1. Принципы использования радиочастотного спектра. Физические основы беспроводных коммуникаций.

Радиочастотный (РЧ) спектр — это ограниченный ресурс, разбитый на диапазоны (полосы) и каналы, которые регулируются государствами. Использование конкретной полосы требует соблюдения правил регулятора (частотные планы, требования по мощности, правила совместного использования, обязательность DFS/TPC в некоторых диапазонах и т.д.). В практической части для Wi-Fi это означает: выбор разрешенных каналов и полосы пропускания, ограничение мощности и учёт помех от соседних источников.

Физически передача информации по радиоканалу зависит от трёх ключевых свойств: несущая частота (чем выше — тем выше ширина канала, но меньше проникающая способность и меньший радиус), полоса сигнала (широкая полоса даёт большую максимальную скорость), и условия распространения (затухание на расстоянии, отражения, многолучевость, тень от препятствий). Модель затухания обычно включает свободно-пространственное затухание (FSPL), которое растёт пропорционально (частота/расстояние) и выражается в дБ; для практических расчётов используют эмпирические модели (окружающая среда — офис, коридор, открытая местность), учитывая поглощение стенами, полом и мебелью.

Ключевые физические феномены, влияющие на беспроводную связь:

Многолучевость (multipath) и интерференция — одновременно отрицательно (фэйдинг) и положительно (MIMO использует многолучевость для увеличения скорости).

Шум и отношение сигнал/шум (SNR) — влияет на выбранную модуляцию и кодирование (адаптивная модуляция: чем выше SNR — тем более плотный MCS можно применить).

Пропускная способность канала определяется физическим PHY (модуляция, кодирование, ширина канала, количество пространственных потоков MIMO) и MAC-уровнем (разделение носителя, управления доступом, перегрузка при большом количестве клиентов).

Практическое применение: при проектировании сети нужно сопоставить требования приложений (задержки, jitter, пропускная способность), характеристики среды распространения и регуляторные ограничения, чтобы выбрать места установки точек доступа, антенны, настройки мощности и ширины каналов.

Вопрос 2. Характеристика протоколов семейства ieee 802.11. Скорости и другие показатели. Единицы мВт, dBm, dBi и их преобразование. Допустимая мощность излучения по ieee 802.11 в рф. Правило 3-10.

Поколение Wi-Fi	Стандарт IEEE	Год ратификации	Рабочие частоты	Максимальная скорость*
Wi-Fi 0 (неоф.)	802.11	1997	2.4 ГГц, ИК-диапазон	2 Мбит/с
Wi-Fi 1 (неоф.)	802.11b	1999	2.4 ГГц	11 Мбит/с
Wi-Fi 2 (неоф.)	802.11a	1999	5 ГГц	54 Мбит/с
Wi-Fi 3 (неоф.)	802.11g	2003	2.4 ГГц	54 Мбит/с
Wi-Fi 4	802.11n	2009	2.4 ГГц, 5 ГГц	600 Мбит/с
Wi-Fi 5	802.11ac	2014	5 ГГц	3.5 - 6.93 Гбит/с
Wi-Fi 6 / 6E	802.11ax	2019/2020	2.4, 5 ГГц (Wi-Fi 6); + 6 ГГц (Wi-Fi 6E)	9.6 - 10.5 Гбит/с

Единицы и преобразования:

mW (милливаты) - абсолютная мощность.

dBm - мощность в децибелах относительно 1 mW. Для расчетов используется правило 3 - 10.

dBi - Коэффициент усиления антенны относительно теоретической изотропной антенны (которая излучает во все стороны одинаково)

Правило 3 и 10

Пример задачи: На сколько децибел отличается мощность 5 мВт от 80 мВт? Во сколько раз это отличается?

Прикидка по правилу "3 и 10":

1. 5 мВт → 50 мВт: это умножение на 10, значит +10 дБ.

2. 50 мВт → 100 мВт: это умножение на 2, значит +3 дБ.

3. Но у нас 80 мВт, а не 100 мВт. 80 мВт — это чуть меньше (80/100 = 0.8). Уменьшение мощности в 0.8 раз — это примерно -1 дБ (так как 10*log10(0.8) ≈ -0.97).

Итоговая оценка: 10 дБ + 3 дБ - 1 дБ ≈ +12 дБ.

Точный расчёт: 10 * log10(80/5) = 10 * log10(16) = 10 * 1.204 ≈ 12.04 дБ. Наша оценка (12 дБ)

Допустимая мощность в РФ (коротко): для диапазона 2400–2483.5 МГц допускается использование устройств с допустимой мощностью передатчика не более 100 mW (20 dBm)

Вопрос 3. Wlan Design. Расчет проекта беспроводной сети. Особенности дизайна для приложений Data / Voice / Video (по материалам практики).

По стандарту ILO площадь, приходящаяся на одного человека – 10 м².

Рекомендуемое расстояние между ТД в зависимости от режима работы:

1.Только данные - 25 м; (Покрытие 465м², средняя мощность -75dmb)

2.Данные + телефония – 18 м; (Покрытие 270 м², средняя мощность -67dmb)

3.Данные + телефония + мультикаст – 18 м. (Покрытие 270 м², средняя мощность -67dmb)

Количество человек, на которое рассчитана одна ТД в зависимости от режима работы:

1.Только данные - 50 чел.;

2.Данные + телефония – 50 чел.;

3.Данные + телефония + мультикаст – 44 чел.

Общие рекомендации: ТД должны располагаться в шахматном порядке, одинаковые каналы ТД не должны пересекаться

Вопрос 4. Стандарты 802.11. Скорости, частоты, каналы. Типы и классификация антенн. Изотропическая, направленная и всенаправленная антенны. Диаграмма направленности. Рекомендации по использованию антенн и стандартов.

Антенны:

• Изотропическая (идеализированная) — теоретический эталон, который равномерно излучает во всех направлениях; используется как ссылка (единица для dBi).

• Всенаправленная (omni) — выдерживает круговую диаграмму в горизонтальной плоскости, концентрирует энергию в горизонтальной плоскости (полоски) и теряет в вертикальной; подходит для помещений и равномерного покрытия.

• Направленная (например, панель, секторная, Yagi, патч) — концентрирует энергию в узком секторе; увеличивает дальность и SNR в нужном направлении, уменьшает интерференцию в других направлениях.

• Диполь и патч — конкретные конструкции: диполь — простой всенаправленный элемент; патч — плоская направленная/половинная диаграмма для внутренних/внешних применений.

Диаграмма направленности — графическое отображение усиления антенны в зависимости от угла (этаж, азимут и возвышение). Практически важны основные лепесток, боковые лепестки и коэффициент усиления (dBi). Для расчёта покрытия используйте диаграмму антенны, чтобы корректно моделировать вытянутое покрытие или секторное покрытие.

Рекомендации: для внутренних точек доступа обычно применяют всенаправленные антенны с умеренным усилением (2–5 dBi), для внешних мостов/точек на крышах — направленные с большим усилением. При установке важно учитывать EIRP-лимит: высокое усиление антенны требует снижения выходной мощности передатчика, чтобы не превысить EIRP.

Вопрос 5. Классификация оборудования беспроводных сетей. Классификация ТД. Классификация WLAN контролеров. Типовое решение для малых и крупных беспроводных сетей. PoE. Базовая настройка оборудования для подключения точек доступа.

Оборудование WLAN разделяется на: клиентские устройства (STA), точки доступа (AP / TD — терминальное устройство), репитеры/мосты, контроллеры (WLC — Wireless LAN Controller) или облачные контроллеры, управляемые контроллером решения (CAPWAP/Lightweight AP vs standalone), и дополнительные элементы: RADIUS-серверы, wIPS-сенсоры, внешний бэкап/манеджмент.

Классификация ТД (точек доступа): по диапазону (однодиапазонные — 2.4 ГГц, двухдиапазонные — 2.4/5 ГГц, современные — до три-диапазонные), по назначению (внутренние/внешние), по поддержке стандартов (802.11n/ac/ax/be), по типу антенн (встроенные/внешние), по уровню функций (простые consumer AP vs enterprise AP с менеджментом и функциями безопасности), поддерживают WLC/ не поддерживают, “автономные”/”легковесные”.

WLAN-контроллеры: аппаратные (on-prem WLC), программные (SoftWLC), а также облачные контроллеры и «controllerless» решения (контроль распределён между AP или осуществляется в облаке). Контроллеры выполняют централизованное управление политиками, конфигурацией, радиочастотным планом (RRM), роумингом, аутентификацией и мониторингом.

Типовое решение:

• Малые сети (дом/малый офис): standalone AP / consumer router с встроенным AP; простая настройка, PSK для гостя; PoE не обязателен.

• Средние/большие сети (корпоративные): централизованный WLC + AP в легковесном режиме (lightweight); RADIUS/802.1X для корпоративной аутентификации; VLAN-сегментация для гостевых сетей; PoE-инфраструктура.

• Критичные/очень крупные: распределённая архитектура с несколькими контроллерами/кластером, балансировкой, redundant радиосетью, wIPS, скейлингом и мониторингом.

PoE (Power over Ethernet) — распространённый способ питания AP по кабелю Ethernet (стандарты: IEEE 802.3af, 802.3at (PoE+), 802.3bt), удобен при установке AP в потолке/столбах без отдельной розетки.

Базовая настройка AP для сети: включение нужных SSID, выбор режима безопасности (WPA2/WPA3, PSK/Enterprise), привязка SSID к VLAN, настройка мощности (tx power), выбор канала (ручной или автоматический с RRM), включение RADIUS в Enterprise-режиме, включение/настройка QoS (WMM). При массовом развёртывании — подготовка образа/профиля на контроллере для автоматической конфигурации AP.