Характеристики кабеля имеют некоторый запас по затуханию сигнала, что позволяет увеличить длину линии связи на 20-30 метров без потери качества связи
Метод прямой последовательности (DSSS)
Технико-экономическое обоснование дипломных проектов. Под редакцией профессора В.К. Беклешова. М.:, Высшая школа, 1991
Навигация
Метод прямой последовательности (DSSS)
Интеграция локальных вычислительных сетей МИЭТ и студенческого городка МИЭТ
121993
знака
17
таблиц
27
изображений
1. Метод прямой последовательности (DSSS)
Не забираясь в технические детали, метод прямой последовательности (DSSS) можно представить себе следующим образом. Вся используемая "широкая" полоса частот делится на некоторое число подканалов - по стандарту 802.11 этих каналов 11. Каждый передаваемый бит информации превращается, по заранее зафиксированному алгоритму, в последовательность из 11 бит, и эти 11 бит передаются одновременно и параллельно, используя все 11 подканалов. При приеме, полученная последовательность бит декодируется с использованием того же алгоритма, что и при ее кодировке. Другая пара приемник-передатчик может использовать другой алгоритм кодировки-декодировки, и таких различных алгоритмов может быть очень много.
Первый очевидный результат применения этого метода - защита передаваемой информации от подслушивания ("чужой" DSSS-приемник использует другой алгоритм и не сможет декодировать информацию не от своего передатчика). Но более важным является то, что благодаря 11-кратной избыточности передачи можно обойтись сигналом очень маленькой мощности (по сравнению с уровнем мощности сигнала при использовании обычной узкополосной технологии), не увеличивая при этом размеров антенн.
При этом сильно уменьшается отношение уровня передаваемого сигнала к уровню шума, (т.е. случайных или преднамеренных помех), так что передаваемый сигнал уже как бы неразличим в общем шуме. Но благодаря его 11-кратной избыточности принимающее устройство все же сумеет его распознать.
Еще одно чрезвычайно полезное свойство DSSS-устройств заключается в том, что благодаря очень низкому уровню мощности своего сигнала они практически не создают помех обычным радиоустройствам (узкополосным большой мощности), так как эти последние принимают широкополосный сигнал за шум в пределах допустимого. В другую же сторону - обычные устройства не мешают широкополосным, так как их сигналы большой мощности "шумят" каждый только в своем узком канале и не могут заглушить широкополосный сигнал весь целиком.
В результате можно сказать, что использование широкополосных технологий дает возможность использовать один и тот же участок радиоспектра дважды - обычными узкополосными устройствами и "поверх них" - широкополосными.
Приемущества DSSS технологии:
- Помехозащищенность
- Не создаются помехи другим устройствам
- Конфиденциальность передач
- Возможность повторного использования одного и того же участка спектра.
2. Метод частотных скачков (FHSS)
При кодировке по методу частотных скачков (FHSS) вся отведенная для передач полоса частот подразделяется на некоторое количество подканалов (по стандарту 802.11 этих каналов 79). Каждый передатчик в каждый данный момент использует только один из этих подканалов, регулярно перескакивая с одного подканала на другой. Стандарт 802.11 не фиксирует частоту таких скачков - она может задаваться по-разному в каждой стране. Эти скачки происходят синхронно на передатчике и приемнике в заранее зафиксированной псевдослучайной последовательности, известной обоим; поскольку не зная последовательности переключений, принять передачу также нельзя.
Другая пара передатчик-приемник будет использовать и другую последовательность переключений частот, заданную независимо от первой. В одной полосе частот и на одной территории прямой видимости (в одной "ячейке") таких последовательностей может быть много. Ясно, что при возрастании числа одновременных передач возрастает и вероятность коллизий, когда, например, два передатчика одновременно перескочили на частоту №45, каждый в соответствии со своей последовательностью, и заглушили друг друга.
Метод частотных скачков, так же как и описанный выше метод прямой последовательности, обеспечивает конфиденциальность и некоторую помехозащищенность передач. Помехозащищенность обеспечивается тем, что если на каком-нибудь из 79 подканалов передаваемый пакет не смог быть принят, то приемник сообщает об этом, и передача этого пакета повторяется на одном из следующих (в последовательности скачков) подканалов.
С другой стороны, поскольку при использовании метода частотных скачков, в отличие от метода прямой последовательности, на каждом подканале передача ведется на достаточно большой мощности (сравнимой с мощностью обычных узкополосных передатчиков), про этот метод нельзя сказать, что он не мешает другим видам передач.
Принцип построенияТретий метод классификации — это принцип построения сети. Сети могут строиться по принципу «точка-точка», когда совместно работают два устройства, оснащенные направленными антеннами, либо по принципу «звезда», когда несколько абонентских устройств, оснащенных направленными антеннами, поддерживают связь с одним центральным устройством. Центральное устройство обычно оснащается антенной с круговой диаграммой направленности.
Поддерживаемые протоколыСледующий параметр, по которому можно классифицировать оборудование радиосетей передачи данных, — это протоколы, поддерживаемые устройствами, их наличие и отсутствие.
Самым простым вариантом являются так называемые прозрачные, или транспарентные радиомодемы, предназначенные для организации радиолиний связи «точка-точка». Пожалуй, это единственный класс оборудования, к которому применим термин «радиомодем». Прозрачные радиомодемы обычно имеют синхронный порт для подключения оконечного оборудования. Пара таких радиомодемов просто организует подобие «нуль-модемного» кабеля, но не по проводам, а по радиоканалу. Скорость передачи данных, которую обеспечивают прозрачные радиомодемы, составляет от 1,2 Кбит/с до нескольких Е1. Низкоскоростные радиомодемы нашли применение в основном в системах телеметрии и телеуправления; с помощью высокоскоростных радиомодемов возможно соединение между собой двух цифровых АТС или двух локальных сетей (при использовании внешних маршрутизаторов). При использовании прозрачных радиомодемов обычно предусматривается возможность организации протяженных линий связи при использовании промежуточных ретрансляторов.
Второй класс оборудования предусматривает поддержку определенных сетевых протоколов передачи данных и включает в себя такое широко известное оборудование, как радиомосты фирм Aironet, Proxim, Lucent Technologies, наиболее известные в России под псевдонимом Radio-Ethernet.
Radio-Ethernet - это стандарт организации беспроводных коммуникаций на ограниченной территории в режиме локальной сети, т.е. когда несколько абонентов имеют равноправный доступ к общему каналу передачи информации.
Радиоканалы, согласно этому стандарту, могут быть организованы на основе технологий широкополосного сигнала (ШПС) по методу прямой последовательности (DSSS) или частотных скачков (FHSS)
Радиомодули, реализующие технологию ШПС (DSSS и FHSS) функционируют в соответствии со стандартом IEEE 802.11 - RadioEthernet в диапазоне частот 2,4 ГГц
Метод доступа к общему каналу - коллизионный, но, в отличие от обыкновенного кабельного Ethernet'а, имеется фаза предварительного резервирования канала, так что коллизии между абонентами допускаются только при резервировании (в процессе "соревнования" за занятие канала), а собственно передача данных начинается уже без возможности коллизий. Такой метод называется CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) и описан в стандарте 802.11
Радиомосты изначально были созданы для организации беспроводных локальных сетей внутри зданий в том случае, если прокладка кабеля невозможна, — в музеях, зданиях, представляющих историческую ценность, при оборудовании временных сетей на выставках, шоу и т.д. или для связи между двумя рядом стоящими зданиями, если прокладка кабеля экономически невыгодна или технически невозможна. Радиус действия точки доступа составляет 50-300 м. Радио-Ethernet широко применяется для доступа к информации на территории больших складов, бирж и т.д. Радиомосты обычно работают с пакетами Ethernet, и с их помощью организуется одна большая Ethernet-сеть, как если бы все устройства сети были объединены кабелем. Устройства радио-Ethernet обычно выпускаются либо в виде отдельно стоящих устройств, либо в виде плат, подключаемых к шине компьютера (ISA, МСА или PCMCIA). В России с присущей русскому народу смекалкой и изобретательностью радиомосты часто приспосабливают для организации магистральных радиоканалов на расстояниях до 50-80 км, используя внешние усилители и антенны с высоким коэффициентом усиления.
Кроме радиомостов, можно выделить также радиомаршрутизаторы IP фирмы Multipoint Networks — WaveNET IP. В отличие от радиомостов это оборудование специально предназначено для организации радиосетей городского и районного масштаба на расстояниях до 30-40 км от центральной станции и включает в свой состав маршрутизатор IP. Кроме того, использование оборудования WaveNET IP позволяет решить так называемую проблему длинного кабеля. Дело в том, что очень часто точка подключения к локальной сети и точка установки антенны на крыше находятся на достаточно большом расстоянии друг от друга. Оборудование радио-Ethernet имеет настольное исполнение и может быть использовано только в нормальных климатических условиях. С другой стороны, радиосигнал с частотой 800 МГц и выше испытывает сильное затухание в кабеле, что накладывает ограничения на максимальную длину кабеля между устройством и антенной. Это противоречие разрешается либо установкой радиомоста в погодозащитном кожухе непосредственно возле антенны, либо использованием дополнительных усилителей, что значительно повышает стоимость системы. WaveNET IP имеет внешнее погодозащитное исполнение и может эксплуатироваться при температуре от -50°С до +60°С; оно устанавливается непосредственно возле антенны и соединяется с локальной сетью витой парой, длина которой может достигать 100 м.
Сравнительная характеристика методов модуляции DSSS и FHSSИз двух методов широкополосной передачи каждый имеет свои сильные и слабые стороны.
Метод DSSS (Direct-Sequencing Spread Spectrum) позволяет достигать значительно большей производительности (до 11 Мбит/с), а кроме того, обеспечивают большую устойчивость к узкополосным помехам (поскольку выбором поддиапазона для передачи часто удается отстроиться от помех) и большую дальность связи. Оборудование DSSS несколько сложнее и дороже FHSS. Продукция для FHSS выпускается значительно большим количеством компаний, она проще и дешевле, однако и пропускная способность ее ниже. Достоинство FHSS-устройств состоит в том, что они, в отличие от DSSS, могут сохранять работоспособность в условиях широкополосных помех, - например, создаваемых DSSS-передатчиками, но это оборачивается тем, что сами они мешают обычным узкополосным устройствам.
| DSSS | FHSS |
| · Выше скорость (на одну точку доступа) · Больше устойчивость к помехам · Меньше мощность, меньше помех другим устройствам · Лучше обеспечивает схему “точка - много точек“ · Хорошо подходит для построения корпоративных и коммерческих сетей | · Выше суммарная скорость передач в одной соте · Устройства дешевле и проще в установке · Хорошо соответствует схеме с большим количеством независимых передач точка-точка · Меньше дальность · Больше шумит, менее помехоустойчив · Лучше подходит к работе внутри помещений |
Таблица 10. Сравнение технологий DSSS и FHSS
Безопасность информации, алгоритм WEPАлгоритм WEP (Wired Equivalent Privacy) предусматривается стандартом IEEE 802.11 как средство обеспечения безопасности беспроводных сетей. В основе алгоритма - симметричный поточный шифр RC4, разработанный Роном Райвестом, одним из основателей компании RCA Data Securiy.
Достоинства алгоритма WEP:
- Возможность периодической смены ключа и частой смены вектора инициализации;
- Самосинхронизация шифра по каждому сообщению, что снижает вероятность потери пакетов;
- Эффективность алгоритма и возможность его реализации как программными, так и аппаратными средствами;
- Статус дополнительной возможности, что позволяет пользователю самому решать вопрос об использовании этого алгоритма.
Сущность алгоритма WEP поясняется на рисунке, приведенном ниже.
Секретный ключ (40 или 128 бит) вводится во все беспроводные устройства сети. При необходимости его может изменять администратор беспроводной сети.
При передаче пакета в аппаратуре формируется вектор инициализации, который объединяется с секретным ключом в результате операции конкатенации. Полученный вектор начальной установки используется для приведения в исходное состояние генератора псевдослучайных последовательностей, начинающего формировать псевдослучайную последовательность двоичных символов, равную длине передаваемого пакета с 4-байт контрольной комбинацией циклического кода CRC. Такая последовательность складывается поразрядно с символами передаваемого пакета и CRC. По радиоканалу передаются оригинальный для каждого пакета вектор инициализации и зашифрованный пакет данных с CRC.
На приемной стороне из пакета выделяется 4-разрядный вектор инициализации, из которого в результате конкатенации с тем же секретным ключом что и на передающей стороне, формируется вектор начальной установки генератора псевдослучайной последовательности.
Рис.15. Защита передаваемых данных с помощью алгоритма WEP
Сформированная последовательность суммируется по модулю 2 с зашифрованной частью принятого пакета, в результате чего выделяются незашифрованные данные и CRC, используемая для контроля правильности приема пакета данных.
Преимущества беспроводных средств связиБеспроводные технологии обладают выгодными отличиями от кабельных технологий по следующим параметрам:
- Стоимость. Средние расходы на организацию двухмегабитного (2Мбит/сек) канала точка-точка не зависят от расстояния и равняются примерно $3,000. При расстоянии между объектами более 500 метров применение беспроводной технологии выгоднее, чем прокладка оптоволокна.
- Удаленность. При невозможности или нецелесообразности прокладки кабеля между объектами возникает потребность в беспроводной технике. Прокладка индивидуального кабеля стоит дорого. К тому же получить разрешение на проведение кабельных работ практически невозможно. Коммерческие организации предоставляют выделенные линии в аренду по высоким ценам.
- Срочность. Установка и настройка оборудования не требует большого количества времени, и занимает от силы несколько дней.
- Защита инвестиций. Радиооборудование можно продать в случае необходимости. Тогда как кабель - это средства, "закопанные в землю".
- Легкость в обслуживании. Радиооборудование легко настраивается и перенастраивается. Регламентные и ремонтные работы не связаны с подземными работами, которые проводятся только уполномоченными организациями и, следовательно, требуют много времени.
- Гибкость. Применение беспроводных технологий позволяет создавать практически любые конфигурации сетей передачи данных на больших территориях без существенных капиталовложений. Например, использование всенаправленной антенны дает возможность быстро образовывать сети различной конфигурации.
- Мощность. Компьютерные радиосети представляют собой могучее средство связи, т.к. позволяют организовывать обмен данными с пропускной способностью в несколько десятков мегабит в секунду. По этому параметру радиосредства превосходят все современные проводные модемы.
- Надежность. Использование широкополосной шумоподобной передачи сигнала позволяет получать помехозащищенные каналы связи, обеспечивающие надежность передачи данных и невозможности несанкционированного доступа в сеть.
В настоящее время на рынке России предлагается аппаратура, позволяющая реализовать различные конфигурации беспроводных сетей, добиваясь при этом оптимизации параметра «цена – производительность – функциональность».
Анализ целесообразности реализации связи ЛВС МИЭТ и Студгородка МИЭТ посредством радиоканалаВ настоящее время, вариант физической интеграции локальных вычислительных сетей МИЭТ и студгородка МИЭТ средствами радиосвязи является наиболее реальным из всех рассмотренных.
Прежде всего, стоит обратить внимание на то, что сеть МИЭТ на данный момент уже имеет свой радиоканал, с точкой доступа (специальное устройство со всенаправленной антенной, располагающееся на крыше высотной постройки), находящейся в прямой видимости с крыши 6го корпуса общежития МИЭТ. Оборудование работает по технологии DSSS, ввиду ее лучшей приспособленности к связи между достаточно удаленными точками в пределах черты города, а так же за счет лучших характеристик надежности и скорости связи. Таким образом, для связи сети института с сетью студгородка достаточно установить необходимое оборудование на стороне ЛВС студгородка МИЭТ, и настроить связь с точкой доступа. Факт отсутствия необходимости проведения монтажных работ на стороне ЛВС МИЭТ и установки промежуточного ретранслятора (поскольку прямой видимости между институтом и студгородком нет), обуславливает минимизацию необходимых финансовых затрат, а так же отсутствие ряда организационных проблем, связанных с реализацией данного вида связи.
Необходимое оборудование КонфигурацияДля обеспечения связи сети студенческого городка МИЭТ с радиоканалом МИЭТ достаточно следующих компонентов:
1. Беспроводной сетевой адаптер Radio-Ethernet, работающий по технологии DSSS
2. Направленная антенна
3. Системный блок (компьютер) с конфигурацией, достаточной для обработки и ретрансляции двух потоков данных, поступающих на сетевые интерфейсы.
4. Сетевой адаптер Ethernet, работающий по технологии 10Base-T и/или 100Base-T.
Принцип функционирования ПодключениеВышеперечисленное оборудование должно быть установлено на территории студгородка МИЭТ и подключено к ЛВС студгородка.
Рис.16. Схема работы радиоканала
Системный блок выполняет функции моста, обеспечивающего взаимодействие двух сегментов с разной средой передачи данных. В системный блок принятой конфигурации инсталлируется адаптер Radio-Ethernet, который с помощью высокочастотного кабеля подключается к направленной антенне. Направленная антенна, в свою очередь, должна быть сориентирована на всенаправленную антенну точки доступа радиоканала МИЭТ. Так же системный блок имеет сетевой Ethernet-адаптер для проводной связи, желательно поддерживающий двухскоростной (10/100 Мбит/с) режим работы.
Взаимодействие на канальном уровнеВзаимодействие происходит следующим образом. Радиомост, подключенный к локальной сети студгородка МИЭТ, при получении пакета на один из своих интерфейсов, отправляет его на второй интерфейс при первой же возможности (то есть до того момента, как освободится среда передачи, к которой подключен второй интерфейс). Мост хранит полученные пакеты в специальном буфере в порядке их поступления на интерфейс (то есть в виде очереди). После трансляции пакета в другой сегмент он удаляется из буфера. (Примечание: адаптер беспроводной связи так же имеет адрес канального уровня (MAC ADDRESS), который однозначно его идентифицирует, так что принцип передачи кадров в сетях Ethernet (802.3) и Radio-Ethernet (802.11) на канальном уровне один и тот же). На стороне МИЭТ тоже стоит радиомост, который функционирует по аналогичной схеме. Таким образом, происходит «прозрачное» взаимодействие двух кабельных сетей посредством радиоканала.
Взаимодействие на сетевом уровнеДля того, чтобы обеспечить нормальное взаимодействие на сетевом уровне, необходимо реализовать программную маршрутизацию на радиомосте. Таким образом, мост транслирует пакеты из одного сегмента в другой только в том случае, если IP-адрес узла назначения, находится во втором сегменте. Такое соответствие устанавливается в карте маршрутизации. В таком случае обмен данными между сетями может осуществляться только посредством использования протокола IP в качестве транспортного.
Выбор активного оборудования и его обоснование Конфигурация системного блокаДля поставленной задачи не требуется серьезных процессорных или иных ресурсов, поскольку скорость передачи данных по каналам связи не превышает 10Мбит/с. Затраты ресурсов на маршрутизацию и фильтрацию трафика тоже в данном случае незначительные. Исходя из этого, а так же с учетом показателя цена/качество рекомендуется следующая конфигурация системного блока для реализации на его базе радиомоста, маршрутизатора и брэндмауэра:
| Процессор | Intel Pentium 166MHz |
| Материнская плата | Asus TX97E (Intel 430TX) |
| Оперативная память | 32MB |
| Объем жесткого диска | 850MB |
Таблица 11. Конфигурация системного блока радиомоста
Сетевой адаптерСетевой адаптер, используемый для подключения к внутренним сегментам сети студгородка, должен поддерживать одну из технологий 10Base-T или 100BaseT. Однако, учитывая фактор стоимости сетевых адаптеров, а так же тенденцию перехода от технологии 10Base-T к более скоростной 100Base-T, рекомендуется установить сетевой адаптер EtherExperss-100 фирмы Intel.
РадиооборудованиеВ качестве основного устройства, обеспечивающего связь по радиоканалу, был выбран адаптер Radio-Ethernet серии Cisco-AIR 340, производимый подразделением компании Cisco Systems – фирмой Aironet.
Оборудование данной серии отличается высокой надежностью и максимальной среди устройств стандарта IEEE 802.11b реальной пропускной способностью.
Характеристики адаптера:
- Подключается к шине PCI компьютера
- Скорость в канале 11 Мбит/с
- Безопасность, эквивалентная проводным сетям (алгоритм WEP)
- Соответствие стандарту IEEE 802.11
- Большая дальность передачи
В качестве направленной антенны выбрана параболическая антенна с усилением 24 dBi, и углами половинной мощности 8°х9°, обеспечивающая прием и передачу сигналов достаточной мощности.
Стоимость оборудования приведена в организационно-экономическом разделе дипломного проекта.
Характеристики радиоканалаИтак, с использованием имеющегося оборудования и технологий, связь будет иметь следующие характеристики:
- Скорость передачи данных до 11 Мбит/с (реально, с учетом подключения к точке доступа других систем, а так же различных внешних помех, скорость будет около 2 Мбит/с)
- Безопасность передаваемой информации реализована на высоком уровне и эквивалентна безопасности в проводных сетях
- Использование шумоподобной системы радиопередачи обуславливает использование сигналов малой мощности, которые не создают помех другим радиопередающим устройствам
- Стоимость оборудования, необходимого для реализации, около 700$. Причем, стоит отметить, что фирма Cisco Systems является мировым лидером в производстве сетевого оборудования, и соответственно ее продукция не самая дешевая на рынке. Однако использование качественного оборудования всегда оправдывает себя, особенно если оно призвано решать такие серьезные задачи, как обеспечение канала связи между двумя достаточно большими сетями. Кроме того в стоимость входит компьютер, выполняющий множество необходимых функций.
Более того, при использовании радиоканала для взаимосвязи, интегрируемые сети будут иметь 4 уровня защиты от несанкционированного доступа:
1. Технология шумоподобного сигнала
2. Идентификатор шумового кода для каждого устройства
3. Кодирование данных 40- или 128-битным ключем
4. Лист ограничения доступа к узлам сети (Firewall)
Заключение
Данный вариант интеграции сетей был выбран в качестве рекомендуемого мной для реализации, поскольку при существующих финансовых возможностях института он наилучшим образом отвечает требованию минимизации затрат, и в то же время обладает достаточными техническими характеристиками. Данный вариант обеспечения связи двух территориально разнесенных сетей так же имеет лучший показатель цена/производительность.
Недавно было проведено тестирование радиосвязи студгородка с радиоканалом МИЭТ. Результаты оказались положительными, и, возможно, в ближайшее время, будет реализована постоянная связь между ЛВС МИЭТ и ЛВС студгородка МИЭТ с использованием радиоканала. Однако для этого необходимо обеспечить должный уровень безопасности обоих сетей.
Обеспечение информационной безопасности сетей
Очень важным моментом при реализации канала связи, объединяющего сети, является обеспечение информационной безопасности интегрируемых сетей.
Самое распространенное решение этой проблемы представляют собой, так называемые, брэндмауэры или фаерволы (от английского Firewall). Это прозрачное устройство с программно или аппаратно реализуемыми механизмами фильтрации входящего и исходящего трафика, основанное не определенном перечне правил, определяемых системным администратором. Брэндмауэры, как правило, работают на сетевом уровне, и оперируют правилами, связанными, так или иначе, с полями заголовков пакетов протокола IP, и протоколов более высокого уровня, использующих IP-протокол в качестве транспортного. Пакеты, удовлетворяющие всем условиям проверки, «пропускаются» через брэндмауэр, в то время как остальные отсеиваются. При этом брэндмауэром может быть предусмотрен механизм протоколирования наиболее подозрительных пакетов (когда и с какого адреса поступил).
Вот основные параметры, исходя из значений которых, брэндмауэром принимается решение пропускать или не пропускать пакет, поступивший на интерфейс:
- IP-адрес (отправителя или получателя)
- Порт протокола TCP (отправителя или получателя)
- Порт протокола UDP (отправителя или получателя)
С учетом того, что общее информационное пространство физически представляет собой сервер с определенным IP-адресом, а так же то, что перечисленные в задании информационные ресурсы будут основаны на WEB-технологии, то для работы с ними будет достаточно обеспечить двунаправленное прохождение пакетов протоколов HTTP и FTP.
Схема работы брандмауэра представлена на рисунке 17.
Рис.17. Схема работы брэндмауэра
Преспективы проекта
Данный проект имеет очень серьезные перспективы, которые заключаются в дальнейшем развитии информационной инфраструктуры института и студгородка. Наличие имеющихся в локальной сети студгородка МИЭТ вычислительных мощностей, а так же развитая инфраструктура, охватывающая на данный момент всю территорию студгородка, может эффективно способствовать организации и развитию следующих направлений:
- Совместное проведение научно-исследовательских мероприятий (например, использование разделения процессорных ресурсов для совместного проведения серьезных вычислений, направленных на решение сложных физико-математических)
- Использование общего информационного пространства сетей в учебном процессе
- Использование учебного процесса в развитии сетей института и студгородка (например создание и отладка сетевого ПО, написание специализированных скриптов)
- Развитие социальной сферы услуг общежития (на базе созданной инфраструктуры сети можно за короткий срок реализовать проект «телефонизации» всех комнат общежития)
- Организация внутренней почтовой системы и системы конференций для обеспечения более эффективного взаимодействия между институтом и студентами
Перечислить все достоинства объединения информационных пространств института и общежития просто не возможно, ввиду интенсивного развития информационных технологий, и активного их внедрения во все сферы жизнедеятельности.
Заключение
В данном разделе дипломного проекта была проделана следующая работа:
- Рассмотрены существующие на данный момент структуры локальных вычислительных сетей МИЭТ и Студенческого городка МИЭТ
- Произведен достаточно глубокий анализ возможных вариантов интеграции сетей, в результате чего были выявлены их достоинства и недостатки
- Выбран и обоснован вариант интеграции сетей МИЭТ и студгородка МИЭТ на базе радиоканала, подробно рассмотрены принципы его функционирования в комплексе с проводными сетями, подобрано необходимое для работы радиоканала оборудование
- Рассмотрены вопросы обеспечения безопасности при интеграции сетей, определены протоколы, необходимые для полноценной работы с электронной библиотекой и другими ресурсами, создание и функционирование которых планируется осуществить в пределах общего информационного пространства.
Литература
1. Кульгин М., Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия, Питер, 1999.
2. Семенов А.Б., Волоконная оптика в локальных и корпоративных сетях связи, КомпьютерПресс, 1998.
3. В. Олифер, Н. Олифер, Новые технологии и оборудование IP-сетей, BHV, 2000.
Часть II
Технологический раздел
Технологическая инструкция по наполнению электронной библиотеки
Консультант Грушевский А.М.
Кафедра Микроэлектроники
Введение
Очень важным моментом, определяющим полезность электронной библиотеки, является актуальность содержащейся в ней информации. Помимо изданий содержащих базовые понятия в той или иной области науки или жизнедеятельности, ценность и актуальность которых весьма постоянна и неоспорима, существует огромное количество литературы, посвященной, как правило, новейшим, и очень динамично развивающимся направлениям. Подобного рода издания постоянно обновляются, корректируются, и зачастую, наиболее актуальную информацию проще и быстрее всего получить в электронном виде нежели в печатном.
Еще одной серьезной отличительной особенностью содержания информации в электронном виде является тот факт, что любая из копий того или иного ресурса абсолютно идентична оригиналу. Особенно это касается графических ресурсов (растровых изображений, чертежей, выполненных в системе автоматизированного проектирования и т.д.). То есть число людей, имеющих возможность одновременно пользоваться одним и тем же информационным ресурсом, практически не ограничено. Одновременно с этим электронный источник информации не претерпевает качественных изменений (как, например, физический износ в случае с печатными экземплярами).
Кроме того, значительным показателем является тематический ряд имеющейся в распоряжении литературы. Как правило, наибольшая часть литературы, содержащейся в обычной (не электронной) библиотеке, относится к профилирующей области учебного заведения, сопутствующим учебным дисциплинам, и областям науки с ними связанными. Это, несомненно, правильная и обоснованная позиция, если принимать во внимание ограничения, накладываемые выделяемыми площадями и финансированием, отводимым для поддержания и обновления информационного фонда. Однако, преимущества электронной библиотеки в этом плане очевидны. Объем дискового пространства для хранения информации в электронном виде можно наращивать практически до бесконечности. В финансовом отношении это многократно оправдано. Поиск информации, хранящейся в электронном виде, и ее учет - автоматизированы, что является несомненным преимуществом, позволяющим создавать в рамках электронной библиотеки гораздо более мощную, развитую и современную инфраструктуру по сравнению с библиотекой печатных изданий.
Нельзя не отметить, также, тот факт, что вследствие интенсивного развития информационных технологий, и глубокого и стремительного проникновения последних практически во все сферы профессиональной и жизненной деятельности, основная работа осуществляется именно с электронными документами. Например, преподаватели все чаще готовят конспект своих лекций в электронном виде. У студентов же, в свою очередь, наблюдается тенденция переводить конспекты наиболее популярных прослушанных лекций из «бумажного» в электронный вид. Таким образом, полезная информация трижды подвергается преобразованию из одного вида в другой (материал излагается в устной форме, информация конспектируется, а содержание конспекта преобразуется в электронный вид), в результате чего, возможно некоторое ее искажение или частичная утрата. Намного рациональнее, с точки зрения сохранения авторских прав и целостности информации, было бы поместить оригинал конспекта лекций в общедоступном месте, чтобы любой желающий мог им воспользоваться. В то же время на лекциях, преподаватель имел бы возможность меньше заниматься скучной диктовкой, и больше времени уделять качеству изложения материала и общению с аудиторией.
Таким образом, для обеспечения наиболее эффективного функционирования электронной библиотеки и максимальной отдачи от использования ее ресурсов, одной из важнейших задач является постоянное обновление и пополнение содержащихся в ней информационных ресурсов, а так же расширение тематического ряда и числа наименований хранящейся литературы.
Совершенно естественно, что для решения этой задачи необходима технологическая инструкция по наполнению электронной библиотеки теми или иными информационными ресурсами.
Содержание и представление информационных ресурсов электронной библиотеки
Каждый информационный ресурс электронной библиотеки, хранится на сервере в виде архива, и располагается в определенном каталоге в соответствии с принятыми соглашениями о сортировке по тем или иным признакам. Ресурсы доступны пользователям для чтения по протоколу FTP (File Transfer Protocol – протокол передачи файлов). Существует множество программ (так называемых FTP-клиентов), для работы с FTP-серверами, обладающих дружественным пользовательским интерфейсом (например, Cute FTP, FAR Manager и т.д.).
Вместе с архивом в каждом каталоге находится файл с описанием ресурса, содержащим полное название, краткое описание, и ключевые слова конкретного информационного ресурса.
Все содержимое электронной библиотеки автоматически индексируется специальной программой с определенной периодичностью. Таким образом, любой информационный ресурс, попавший в электронную библиотеку, подлежит учету.
Интерфейсная часть электронной библиотеки, строится, на базе WEB-технологии, то есть представляет собой, по сути, гипертекстовую страничку. На этой страничке пользователь может:
- Просмотреть перечень имеющихся информационных ресурсов
- Просмотреть информацию по любому из ресурсов
- Просмотреть список новых поступлений в библиотеку
- Осуществить поиск нужного ресурса по набору ключевых слов
- Просмотреть рейтинг информационных ресурсов (оценка популярности каждого ресурса, в зависимости от частоты обращения к нему)
- Получить доступ к желаемому информационному ресурсу по протоколу FTP
Механизм поиска информационного ресурса относящегося к определенной тематике, или по иному признаку использует для своей реализации набор ключевых слов, которые указываются автором (или пользователем, привнесшим этот ресурс в библиотеку). Ключевые слова должны содержать как можно большую информацию о ресурсе.
Помимо того, что все информационные ресурсы хранятся на сервере в виде архивов, существует так же ряд электронных документов, доступных для просмотра в реальном времени средствами WWW (World Wide Web или просто Web) с помощью программы-браузера (Internet Explorer, Netscape Navigator и др.), используя протокол HTTP (Hyper-Text Transfer Protocol – протокол передачи гипертекста). Такие электронные документы предварительно редактируются, переводятся в гипертекстовый формат (HTML), оформляются в соответствии с единым принятым стилем, и размещаются на WEB-сервере администратором, content-мастером, или другим человеком имеющим на это права.
Доступ к ресурсам, хранящимся в гипертекстовом виде, осуществляется через набор web-страничек, содержащих перечень областей и разделов объединяющих ряд документов, а так же непосредственно названия доступных электронных документов.
Процесс наполнения электронной библиотеки
Процесс пополнения электронной библиотеки новым информационным ресурсом можно разделить на 2 стадии:
- Действия, выполняемые пользователем, желающим пополнить фонд электронной библиотеки новым информационным ресурсом;
- Действия системного администратора, отвечающего за наполнение и поддержание работы электронной библиотеки (администратора электронной библиотеки).
Таким образом, для каждой стадии следует сформулировать набор соответствующих инструкций, способствующих помещению нового информационного ресурса на сервер электронной библиотеки.
Инструкции пользователю:
1. Подготовить информационный ресурс с точки зрения его содержания и оформления, произвести необходимое редактирование (если вы обладаете авторскими или иными правами на этот ресурс), то есть привести его в тот вид, в котором он увидит свет, и будет использоваться другими пользователями.
2. Проверить все файлы, относящиеся к информационному ресурсу, на наличие вирусов. В случае положительного результата проверки, произвести необходимое лечение файлов, или восстановление. (Примечание: поскольку в обязанности системного администратора сервера не входит следить за чистотой содержимого архивов, рекомендуется серьезно отнестись к этому пункту. Старайтесь не распространять заразу по сети, ведь вы в конечном счете можете тоже пострадать от подобной халатности).
3. Создать файл-описание помещаемого информационного ресурса, с именем descript.ion. Формат файла-описания должен удовлетворять следующим требованиям:
- Содержимое файла должно быть текстом в кодировке WINDOWS 1251
- Файл должен содержать следующие строки:
a. #NAME <полное название ресурса>
b. #DESC <краткое описание ресурса>
c. #KEYWORDS <набор ключевых слов>
d. #AUTHOR <информация об авторе>
e. #SOURCE <ссылка на первоисточник>
(Примечание: последние две строки не обязательны, однако наличие этой информации весьма желательно).
Набор ключевых слов должен содержать слова, так или иначе определяющие содержание информационного ресурса. Область, к которой относится ресурс, формат файла(ов), в котором(ых) он содержится, и т.п.
4. Упаковать все файлы информационного ресурса (включая только что составленный файл-описание), используя одну из наиболее известных программ-архиваторов (RAR, ZIP, ARJ и т.д.) так, чтобы в итоге получился один архивный файл. Имя архивного файла не должно содержать никаких лишних символов кроме букв английского алфавита, цифр и знака подчеркивания.
5. Пользуясь каким-нибудь FTP-клиентом, поместить заархивированый информационный ресурс на сервер в специально выделенный администратором каталог для записи новых информационных ресурсов.
Администратор электронной библиотеки с определенной периодичностью проверяет содержимое каталога для входящих ресурсов. В том случае, если каталог не является пустым, имеют место следующие инструкции.
Инструкции администратору электронной библиотеки:
1. Удалить из каталога входящих ресурсов все файлы, не являющиеся архивами.
2. Просмотреть содержание файла descript.ion очередного архива, и проверить корректность заполнения обязательных полей (#NAME, #DESC, #KEYWORDS).
3. Определить наиболее подходящее место расположения данного ресурса в дереве каталогов в зависимости от тематики и других признаков, после чего создать в выбранной ветви дерева новый каталог.
4. Перенести архив в созданный каталог (удалив его из входящего каталога).
5. Извлечь файл descript.ion из архива в ту же самую директорию (таким образом, в директории будут находиться 2 файла – архив информационного ресурса, и его описание).
6. Повторить пункты 2-5 настоящей инструкции до того момента, пока каталог для входящих ресурсов не будет пуст.
7. Запустить программу переиндексации информационных ресурсов, которая обновит базу данных информационных ресурсов, имеющихся в электронной библиотеке на этот момент, содержащую названия, описания, ключевые слова и адреса ресурсов.
На схеме наглядно показан процесс добавления некоторого информационного ресурса на сервер электронной библиотеки.
Рис.2-1. Технологический процесс наполнения электронной библиотеки
Выводы
1. В разделе был рассмотрен процесс пополнения фонда электронной библиотеки новыми информационными ресурсами, и разработана соответствующая технологическия инструкция.
2. Электронная библиотека является необходимой частью в информационной инфраструктуре любого современого учебного заведения, особенно технического профиля.
3. Динамика обновления и пополнения фода электронной библиотеки в значительной степени определяет актуальность содержащейся в ней информации, и в свою очередь зависит от активности пользователей.
Литература
4. Кульгин М., Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия, Питер, 1999.
5. Найк Д., Стандарты и протоколы Интернета, Русская редакция, 1999.
6. Шниер М., Толковый словарь компьютерных технологий, ДиаСофт, 2000.
Часть III
Организационно-экономический раздел
Прогнозная оценка реализации вариантов связи локальных вычислительных сетей МИЭТ и студенческого городка МИЭТ
Консультант Дьячкова Н.Н.
Кафедра Экономики и Менеджмента
Введение
В специальной части было рассмотрено четыре варианта физической интеграции сетей на базе различных каналов связи:
- Internet;
- Арендованный выделенный канал;
- Радиоканал;
- Собственная волоконно-оптическая магистраль.
Поскольку расчет сметных расходов на создание и поддержку того или иного канала связи невозможен без соответствующего технического задания, содержащего конкретные требования к реализации проекта, то произвести такие расчеты в рамках данного дипломного проекта не представляется возможным. Однако имеет смысл формирование прогнозной оценки реализации того или иного варианта интеграции локальных вычислительных сетей МИЭТ и студенческого городка МИЭТ. Прогнозная оценка будет формироваться исходя из суммы прямых затрат по основным статьям расходов, а так же стоимости поддержки связи, применительно к каждому варианту реализации. В нашем случае мы обладаем достаточной информацией о стоимости соответствующего оборудования и материалов, а так же стоимости услуг по проведению работ, необходимых для реализации данного проекта.
Расчет постатейных прямых затрат при различных вариантах интеграции сетей
Связь посредством сети Internet
В данном случае никаких изначальных затрат на реализацию проекта не требуется, поскольку обе сети уже имеют выход в Internet.
Однако, поскольку связь обеспечивается коммерческой организацией, и имеет количественную оценку, то имеет смысл рассчитать объем затрат производимых в процессе эксплуатации данного канала связи при невысоком уровне пользовательской активности.
Размер оплаты за 1 мегабайт информации, переданный через шлюз, установленный поставщиком услуг сети Internet, составляет 0.15 долларов США.
Приблизительное число пользователей ЛВС студенческого городка МИЭТ – 1000 человек.
При среднем уровне обмена информацией 0.5Мбайт/сутки, стоимость месячной эксплуатации такого канала будет равна:
1000 * 0,5 * 30 * 0,15$ = 2250$.
Данный вариант реализации связи между ЛВС МИЭТ и студгородка МИЭТ экономически нецелесообразен, потому что затраты на оплату даже самого скромного трафика, проходящего по каналам Internet, неприемлемо велики.
Кроме того, следует учесть ряд объективных факторов, касающихся технических характеристик такого вида связи:
- Низкая скорость передачи данных
- Низкий показатель надежности
- Плохая информационная безопасность
Аренда выделенного канала
Этот вариант организации физического канала между интегрируемыми сетями тоже характерен тем, что на его реализацию не требуется никаких затрат материалов или рабочей силы, точнее все расходы сводятся к трем пунктам:
1. Стоимость инсталляции порта сети передачи данных
2. Стоимость организации виртуального канала
3. Оплата аренды канала
| Пропускная способность, Кбит/с | Организация виртуального канала, $ | Инсталляция порта сети передачи данных, $ | Арендная плата (За 1 порт) $/мес |
| 64 128 256 512 1024 2048 | 1 1 1 1 1 20 | 430 430 430 430 430 430 | 30 45 70 100 180 200 |
Таблица 3-1. Стоимость подключения и аренды портов сети передачи данных
Принимая во внимание масштабы ЛВС студгородка, из предлагаемых вариантов пропускной способности канала правильнее всего выбрать 2048 Кбит/с.
Тогда затраты на реализацию канала, учитывая тот факт, что нам понадобится инсталлировать по одному порту сети передачи данных в каждой ЛВС, будут следующими:
2 * 430$ +20$ = 880$.
Стоимость аренды используемого канала с пропускной способностью 2048 Кбит/с за месячный период будет составлять:
2 * 200$ = 400$.
Данный вариант взаимосвязи сетей имеет ряд положительных сторон по сравнению с предыдущим. Основным достоинством является то, что стоимость аренды канала не зависит от передаваемого по нему объема информации. Объем передаваемой информации ограничен исключительно шириной полосы пропускания.
Создание оптоволоконной магистрали
В этом случае себестоимость проекта представляет собой сумму затрат по следующим основным статьям:
- стоимость активного оборудования;
- стоимость основных и вспомогательных материалов;
- стоимость монтажных работ;
В результате получаем следующую формулу:
Формула 4-1. Основные прямые затраты.
| Sп | Основные прямые затраты |
| Sоб | Стоимость оборудования |
| Sм | Стоимость материалов |
| Lо | Оплата монтажных работ |
Таблица 3‑2. Описание переменных
Расчет основных прямых затрат на реализацию проекта
Исходные данные для расчета приводятся в таблицах
| Наименование | Цена | Кол-во | Стоимость |
| Медиаконвертор 100BaseTX – 100BaseFX Allied Telesyn AT-MC103XL-20 (UTP -SC) | 540$ | 2 | 1080$ |
| Итого | 1080$ |
Таблица 3-3. Стоимость оборудования
Сумма затрат на оборудование:
| Наименование | Цена | Кол-во | Стоимость |
| Кабель волоконно-оптический одномодовый 9,5/125мкм 4 волокна (для внешней прокладки) – ОКСТ(СПЛ)-9,5-4 | 2$ | 2500 | 5000$ |
| Волоконно-оптический соединитель SС SМ, 0.9 мм, 126 мкм (Molex) | 8$ | 4 | 32$ |
| Муфта для разделки кабелей на 6 волокон (Siecor) | 24$ | 2 | 48$ |
| Итого | 5080$ |
Таблица 3-4. Стоимость материалов
Сумма затрат на материалы:
| Наименование работ | Стоимость |
| Прокладка 4-х волоконного оптического кабеля по городской канализации (2300м) | 2300$ |
| Прокладка оптоволоконного кабеля в короб/канал внутри зданий | 200$ |
| Оконцевание 4х жил разьемоми типа SC | 100$ |
| Тестирование оптического кабеля (измерение затухания) | 10$ |
| Итого | 2610$ |
Таблица 3-5. Стоимость работ
Стоимость монтажных работ составляет:
Примечание: поскольку в стоимость монтажных работ входит стоимость сопутствующих материалов, необходимых для прокладки ОВ кабеля, то в статье расходов на материалы не приведены цены на вспомогательные материалы. Просуммировав полученные значения прямых затрат на оборудование, материалы и проведение работ, получим:
С точки зрения технических характеристик и перспектив развития, данный проект является самым удачным из четырех рассмотренных. Его основными недостатками являются:
- Высокий уровень затрат на реализацию
- Необходимость получения разрешения на проведение прокладочных работ в коллекторах города
Организация радиоканала
Как и в предыдущем варианте, общая формула себестоимости проекта реализации радиоканала выглядит следующим образом:
где:
| Sп | Основные прямые затраты |
| Sоб | Стоимость оборудования |
| Sм | Стоимость материалов |
| Lо | Оплата монтажных работ |
Расчет основных прямых затрат на реализацию проекта
Исходные данные для расчета приводятся в таблицах
| Наименование | Цена, $ | Кол-во | Стоимость, $ |
| Cisco Aironet 340 Series 11Mbps DSSS PCI Adapter with 128-bit WEP | 370 | 1 | 370 |
| Параболическая антенна, зеркало 24dBi, 8°х9° | 190 | 1 | 190 |
| Системный блок P-166Mhz / 32MB DIMM / HDD 850Mb / NIC 10Mbps | 100 | 1 | 100 |
| Итого | 660 |
Таблица 3-6. Стоимость оборудования
Сумма затрат на оборудование:
| Наименование | Цена, $ | Кол-во | Стоимость, $ |
| Кабель Belden 9913 (0.23 dB/m) | 4 | 15 | 60 |
| Итого | 60 |
Таблица 3-7. Стоимость материалов
Сумма затрат на материалы
Учитывая то, что установку направленной антенны и настройку радиомостов можно осуществить силами студентов, и приняв во внимание заинтересованность последних в реализации проекта интеграции сетей, все сопутствующие работы могут быть выполнены бесплатно.
Просуммировав полученные значения затрат на оборудование и материалы, получим окончательную оценку прямых затрат для данного варианта:
К достоинствам данного варианта реализации физического канала стоит отнести следующие особенности:
- Простота и быстрота реализации (установку и настройку оборудования можно осуществить за 1 рабочий день)
- Низкая себестоимость
- Скорость передачи сигнала до 11 Мбит/с
В свою очередь поддержка радиоканала и обслуживание оборудования может так же осуществляться студентами, что исключает соответствующую статью расходов из рассмотрения.
Прогнозная оценка реализации различных вариантов связи ЛВС МИЭТ и студгородка МИЭТ
Оперируя полученными данными, составим таблицу прямых затрат по основным статьям расходов на реализацию каналов связи.
| Статьи прямых затрат | Вариант связи интегрируемых сетей | |||
| Internet | Аренда выделенного канала | Радиоканал | Волоконно-оптическая магистраль | |
| Оборудование | - | - | 660 | 1080 |
| Материалы | - | - | 60 | 5080 |
| Работа | - | 880 | - | 2610 |
| ИТОГО | - | 880 | 720 | 8770 |
Таблица 3-8. Сумма постатейных прямых затрат на реализацию различных вариантов связи интегрируемых ЛВС
Несмотря на то, что себестоимость проекта – достаточно значимый показатель, определяющий экономическую целесообразность реализации проекта, имеет смысл произвести анализ процесса эксплуатации того или иного канала связи, с целью оценить уровень суммарных затрат на его содержание.
Рис. 3-1. Диаграмма суммарных затрат на создание и поддержку различных каналов связи
На диаграмме 3-1 показана общая сумма, затраченная на реализацию и поддержку функционирования того или иного канала связи за полугодовой период, выраженная в долларах США (примечание: все используемое оборудование производится за рубежом, и его стоимость, а так же стоимость работ по монтажу СКС и услуг связи жестко привязаны к курсу USD).
Как видно, самым дорогостоящим видом связи является связь через Internet. Данный вариант интеграции сетей абсолютно неприемлем как с точки зрения ряда технических недостатков, так и ввиду экономической нецелесообразности. После 6 месяцев эксплуатации существующего канала в целях осуществления пополнения, и использования ресурсов единого информационного пространства МИЭТ, расходы, на оплату такого вида связи начинают превосходить размер основных затрат на создание высокоскоростной волоконно-оптической магистрали МИЭТ – Студгородок.
Вариант связи сетей с использованием радиоканала является наиболее приемлемым решением, поскольку он наиболее полно удовлетворяет требованиям, изложенным в задании по следующим пунктам:
- Минимизация затрат на реализацию (наименьший уровень суммарных затрат на организацию и поддержание);
- Минимизация сроков реализации проекта (установку необходимого оборудования, его тестирование и отладку можно осуществить за 1 рабочий день);
Причем, замечательная особенность реализации физической связи посредством радиоканала заключается еще и в том, что деньги вкладываются исключительно в активное оборудование, которое, в случае создания технически более совершенного канала связи, можно будет продать, или использовать для других целей. В то время как деньги за подключение к МВОС и за аренду выделенного канала, или оплату провайдера услуг Internet, бесследно уходят.
В принципе, самым наилучшим и перспективным вариантом реализации физической стороны интеграции сетей, является создание собственного волоконно-оптического канала. Преимущества, получаемые при этом можно перечислить:
- Скорость передачи данных от 10 Мбит/с до 1000 Мбит/с, что в десятки раз быстрее всех остальных видов связи;
- Идеальное качество связи (частота возникновения ошибок в линии имеет порядок 10-12)
- Высочайшая помехозащищенность
- Высокая безопасность передаваемой информации
- Пропускная способность магистрали ограничена только возможностями активного оборудования
Однако с учетом достаточно большой себестоимости, а так же ряда принципиальных организационных сложностей, связанных с необходимостью использования коллекторов для прокладки волоконно-оптического кабеля, не позволяют в данный момент осуществить этот вариант реализации физического канала.
Выводы
1. В организационно-экономическом разделе была получена прогнозная оценка реализации различных вариантов связи локальных вычислительных сетей МИЭТ и студгородка МИЭТ.
2. Наиболее целесообразным из рассмотренных вариантов в плане реализации при существующих условиях является радиоканал. Этот вид беспроводной связи является на сегодняшний день одним из наиболее эффективных решений обеспечения связи между территориально удаленными сетями.
Литература
0 комментариев