|
|
Probleemstelling: hoe kan men
draadloos de maximale connectieafstand tussen 2 computers verhogen
door gebruik te maken van zelfontworpen zend- en ontvangst
communicatie systemen. Een bijkomend aspect is dat er gebruik dient
gemaakt te worden van afgedankt materiaal. |
Inhoud:
-
Doelstellingen.
-
Inleiding.
-
Wat is WIFI.
-
Werkwijze.
-
Keuze van materialen en apparatuur.
-
De antennes, de verschillende ontwerpen onder elkaar.
-
Verwerking van de meet resultaten.
-
Groepsfoto's van de opstellingen, studenten.
-
Poging tot het overbruggen van een afstand van 3 km.
-
Berekeningen.
-
Online calculators.
-
Methoden om een wireless access point (draadloze router) beter te
beveiligen.
-
Beveiliging van de computer.
-
Algemene opmerkingen en conclusies.
-
Praktische toepassingen.
-
Externe links.
1 Doelstellingen:
top
- Het berekenen, ontwerpen en uittesten van draadloze RF antenne systemen.
- Een vergelijkende studie maken van het zendbereik/ontvangstbereik van RF
signalen met behulp RF analysers.
- Eenvoudige beveiligingsmethodes voorstellen om een draadloos netwerk
beter te
beveiligen.
- Studie van draadloze communicatie apparatuur en de opbouw van het
frequentiespectrum van diverse elektromagnetische golven.
- Het begrip bandbreedte kunnen situeren in het geheel van draadloze
communicatie.
- Het toepassen van het gebruik van decibels in draadloze communicatie
apparatuur.
- Wat stelt WIFI voor.
- Studie van draadloze netwerken en de implementatie van WLAN antennes in
het geheel.
- De verschillende soorten antennes met elkaar vergelijken en specifieke
toepassingsgebieden bestuderen
- Zelf ontwerpen van antennesystemen in het 2.4 GHz gebied, met zin voor
design en detail.
- Het bepalen van de datasnelheid in een draadloos netwerk in functie van
de sterkte van het RF signaal.
- Bij een practische opstellingen een afstand van minmaal 3 km overbruggen
via de 2 grootste schotelantennes.
| |
Bij de voorstelling van dit project wordt naast
het aanscherpen van het zelfstandig leren en werken, ook nadruk
gelegd op zin voor samenwerking. Het feit dat men door gebruik te
maken van bepaalde vaardigheden van collega's een kwalitatief beter
product realiseert is zeer belangrijk.
Deze zijn dan ook belangrijke competenties waaraan de toekomstige werknemers in het bedrijfsleven
moeten voldoen.
|
|
2 Inleiding:
top
- Reeds enige tijd groeit het aantal draadloze netwerken thuis en bij bedrijven
razendsnel, waardoor draadloze netwerken een standaars aan het worden zijn. Een
draadloos netwerk heeft het grote voordeel dat die lastige kabels die overal
naar toe moeten worden getrokken tot de verleden tijd behoren en uiteraard:
mobiliteit. Nadelen zijn wel veiligheid en maximaal te overbruggen afstand.
- Dit project heeft als doel na te gaan op welke manieren de maximaal te
overbruggen afstand kan worden vergroot.
- Aan de hand van het volgende verslag wordt precies duidelijk gemaakt wat het
gevaar is van draadloze netwerken. Tevens zal worden uitgelegd welke de minimale
stappen zijn om uw netwerk beter te beveiligen.
- Het eerste gevaar dat het niet goed beveiligen van een access point met zich
meebrengt is dat de internetverbinding van de gebruiker door de hele buurt
gebruikt kan worden. Binnen een bepaalde straal (50 tot 100m) kan het RF signaal
van de router of het wireless access point door een willekeurige draad-loos netwerkkaart
worden opgevangen.
3 Wat is WIFI en WLAN:
top
- Wi-Fi staat voor Wireless Fidelity en is gebonden aan
draadloze datanetwerkproducten, die werken volgens de internationale standaard
IEEE 802.11 (draadloos netwerken). Deze standaard maakt gebruik van frequenties
in het 2.4 GHz gebied (ISM gebied: industrial, scientific and medical radio
band, oorspronkelijk gereserveerd voor niet commercieel gebruik). Praktisch WIFI
staat momenteel voor draadloos internet thuis. Er zijn 2 modes: Ad Hoc modus en
Infrastructuur modus. In het eerste geval worden 2 computers draadloos met elkaar
verbonden zonder gebruik te maken van een centraal toegangspunt (meestal een
draadloze router). Bij infrastructuur modus wordt er gewerkt met een centraal
acces point.
- Bij WIFI maakt mengebruik van de volgende standaarden:
IEEE 802.11a werkt in de 5 GHz band , snelheid tot 54 Mbps, modulatie
methode: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), van 5.125 tot
5.85 GHz.
IEEE 802.11b werkt in de 2,4 GHz-band, snelheid: 11 Mbps (11.000.000
bit/s), modulatie methode: Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), van 2.412 tot
2.484GHz.
IEEE 802.11g is de opvolger van 802.11b en werkt in de 2,4 GHz-band,
snelheid tot 54 Mbps, modulatie methode: Orthogonal Frequency Division
Multiplexing (OFDM), van 2.412 tot 2.484GHz.
IEEE 802.11n werkt zowel in de 2.4 als in de 5 GHz band, snelheid tot
100 Mbps.
- Figuur: Grafische voorstelling van het gebruikte frequentie spectrum,
elk kanaal heeft een bandbreedte van 22 MHz:

- WLAN staat voor Wireless Local Area Networks, of gewoon draadloze
netwerken die bij u thuis of in een bedrijf worden aangelegd.
- Figuur: Spectrum van RF signalen gebruikt voor draadloze
datacommunicatie.

4 Werkwijze:
top
- De eerste opdracht was het bestuderen van EMG (Elektro Magnetische
Golven) en de reeds bestaande antennes. De voor- en nadelen ervan dienden
naast elkaar te worden gezet: gebruik, effectiviteit, vermogensversterking,
stralingspatroon. Vervolgens werd er via internet gezocht naar
specifieke informatie in verband met draadloze communicatie in het 2.4 GHz
gebied. In de bestaande literatuur was er geen informatie beschikbaar. Een aantal ideeën
werden bruikbaar bevonden. Na een kritisch
overleg tss de leerkracht en de student kwam men tot een mogelijk
voorontwerp waarbij individueel de doelstellingen werden vastgelegd, alsook
de te volgen werkwijze, timing, materiaal keuze, ... , voor- en nadelen
werden tegenover elkaar
gezet.
- Aangezien het hier ging over een grote verscheidenheid aan ontwerpen
diende er ook een universeel meetsysteem te worden ontworpen. Jammer genoeg
hadden we geen Spectrum analyser of network analyser ter onzer beschikking,
zodat er naar goedkopere (lees gratis) alternatieven werd gezocht. Op het
internet werd gelukkig het testprogramma "Netstumbler" gevonden, waarbij de
ontvangen RF signalen en de kwaliteit ervan met elkaar konden worden
vergeleken.
- Een bijkomend studie werd gehouden over het werken met decibels,
toepassingen, eigenschappen, alsook het wiskunde onderdeel meetkunde werd
grondig doornomen.
- Keuze ontwerp:
DE keuze van het ontwerp werd enerzijds bepaald door de persoonlijke
interesse van de student alsook het bekomen van geschikt afval materiaal. Zo
zijn de gebruikte schotelantennes defecte onderdelen van defecte
satellietontvangers.
DE persoonlijke handigheid in het verwerken van metalen en houten
constructies hebben eveneens een grote rol gespeeld in de keuze van het
ontwerp. Er werd naar gestreefd om tot een zo groot mogelijke verscheidenheid en
originaliteit te komen van de voorgestelde ontwerpen. Uiteraard bepaalt de
keuze van een WLAN de uiteindelijke versterkingswinst. Het doel is echter
tot een effectief werkend ontwerp te komen, die ofwel binnenshuis, op de
bureau tafel of buitenshuis kan gebruikt worden.
- Bij de beoordeling wordt er naast de kwalitatieve aspecten eveneens
rekening gehouden met het design en oog voor detail van het ontwerp.
- De effectiviteit van alle ontwerpen moest met elkaar worden vergeleken, maar
nog belangrijker is het feit dat men tot een werkend geheel moest komen.
Daartoe moest telkens een vergelijkende meting uitgevoerd worden t.o.v. de
meegeleverde omnidirectionele antenne bij een draadloze netwerkkaart.
De test opstelling gebeurde op de binnenkoer van het VTI, waarbij op
100 m afstand een draadloze router (wireless access point) werd geplaatst.
De ontvangen signaalsterkte werd via een software programma gemeten en in
het geheugen opgeslaan. Hieronder een paar foto's van studenten in actie.
- Foto's: studenten in actie op de binnenkoer van het VTI:
| |
 |
 |
|
- Tenslotte volgt de bouw en configuratie van een draadloos access point
en studie van de veiligheid van draadloze netwerken. Meer specifiek: een
draadloos netwerk te bouwen tussen meerdere computers zonder de aanwezigheid
van een access point (Ad hoc netwerk). Elke willekeurige computer kan nu
toegang krijgen tot het netwerk op voorwaarde dat ze binnen het zend bereik
vallen.
5 Keuze van materialen
en meetapparatuur:
(software en hardware)
top
Linksys wireless netwerk
kaart (x2)
Instellingen:
Type: WMP54GS-EU en WMP54G
Ingesteld op de 802.11b standaard
Beschikbaar vermogen: 15 dBm of 31.6 mWatt; maximaal 18 dBm of 63 mWatt
Modulatie methodes: 802.11b: CCK (11 Mbps), DQPSK (2 Mbps), DBPSK (1
Mbps)
Gevoeligheid: -80 dBm.
Opmerking: gemeten met Netstumbler is er bij -90dBm
nog steeds communicatie mogelijk
Lengte van de staafantenne: cm
Gebruikt kanaal: 6 |
 |
| Frequentie (MHz) |
2412 |
2417 |
2422 |
2427 |
2432 |
2437 |
2442 |
2447 |
2452 |
2457 |
2462 |
2467 |
2472 |
24835 |
| Kanaal |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
|
NetStumbler
Wordt gebruikt om
de ontvangen signaal sterkte te meten in dBm, alsook de SNR (Signal to
Noise Ratio).
Handleiding Netstumbler.
|

|
Het inwendige van een Wireless router:
Wordt in de testopstelling als referentiepunt gebruikt.
|
 |
Windows netmeeting
Wordt gebruikt om
data-, beeld- en geluids informatie draadloos te verzenden.
Dit programma wordt standaard bij Windows meegeleverd.
Instellingen: Ad Hoc modus
|
 |
Instellingen Windows XP:
Adhoc modus (Wireless peer to peer modus)
|
|
Reverse SMA connector (vrouwelijk type)
op de foto:
mannelijk equivalent |

|
50 Ohm RG58 coax kabel Verzwakking: >100
db/100m (2.4GHz)
50 Ohm RG213 coax kabel Verzwakking: 50
db/100m (2.4GHz)
50 Ohm Low Loss 400 coax kabel Verzwakking: 22
db/100m (2.4GHz) |

 |
RF, N plug connector
Mannelijk type
Buiten diameter: 19 mm
Binnen diameter: 7 mm
Impedantie: 50 Ω |
 |
Reverse polarity SMA naar N connector pigtail
kabel(Pigtail: aansluitkabel)
Low Loss 500 coax kabel
Lengte: 150 cm
Verzwakking: 0.24 dB/m
|
 |
Webcamera's
|
 |
6 WLAN antennes: de
ontwerpen:
top
A Parabool met koffiepot
als ontvanger:
- Prime Feed Focus Dish
- Afmetingen:
Diameter: 45 cm. Diepte: 10 cm. Brandpunt: 12 cm
- Antenne winst: 20 dB
|
 |
B Cantenna:
- Afmetingen:
Diameter D: 100 mm Lengte l: 183 mm Antenne lengte: 31 mm Antenne afstand tov links: 45 mm PS: is in feite een gewone koffiepot als golfgeleider :)
- Antenne winst: t.o.v. staafantenne: 10 dB
|
 |
 |
C Dubbele biquad antenne:
Onderdeel van een parabool antenne.
- Afmetingen:
Lengte van elke zijde: 31 mm Hoogte van de antenne tov het grondvlak: 15 mm Grondvlak: 220mm/123mm
- Gebruik na de constructie Plastic spray om het koperen gedeelte
te beschermen tegen oxidatie
- Antenne winst: t.o.v. staafantenne: 13 dB
|
 |
D Prime Feed Focus schotelantenne met cantenne
als ontvanger:
- Prime Feed Focus Dish; RF signalen vallen loodrecht
op het oppervlakte.
- Afmetingen:
Diameter: 90 cm. Diepte: 13.5 cm. Brandpunt: 42 cm
- Antenne winst: 22 dB ?
|
 |
 |
E
Cilindrische parabolische reflector
met omnidirectionele antenne
- Afmetingen:
D: 330 mm c: 120 mm f: 100 mm
- Antenne winst: t.o.v. staafantenne: 14 dB
|
 |
 |
Cilindrische parabolische reflector
met omnidirectionele antenne, tweede ontwerp
- Afmetingen:
D: 600 mm c: 150 mm f: 150 mm
- Antenne winst: t.o.v. staafantenne: xx dB
|
 |
F Schotelantenne (offset) met
biquad
als ontvanger:
- Offset Dish Antenna; RF signalen vallen onder een
hoek op het oppervlakte. Voor onze doeleinden moet deze antenne dan ook 180 ° vertikaal gedraaid
worden.
- Afmetingen:
Diameter: 90/100 cm. Diepte: 8.6 cm.
- Antenne winst: 22 dB
|
 |
 |
G Parabool met dipool
antenne:
- Prime Feed Focus Dish
- Afmetingen:
Diameter: 30 cm. Diepte: 7,2 cm. Brandpunt: 11 cm
75 Ohm RG58 coax kabel
- Antenne winst: negatief
|
 |
|
H Staaf antenne:
|
 |
|
I USB antenne:
- USB adaptor DWL-G122, D-Link
Transmitter Output Power: 14 dBm ± 2dB Modulation Technology: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
- Afmetingen:
Lengte: 75 mm Breedte: 23 mm
|
 |
J Parabool met USB
antenne:
- Prime Feed Focus Dish
- Afmetingen:
Diameter: 30 cm. Diepte: 7,2 cm. Brandpunt: 11 cm
- Antenne winst t.o.v. USB antenne in vrije ruimte: 22dB
|
 |
Biquad antenne:
- Onderdeel van een parabool antenne.
- Afmetingen:
Lengte van elke zijde: 31 mm Hoogte van de antenne tov het grondvlak: 15 mm Grondvlak: 123mm/123mm Gebruik na de constructie
Plastic spray om het koperen gedeelte
te beschermen tegen oxidatie
- Antennewinst t.o.v. staafantenne: 12 dB
|
 |
 |
7 Verwerking van de meetresulaten:
top
- Binnenplaats VTI: Afstand Access point (Wireless Router als Access
Point) tot de antenne: 100 meter.
-
A: Parabool antenne, diameter 45 cm, + cantenne
-
B: Cantenne
-
C: Dubbele biquad
-
D: Parabool antenne, diameter 90 cm, + cantenne
-
E: Cilindrische parabool
-
F: Parabool antenne, Diameter: 90/100 cm, + biquad
-
G: Parabool, Diameter: 30 cm, + dipool antenne
-
H: Staaf antenne
- In het labo: USB antenne

8
Groepfoto's:
top
-
Groepsfoto van de studenten die meewerkten aan het project:

-
Werkten mee aan dit project: van links naar rechts: De Beer Gino, Ewout Goedgezelschap,
Tomas Herremans, Yari Pinnewaert, Arnout De Vos, Siau Pauwel, Anthony Van
Roy, Jasper Jans, Jan De Ridder, Nicolas Karmé, Koen Vander Meersche, Tim
Janssens, Gert De Lausnay, Wouter De Smet.
-
Figuur: opstelling van de ontwerpen: schotelantenne met biquad
(offset antenne), cilindrische parabool, parabool met cantenne, biquad
antenne, parabool met USB stick als antvanger, cantenne, brede cilindrische
parabool, Parabolische schotelantenne met cantenne als golfgeleider (prime
focus).

9
Poging tot het overbruggen van een afstand van 3 km:
top
On the field:
- Keuze van de locatie: Een prachtige streek tussen Erwetegem en St Maria
Oudenhove: St Maria Lierde: er wordt getracht een afstand van 3000 m (in
vogelvlucht) te overbruggen met behulp van de 2 schotel antennes. Doel: aantonen
dat er vlotte communicatie mogelijk is door middel van het doorsturen van
digitale audio en video signalen. De uiteindelijke communicatie gebeurt door
gebruik te maken van het Windows programma netmeeting.
- De gemeente Lierde maakt deel uit van het Heuvelland van de Vlaamse
Ardennen, gecompartimenteerd door beekvalleien en heuvelruggen, meer info
op GEMEENTELIJK
NATUURONTWIKKELINGSPLAN LIERDE
- Figuur: map van de locatie waar er zal getracht worden een
afstand van 3000 meter draadloos te overbruggen:

- We zochten en vonden 2 heuvels in het Vlaamse landschap, Waesberg op een
hoogte van 90 meter en Eikenmolen op een hoogte van 90 meter, het dal zelf
ligt op een hoogte van 40 meter tov de zeespiegel,
Luchtfoto grondgebied St Maria
Lierde. PS op de luchtfoto zijn we uiteraard niet te herkennen omdat wij
op dat zelfde moment in het luchtruim vertoefden, ...
Op de volgende foto's zien we Gino en Dirk op avonturentocht in St Maria
Lierde: de zoektocht naar een geschikte locatie om het experiment uit te voeren:
|
Dirk en boer Marc |
Dirk en Walter |
Zicht o>
Eikenmolen |
Zicht o> Waesberg |
Gino en boer Marc |
Gino en boer Marc |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
- Zondag 26 november werd getest of dat de minimale doelstelling, een
draadloos WLAN netwerk aanleggen die een afstand van 3 km kon overbruggen,
kon wrden gerealiseerd. Op de onderstaande fotoreeks krijg je een overzicht
te zien van de respectievelijke meetopstellingen alsook een ideetje van het
improvisatie talent van de betrokken leerkrachten: Dirk, Peter, Luc en Gino.
Kijk eens naar onze uitvinding: een prachtige tafel opgebouwd uit .. jawel
oude autobanden. Na het zwaar labeur van bij de opstelling van het
meetsysteem (met dank aan boer Marc) werd met succes overgegaan tot het
realiseren van een draadloze WLAN verbinding (afstand in vogelvlucht: 3 km).
Via Netmeeting werd een conferentiegesprek (beeld en geluid) opgestart
tussen de 2 punten. De plaatselijke inwoners waren na het aktief deelnemen
aan de videoconferentie zodanig onder indruk, dat ze de elektronica afdeling
nogmaals verwachten in het voorjaar.
Indien de opstelling zou gebeuren in een windvrije omgeving kan gerust de
hieronder theoretisch berekende afstand van 7 km bereikt worden. Het
afregelen en nauwkeurig richten van de antennes blijft wel de grootste
uitdaging.
|
Videoconferentie via wireless WLAN |
Meetopstelling Waesberg |
Gino o> Waesberg |
Dirk o> Waesberg |
Meetopstelling
Eikenmolen |
Peter o>
Eikenmolen |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
- Nieuwe uitdaging: het overbruggen van een afstand van 6.0 km

10
Berekeningen:
top
10.1 Berekening van de versterkingsfactor van een antenne in dBm:
- dBm of dBmW is het vermogen gemeten t.o.v. 1 milliwatt,
dBm = 10 log P/P0; en dit bij gelijke impedanties.
- 3 dBm = 10 log P/P0
of P = 100.3.P0
of P = 2 P0
- 10 dBm = 10 log P/P0
of P = 101.P0
of P = 10 P0 of P = 10 mWatt
- -50 dBm = 10 log P/P0
of P = 10-5.P0
of P = 0.00001 P0 of P = 10 nWatt
- Figuur: dBm naar mWatt conversie.

10.2 Uitgestraald vermogen bij een isotrope antenne:
- PD = Pt/4pd2
[Watts/m2]
- Pt :
uitgestraald vermogen
d : afstand tot de antenne Opmerkingen: bij een andere antenne moet deze waarde nog vermenigvuldigd worden
met de versterkingswinst G van de antenne. dBi = dBd + 2.15
- Opmerking: De signaal sterkte neemt af met 6 dB bij verdubbeling van de afstand in
openlucht, binnenshuis ligt die waarde hoger dan 9 dB!!
10.3 Uitgestraald vermogen bij een antenne:
-
Effective isotropic radiated power (EIRP): het door
de antenne uitgestraald vermogen: vermogen beschikbaar aan de ingang van de
antenne + antennewinst + 2.15dB
- Voorbeeld:
P = 15 dBm
Antenne winst: 20 dB
EIRP = 35 dBm
10.4 Door de antenne ontvangen vermogen:
- PR = PD.GR.l2/4p
[Watts]
- GR.l2/4p
= effectieve oppervlakte van de antenne
GR = versterkingsfactor van de ontvangst antenne
10.5 Friis vergelijking:
- PR = Pt.GR.l2/(4pd)2
[Watts]
10.6 Bepaling van de golflengte:
- Figuur: voorstelling van een elektromagnetische golf, vertikaal
het elektrisch veld, horizontaal het magnetisch veld:

- c: snelheid van het licht: 3.108 m/s
De daaggolf frequentie
f bij WLAN netwerken bedraagt 2.4 GHz (zie bovenstaande frequentie tabel:
wat is WIFI-WLAN) De golflengte
l = c/f:
l wordt dus:12.5 cm De lengte van de interne antenne (1/4 golf straler) van de cantenna moet dus
zijn: l/4
of 31 mm
- De reële draaggolf frequenties liggen hoger (zie bovenstaande frequentie tabel).
10.7 Parabolische schotel antenne berekeningen:
- Wiskundige voorstelling van een parabool: y = a (x - p)2+ q
q = offset (neem q = 0) p = horizontale verplaatsing (neem p = 0) Vereenvoudigde formule: y = a (x)2 of y = x2/4f
waarbij a= 1/4f
- De focus f van een gegeven parabool = D2/16.c
D: Diameter van de schotel antenne c: diepte van de parabool antenne
- Figuur: nodige gegevens voor de bepaling van het focuspunt:

Voorbeeld van een cilindrische parabool constructie:
- y = ax2 ; a = 0.05
y = 0.05x2 a = 1/(4f) f = 1/(4a) f= 5
- Voor een groter horizontale oppervlakte is het beter voor a een waarde van 0.025
te nemen. Het brandpuntsafstand verhoogt hierbij tot een waarde van 10 cm. De
onderstaande figuur geeft de wiskundige constructie weer van een
cilindrische parabool:

- Bij het gebruik van de parabool antennes wordt op optische wijze
het brandpunt bepaald. Dit gebeurde eveneens bij de zelfontworpen cilindrische
parabool. Eventuele afwijkingen tov van de theoretisch bepaalde waarden konden
hierdoor worden bijgewerk.
Opmerking: bij de gebruikte offset schotelantenne is het brandpunt minder duidelijk
omlijnd dan bij de Prime Feed Focus schotelantenne.
10.8 Cantenna berekeningen:
- Golflengte: l = 3.108
m/s
/ 2.4 GHz = 125 mm.
Lengte van de ingebouwde antenne: 31 mm =
l
/ 4 Antenna offset vanaf de linkerkant:
= 0.25
l
/ √((1 -
(l/1.706D)2)
- De lengte l van de cantenna dient dus groter te zijn dan 0.75 l
10.9 Free Space Loss berekeningen:
- FSL = 10 log (l
/4p d)2
= -100.4 dB op een afstand van 1000 m
- Figuur: Free Space Loss in dB

10.10 Bepaling van het maximaal zendbereik:
- Figuur: opstelling voor de bepaling van het maximale zendbereik:

- Voor de
berekening van het maximale zendbereik wordt de FSL berekend, waaruit de
maximale zendafstand kan worden bepaald.
- FSL = PTR + GTR - PRC + GRC
-20 dB = 15 + 20 - (-80) + 25 - 20 - 2 dB= 118 dB
PTR
= Het beschikbaar vermogen (PC kaart) bij ideale
impedantie aanpassing: 15 dBm GTR =
Versterkingsfactor van de zend
antenne: 20 dBm PRC = Gevoeligheid van de ontvanger (negatieve
waarde): -80 dBm GRC = Antenne versterking van de
ontvangstzijde: 25 dBm Ruis marge SNR, dynamische RF parameters die het signaal op
een negatieve manier beïnvloeden: 20 dB kabel en connector verliezen: 2 dB
Grafische voorstelling FSL
berekening
- Maximale
zendafstand d:
(-118 dB) = 10 log (l
/4p d)2
==> dmax = 7800m (de theoretisch maximale
afstand is dus 7800m)
- Fresnel zone:
Indien deze zone d vrij is van obstakels, wordt het uitgezonden
signaal niet verzwakt. De minimale breedte die een straal nodig
heeft, is afhankelijk van de te overbruggen afstand en de
golflengte en kan met de onderstaande formule worden berekend.

d=17,32*√((d1*d2)/(f*D))
h: Fresnel zone in meter
D: afstand in vogelvlucht tussen de 2 antennes (in km)
d1,d2: afstand tot het obstakel (in km)
f: Transmissiefrequentie: 2.4 GHz, (in GHz)
- Opmerkingen:
een muur levert een verzwakking van
minstens 9 dB een vloer levert een verzwakking van 30 dB Een voorbijganger veroorzaakt een signaal verzwakking van 10 dB Een winst van 6 dB betekent een verdubbeling van afstand (in open
lucht), in huis heb je minstens een winst van 9 dB nodig.
10.11 Berekening van de kabelimpedantie:
- Figuur: anatomie van een coax kabel:

- De karakteristieke impedantie van een coax kabel wordt als volgt berekend:
Zc = (138.log
(D/d)) / √Er,
waarbij d de diameter van de binnenste geleider is en D de diameter van de
buitenste geleider: Er: dielectrische
constante van het medium (meestal 2.3)
a: binnen diameter van de koperen geleider b: Dielectrische constante (Polyethyleen: Er = 2.3) c: buiten diameter van de koperen geleider. d: Bonded aluminum foil e: Behuizing, bescherming (Polyethyleen)
- Zc moet 50 Ω zijn voor alle antennes en
kabels. Bij misaanpassing ontstaan er reflecties, waardoor het nuttig
zendvermogen wordt beperkt. Om dit probleem op te lossen hebben we een VSWR
meter nodig, waarover we echter niet beschikken. Bij de bepaling van het
maximale zendbereik dient daarmee echter wel rekening te worden gehouden. Deze
waarde zal een negatieve invloed uitoefenen op de maximaal te overbruggen
afstand. (VSWR: staande golf verhouding - Voltage Standing Wave Ratio)
10.12 Berekening van de afstand tussen 2 punten op de
aardbol:
- Berekening van de afstand tussen 2 punten op de aardbol
geen cijfers na de komma ingeven,
javascript
- Straal van de aardbol r = 6372.795 km
- Met een goeie GPS in uw wagen, een fluitje van een cent, met
dank aan Dirk Van Ginderdeuren.
11
Online calculators:
top
-
http://www.educypedia.be/electronics/electroniccalculatorrf.htm
- Berekening van de afstand tussen 2 punten op de aardbol
-
CantennaCalc v0.2
-
Conversion from Watts
(W) to decibels "milliwatts" (dBm)
-
EIRP
Effective Isotropic Radiated Power calculator
-
Fresnel zones
-
Link Margin
-
Link Planning for Wireless LAN (WLAN)
-
RF Calculator
Conversion calculator from Watt to dBm and from dBm to Watt
- Space loss calculator
-
Space loss calculator Km
12
Methoden om een access point
(draadloze router) beter te beveiligen:
top
- Uitzending van SSID
uitschakelen:
SSID staat voor Service Set Identifier, een 32-tekens lang
‘naamkaartje’ van het access point naar de buitenwereld. Dit wordt met ieder
bericht meegestuurd dat het access point uitzendt en kan door iedereen binnen
het bereik van het access point worden ontvangen. Een draadloze netwerkkaart is
in staat om het SSID op te vangen en te gebruiken om zo verbinding te maken met
het betreffende access point. Dit geldt voor iedereen die zich binnen het bereik
van het access point bevindt, dus ook personen die u liever buiten uw netwerk houdt. Om te voorkomen dat iedereen
zomaar verbinding kan maken kunt u de SSID-indentificatie uitschakelen. Op deze
manier wordt het access point onzichtbaar voor iedereen.
- Paswoord
beveiliging:
De meeste access points (en ook routers)
staan namelijk wagenwijd open voor onbevoegden. Om bij de installatie van het
apparaat de toegang tot de webinterface makkelijk te maken, wordt er door de
fabrikant gebruik gemaakt van standaard inloggegevens tot de webinterface
(bijvoorbeeld: “Admin” als loginnaam en niets als wachtwoord). Niet alleen zijn
deze gegevens op zich makkelijk te raden, ze staan ook letterlijk op internet
omdat de fabrikanten van de access points op hun websites documentatie van deze
apparatuur ter beschikking stellen. Zo duurt het bij een gerichte poging tot
inbraak maar een paar minuten voordat een ongenode gast binnen is. Het is dus
sterk aan te raden om zo snel mogelijk na het installeren van het access point
een goed wachtwoord te kiezen en deze in te stellen is via de webinterface.
- MAC (Media Acces Control):
Een MAC adres, of Media Access Control adres, is een
manier om elke draadloze netwerkkaart een unieke naam te geven. Dit is een
12-cijferig hexadecimaal getal. Een router kan binnenkomend verkeer onderzoeken
op het MAC-adres. In routers kunt u (afhankelijk van type en fabrikant)
instellen alleen specifieke MACadressen toe te laten op het netwerk.
- Voor doelgerichte aanvallen zijn bovenstaande beveiligingsmethodes uiteraard onvoldoende en dienen bijkomende maatregelen te
worden ondernomen: codering van gegevens: WEP (Wired Equivalent
Privacy) , WPA, WPA PSK (Wifi Protected Access – Pre-shared Key) , ... Hou er wel
rekening mee dat het versleutelen van gegevens het netwerkverkeer
vertraagt. Voor een particulier netwerk zijn de voorgestelde
beveiligingsmethodes voldoende en bieden het voordeel dat deze
eenvoudig te implementeren zijn. Tenzij ... men in de omgeving woont
waar er studenten met enige kennis van zake wonen :)
13
Beveiliging van de computer:
top
- De eerste
oplossing bestaat erin een firewall te gebruiken, dat is een stukje software dat het verkeer regelt van
het internet naar uw computer en andersom. Op deze manier beschermt een firewall
uw pc tegen ongewenste indringers. Wanneer u Windows XP als besturingssysteem
heeft geïnstalleerd dan hoeft u de firewall niet meer aan te schaffen omdat deze
reeds hierin is geïntegreerd. Een alternatief vormt Zonealarm.
- Een bijkomende beveiliging is een virusscanner te stalleren,
dit
is een programma dat schadelijke bestanden identificeert en opruimt. Omdat er
regelmatig nieuwe virussen opduiken, is het van essentieel belang dat de
virusscanner regelmatig wordt vernieuwd.
14
Algemene opmerkingen en conclusies:
top
- De grootste antenne winst
wordt verkregen d.m.v. de 2 parabool antennes.
Dit was te verwachten aangezien deze de
grootste effectieve oppervlakte hebben.
- Hoe groter de diameter van de antenne, hoe
meer access points er worden gedetecteerd.
- Gevoeligheid en antenne winst zijn afhankelijk van de diameter
van de antenne, dit geldt voor alle antennes
(nuttige oppervlakte).
- Glas oefent geen effect uit op de ontvangen
signaalsterkte.
- Menselijke voorbijgangers oefenen een
negatief effect uit op de ontvangen
signaalsterkte. Een signaal verzwakking van
10 dB en meer is mogelijk.
- Plaats de antenne zo hoog mogelijk, maar
richt ze ook goed!!
- Draag zorg voor de connectoren en laat ze
zeker niet vallen, deze zijn zeer gevoelig.
- Een muur levert een verzwakking van 6
tot 9 dB
- Een vloer levert een verzwakking van 30 dB
- Een voorbijganger veroorzaakt een signaal
verzwakking van 10 dB
- Hoe groter de versterkingsfactor van de
antenne, hoe beter ze dient gericht te worden
om een optimale vermogenswinst te bekomen.
- De karakteristieke impedantie moet voor
alle onderdelen dezelfde waarde van 50 Ω
zijn. Bij misaanpassing ontstaan er
reflecties, waardoor het nuttig zendvermogen
wordt beperkt. Om dit probleem op te
lossen hebben we een VSWR meter nodig,
waarover we echter niet beschikken. Bij de
bepaling van het maximale zendbereik dient
daarmee echter wel rekening te worden
gehouden. Deze waarde zal immers een negatieve
invloed uitoefenen op de maximaal te
overbruggen afstand. (VSWR: staande golf
verhouding - Voltage Standing Wave Ratio).
- Om een draadloze verbinding op grote
afstand tot stand te brengen blijkt het
richten van de schotelantennes een
zenuwslopend karweitje te zijn, dit is
zeker het geval bij een hevige wind.
- Voor gedetailleerde informatie
(probleem analyse, technische
constructie, inzetbaarheid, ...)
wordt er verwezen naar de
individuele dossiers.
| |
Alle
studenten slaagden erin om
met hun ontwerp een minimale
versterkingswinst te bekomen van
10 dB.
Dit betekent dat elk ontwerp
bruikbaar is, het
toepassingsgebied wordt
bepaald door de eisen die
men aan een antenne systeem
stelt: beschikbare ruimte, noodzaak van een grote antennewinst, persoonlijke
smaak, design, materiaal
keuze enz.
|
|
15
Praktische toepassingen:
top
- Van op afstand 2 computers draadloos met elkaar verbinden.
- De afstand van uw computer tot uw draadloos access point (meestal
draadloze router) vergroten.
- Wardriving (sorry geen uitleg).
- Meerdere gebruikers op één access point (vb een afgelegen locatie toch
van internet voorzien).
- Een vergelijkende test uitvoeren van draadloze netwerkapparatuur:
draadloze routers, netwerkkaarten, USB antennes.
- Met de kleinst ontworpen antennes (vb: de cantenne) kan men thuis het
zendbereik gerust verdubbelen.
16 Externe links:
top
-
802.11a Operates in the 5-GHz frequency range (5.125 to 5.85 GHz)
-
WLAN
antennes
-
GEMEENTELIJK
NATUURONTWIKKELINGSPLAN LIERDE
-
GIS Vlaanderen
luchtfoto's van Vlaanderen, Geo-Vlaanderen wil geografische beleidsinformatie
aanbieden via het web. Via de ontwikkelde internetloketten kan u thematische en
beleidsinformatie geografisch bevragen
-
IEEE
802.11b White Papers pdf file
-
IEEE
802.11g White Papers pdf file
-
IEEE 802.11 white paper
pdf file
-
IEEE 802.16 WirelessMAN
IEEE 802.16 WirelessMAN Standard for Wireless Metropolitan Area
Networks, The IEEE 802.16 Working Group on Broadband Wireless Access
Standards
-
Kabels maken
Wirelessantwerpen.be
-
Multimap
offers the coordinate of the latitude and longitude in deg/min/sec
-
Provincie
Oost-Vlaanderen luchtfoto's
-
Vlaamse
Hydrografische Atlas
|