Большое количество времени люди используют беспроводные технологии для обеспечения связи в различных зданиях. На сегодняшний день беспроводные технологии связи вытесняют проводные по ряду многих причин. Такие сети связи взаимозаменяемы, позволят повысить мобильность сотрудников, дешевы в обслуживании и просты эксплуатации, быстро разворачиваются и проектируются. Но, несмотря на удобства, полностью заменить кабельные системы невозможно, так как существует ряд сложностей. Специфика конструкции здания и непосредственного помещения создают различные условия при прохождении и распространении радиоволны. Всевозможные препятствия изменяют уровень сигнала, межсимвольная интерференция приводит к его искажению [1]. Кроме того, в различных задачах распространения радиоволн и построения систем радиосвязи в помещениях, наиболее существенной проблемой является поглощение материалом конструкции самого сигнала. Так же используется большое количество аппаратуры [2]. Возникает проблема электромагнитной совместимости сетей, означающая в данном случае отсутствие недопустимых помех, создаваемых сетями друг другу и приводящих к снижению эффективности передачи информации [3].

Данные проблемы ограничивают дальность связи, используемый диапазон частот. Кроме того, технологии беспроводной связи не в состоянии полноценно обеспечивать бесперебойную работу сети, без точного расчета наиболее эффективного размещения точек доступа [4]. На сегодняшний день, представленные модели распространения радиосигналов внутри помещений, не могут достаточно учесть некоторые особенности, поэтому точность расчета таких моделей нельзя назвать удовлетворительной. Также данные модели являются весьма «неустойчивыми», так как весомого повышения точности, при пополнении исходной информации о планировке помещения или здания, данные модели не дают. Обратная ситуация происходит при описании «устойчивой» модели, которая может позволить описать и оценить мощность сигнала при низком уровне объема начальных данных, и увеличить точность, при уточнении информации. Поэтому оптимальный выбор модели распространения сигнала, является актуальной задачей, и  в качестве такой модели может выступать некий компромисс волноводной и двухлучевой моделей [3].

В вопросах проектирования самими актуальными являются темы увеличения зоны покрытия и уменьшение стоимости покрытия приемопередающей техники, помимо вопросов экологической и информационной безопасности [5]. Таким образом, эффективность сети зависит от оптимального размещения приемопередающей аппаратуры беспроводных сетей внутри здания, решаемая в данной работе.

Способ повышения эффективности передачи информации в беспроводных сетях внутри зданий. Была выдвинута гипотеза: расположение точки доступа в здании наиболее эффективно  при ее близости к вентиляционной трубе, так как труба будет выступать волноводом. В таком волноводе мало препятствий, поэтому сигнал будет слабо затухать, по сравнению с помещением или коридором. Металлическая конструкция путем отражений позволяет эффективно распространять сигнал. Соответственно выходы вентиляционной трубы в аудитории можно считать новыми источниками сигнала.

Эксперимент проводился на втором этаже третьего учебного корпуса Национального исследовательского университета «МИЭТ». Генератор R&S SMR формирует сигнал частотой 2,4 ГГц, мощностью 20 дБм. Приемник R&S ESCI работает в соответствии с гражданскими стандартами FCC, ANSI, CISPR, EN, ETS в диапазоне от 9кГц до 3ГГц.

1 – генератор синусоидального сигнала R&S SMR; 2 – решетка вытяжки;

3 – дверной проем; 4 – несущая стена;

5 – стена 0,2 м между аудиторией 3208 и 3209; 6 – стены между аудиториями 0,6 м.

Проводится измерение мощности сигнала в исследуемых помещениях в контрольных точках, и проводится сравнение полученных результатов при расположении источника вблизи волновода и отдаленно от него. Также была рассчитана средняя мощность принятого сигнала. Решетку вентиляционной трубы при проведении одной из частей эксперимента экранировали фольгой.

Красным обозначен генератор. В положении «А» генератор находится на расстоянии 2 метров от уровня пола, метр от несущих стен близ вентиляционной трубы. В положении «Б» – в геометрическом центре помещения на высоте 1,5 метра. Синим цветом обозначены точки расположения приемника. Точка 3 – геометрический центр аудитории. Точки 1, 2 , 4 и 5 находятся на расстоянии одного метра от двух ближайших стен. Высота приемника для каждого случая относительно уровня пола 1,5 метра. Данная схема расположения приемника была соблюдена для каждой аудитории. Была измерена принимаемая мощность, при вышеописанных расположениях приемника для каждой исследуемой аудитории, отдельно в положении генератора «А» и отдельно в «Б».

Далее в Табл.3, 4, 5, 6 приведено измеренное значение мощности сигнала для каждой аудитории в точках в различных положениях генератора. Табл.3 соответствует измерения в 3209, соответственно таблица 4 для 3210, 5 и 6 для 3213 и 3216 соответственно.

𝑃А – принимаемая мощность в положении генератора «А» у волновода, дБм. 𝑃Б - принимаемая мощность в положении генератора «Б», дБм. 𝑃А − 𝑃Б, разница в принимаемой мощности при  различных положениях генератора при приеме в контрольных точках, дБм.

Таблица 1 Сравнение измеренной мощности принятого сигнала для расположения источника «А» и «Б» в аудитории 3209

К.Т.	𝑃А, дБм	𝑃Б, дБм	𝑃А − 𝑃Б, дБм
1	-58	-60	2
2	-45	-47	2
3	-50	-62	12
4	-47	-56	9
5	-56	-65	9

Таблица 2 Сравнение измеренной мощности принятого сигнала для расположения источника «А» и «Б» в аудитории 3210

К.Т.	𝑃А, дБм	𝑃Б, дБм	𝑃А − 𝑃Б, дБм
1	-59	-68	9
2	-59	-64	5
3	-55	-65	10
4	-57	-66	9
5	-58	-69	11

При расположении источника в положении «А» средняя мощность сигнала значительно выше, нежели при расположении источника в «Б». Кроме того, поле в случае «А» распространяется очень равномерно, а это значит, что вытяжка вентиляционной трубы в данной аудитории выступает источником сигнала. Выигрыш в случае «А» составляет 6,8 дБм для 3209. Для 3210 при расположении источника в случае «А», выигрыш мощности в среднем 8,8 дБм. Для 3213выигрыш составляет 11 дБм, а 3216 17,6 дБм.



Заключение. Значения мощности, полученные путем расположения источника сигнала у вентиляционной трубы, значительно выше, чем при расположении источника в центре помещения. Это объясняется тем, что сигналу не приходится проходить сквозь большое количество препятствий, поэтому он намного слабее затухает. Так же не имеет значение расположения приемопередающей аппаратуры, так как сигнал распространяется равномерно. Более того, в таком случае, выход вентиляционной трубы в аудиторию, можно считать новым источником сигнала, поэтому мощность распределяется равномерно по всей аудитории. Так же, сигнал распространяется на большие расстояния, что значительно увеличивает зону покрытия. Важно отметить, что конечные пользователи не смогут подключиться к сети Wi-Fi, если мощность сигнала будет менее -75 дБм. Поэтому в аудитории 3216 пользователи не смогут подключиться к сети, если источник будет расположен в центре комнаты. Иная ситуация происходит при близости источника к вентиляционной трубе. Так же стоит учитывать, что полученные значения усредненные.

 

Список литературы

1.     Петров Б.М. Электродинамика и распространение радиоволн: Учебник для вузов. – 2-е изд., испр. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004. – 558 с.

2.     Аунг Мьинт Эй. Исследование распространения радиоволн и разработка модели затухания для помещений сложной формы: диссертация кандидата технических наук, Москва, 2008. – 145 с.: ил.

3.     Гуреев А.В. Разработка математических моделей и оценка показателей качества передачи информации в беспроводных сетях: диссертация доктора технических наук, Москва, 2003. С. 61.

4.     Мазурков М. И. Системы широкополосной радиосвязи: Уч. пособие. – М.: Горячая Линия - Телеком, 2004.– 672 с.

5.     Миронов Ю.Б. Адаптивные методы повышения производительности мобильных беспроводных сетей. Автореферат на соискание степени кандидата наук. – М.:МИЭТ, 2011. – С. 5.