Беспроводные технологии / Методические материалы / 07 - Лабораторные работы (Беспроводные технологии)_СОС

7ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

Цель проведения лабораторных работ по дисциплине «Технологии и средства передачи измерительной информации» формирование и закрепление практических навыков применения беспроводных технологий при передаче измерительной информации в технологических процессах промышленности и жилищно-коммунальной сфере.

Кафедра «Информационно-измерительная техника» имеет опыт тесного 10-ти летнего сотрудничества с ЗАО «Промышленная группа «Метран», являющемся подразделением международной корпорации Emerson Process Management (США) – ведущей компании инновационного приборостроения в области энерго- и ресурсосберегающих технологий.

Результатом этого научно-технического и научно-исследовательского сотрудничества явилось понимание основных направлений (модулей) подготовки современных технических специалистов,

внутренней структуры каждого направления (модуля), их взаимных связей, привязки конкретных дисциплин и их отдельных разделов к структурным элементам современных средств измерений.

В составе подготовки магистров по программе «Информационно-измерительная техника и технологии в инновационных проектах промышленности» выделены модули математических,

информационных и метрологических дисциплин.

В рамках реализации компетентностного подхода в подготовке магистров по направлению

«Информационно-измерительная техника и технологии в промышленности», для осуществления углубленной практической подготовки будущих специалистов, в ноябре 2011 года на кафедре была введена в эксплуатацию современная учебная междисциплинарная лаборатория технологий и средств передачи информации.

Лабораторный комплекс используется при изучении дисциплин «Технологии и средства передачи данных» и «Компьютерные сети» подготовки бакалавров. Данные дисциплины изучаются в седьмом семестре и, по сути, завершают образование бакалавров по программному направлению (модулю). Продолжить образование в этом направлении можно в рамках дисциплин

«Беспроводные технологии передачи измерительной информации» и «Технологии глобальных сетей» информационного модуля магистерской подготовки.

Лабораторный комплекс разбит на четыре комплексных стенда, разработанных научно-

производственным предприятием «Учебная техника – Профи», структурным подразделением ЮУрГУ.

Стенд «Телекоммуникационные линии связи» предназначен для изучения распространения сигналов в волоконно-оптических, коаксиальных и симметричных линиях связи.

Стенд позволяет производить:

измерение полосы пропускания линий связи;

определение волновых сопротивлений коаксиального и симметричного кабеля;

исследование распространения электромагнитных колебаний в кабелях в зависимости от сопротивления источника сигнала и нагрузки на импульсном сигнале;

затухание коаксиального и симметричного кабеля, оптического кабеля и оптических соединителей;

сравнительную оценку помехозащищенности линий в условиях воздействия внешних электромагнитных полей;

исследование влияния неоднородностей вносимых в стык оптического кабеля на распространение сигналов;

проведение качественной оценки TV-сигнала при передаче его через оптическую,

коаксиальную или симметричную линию связи.

Стенд «Глобальные компьютерные сети» состоит из

трех аппаратных мультисервисных маршрутизаторов Cisco класса предприятия,

одного коммутатора третьего уровня,

двух управляемых коммутаторов второго уровня

и четырех неуправляемых коммутаторов.

Подобный набор аппаратного обеспечения позволяет сформировать профессиональные компетенции в части администрирования управляемых коммутаторов, технологий канального уровня компьютерных сетей, технологий управления качеством сервиса, обеспечения безопасности передачи информации по сетям технологий коммутации третьего уровня;

маршрутизации в глобальных сетях; технологий транспортного и прикладного уровней сети.

В общей сложности данный стенд позволяет проводить 30 лабораторных работ.

Вторая часть лабораторного практикума посвящена изучению самых актуальных решений по передаче информации, в том числе измерительной – беспроводным технологиям.

Стенд «Беспроводные компьютерные сети».

В состав ядра комплекса входят:

Центральная консоль

Коммутационная панель — 1 шт.

Коммутатор-инжектор — 1 шт.

Неуправляемый коммутатор — 2 шт.

Оборудование доступа представлено всеми компонентами, доступными на текущий момент в сетях Wi-Fi.

Беспроводная точка доступа стандарта 802.11n — 2 шт.

Беспроводная точка доступа стандарта 802.11b/g — 2 шт.

Дополнительная антенна с коэффициентом усиления 5 ДБ — 2 шт.

Оконечное оборудование

Ноутбук — 3 шт, оснащенных беспроводными USB-адаптерами стандарта 802.11n — 3 шт.

Стенд позволяет изучать инфраструктуру сетей Wi-Fi, получать практические навыки их

эффективного конфигурирования и обеспечения безопасности при передаче информации через беспроводные сети.

Стенд «Сенсорные сети ZigBee» ориентирован на изучение молодой и перспективной технологии построения беспроводных сетей с небольшими объемами передаваемой измерительной информации.

Функционально каждый модуль состоит из следующих частей:

Модуль ZigBee-приемопередатчика ETRX-2 фирмы Telegesis, на лицевой панели доступны несколько его портов ввода-вывода.

Универсальный дисплей для контроля состояния модуля.

Аналоговые датчики температуры и освещенности.

Фильтр нижних частот для преобразования ШИМ-сигнала с модуля ETRX-2 в аналоговый сигнал.

Потенциометр, позволяющий плавно менять напряжение от 0 до 3,3 вольт.

Комплект учебного оборудования предназначен для получения базовых знаний и практических навыков в настройке управляющих элементов беспроводных сетей ZigBee, изучения принципов управления портами ввода-вывода модуля ETRX-2 фирмы Telegesis, АЦП и ЦАП преобразования,

управления энергопотреблением модуля.

Организация взаимодействия между различными устройствами является сложной проблемой, она включает много аспектов, начиная с согласования уровней электрических сигналов и заканчивая вопросами безопасности при передаче информации, в том числе измерительной. Владение готовностью использовать современными сетевые технологии является важным конкурентным преимуществом молодого специалиста в области информационно-

измерительной техники.

Задачами проведения лабораторного практикума по дисциплине является формирование

навыков по:

построению беспроводных сетей Ad-Hoc;

определению радиуса действия беспроводной сети, применению способов, увеличения этого показателя;

измерению скорости передачи данных в сетях Wi-Fi;

использованию беспроводных маршрутизаторов;

проведению аудита безопасности сетей, шифруемых с использованием WEP;

управлению портами вводавывода модуля ETRX-2;

считыванию показаний датчиков (температуры, освещенности) и передачи измерительной информации через беспроводную сеть ZigBee.

Таблица 7.1 – Состав, объем, цель и характер лабораторного практикума

Контрольные вопросы (задания) к лабораторным работам:

Лабораторная работа 1:

1)Какому уровню модели OSI соответствуют коммутаторы.?

2)Назовите основные принципы работы коммутаторов.

3)Поясните принцип коммутации «on-the-fly».

4)Назовите основные функции средств управления сетью согласно (ISO 7498-4 ( ITU-T X.700).

5)Опишите состав системы управления сетью на основе протокола SNMP

6)Какую информацию содержат таблицы коммутации?

7)Как происходит самообучение коммутатора? Когда процесс самообучения заканчивается?

8)Как создать в статической таблице перенаправления коммутатора новую запись?

9)На основании каких адресов автоматически строится таблица продвижения коммутатора?

10)Для каких целей записи в таблице продвижения коммутаторов имеют ограниченный срок жизни?

Лабораторная работа 2:

1)Перечислите и поясните функции канального уровня модели OSI.

2)Какие способы создания VLAN Вам известны?

3)В чем особенность виртуальных сетей на базе маркированных кадров?

4)Что такое «магистральная линия связи»? Когда ее целесообразно использовать?

5)Перечислите основные этапы технологии агрегатирования каналов связи (Link Aggregation)/

6)В чем заключается принципиальное отличие техники агрегатирования линий связи от алгоритма покрывающего дерева?

Лабораторная работа 3:

1)Из каких компонентов состоит система обеспечения параметров QoS, базирующаяся на резервировании?

2)Классификация фреймов, основанная на величине CoS протокола 802.1p

3)Сколько очередей на каждый выходной порт, поддерживается на аппаратном уровне

4)В чем состоят достоинства и недостатки приоритетного обслуживания?

5)Величины CoS, устанавливаемой по умолчанию сетевым администратором

6)Опишите алгоритм очереди WRR гарантирующий, что очереди с низким приоритетом также будут обработаны

7)Назовите две составляющие информационной безопасности.

8)Назовите основные характеристики безопасной информационной системы.

9)Каковы основные свойства безопасной системы. Дайте определения понятий

«конфиденциальность», «доступность», «целостность».

Лабораторная работа 4:

1)В чем особенность режима работы «Точка доступа»?

2)В чем отличие режимов работы «Мост» и «Мост с точкой доступа»?

3)Объясните термин WDS?

4)Какой из режимов работы не включен в стандарт IEEE 802.11?

5)Дайте определение режима «Клиент маршрутизатора WISP»?

Лабораторная работа 5:

1)Какой стандарт передачи имеет большую ширину полосы пропускания из семейства стандартов IEEE 802.11?

2)С каким стандартом обратно совместим стандарт IEEE 802.11?

3)В чем основное назначение физических уровней стандарта IEEE 802.11?

4)Дайте определение термину «Скремблирование».

5)Что такое RADIUS?

Лабораторная работа 6:

1)Дайте определение термину «Полезная пропускная способность».

2)Чем отличается полезная пропускная способность от пропускной способности канала передачи?

3)Дайте определение термину «Топология».

4)Какое самое медленное звено в цепи передачи данных с одного клиента беспроводной сети на другой?

5)В каких единицах измеряется скорость передачи данных по сети?

6)В чем разница между точкой доступа и маршрутизатором беспроводной локальной сети?

7)Когда имеет смысл применять повторитель в беспроводной локальной сети?

8)Как радиоплата беспроводной локальной сети определяет, к какой точке доступа нужно привязываться?

9)Является ли WEP обязательным механизмом шифрования?

10)В каком частотном диапазоне работают устройства стандарта 802.11а?

11)Сколько неперекрывающихся каналов доступны в беспроводных локальных сетях стандарта

802.11Ь?

12)Верно ли, что устройства стандарта 802.1 lg работают со скоростью до 54 Мбит/с и совместимы с сетями 802.11Ь?

13)Какие частоты стандарта 802.11 доступны почти во всем мире?

Лабораторная работа 7:

1)Что такое виртуальная частная сеть?

2)Дайте определение термину PPPoE.

3)В чем принципиальная разница между PPPoE и PPTP?

4)Дайте определение термину «WAN-интерфейс».

5)Сколько IP-адресов доступно в подсети 192.168.0.1/24?

Лабораторная работа 8:

1)В каких сферах деятельности применяются сенсорные сети ?

2)Поясните принцип работы сенсорных сетей.

3)Назовите стек протоколов сетей, построенных по технологии ZigBee.

4)Назовите S-регистры модуля ETRX-2.

5)В каких режимах может работать модуль ETRX-2?

6)Поясните общие принципы аналого-цифрового преобразования.

7)Поясните общие принципы цифро-аналогово преобразования.

8)Как определить погрешность АЦП? Каковы при этом должны быть метрологические характеристики вольтметра?

Лабораторная работа 9:

1)Какую роль в измерениях играет фильтр низких частот?

2)Приведите общий формат АТ-команд модуля ETRX2.

3)Сколько бит занимает адрес устройства согласно протоколу IEEE 802.15.4?

4)Какие типы устройств поддерживает сеть ZigBee?

5)Какие управляющие регистры задают действия, выполняемые по прерываниям?

Описание проведения лабораторных работ по дисциплине «Технологии и средства передачи

измерительной информации» представлено в виде комплекса следующих методических

разработок:

1.Типовой комплект учебного оборудования «Беспроводные компьютерные сети».

Лабораторный практикум. /ООО НПП «Учебная техника – Профи», Челябинск, 2011.

2.Типовой комплект учебного оборудования «Сенсорные сети Zig Bee». Лабораторный практикум. / ООО НПП «Учебная техника – Профи», Челябинск, 2011.

3.Типовой комплект учебного оборудования «Глобальные компьютерные сети».

Лабораторный практикум. / ООО НПП «Учебная техника – Профи», Челябинск, 2011.