Vltavou, Zahořany, Zbuzany, Zvole.Seznam lokalit připojený metalickým nebo optickým vedením na území Praha - Západ: Drahelčice (lokalita Slunečná), Hostivice (Bytové družstvo Cihlářka), Mníšek pod Brdy (ulice 5.května, 9.května, Jana Šťastného, Ke školce, Lhotecká, Nová, Rymáňská, Pražská), Řitka (Ke Stráni, Pod Pražskou, Varadov) Poskytovatel také nabízí připojení v okrese Beroun, kde pokrývá na třicet vesnic svým wifi připojením: Beroun, Beroun-Zahořany, Beroun-Zdejcina, Bezdědice, Běštín, Bítov, Borek, Bubovice, Bykoš, Cerhovice, Černín, Drozdov, Hořovice, Hostomice, Hýskov, Chodouň, Knížkovice, Koněprusy, Králův Dvůr, Křižatky, Kuchař, Levín, Lhotka, Lštěň, Lounín, Malé Přílepy, Malý Chlumec, Málkov, Mořina, Neumětely, Nižbor, Osek, Otročiněves, Počaply, Popovice, Radouš, Skřípel, Strádonice, Suchomasty, Tetín, Tmaň, Trněný Újezd, Újezd u Cerhovic, Velký Chlumec, Vysoký Újezd, Záluží, Zdice, Želkovice, Žloukovice a také nabízí své služby v okrese Příbram, kde pokrývá okolo dvaceti vesnic: Čím, Chotilsko, Chouzavá, Chramiště, Křížov, Korkyně, Kozí Hory, Mokrovraty, Nová Ves pod Pleší, Nové Dvory, Nový Knín, Sudovice, Porostliny, Pouště, Velká a Malá Hraštice, Velká a Malá Lečice, Voznice, Záborná Lhota
15
Celkový počet připojených lokalit přesahuje počet 130 vesnic a měst.
Obrázek 8 mapa sítě poskytovatele
16
3.6. SWOT Analýza
Silné stránky o Již vybudovaná kvalitní infrastruktura o Dobrá pověst v oblasti o Široká nabídka kvalitních služeb o Kvalitně zpracovaná reklama v obcích
Slabé stránky o Technická podpora o Náchylnost infrastruktury na počasí o Mnoho vysílačů pouze na pronajatém objektu
Příležitosti o Možnosti expanze sítě o Možnost rozvoje optické sítě u novostaveb o Monopolní postavení na trhu u pokrytí odlehlejších lokalit
Hrozby o Změna legislativy o Výpověď smluv na vysílače o Konkurence ve větších městech
Z těchto bodů vyplývá, že poskytovatel má konkurenční výhodu v již dobře vybudované fungující infrastruktuře sítě. Ačkoliv bariéry vstupu do odvětví pro nové poskytovatele nejsou veliké, konkurence nepřibývá, a to zvláště v menších obcích, kde poskytovatel má téměř monopolní postavení na poskytování služeb. Na druhou stranu ve větších obcích musí poskytovatel čelit konkurenci v podobě poskytovatelů připojení pomocí xDSL technologie.
17
3.7. Používané aktivní prvky
Poskytovatel využívá služeb vícero dodavatelů HW, z nichž nejvýznamnější je společnost i4wifi.cz [3]. Cílem autora práce není popsat veškerý HW používaný v síti poskytovatele, jako je například serverové zázemí, technologie optických spojů, či HW použitý pro placené licenční pásmo, ale jen HW, který může být reálně nasazen na páteřní spoje sítě nižší priority a vytížení.
3.7.1. Ubiquiti
Seznam HW Ubiquity :
Nanostation
Nanostation M5
NanoBridge
Bullet M5
Nanostation LOCO
ROCKET M5
Pro připojování cílových bodů, klientů, se v dnešní době převážně používá hardware od společnosti Ubiquiti, v jehož nabídce nalezneme rozmanitý hardware pro externí použití. Tento výrobce nabízí kvalitní routery s integrovanou anténou, která dovoluje přepínání mezi horizontální a vertikální polarizací, bez nutnosti změny montáže, což se ukázalo jako velice výhodné v praxi. Tyto routery výrobce nabízí v několika variantách v závislosti na zisku antény. Od nejslabších 8dBi antén přes typicky nejpoužívanější 13 a 14 dBi antény až po 18dBi modely. Dále však výrobce nabízí Routery bez vnitřních antén, avšak s výstupem buď RSMA nebo N-MALE koncovkou pro přímé připojení antény. Tyto jednotky se používají tam, kde přestávají stačit svým výkonem modely s vnitřní anténou. Jedná se o aplikace na vysílače, kde použití těchto routerů dává poskytovateli možnost v kombinaci
s vhodně
zvolenou
anténou
dosáhnout
přesného
rozdělení
jednotlivých sektorů vysílání, nebo naopak všesměrovosti pro pokrytí širokého 18
území. Samozřejmě se tyto routery využívají také na straně klienta, kde umožňují dosažení vyšších vysílacích výkonů, při skloubení s vhodnou směrovou anténou, například WA22-5xP 22 dBi dosáhneme směrovosti 10° v horizontálním i vertikálním směru a při zisku 22 dBi. Dále v nabídce výrobce nalezneme routery s připojením RSMA pro dvoupolarizační MIMO antény, které při jejich použití představují výrazný rychlostní skok, a to až k teoretickým 600Mbit/s . V praxi je tato rychlost nedosažitelná, avšak rychlostní posun oproti 5GHz 802.11a je znatelný. Napájení aktivních prvků společnosti Ubiquiti je řešeno pomocí POE. POE extraktor obsahují všechny routery, do routeru je pak zapojen pouze jediný kabel s koncovkou RJ45. Aktivní injektor výrobce dodává ve dvou variantách, a to s výstupem 15V 0,8A které je použitelné do vzdálenosti 45m, nebo 24V 1A s použitelností do 75m. Díky nativní podpoře POE extraktoru všech zařízení od společnosti Ubiquiti je usnadněna instalace takového zařízení na objekt klienta, neboť instalační technik není omezen dostupností elektrické sítě 230V, ale dostačuje, když na místo montáže dopraví pouze UTP kabel, který může být vyvedený například na půdu objektu (při instalaci routeru na anténní stožár) kde bude zapojen POE injektor do elektrické sítě. Odtud už může být síť dále vedena strukturovanou kabeláží nebo jinými metodami, dle dispozic objektu a přání klienta.
3.7.2. WNC Routery společnosti WNC byly používány v síti poskytovatele v době před nasazováním produktů od společnosti Ubiquiti, kvůli své ceně, kvalitě, a možnosti nahrát vlastní firmware a tím pozměnit funkcionalitu zařízení. Seznam HW WNC:
AirCA8-PRO
CM9
19
AirCA8-PRO Od této společnosti poskytovatel využívá služeb routeru AirCA8-PRO (odkaz), který je vhodný pro aplikace u klienta, v módu client, ale také najde uplatnění na vysílačích, a to buďto v módu AP (accesspoint) nebo v módu WDS,WISP,nebo jako bridge. Nevýhodou modelu AirCA8-PRO je pouze indoorové provedení, takže aplikace na vysílačích je omezena nutností schovat jednotku do vodotěsné krabice, či rovnou do racku. Router disponuje konektorem RSMA pro připojení antény pomocí VF pigtail kabelu, a to v délkách od 1 metru do 10 metrů. Delší pigtail poskytovatel v praxi nepoužívá kvůli útlumu na vedení, který se u běžně dostupné kabeláže pohybuje okolo 0,5 dB na 1m při frekvenci 5,8ghz [4]. Mezi výhody se pak řadí přítomnost 3 ethernetových portů, které ušetří náklady na pořízení dalšího síťového prvku v podobě switche. Napájení routeru AirCA8-PRO je řešeno na rozdíl od Ubiquiti klasickým napájecím adaptérem 5V 2A, který se ale v praxi schová s routerem do racku. Tento router nepřináší nativní podporu POE splitteru, tuto absenci však může vykompenzovat použití externího POE, a to už jak v pasivní variantě pro krátké vzdálenosti v řádech metrů, tak i ve variantě aktivního POE splitteru/injektoru, které je použitelné do teoretické vzdálenosti 100m. CM9 Poskytovatel nadále využívá bezdrátové miniPCI karty CM9 s chipsetem Atheros AR5213, které se používají v zařízeních typu WRAP a ALIX. Jedná se o kartu podporující standardy 802.11a/b/g
při přenosové rychlosti do 54Mbit/s.
podporuje řízení výkonu až do 18 dBm. Karta podporuje módy AP, klient, Ad-HOC.
3.7.3. CC&C Routery společnosti CC&C patří k nejpoužívanějším zařízením v bezlicenčním pásmu 2,4GHz. Obliba routerů společnosti CC&C u poskytovatele se dá vysvětlit cenou, kvalitou a možnostmi nastavení, kterými routery CC&C disponují.
20
WA-2204A Router WA-2204A je vybavený celkem 4 LAN porty a jedním portem WAN, který využitý v závislosti na konfiguraci, může však také sloužit jako pátý LANový port. WA-2204A navíc obsahuje POE splitter, a to jak na prvním LAN portu, tak i na WAN portu. Není proto problém zařízení napájet pouze po UTP kabelu, a to do vzdálenosti okolo 40 metrů, v závislosti na použitém POE. Zařízení WA-2204A však nedisponuje outdoorovou úpravou stejně jako routery od WNC a je tedy odkázáno na použití ve vnitřních prostorách, nebo ve vodotěsných outdoor montážních BOXEch či v racku, a pro připojení antény se používá VF PIGTAIL kabel v délkách do 10 metrů, na straně routeru s konektorem RSMA. Jako anténa se pro nenáročné aplikace využívá PAN10 nebo PAN14 se ziskem do 14ti dB. Zařízení podporuje všechny módy, které poskytovatel využívá, tedy AP, Client, WDS, WISP , Bridge, Router.
Zařízení poskytovatel využívá na starších vysílačích v módu AP pro sektory v pásmu 2,4GHz, kde stále mnoho nenáročných klientů využívá služeb této dnes již překonané technologie.
Na straně klienta se zařízení používá v módu klient,
v kombinaci s externí anténou, a pravidly montáže shodnými s routery společnosti WNC. Kde ale tyto routery stále najdou aktuální uplatnění je v aplikacích domácích wifi sítí, kde mohou být ústředním bodem sítě, díky 4 LAN portům s možností překladu adres.
3.7.4. Alcoma „Ryze česká společnost ALCOMA spol. s.r.o. byla založena v roce 1993 skupinou inženýrů s více jak 25 lety praxe. Patříme mezi přední tuzemské výrobce radioreléových spojů, nabízíme řešení pro armádu, státní sektor, velké i malé operátory a ISP všech velikostí. Naše zákazníky naleznete po celém světě. Od roku 2008 sídlíme ve vlastní, nově postavené industriální budově na Praze 10, kde je i náš výrobní závod.“[5] 21
Poskytovatel využívá spojů společnosti Alcoma na důležitých vytížených páteřních trasách. Pomocí těchto zařízení je poskytovatel schopen realizovat spoje s rychlostí od 32Mbit/s do 160MBit/s v bezlicenčním pásmu 10GHz. V licenčním pásmu 11GHz poskytovatel provozuje dva páteřní spoje, a to o rychlostech 155Mbit/s a 300Mbit/s, z nichž ten pomalejší je pouze využíván, ale vlastníkem je partnerská síť. V pásmu 24GHz provozuje poskytovatel jediný spoj o maximální rychlosti 296Mbit/s. Těmto spojům se autor práce nebude věnovat do podrobnější úrovně, neboť není cílem práce poskytnout ucelený přehled o fungování sítě poskytovatele, zvláště o fungování spojů v licenčních pásmech.
3.7.5. PC Engines Alix Společnost PC Engines vyrábí zařízení Alix, které je dostupné v mnoha variantách, rozlišených svoji výbavou. Poskytovatel používá převážně alix2d2. V podstatě se jedná o počítače ne jediné DPS, která obsahuje procesor AMD Geode LX800 500MHz, 128MB RAM DDR, podporuje karty CF (compactflash) pro nahrání řídícího software, disponuje dvěma LAN porty, a dvěma miniPCI sloty, pro připojení bezdrátových síťových karet [6]. Tyto stroje najdou využití na vysílačích, kde najde využití jejich vysoká konfigurovatelnost.
3.7.6. Dlink „Společnost D-Link, která byla založena před 20ti lety v roce 1986, je největším výrobcem sítových produktu mimo území USA. Společnost dosáhla pozice jednoho z předních dodavatelů sítových broadbandových digitálních prvku pro hlasovou a datovou komunikaci a řešení pro digitální domácnosti, malé a střední podniky či velké společnosti.“ [7]
22
Poskytovatel využívá služeb řiditelných přepínačů (managed switch) většinou o kapacitě 24 portů. Tyto switche najdou uplatnění v aplikacích silného síťového provozu na důležitých trasách, na vysílačích vyšší priority a zatížení, nebo v serverových místnostech. Některé modely podporují VLAN připojení pro vytvoření virtuálních okruhů.
3.8. Antény 3.8.1. Specifikace Volba antény je velice důležitým procesem při návrhu a realizaci nového bezdrátového spoje, neboť je zde mnoho faktorů, které musíme vzít v potaz. Parametrů antén je hned několik. Antény se primárně dělí podle frekvenčního pásma, ve kterém jsou schopny podávat udávaný zisk. Základní pásma jsou 2,42,5Ghz označovaného jako 2,4Ghz pásmo, dále 5,1-5,9GHz, které je označované jako pětigigahertzové pásmo. Pro pásma 10GHz a vyšší již dodavatelé jednotek dodávají i svoje vlastní specializované antény. Rozmezí pásem je dáno použitými kanály. Mezi základní rozlišovací parametry bezpochyby patří směrovost antény. Ty se rozlišují trojího typu:
všesměrové antény – vysílají do všech stran, tzn. pokryjí úhel 360°. Běžně se dodávají ke všem Wi-Fi výrobkům. Například přístupový bod připojuje klienty ze všech směrů nebo síť ad-hoc propojuje vzájemně počítače po celém bytě ze všech směrů. o Poskytovatel nepoužívá všesměrové antény v síti.
sektorové antény – pokryjí jen určitý úhel od 30° do 180°. Jejich použití je vhodné tam, kde stačí pokrýt jen omezené území – například do rohu místnosti postačí anténa s 90° pokrytím. Můžete též s jejich pomocí zamezit šíření signálu (a potažmo možnosti přístupu do sítě) mimo žádané území. o ElboxRF TA PAN-13 PRO o WAVEANT: SPA16V o Několik méně využívaných typů
23
směrové antény – slouží k propojení dvou bodů na delší vzdálenosti, jelikož září jen do jednoho bodu. Používají se dva typy: parabolické, které mají drátěné síto a ozařovač uprostřed, a tzv. antény Yagi. [2] Autor by doplnil, že parabolické antény se v současném trendu nedělají jen v podobě drátěného síta, ale také ve variantě plného reflektoru. o ElboxRF TA PAN-19 PRO o ElboxRF TA PAN-13 PRO o WAVEANT: 22 dBi parabolická
Směrovost antény tedy přímo předurčuje jednotlivé modely pro různé aplikace. Důležitý parametr při výběru je také zisk antény, který se udává v dBi. Nejmenší všesměrové antény dodávané k routerům mají udávaný zisk 2 dBi, které svým výkonem, ale i vyzařovacím úhlem nejsou vhodné pro nic jiného, než pro aplikace domácí wifi. Ubiquity instaluje do svých routerů anténu se ziskem 13dBi v případě modelu nanostation LOCO a 14dBi v případě modelu nanostation5. Nanostation M5 integruje 2x 13dBi antény MIMO. Klientské panelové antény obvykle dosahují zisku 13dBi u modelu ElboxRF 13 a 19dBi v případě modelu ElboxRF 19. V případě parabolických antén je možné dosáhnout vyšších zisků, např 22dBi pro model WA22 5xP o průměru 30 cm, nebo až 29 dBi při použití antény WA29 5xP o průměru 60cm.
3.8.2. Používané antény V pásmu 2,4GHz poskytovatel využívá antény typu PAN 10 a PAN 14, české společnosti Jirous se ziskem 10, nebo 14 dBi, a vyzařovacím úhlem 60° v horizontální i vertikální rovině, v případě výkonnější PAN14 je to 60° v horizontální rovině a 23° ve vertikální. V obojím případě se jedná o 50 ohmové antény s N/female konektorem. Jejich použití dle výrobce odpovídá klientské anténě pro spoje do 500m, případně do 1 kilometru, ale poskytovatel je využívá i na svých vysílačích, protože někteří klienti stále využívají služeb poskytovaných v pásmu 2,4Ghz. Pro klienty v odlehlejších lokalitách se používalo síto se ziskem 24dBi.
24
V pásmu 5GHz poskytovatel využívá služeb integrovaných antén které jsou součástí některých zařízení od společnosti Ubiquiti. Produkt Nanostation5 obsahuje 14 dBi adaptabilní anténu, s vyzařovacím úhlem 55°H/18°V. Poskytovatel je využívá na klientské straně. Nanostation M5 obsahuje dvě 16 dBi antény typu MIMO, s vyzařovacím úhlem 43°H/41°V. Poskytovatel je využívá na klientské straně. Nanobridge využívá parabolickou vysoce směrovou anténu se ziskem 22 dBi v konfiguraci dvou antén MIMO. Vyzařovací úhel dosahuje skvělých 8° v horizontálním i vertikálním směru. Vhodné pro delší spoje, nejlépe typu PtP (Point to point), či na straně klienta. Pro malý vyzařovací úhel se nepoužívá jako sektorová anténa ElboxRF TA PAN-13 PRO je klientská panelová anténa o impedanci 50 ohmů s vyzařovacím úhlem 35° V/H a se ziskem 13 dBi pro pásmo 5GHz. K dispozici je také ve variantě PAN14 se ziskem 14 dBi pro použití v pásmu 2,4 GHz. Disponuje konektorem N/female. V praxi se používá na straně klienta v kombinaci se starším zařízením AirCA8-Pro,nebo s ubiquiti bullet, nebo jako malá sektorová anténa pro menší vzdálenosti. ElboxRF TA PAN-19 PRO je obdobou slabší ElboxRF TA PAN-13 PRO. Tato panelová anténa se vyznačuje většími rozměry a užšími vyzařovacími úhly, které jsou 20° v obou rovinách. Impedance 50 ohmů, a klasický N/female konektor Využití nalezne v klientských aplikacích, kde je využívána pro svoji směrovost a to až do vzdálenosti 1,5 km. Vhodná také na kratší point to point spoje. WAVEANT: SPA16V patří mezi hojně používané sektorové antény. Jedná se o anténu se ziskem 15 dBi, a vyzařovacím úhlem 90° v horizontální rovině, a v 12° ve vertikální. Pro malý vyzařovací úhel ve vertikální rovině se nehodí pro oblasti s vysokou terénní nerovností.
25
WAVEANT: 22 dBi parabolická anténa najde využití v PtP aplikacích, díky svému vysokému zisku 22 dBi a vyzařovacímu úhlu pouhých 8°. Parabola má průměr 30 cm. Tyto parabolické antény se vyrábějí i v silnějších a větších variantách, ale od této se liší jen průměrem a ziskem, takže se o nich autor nebude rozepisovat. Jejich nasazení vždy záleží na konkrétních podmínkách. Další z variant této antény je pak také model MIMO, který se používá pro spoje využívajícího standardu 802.11n.
3.9. Ostatní HW
Mezi ostatní HW se řadí napájecí kaskády, UPS záložní zdroje, uzamykatelné boxy pro HW, vodotěsné externí boxy, switche apod.
26
3.10.
Topologie
Infrastruktura sítě má podobu spojených hvězdicových sítí, s redundantními záložními trasami mezi důležitými prvky sítě. Pro ilustraci obrázek č. 9 ukazuje topologii sítě poskytovatele, názvy byly dle pokynů poskytovatele změněny, aby nedošlo k narušení bezpečnosti.
Spoje 24GHz o Poskytovatel využívá služeb jednoho spoje v tomto kmitočtovém pásmu. Jedná se o páteřní spoj s rychlostí až 296 Mbit/s.
Spoje 11GHz o V tomto pásmu poskytovatel využívá dva páteřní spoje, oba s celkovou vzdáleností přes 25 km, s přenosovou rychlostí 300 Mbit/s, v druhém případě 155 Mbit/s
Spoje 10GHz o Nelicencované pásmo poskytovatel hojně využívá pro důležité páteřní spoje s maximální rychlostí 80 Mbit/s. těchto spojů je v současné době v síti poskytovatele v provozu dvacet.
Spoje 5GHz o Spoje v tomto pásmu jsou využívány na nepáteřních trasách, slouží pro propojení vysílačů, nebo jako sektory pro připojení klientů.
Spoje 2,4GHz o Toto pásmo nalezne využití pouze pro aplikace vysílacích sektorů pro klienty.
27
3.10.1.
Schéma topologie
Obrázek 9 schéma topologie (výřez)
Na výřezu schématu topologie (obrázek č. 9) jsou zeleně vyznačeny vysílače poskytovatele, spoje mezi nimi mají potom barvu podle typu použitého spoje. Fialově jsou značeny páteřní trasy v pásmu 11 GHz, tyrkysově potom spoje v pásmu 10 GHz, velikost čáry přitom značí přenosovou rychlost. Černou barvou jsou vyznačeny spoje v pásmu 5 GHz a to jak spoje v módu IEEE 802.11a, tak i spoje v módu IEEE 802.11n. Červenou barvou jsou vyznačeny trasy optických kabelů.
28
Pohled na topologii koncového bodu na obrázku č.10 vysvětluje typické zapojení klienta do sítě poskytovatele.
Obrázek 10 schema připojení klienta na vysílač
3.10.2.
Zabezpečení, výběr objektu
Problematika zabezpečení bezdrátové sítě poskytovatele je natolik obsáhlá, že není v možnostech autora popsat všechny bezpečnostní prvky, které poskytovatel v síti využívá, proto se autor zaměří pouze na ty zabezpečovací prvky, které přímo ovlivňují problematiku vytvoření nového přípojného bodu. Rozděluje se do fyzického a softwarového zabezpečení. Za fyzické zabezpečení se považuje zamezení přístupu nepovolané osoby tak, aby nedošlo kontaktu s aktivními prvky vysílače, zejména pak s napájecí soustavou. Všechny vysílače jsou proto umístěny v uzamčených objektech s omezeným či hlídaným přístupem. Jedná se buď o soukromé objekty klientů, kteří mají vlastní smlouvu s poskytovatelem, nebo o objekty k tomu přizpůsobené. Např. zemědělská sila, průmyslové haly, ale i kostely, a v neposlední řadě také stožáry vysílačů k tomu určené.
29
Do oblasti SW zabezpečení řadíme použitá šifrování, a jiné metody zamezení přístupu. Poskytovatel využívá na svých přístupových bodech silné WPA a novější WPA2 šifrování, na starších přístupových bodech technologie 2,4Ghz pak používá starší WEP se 128bit klíčem. Poskytovatel vysílá SSID, i když jeho nevysílání by mohlo vést k nárůstu bezpečnosti. Na druhou stranu jde o možnost bezplatné reklamy, neboť každý, kdo skenuje sítě, vidí jméno poskytovatele. Poskytovatel používá pevné IP adresy pro všechny body. To znamená, že každý router v síti má svoji jedinečnou IP adresu pevně danou, a není problém se v rámci vnitřní sitě na něj připojit. DHCP server se využívá pouze za routery, které oddělují síť poskytovatele od sítě klienta. V rámci klientské sítě poskytovatel do nastavení nezasahuje, pouze doporučuje zabezpečení, domácí wifi sítě, ale je na klientovi jaké si zvolí zabezpečení. Klienti nemají přístup k administračním nástrojům svých klientských stanic, ale na vyžádání mohou dostat „guest“ účet. Zkušenější uživatelé mohou zažádat o svůj administrátorský účet se svým heslem do webového rozhraní, z důvodu nastavení VPN sítí, port forwardingu nebo správy firewallu, ale jen v případě že tento účet klientská stanice podporuje.
30
3.11.
Podrobnější analýza
Pro potřeby práce autor zpracoval firemní databázi klientů. Vzhledem k ochraně osobních informací budou případná osobní data pozměněna tak, aby nedošlo k porušení zákona o ochraně osobních informací č. 101/2000 Sb. Zpracovávaná data jsou platná ke dni 10. 6. 2011.
3.11.1.
Analýza současného stavu
Poskytovatel provozuje 339 vysílačů ve více než 130 oblastech. To znamená, že průměrný počet vysílačů na obec je téměř 3. Avšak toto číslo je zkreslené většími obcemi, kde je počet vysílačů větší. Poskytovatel nepřipojuje nikdy více než 10 uživatelů na jeden sektor, snaží se rozdělit zátěž. Analýzou se potvrdilo, že počet uživatelů připojených na sektor toto číslo nepřekračuje. V současné době poskytovatel eviduje 3972 smluv s klienty. Jedná se o internetové smlouvy, smlouvy na VOIP telefonii a smlouvy o umístění vysílače. Z tohoto počtu je po vyloučení smluv o umístění vysílače 3633 smluv, kde uživatelé platí za služby poskytovateli. Procentuelně počet platících klientů dosahuje 91,74%. Osoby, které mají smlouvu o umístění vysílače, jsou peněžně zvýhodněni, dle počtu umístěných zařízení na svém objektu, ale praxe říká, že sleva z tarifu vyrovná tarif samotný. V důsledku pak takovýto klient platí maximálně zlomek ceny měsíčního tarifu, a proto je i jeho smlouva vyloučena ze statistiky platících. Toto číslo nám mimo jiné vypovídá o celkovém počtu přípojných bodů v síti, kterých je tak, alespoň dle registrovaných smluv 328. V tomto čísle jsou zahrnuty všechny přípojné body (dále vysílače) umístěné jak na soukromém objektu klienta, tak i vysílače umístěné na obecním majetku, kupříkladu na obecním úřadě, nebo na strategicky umístěném objektu, kde se ale internet nevyužívá. Příkladem budiž vodojem či obilné silo. Reálný počet vysílačů v síti je 339, stav se neustále mění, nevyužité vysílače mohou být neaktivní, nebo jsou pod jednou smlouvou vysílače dva.
31
100% 108
90% jen 5GHz wifi připojení
247
voip uživatelů
80% 70% 60%
jen 2,4gzh
913
50%
93,98
40% 2376
LAN tarify (zasíťované objekty) nestandartní tarify
smluv celkem (počet klientů)
30% 20% 10% 0% 1
Obrázek 11 Rozložení klientů, počet uživatelů VOIP
Z celkového počtu 3972 smluv využívá služeb VOIP telefonie 239 klientů. Poskytovatel vytváří s klientem pro VOIP služby samostatnou smlouvu, která je nezávislá na té internetové. Proto se může stát, že v databázi má klient více smluv (internetovou, VOIP, o umístění vysílače). Naopak se může stát, že klient odebírá od poskytovatele pouze VOIP služby, a internetovou přípojku odebírá od jiného poskytovatele. Tento systém smluv může mít výhodu v tom, že klient nemusí při zrušení jedné smlouvy, např. na VOIP služby, sepisovat novou smlouvu na stávající internetové připojení a tyto jsou na sobě nezávislé. V procentuelním vyjádření pak VOIP službám připadá 6,02% aktivních smluv.
32
Analýzou se ukázalo, že mezi klienty je stále více než 900 aktivních 2,4GHz přípojek, a to i přes to, že už se na této technologii noví klienti dva roky nepřipojují, naopak má poskytovatel snahu převádět stávající klienty na novější technologii do
jen 2,4Ghz přípojky, četnosti tarifů, celkem 913 W-Maxi 317
3
W-DATA-Maxi
4
W-DATA-Profi
5 31 45
20 21
W-DATA-Standard W-DATA-Optimal W-Profi W-Optimal
301
166
W-DATA-Mini W-Mini W-Standard
Obrázek 12 Rozložení tarifů - 2,4GHz přípojky
5Ghz pásma. Takto vysoké číslo (25,05% platících) by se dalo vysvětlit několika způsoby. Jedním z důvodů proč klienti zůstávají připojeni touto starší technologií je, že jim prostě takto rychlý internet dostačuje (průměrná nominální rychlost dosahuje 0,84Mbit/s). Jedná se o uživatele s nižšími nároky na rychlost, kteří vyžadují stažení pošty,či čtení nenáročných webu. Jako další důvod pro setrvání na technologii 2,4Ghz je cena. Náklady na přestavbu na novější technologii překračují 2,5 tisíce korun, což není každý ochoten investovat. Poslední a nejzávažnější důvod je ten, že v dané lokalitě poskytovatel nemá dostatečné pokrytí signálem 5GHz. Běžná cena nové instalace je dle ceníku na stránkách poskytovatele 2644Kč při využití standardních komponent včetně 10-14dBi antény.
33
U přípojek v pásmu 5Ghz poskytovatel registruje 2376 smluv. Nabízené rychlosti jsou díky použité technologii nesrovnatelně vyšší než jak je tomu u technologie 2,4GHz, avšak cenově srovnatelné. V současné době poskytovatel ani klientům aktivně nenabízí možnost připojení jinou technologií.
Obrázek 13 tarify - 5GHz
Na obrázku jsou vidět nejpoužívanější tarify poskytovatele, mezi jednoznačně nejpopulárnější potom patří 5G-Standard (s podílem 55,68%), který nabízí akcelerovanou rychlost 8 Mbit/s, garantuje příchozí rychlost 4Mbit/s a odchozí rychlost dosahuje 2Mbit/s. Od tohoto tarifu výše poskytovatel umožňuje instalaci v tzv. Akci, kdy celou instalaci provede za 1500Kč. Tato akce se řídí smluvními podmínkami s výpovědní lhůtou 6ti měsíců. Při každé instalaci se podpisem smlouvy stává přijímací soustava (přijímací router, kabeláž, anténa) majetkem klienta.
34
jen 5Ghz přípojky, četnost tarifů, celkem 2376
5G-DATA-Profi 5G-DATA-Mini
11 27
5G-Maxi
29
1323
30 69
5G-DATA-Maxi
99
117 296 375
5G-DATA-Standard 5G-DATA-Optimal 5G-Profi 5G-Mini 5G-Optimal 5G-Standard
Obrázek 14 Rozložení tarifů - 5GHz přípojky
Druhý nejžádanější tarif je 5G-Optimal, který již garantuje příchozí rychlost 8Mbit/s a je tak vhodný pro náročnější uživatele, kteří chtějí stahovat filmy, hudbu, větší objemy dat, či streamovat videa z videoserverů typu youtube.com. příchozí rychlost je stále 2Mbit/s. pro tento tarif také platí nabídka akce. Podíl tohoto tarifu na všech přípojkách 5GHz je 15,78%, což je 375 zákazníků. Třetí nejžádanější tarif je pak 5G-Mini, který nabízí 2Mbit/s garantovanou příchozí rychlost, a stále použitelný 1Mbit/s upload. Tento tarif je obdobou tarifu W-Mini (technologie 2,4GHz). Na rozdíl od něj však dosahuje stále solidní rychlosti, zejména v odchozích rychlostech může směle konkurovat připojení pomocí technologie xDSL, kde je odchozí rychlost maximálně 1Mbit/s (zdroj). Tarif najde využití u nenáročných uživatelů, kteří převážně surfují, stahují poštu, a jsou nenároční na přenesená data. Nevýhodou tohoto tarifu je jeho nezařazení do akční nabídky instalací, kdy klient musí pokrýt veškeré náklady spojené s instalací. Na druhou stranu zde neplatí výpovědní lhůta 6 měsíců jako u připojení v akci, a klient může vypovědět smlouvu hned následující měsíc. Cena kompletní instalace je 3895,- Kč dle platného ceníku včetně 17dBi antény. V případě nutnosti použít jiný typ antény může být doplatek až 900 korun, což dále zvedá náklady klienta. Tuto variantu využívají spíše sezonní klienti, chataři, kteří chtějí službu provozovat jen v letních měsících a na zbytek roku službu pozastaví. Pro ty by byla šestiměsíční 35
výpovědní lhůta zcela nepřijatelná. Tarif W-Mini využívá 296 klientů, což v procentním vyjádření znamená 12,46%. Ostatní tarify na technologii 5GHz nepřekračují hranici 5% podílu, tudíž se jimi autor nebude zabývat. Jedná se většinou o symetrické linky vysoké kvality i s garantovanou odchozí rychlostí, které poptávají nároční klienti, firemní zákazníci, nebo instituce. Podíl všech symetrických tarifů je 9,89%. Od nového roku přibylo v síti 540 klientů. Podíl přípojek v pásmu 2,4 GHz je pouhých 3,6% a toto číslo bude nadále klesat. Při analýze podílu počtu klientů z obyvatel obce autor narazil na překážku, která znemožnila v dostupném čase propočítat přesný počet klientů na vysílač na obec. Této problematice se bude autor věnovat v kapitole 3.11.2.
3.11.2.
Problematika analýzy lokalit
Pro bezdrátové sítě je, díky absenci metalického vedení, typická jistá problematika spojená s topologií a návrhem sítě. Jedná se o krajinný ráz, jinými slovy tvar terénu. Ten je do značné míry určujícím prvkem kam bude možné signál šířit, a kam nikoliv. Základní problematika šíření signálu byla nastíněna v kapitole Fresnelovy zóny, zde přejdeme k věcným postřehům z praxe. Při výběru lokality u nového připojení musíme vycházet již z možností stávající infrastruktury poskytovatele, vzdáleností mezi uvažovanými body a překážkami na trase. Pro trasy mezi vysílači proto volíme takové trasy, na nichž můžeme zajistit volný průhled po celé délce a v dostatečném průřezu dle výpočtu Fresnelovy zóny. Poskytovatel se snaží umísťovat svoje vysílače na strategické objekty, které jsou přímo viditelné ze širokého okolí. Mezi tyto stavby se řadí vodojemy, kostely, stožáry, nebo nejvyšší objekty v připojené lokalitě. Zpravidla se jedná o nejvýše položené domy v dané vsi zvolené tak, aby na ně byl co největší výhled, a tudíž bylo možné později připojit co nejvíce klientů.
36
Protože situace nemůže být nikdy ideální v tom smyslu, že by všechny objekty v dané oblasti bylo možné připojit na jeden vysílač, musí poskytovatel vhodně volit rozmístění dalších vysílačů pro co nejvyšší pokrytí daného území. Zde však naráží na problematiku volných kanálů a jejich vzájemného zarušení. Musí tedy pečlivě navrhnout sektory, které hodlá pokrýt signálem.
Obrázek 15 problematika připojení
Z dané situace pak vyplývá, že ne všechny klienty je možné připojit podle jistého oblastního rozdělení, tak jak vyplývá z obrázku č. 15. Například klienta B3 z obce B není možné připojit na strategicky umístěný vysílač B1 ve středu obce z toho důvodu, že není možné zajistit Fresnelovu zónu mezi klientem a tímto vysílačem z důvodu překážky v trase. Klient ale v tomto případě má možnost využít signál šířený vysílačem z jiné obce. Z obce A vysílač A2 zajistí dostatečnou Fresnelovu zónu pro klienta B3, a pakliže vnitřní nastavení vysílače A2 umožňuje připojení takto vzdálených klientů, poskytovatel připojí klienta na tento sektor. Tato vlastnost odlišuje wifi sítě od metalického vedení tím, že nemohu podle adresy klienta určit, k jakému vysílači přísluší, to lze vysledovat jen podle IP adresy klienta, kterou má nastavenou na své přijímací jednotce. Samozřejmě jsou dostupné seznamy asociovaných klientů na vysílač, ale ty neidentifikují bydliště, pouze IP adresu. Spárování těchto informací by zabralo neúměrně času, neboť informační systém poskytovatele neposkytuje takovou funkcionalitu. Tato 37
vlastnost nám omezuje analýzu sítě, neboť nejsme schopni určit přesný počet klientů připojených ve vesnici. Ukazatel rozvoje sítě je číslo, které určuje poměr klientů vzhledem k typické velikosti obce determinované počtem vysílačů ve stávající síti a rozlohou. Tento ukazatel se ale stal nevhodným, protože takové číslo není možné určit v celém rozsahu sítě. V hypotetické situaci se může stát, že ve obci A malé rozlohy využívá služeb poskytovatele 6 klientů, ale z toho 3 jsou připojeni na vysílač obce B. Obec A má jeden vysílač. Dle ukazatele podle adresy je poměr klientů na vysílač 6, ale ve skutečnosti reálné vytížení vysílače je jen 3. Zde dochází k 100% nadhodnocení výsledků. Naopak obec B střední velikosti disponuje třemi vysílači pro 21 klientů. To je výkon 7 klientů na vysílač. Při připojení 3 dalších klientů se zvýší poměr na 8 klientů na vysílač, dojde tedy k podhodnocení okolo 14%. Tyto výkyvy by naprosto znehodnotily analyzovaná data, proto autor odstoupil od myšlenky celkové analýzy sítě dle ukazatele rozvoje a provedl analýzu pouze na několika vybraných lokalitách.
38
3.12.
Analýza tří vzorových obcí
Pro potřeby práce autor zpracoval analýzu 3 vesnic, ve kterých jsou obyvatelé připojeni právě jen k vysílačům, ke kterým náleží. Jedná se o izolované obce, ve kterých není možnost využití signálu z vysílače z jiné obce. Chýnice:
Počet vysílačů v obci: o 2 Počet instalovaných sektorů: o 12 6 v pásmu 5 GHz 6 v pásmu 2,4 GHz Počet klientů: o 28 21 využívá 5GHz přípojky
Mini -2 Standard-14 Optimal – 3 DATA-Optimal – 2
7 využívá 2,4GHz přípojky
Mini – 1 Standard – 5 DATA-Mini -1
Obec Chýnice disponuje dvěma přípojnými místy, s celkovým počtem 12 sektorů. V této obci připadá na jeden vysílač 14 lidí, a na jeden sektor v průměru 2,33 klienta. Při výpočtu hrubého měsíčního zisku dospěl autor k výsledku 17489Kč měsíčně za poskytnuté služby.
39
Čím:
Počet vysílačů v obci: o 2 Počet instalovaných sektorů: o 9 4 v pásmu 5 GHz 5 v pásmu 2,4 GHz Počet klientů: o 35 26 využívá 5GHz přípojky
Mini – 6 Standard – 16 Optimal – 3 DATA-Standard – 1 9 využívá 2,4GHz přípojky
Mini -3 Standard – 2 DATA-Mini -2 DATA-Standard -2
V obci Čím jsou také dva vysílače, s celkovým počtem devíti sektorů, z čehož pět jich pracuje v pásmu 2,4 GHz. Na jeden sektor připadá 3,88 klienta, na jeden vysílač potom 17,5 klienta v průměru. Při výpočtu hrubého měsíčního zisku autor došel k hodnotě 19 647 Kč.
40
Velká Lečice:
Počet vysílačů v obci: o 2 Počet instalovaných sektorů: o 7 3 v pásmu 5 GHz 4 v pásmu 2,4 GHz Počet klientů: o 23 9 využívá 5GHz přípojky
Mini -1 Standard – 8
14 využívá 2,4GHz přípojky
Mini -8 Standard – 2 DATA-Mini – 2 DATA-Standard -2
V obci Velká Lečice se nachází 2 vysílače poskytovatele, na kterých lehce převažují sektory využívající pásmo 2,4 GHz. V obci je většina klientů připojena pomocí této technologie, jedná se o 14 klientů. Poměr klientů na sektor je v této obci 3,29, při poměru počtu klientů na vysílač je toto číslo 11,5. Celkový hrubý měsíční zisk z této obce dosahuje výše 11853 Kč.
41
4. Průzkum nové lokality, návrhy řešení 4.1. Kritéria pro rozvoj sítě
Vzdálenost by neměla přesahovat 2 km
Nutnost zajištění Fresnelovy zóny
Dostupná dostatečná konektivita v přípojném místě
Zajištění strategického objektu
4.2. Výběr obce
Při výběru plánované lokality pro rozšíření má hlavní slovo poskytovatel, který určuje, do jakých lokalit by chtěl rozšířit svoji síť. Mezi navrhovanými obcemi ale nebyla obec Libeř [8]. Obec leží nedaleko Jílového u Prahy. Autor si tuto oblast vybral z několika důvodů. Jedním je absence kvalitního vysokorychlostního internetu v obci, další z důvodů pak může být možnost realizace kvalitního wifi spoje se vzdáleností okolo 2 km, a v neposlední řadě poskytovatel může zvážit fakta uvedené ve výstupu práce a rozhodnout se pro realizaci projektu.
4.3. Návrh technického řešení
Po analýze obcí může autor pouze předpokládat počet nových zákazníků. Při opatrném odhadu může v jednom roce od realizace nového vysílače poskytovatel očekávat 10 až 15 nových klientů. Z toho 97% při použití technologie 5 GHz. Z toho plyne, že se již nevyplatí stavět samostatné sektory pro využití pásma 2,4 GHz.
Návrh technického řešení se rozděluje do dvou fází. První je návrh a výpočty týkající se trasy mezi propojovanými objekty. V této fázi se zohledňuje Fresnelova zóna, tvar terénu, vhodnost použitých antén, a celkové technické řešení spoje. Z důvodu limitace vyzářeného výkonu navrhnul autor dvě různá technická řešení spoje, jedno dle platných norem pro vyzářené výkony a druhé takové, které by zcela optimálně zajistilo potřebnou rychlost realizovaného spoje. 42
Při návrhu řešení vycházíme z topologie stávající sitě a z terénních možností. Z přípojných možností máme na výběr z obcí Zahořany a Okrouhlo, kde již poskytovatel má vybudované vysílače. V případě Zahořan se jedná o nepraktické řečení, protože z topologie vyplývá, že jde pouze o WDS link z Okrouhla, tudíž by se jednalo o zbytečný hop navíc. Proto jako přípojný bod zvolíme vysílač v Okrouhlu.
Obrázek 16 znázornění Fresnelovy zóny v závislosti na tvar terénu
Okrouhlo navíc disponuje dostatečnou kapacitou, neboť je připojeno pomocí 802.11n spoje. V obci Libeř autor vybral strategicky umístěný objekt se souřadnicemi GPS: Loc: 49°55'11.679"N, 14°28'17.191"E. Dle satelitních map je vzdálenost mezi spojovanými objekty 1575 metrů. Díky této vzdálenosti vypočteme poloměr pro požadovanou Fresnelovu zónu, která je až 4,6 metru v nejširším bodě. Pro její zajištění autor vypracoval ilustraci elevace mezi příslušnými body. Po započtení výšky objektů, i výšky porostu, který se nachází v linii šíření signálu, nám vyjde Fresnelova zóna nenarušená po celém průběhu spoje, což můžeme považovat za příznivý stav. Výpočet Fresnelovy zóny: 1 782,5 782,5 0.0535 2 1575
4,56
43
4.4. Návrh spoje Při návrhu spoje autor vycházel z norem ČTÚ pro vyzářený výkon. Jedná se o první část celkového návrhu.
4.4.1. Varianta č1. Pro spoj v pásmu 5GHz autor zvolil zařízení Bullet5 s maximálním výstupním výkonem 17dBm, a vstupní citlivostí -74 dBm pro 802.11a s tolerancí 1,5 dBi, a jako anténu pak vysoce směrovou WA22-5 se ziskem 22dBi a vyzařovanými úhly 9° v obou rovinách. Útlum kabelu zde autor vynechal, neboť Bullet5 se montuje přímo do konektoru antény. Zde může vznikat útlum na konektorech 3 dB. Na přijímací straně v obci Libeř má autor v plánu umístit do půdních prostor objektu rack, ze kterého bude vyveden na anténní stožár UTP kabel, plánuje využít stejný router a stejnou směrovou anténu. Při simulaci v kalkulátoru autor dosáhl těchto teoretických hodnot (obrázek č. 17).
Obrázek 17 vzorové schéma pro výpočet vyzářeného výkonu
Útlum prostředí je patrný z obrázku č. 4, jeho hodnota činí 111dB. Vyzářený výkon nesmí překročit hranici 27 dBm, proto se omezil výstupní výkon routeru na 8 dBm. 44
Jestliže je znám útlum prostředí, je možné použít vzorec pro vyzářený výkon: Pr = 8 + 22 + 22 - 111 - 3 - 3 nám vyjde vstupní citlivost na přijímací straně 65 dBm. Dle specifikací výrobce v tabulce dostatečná hodnota pro provoz zařízení při rychlostech až 54 Mbit/s.
Obrázek 18 specifikace vstupní citlivosti - Bullet5
Praxe ovšem říká, že této maximální rychlosti není možné v reálném provozu dosáhnout. Autor by podotknul, že při této variantě jsou dodrženy limity ČTÚ pro vyzářený výkon. Ze zkušenosti s podobnými spoji lze počítat s maximální propustností 20Mbit/s v jednom směru. Zabezpečení zvolil autor WPA2, z důvodu posílení bezpečnosti.
Seznam použitého HW:
Na straně obce Okrouho: o Router Bullet5
Výkon až 22 dBi, pro 54 Mbit/s výkon 17 dBm
Vstupní citlivost -74 dBm
Napájení POE
o Anténa WA22-5
Zisk; 22 dBi
Vyzařovací úhel 9° v obou rovinách
o Kabel UTP CAT5
Na straně obce Libeř: o Router Bullet5 o Anténa WA22-5 o Kabel UTP CAT5 45
Při výpočtu ceny zdroje autor počítá pouze z HW, který je potřebný pro samotný spoj, nepočítá již stávající infrastrukturu v obci Okrouhlo. Cena: 2x router Bullet5
2x 970 Kč
2x aktivní POE
2x 210 Kč
2x anténa WA22-5
2x 1240 Kč
Celková cena HW
4 840 Kč
Splněná kritéria:
Vzdálenost by neměla přesahovat 2 km Ano, vzdálenost 1575m
Nutnost zajištění Fresnelovy zóny Fresnelova zóna není narušená v celém průběhu spoje
Dostupná dostatečná konektivita v přípojném místě Obec Okrouhlo disponuje dostatečnou kapacitou konektivity pro pokrytí potřeb dalšího spoje
Zajištění strategického objektu Strategicky umístěný objekt s výhledem do obce
46
4.4.2. Varianta č.2
Při zpracování druhé varianty autor vycházel z požadavků na modernizaci sítě, proto volil také vhodné komponenty pro nepáteřní spoj. Z široké nabídky se rozhodl využít routery Ubiquity Rocket M5, které podporují standard IEEE 802.11n, a dosahují teoretických hodnot až 300Mbit/s. Tyto hodnoty jsou ale nedosažitelné, protože při pohledu na samotný HW nalezneme pouze jeden 100 Mbit/s ethernetový port. Při praktické měření se ale toto neukázalo jako problém, neboť rychlostí nad 100 Mbit/s se v běžném provozu docílit nepodařilo. K tomuto routeru volil autor anténu WAVEANT: 22 dBi duální MIMO parabolickou anténu s radomem. Tato anténa vykazuje vyzařovací úhel 9° v obou rovinách při zisku 22 dBi. Pro propojení antény s routerem bylo využito dvou pigtail nízkoútlumových kabelů, se ztrátou maximálně 3 dB. Zařízení budou komunikovat v režimu WDS, což se jeví jako optimální režim pro PtP spoje. Zabezpečení zvolil autor WPA2. Vyzářený výkon nesmí překročit hranici 27 dBm, proto se omezil výstupní výkon routeru na 8 dBm. Útlum prostředí je při vzdálenosti 1575m a frekvenci 5,6GHz roven úrovni 111dB. Výpočet útlumu vychází z již známého vzorce Pr = 8 + 22 + 22 - 111 - 3 – 3
Přijímaná úroveň je 65dBm. Vstupní citlivost routeru určuje výrobce na obrázku č. 23. Pro plnou rychlost spoje 300Mbit vyžaduje vstupní citlivost alespoň -75 dBm.[9] Tato hodnota je ale čistě teoretická, a v praxi takových hodnot dosáhnou nelze.
47
Autor provedl vzorové měření na spoji stejných parametrů v Praze Řepích, aby si ověřil reálnou propustnost spoje postaveného na standardu 802.11n. Jedná se o velice zarušenou lokalitu, ve které provozuje svoje spoje mnoho poskytovatelů. Jak je vidět na snímku spektrální analýzy frekvenčního pásma na obrázku č. 24, v dané oblasti již není volný kanál v pásmu 5 GHz, takže měření probíhalo v zaplněném pásmu, což značně ovlivnilo výsledky. Jak je vidět z obrázku, teoretických 300 Mbit/s se autorovi nepodařilo dosáhnout ani při výrazném překročení vyzářeného výkonu. Nejlepší výsledek podával spoj v kanálu 136, při překročení limitů ČTÚ o 14 dBm. Takto spoj dosáhl přenosové rychlosti 53,4Mbit/s jedním směrem, nebo 22Mbit/s při přenosu dat oběma směry což je nárust v propustnosti skoro 100%, vztáhneme-li výsledek k základní hodnotě spoje dle norem ČTÚ.
Pro potřeby druhého měření autor použil kanál 161, který je v České Republice nepoužíván. V tomto kanálu už na spoji autor dosáhl mnohem lepších výsledků, kdy propustnost při nastavení odpovídajícímu normám ČTÚ dosáhla hodnoty 37 Mbit/s v jednom směru, při testu propustnosti si spoj poradil s datovým tokem 21Mbit/s v obou směrech.
Nejlepších výsledků dosáhl spoj při překročení povoleného výkonu o 14dbm. Při tomto vyzářeném výkonu se podařilo dosáhnout propustnosti 72,4 Mbit/s v jednom směru spoje, avšak při měření symetrické propustnosti si spoj nijak proti základnímu nastavení nepolepšil. Z tohoto měření vyplývá zřetelná náročnost technologie na nezarušenost použitého kanálu.
48
vzdálenost 1500m,802.11n, 2xRocketM5, anténa 22dBi MIMO , kabel 3dBi pigtail silně zarušené up pásmo, 5,680MHz vých. Bod vstupní protistrana vstupní propustnost down kanál 136 výkon citlivost výkon citlivost (full duplex) Mbit/s Mbit/s výkon routeru, dBm max povolený výkon +3dBm +6dBm +9dBm +14dBm +19dBm, maximální výkon
8 11 14 17 22
-64 -61 -59 -55 -53
8 11 14 17 22
-62 -59 -57 -56 -53
12 16 18 22(27) 22
24,6 26,1 43 49,5 53,4
29 33,4 40,2 42,3 43,9
27
-47
27
-47
22,5
48
43
vzdálenost 1500m,802.11n, 2xRocketM5, anténa 22dBi MIMO , kabel 3dBi pigtail nezarušené pásmo, up 5,805MHz vých. Bod vstupní protistrana vstupní propustnost down kanál 161 výkon citlivost výkon citlivost (full duplex) Mbit/s Mbit/s výkon routeru, dBm max povolený výkon +3dBm +6dBm +9dBm +14dBm +19dBm, maximální výkon
8 11 14 17 22
-66 -65 -62 -58 -53
8 11 14 17 22
-68 -64 -63 -61 -53
19 18 18 22 23
37,5 41,7 54,6 62 72,4
35,2 42,3 51,3 60,7 69
27
-51
27
-49
18
55
53,7
Obrázek 19 výstupy měření ukázkového spoje
49
Seznam použitého HW:
Na straně obce Okrouho: o Router Rocket M5
Výkon až 27 dBi, pro 300 Mbit/s výkon 21 dBm
Vstupní citlivost -74 dBm pro rychlost 300 Mbit/s
Napájení POE
Pouze jeden ethernet port
o Anténa WAVEANT: 22 dBi duální MIMO
Zisk 22 dBi
Vyzařovací úhel 9° v obou rovinách
o Kabel UTP CAT5 o Pigtail nízkoútlumový
Na straně obce Libeř: o Router Rocket M5 o Anténa WAVEANT: 22 dBi duální MIMO o Kabel UTP CAT5 o Pigtail nízkoútlumový
Při výpočtu ceny zdroje autor počítá pouze z HW, který je potřebný pro samotný spoj, nepočítá již stávající infrastrukturu v obci Okrouhlo. Cena: 2x router Rocket M5
2x 1320 Kč
2x anténa WA22-5
2x 1370 Kč
4x pigtail 1m
4x 105 Kč
Celková cena HW
5 800 Kč
50
Splněná kritéria:
Vzdálenost by neměla přesahovat 2 km Ano, vzdálenost 1575m
Nutnost zajištění Fresnelovy zóny Fresnelova zóna není narušená v celém průběhu spoje
Dostupná dostatečná konektivita v přípojném místě Obec Okrouhlo disponuje dostatečnou kapacitou konektivity pro pokrytí potřeb dalšího spoje
Zajištění strategického objektu Strategicky umístěný objekt s výhledem do obce
51
4.5. Návrh vysílače 4.5.1. Varianta č.1
Návrh řešení předpokádá stavbu jednoho přípojného bodu, s možností budoucího rozšíření v případě nutnosti pokrytí větší oblasti. Při návrhu vysílače autor navrhl využití 3 zčásti se překrývajících 90° sektorů, které pokryjí dle obrázku č. 26 celou spodní část obce, a část středu obce v případě červeně vyznačeného sektoru. Jako sektorové antény autor práce využil SPA 16 ve vertikální polarizaci, v kombinaci s routerem Bullet 5 s regulovaným výkonem. Každý sektor využívá jiný kanál. Jednotlivé sektory jsou zabezpečeny bezpečným WPA2 šifrováním. Jako nezbytná část návrhu nového vysílače je zajištění náhradního napájení, a kontrola
výpadku
proudu.
Náhradní
napájení
je
v síti
poskytovatele
standardizováno. Poskytovatel používá speciální spínané zálohované zdroje PZD13000V, které v kombinaci s baterií se standardní kapacitou 74Ah při 12V dokáží udržet vysílač v chodu i několik hodin. Počet použitých baterií se mění v závislosti na velikosti a energetické náročnosti vysílače, při návrhu takto malého vysílače, zcela dostačuje právě jedna baterie. Pro Kontrolu výpadku elektřiny autor navrhl jednoduché, levné, ale funkční řešení. Před baterií zálohovaný systém se připojí do elektrické sítě jakýkoliv aktivní prvek, který bude mít vypnutou rádiovou část. Při výpadku energie tento prvek přestane být viditelný ze sítě poskytovatele a tím se identifikuje možný výpadek na síti. Pro tyto potřeby se jeví jako vhodný příkaz ping, kdy se v pravidelných intervalech server ptá na odpověď daného aktivního prvku.
52
Použitý HW:
Zdroj PZD-13000V
POE injektor 12V
Baterie 74 Ah, 12 V
Sektory: o 3xbullet 5 o 3x SPA16
Switch 8 portů
Obrázek 20 schéma zapojení napájení
53
Cenová kalkulace: PZD – 13000V
2600 Kč
POE injektor
1300 Kč
3x Bullet 5
3x 970 Kč
3xSPA16
3x 1540 Kč
Baterie 74 Ah
1900 Kč
Switch 8 portů
400 Kč
Celkem:
13700 Kč
Jedná se o náklady na samotný vysílač, bez spoje použitého na trasu. typ HW Rocket M5 Bullet 5 switch 8 port celkový odběr
počet zařízení
příkon (w) 1 3 1
Celkem (w) 6,5 6,5 4 12 4 4 22,5W
Obrázek 21 celkový odběr vysílače (W)
Při výpočtu odběru energie autor počítal se spojem uvedeným ve variantě číslo 2, a tedy započítal spotřebu routeru Rocket M5. Celkový zálohovaný odběr čítá 22,5W, z čehož vyplývá, že udávaná baterie s kapacitou 74Ah bude schopna při výpadku zásobovat vysílač energií přibližně 3 hodiny. Odběr energie ilustruje obrázek č. 21. 4.6. Zhodnocení variant řešení
Při výpočtu návratnosti investice autor nejdříve určil, kolik může očekávat nových klientů v prvním roce od postavení nového přípojného bodu. Počet nových klientů odhadl na 15. Podle analýzy poskytovatele lze očekávat, že rozložení tarifů nebude odlišné od zbytku sítě, a proto lze očekávat 55% klientů s tarifem 5G-Standard, tedy 8 klientů. 15% využívá 5G-Optimal, tedy 2 klienti. 5G-Mini využívá 12,5%, po zaokrouhlení také 2 klienti. Autor dále předpokládal jednoho uživatele tarifu 5G54
profi, jednoho uživatele 5G-DATA-Optimal a jednoho uživatele s tarifem 5G-DATAStandard. Tyto odhadnuté údaje autor použije pro výpočet teoretického zisku. Teoretický zisk měsíčně činí při součtu všech tarifů klientů 10 123 Kč.
55
5. Závěr
Autor navrhl dvě varianty bezdrátového spoje se vzdáleností do dvou kilometrů pro připojení nové obce do stávající infrastruktury poskytovatele, z těchto variant pak vybral optimální řešení. Důraz měla cena, ale také celková rychlost spoje. Při porovnání dvou variant návrhu spoje, by autor upřednostnil variantu č. 2, která se při dodržení nařízení ČTÚ rychlostí přenosu přiblížila 40Mbit/s v jednom směru. Porovnal-li autor náklady na variantu č. 1 a č. 2, při nárústu nákladů na infrastrukturu 20%, vzrostla reálná přenosová rychlost spoje o téměř 80%. Náklady na variantu č. 2 jsou 5800Kč. Při návrhu vysílače autor uvažoval pouze jednu variantu u které je v budoucnu možné rozšíření o další sektory, či další vysílače. Tato varianta využívá 3 sektory, které autor práce považuje v dané lokalitě za minimum. Při stavbě vysílače autor vyčíslil náklady na HW na 13700 Kč, Celkové náklady na stavbu vysílače s trasou využívající standardu 802.11n autor vyčíslil na 19500 Kč, do kterých ale není započítána práce technika. Při předpokládané měsíční tržbě z poskytovaných služeb 10 123 Kč se poskytovateli investice do rozšíření infrastruktury vrátí teoreticky za necelé dva měsíce, ovšem v praxi bude trvat trochu déle, než poskytovatel opravdu připojí tolik klientů.
56
Závěrem by autor zmínil, že rozšíření infrastruktury za daných podmínek doporučuje. Možnosti pro rozšíření práce autor vidí v popsání spojů v licencovaných pásmech, rozšíření teoretické části o model OSI, popsat přenosové protokoly, zejména pak IP protokol, UDP protokol, nastínit problematiku IP telefonie, problematiku routování a práce s IP adresami. V praktické části autor vidí možnosti rozšířit práci o měření spojů v pásmu 5, 10 a 11GHz.
57
6. Zdroje 6.1. Literatura
PALOVSKÝ, R. Informační a komunikační sítě. Díl I. Praha: Oeconomica, 2010. ISBN 978-80-245-1729-2. Sosinsky Barrie: Počítačové sítě. Computer Press 2010. ISBN 978-80-251-3363-7.
6.2. Internetové zdroje
[1] internetový obchod společnosti I4wifi [online].[2011] Dostupný z WWW: http://www.i4shop.net/cz/iobchod/WebInfo.asp?Id=136 [2] internetové stránky magazínu věnovaného HW [online].[2011] Dostupný z WWW:http://www.zive.cz/clanky/pruvodce-vyberem-spravne-anteny-na-wi-fipripojeni/sc-3-a-126652/default.aspx [3] www.i4wifi.cz [4]http://i4wifi.cz/propojovaci-kabel-10-m-rsma-f-rsma-f-rf240trilan_d1838.html [5]internetové stránky výrobce spojů v licenčních pásmech [online].[2011] Dostupný z WWW: www.alcoma.cz [6]internetové stránky výrobce routerboardů [online].[2011] Dostupný z WWW: http://pcengines.ch/alix2d0.htm [7] internetové stránky výrobce HW, především síťových přepínačů [online].[2011] Dostupný z WWW:http://www.dlink.cz/cs/Satellite?c=Page&childpagename=DLinkEuropeCZ%2FDLGeneric&cid=1197318956906&p=1197318956906&packedargs=locale%3 D1195806934967&pagename=DLinkEurope-CZ%2FDLWrapper [8]internetové stránky obce [online].[2011] Dostupné z WWW: http://www.liber.cz/index.asp 58
[9] internetové stránky výrobce spojů v bezlicenčních pásmech [online].[2011] Dostupný z WWW: http://www.ubnt.com/downloads/datasheets/rocketm/rm_ds_web.pdf Družstvo Eurosignal; internetové stránky poskytovatele [online].[2011] Dostupný z WWW: www.eurosignal.cz
59
7. terminologický slovník
Bleskojistka
Bluetooth dBi, dBm
BT
Digital Subscriber Line domácí wifi
xDSL
Dynamic DHCP Host Configuration Protocol Guest účet
Hardware IP telefonie
HW
Local Area Network miniPCI Network address translation Orthogonal Frequency Division Multiplexing Peer to Peer
LAN
NAT
OFDM
PtP
Port forwarding Power Over Ethernet
POE
Reverse RSMA SubMiniature version A
Ochranný prvek v anténní soustavě. Chrání aktivní prvky před proudovým nárazem, zvedá útlum vedení. Bezdrátová technologie Logaritmická jednotka útlumu vedení/ zisku antény/ výkonou routeru Typ připojení
Název pro vnitřní šíření wifi signálu v aplikacích u klienta, kdy je objekt klienta pokryt nezávisle na síti poskytovatele Automatická konfigurace IP adres v síti. Tyto uděluje DHCP server.
Účet hosta, vytvářen pro náhled do konfigurace zařízení bez možnosti ho změnit Technické vybavení Internetová telefonie, přenos hlasu je zajištěn IP protokolem Místní síť Typ sběrnice Překlad adres z jedné sítě na adresy sítě jiné. Změna se provádí v hlavičce IP protokolu Ortogonální multiplex s kmitočtovým dělením, jedná se o typ frekvenční modulace. Spoj, při kterém spolu komunikují pouze dvě strany. Spojuje právě dva body Přesměrování portů, při této metodě se směřují porty z jednoho síťového uzlu na jiný Druh napájení po UTP kabelu, jenž využívá čtyři nevyužívané žíly UTP kabelu kategorie 5 nebo vyšší pro napájení zařízení Reverzní SMA konektor, pro připojení antén, koaxiální
60
Router Sektor Service Set Identifier Software Virtual Private Network Voice over IP Wide Area Network Wi-Fi Protected Access Wi-Fi Protected Access 2 Wired Equivalent Privacy
SSID SW VPN
Typ HW, nebo používaný mód zařízení Oblast vymezená kruhovou výsečí Identifikátor každé wifi sítě
WPA
Softwarové vybavení Virtuální privátní síť, slouží k propojení počítačů zrůzných umístění do jedné logické sítě Internetová telefonie, přenos hlasu je zajištěn IP protokolem Široká síť, zpravidla se jako WAN označuje síť poskytovatele Typ zabezpečení
WPA2
Typ zabezpečení
WEP
Typ zabezpečení
IEEE
Institute of Electrical and Electronics Engineers (česky „Institut pro elektrotechnické a elektronické inženýrství“) [wikipedia, 2011] Jednotka přenosové rychlosti Multiple input, multiple output. Jedná se o typ antény používané v aplikacích IEEE 802.11n Metoda ohodnocení firmy dle 4 základních faktorů
VOIP WAN
MBit/s MIMO
SWOT
61
8. Přílohy
8.1. Výpočet hrubého zisku ze tří obcí
tarif 5g mini standard optimal profi maxi 5G - data standard optimal profi maxi
Cena tarifu (kč) 475 594 713 903 1308 903 1189 2331 4521
w mini 475 standard 594 optimal 713 profi 903 w - data mini 261 standard 558 optimal 828 profi 1189 maxi 2331 celkový počet klientů, zisk (Kč)
Čím Počet klientů 6 16 3
zisk
2850 9504 2139
1
903
Velká Lečice Počet klientů 1 8
zisk Chýnice Počet klientů 475 2 4752 14 3
zisk
950 8316 2139
2
4662
3 2
1425 1188
8 2
3800 1188
1 5
475 2970
2 2
522 1116
2 2
522 1116
1
261
35
19647
23
11853
28
19773
Obrázek 22 Výpočet zisku v analyzovaných lokalitách
62
8.2. Měření 8.2.1. Spektrální analýza, specifikace Rocket M5
Obrázek 24 Spektrální analýza pásma 5400 kHz až 5750kHz
Obrázek 23 výstupní výkon a vstupní citlivost Rocket M5
63
8.3. Přehled tarifů
Obrázek 25 přehled tarifů
64
8.4. Mapa pokrytí sektory
Obrázek 26 navrhované sektory - Libeř
65
