
% Kapitola "Bezdrátová síťová zařízení"

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\kapitola{Bezdrátová síťová zařízení}

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\sekce{Kvalitativní segmenty}
V oblasti mikrovlnných bezdrátových technologií existuje široká řada technických prostředků, kterými lze tyto sítě realizovat. Platí zde, stejně jako v~každé jiné oblasti, kde panuje bouřlivý rozvoj vlastní technologie, že existují zcela odlišné kvalitativní segmenty výrobků s~velmi rozdílnými technickými a~provozními parametry.

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\podsekce{Profesionální technika} 
Tyto technické prostředky mají výrazně delší historii než technika neprofesionální. Jsou určené pro budování datových sítí, kde jakýkoliv výpadek může znamenat výraznou finanční ztrátu pro organizaci, která tyto spoje provozuje. Cílem výrobců, kteří mají zájem uspět v~konkurenčním prostředí, je nabídnout velmi kvalitní a~spolehlivé zařízení, které bude po celou dobu své životnosti plnit svoji funkci s~téměř 100\% spolehlivostí. Samozřejmostí bývá podpora a~servis. 
\par
Cena je v~tomto případě méně významný faktor, protože se ve většině případů jedná o~investiční náklady s~garancí návratnosti. Soukromé osoby si tuto technologii obvykle nepořizují. Finanční náročnost jednoho spoje se pohybuje v~řádu statisíců Kč. Je samozřejmě závislá na přenosové rychlosti, dosažitelné vzdálenosti a~využívaném frekvenčním pásmu. Radiové jednotky různých výrobců nejsou vzájemně kompatibilní a~využívají firemní know-how.
\par
V současné době tyto mikrovlnné spoje ve velké míře využívají operátoři sítí mobilních telefonů, kteří tímto způsobem řeší propojení svých základnových stanic. Dále se jedná o~telekomunikační firmy, kteří formou outsourcingu zabezpečují svým zákazníkům vzájemné propojení jejich poboček. Levnější varianty spojů pracujících v~nelicencovaném pásmu 10 GHz lze nalézt u lokálních poskytovatelů připojení k~Internetu. Síť občanského sdružení Starhill takový mikrovlnný spoj využívá pro připojení k Internetu. Jeho přenosová kapacita je 40 Mbit/s na vzdálenost 20 km.

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
\podsekce{Neprofesionální technika} 
S tímto segmentem bezdrátových technologií jsou pevně spjata všechna zařízení založená na standartu IEEE 802.11 a~rozšiřujících 802.11a/b/g , souhrnně označované jako \mbox{Wi-Fi}. Od počátku vývoje těchto zařízení se předpokládalo, že budou provozována výhradně v~domácnosti nebo kanceláři a~to zpravidla k bezdrátovému připojení notebooků k domácí nebo firemní síti. 
\par
Ve státech s~dlouhodobě rozvinutým a~konkurenčním trhem na poli telekomunikačních operátorů zůstala tato technologie opravdu tam, kde byla původně určena. V~zemích střední a~východní Evropy byla situace odlišná v~tom, že v~době obrovské poptávky po připojení k Internetu nebyly polostátní telekomunikační firmy schopny pružně reagovat na vzniklou situaci a~nabídnout cenově dostupné připojení pro běžné nefiremní uživatele. Reakcí na tuto situaci vzniklo velké množství veřejných bezdrátových sítí založených na technologii, která neměla původně k~tomuto účelu sloužit. Je tedy zřejmé, že od těchto zařízení nelze čekat spolehlivost takovou jako u profesionální techniky. Tento nedostatek je však vyvážen o~několik řádů nižší cenou a~reálnou dostupností i~pro běžné uživatele, kteří jsou nuceni občasné problémy tolerovat. 
\par
Existuje však typ laických uživatelů bezdrátových sítí, kteří za cenu průměrného \mbox{Wi-Fi} zařízení požadují absolutní spolehlivost a~odmítají přijmout argumenty o~původním zacílení této technologie. Tito uživatelé jsou poté velmi problémoví zákazníci komerčních sítí nebo členy občanských sdružení.



%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\sekce{Problémy Wi-Fi zařízení v~reálném provozu}

\img{wireless/img/wifihw}%
    {138mm}%
    {Blokové schéma typického Wi-Fi zařízení.}%
    {fig:wireless:wifihw}%    

\medskip
\begin{itemize}
\item{\textit{Radiová jednotka:} zajišťuje bezdrátovou komunikaci s~ostatními Wi-Fi zařízeními v~rádiovém dosahu. Její parametry jsou specifikovány všeobecným oprávněním Českého telekomunikačního úřadu. Každé zařízení musí projít před uvedením do provozu povinnou certifikací, a proto lze předpokládat, že parametry radiové jednotky budou v~akceptovatelných mezích u~všech radiových jednotek. Přesto však existují zařízení, které svou nízkou odolností proti interferencím nemohou být provozovány v~silně zarušeném prostředí – přijímač se zahltí a~znemožňuje komunikaci.}
\item{\textit{Komunikační jednotka:} představuje základní logickou část Wi-Fi zařízení. Implementuje v~sobě přenosové protokoly, řízení provozu a~zabezpečení. V~mnoha případech je komunikační jednotka pevně spjata s~radiovou jednotkou. Komunikační jednotka by měla striktně respektovat stanovené normy, ale ve skutečnosti tomu tak není. Výrobci ve snaze ušetřit náklady standarty zjednodušují a~tak není neobvyklé, že spolu 2~zařízení označené \uv{Wi-Fi 802.11b} nekomunikují a~nebo komunikují s~mnoha omezeními jako např. nemožnost použití zabezpečení, nemožnost dosažení plné rychlosti, výpadky při přenosu apod. U některých jednotek dochází k maximálnímu vytížení již při několika připojených klientech i~přesto, že výrobce garantuje desítky.}
\item{\textit{Vstupně výstupní jednotka:} zajišťuje propojení komunikační a~řídící jednoty na metalickou počítačovou síť. Pokud je Wi-Fi zařízení ve formě přídavné karty, pak přes PCI nebo USB sběrnici přímo do PC. Vstupně výstupní jednotka spolehlivě pracuje i~v~nejlevnějších zařízeních. Výrobci využívají ověřených řadičů, které lze nalézt i~v~mnoha jiných počítačových periferiích.}
\item{\textit{Řídící jednotka:} realizuje provozní funkce celého Wi-Fi zařízení. Umožňuje externí konfiguraci parametrů pomocí integrovaného webového rozhraní, SNMP, Telnetu nebo SSH. U jednoduchých zařízení je řídící jednotka tvořena jednočipovým mikrokontrolérem s~jednoúčelovým firmware. Složitější řídící jednotky, které umožňují pokročilé funkce jako IP směrování, firewall, NAT, řízení přenosové rychlosti apod., jsou tvořeny výkonným mikrokontrolérem s~desítkami MB RAM a~flash paměti. V~těchto jednotkách je provozován upravený operační systém Linux. Řídící jednotka je nejčastějším zdrojem problémů v~reálném provozu zařízení. Trh výrobce tlačí k neustálým a~velmi rychlým inovacím, ke snižování cen a~z tohoto důvodu není nově vyvinutý firmware řádně otestovaný. Není vyjímkou, že se použitelný a~stabilní firmware objeví až po několika měsících od uvedení zařízení na trh. Chyby ve firmware řídící jednotky se projevují tak, že Wi-Fi zařízení přestane plnit svoji funkci celé a~nebo jen jeho část. Důvody jsou zpravidla takové, že se v~zařízení vyskytnou takové provozní stavy, které firmware neošetřuje a~dojde k jeho pádu. Jediným řešením je dané zařízení odpojit od elektrické energie a~poté znovu připojit -- provést restart.}
\end{itemize}
\medskip
Na základě uvedených problémů by se mohlo být zřejmé, že každý Wi-Fi produkt je špatný. Existuje však řada velmi dobrých a~spolehlivých zařízení, jejichž cena není paradoxně automaticky nejvyšší. V~tomto případě záleží na referencích a~provozních zkušenostech než na technické specifikaci od výrobce. V~mnoha sítích, zpravidla nekomerčních a~komunitních, se však vyskytuje velké množství horších prvků, které si zakoupili sami uživatelé a~jejich výměna je tedy nereálná. Aktivní bezdrátová síť je velmi dynamický systém, který je těmito méně kvalitními zařízeními silně ovlivňován a~to převážně sníženou propustností, resp. stabilitou spojení mezi přístupovým bodem a~ostatními klienty. V~některým případech může dojít i~k negativnímu ovlivnění komunikační a~řídící jednotky přístupového bodu a~k následnému výpadku.


%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\sekce{Možnosti obnovení činnosti Wi-Fi zařízení}

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\podsekce{Situace bez přenosu povelu k restartu vzdáleného prvku}
\label{kap:wireless:bezpr}
Pokud nějaký síťový prvek přestane plnit svoji funkci, administrátor se o~tomto stavu dozví od uživatelů, kterých se výpadek týká nebo ze systému kontroly dostupnosti uzlů v~síti. V~obou případech je nutný jeho osobní zásah na místě, kde je problémový prvek umístěn.
Jelikož se bezdrátové prvky umísťují na místa, která mají nejlepší rozhled do okolí, tedy střechy, stožáry, komíny, je přístup k samotnému prvku komplikovaný. Administrátor musí kontaktovat majitele nemovitosti, požádat o~přístup, zapůjčit klíče a~v případě, že nejsou špatné povětrnostní podmínky, tak provést odpojení a~připojení prvku k elektrické energii. Je zřejmé, že tato činnost je časově velmi náročná a~v některých podmínkách, zpravidla v~zimě, obtížná. 
\par
V sítích občanských sdružení je nezanedbatelná i~finanční náročnost zásahu. Jedná se především o~telefonní poplatky, pohonné hmoty apod. Ekonomická situace občanských sdružení bývá vzhledem k nekomerčnímu pojetí sítě poměrně napjatá a~každé takto vynaložené náklady pak chybí jinde. Je nutné podotknout, že většina administrátorů nekomerčních sítí se této činnosti věnuje ve volném čase při studiu nebo zaměstnání. Prostor pro výrazné odměny v~rozpočtu sdružení obvykle není.  

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\podsekce{Situace s~přenosem povelu k restartu vzdáleného prvku}
Administrátor je informován o~výpadku podobným způsobem jako v~předchozí kapitole \ref{kap:wireless:bezpr}. Rozdíl je v~tom, že danou lokalitu nemusí navštívit osobně, ale může využít technických prostředků k tomu, aby nekorektně pracující prvek vzdáleně restartoval. Celý proces je ve srovnání s~osobním zásahem velmi rychlý a~výpadek datové linky relativně krátký – záleží na rychlosti reakce administrátora.
\par\noindent
Povel může být přenášen těmito, snadno realizovatelnými, způsoby:
\medskip
\begin{itemize}
\item{GSM síť.}
\item{Radiostanice nebo radiomodul.}
\end{itemize}
\medskip

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\podsekce{Přenos povelu pomocí GSM sítě}
Princip využití GSM sítě spočívá v~existenci dvou mobilních stanic MS1 a~MS2. MS1 vlastní administrátor ve formě běžného mobilního telefonu nebo je připojena k nadřazenému systému pro kontrolu dostupnosti. MS2 je připojena k interface, který sestává z jednoduchého obvodu řízeného MCU (mikrokontrolér). Tento obvod periodicky prověřuje příchozí SMS zprávy v~MS2. Pokud detekuje příchozí zprávu od MS1 ve stanoveném tvaru, provede např. pomocí relé odpojení Wi-Fi zařízení (i jiného spotřebiče) od elektrické energie na stanovenou dobu a~následné připojení zpět.
\par
Využití tohoto způsobu přenosu povelu je v~síti sdružení Starhill realizováno od roku 2003. Provozní zkušenost s~mobilními telefony Siemens C35--55 však ukazuje, že spolehlivost těchto mobilních telefonů je v~některých případech nižší než spolehlivost chráněného Wi-Fi zařízení. Pro zajištění korektní funkce je tedy nutné použít výrazně nákladnější průmyslový GSM modul. Celková cena za interface, GSM modul a~nezbytné montážní prvky je téměř shodná s~cenou samotného Wi-Fi zařízení v~malém uzlu sítě. 


\img{wireless/img/gsmrelay}%
    {147mm}%
    {Přenos povelu prostřednictvím GSM sítě.}%
    {fig:wireless:gsmrelay}%    

\medskip
\begin{itemize}
\item{Výhody: pokrytí na území ČR, snadná realizace.}
\item{Nevýhody: nespolehlivost MS, cena GSM modulu, tarifní provozní náklady. }
\end{itemize}
\medskip
%\par\noindent
%Výhody: 
%\medskip
%\begin{itemize}
%\item{Dostupnost téměř na celém území ČR}
%\item{Snadnost realizace a~uvedení do provozu}
%\end{itemize}
%\medskip
%Nevýhody:
%\medskip
%\begin{itemize}
%\item{Nespolehlivost mobilního telefonu}
%\item{Finanční náročnost průmyslového GSM modulu}
%\item{Fixní provozní náklady na tarif nebo kredit}
%\end{itemize}
%\medskip
\par\noindent
V síti Starhill je tohoto způsobu přenosu povelu využito jen v~hlavním uzlu sítě Jiráskova. 

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\podsekce{Přenos povelu pomocí radiostanic}
\label{kap:wireless:trxrelay}
Tento způsob přenosu povelu využívá ke vzdálené komunikaci audio signál vysílaný radiostanicí~1 a~přijímaný radiostanicí 2. Elektronické obvody v~nezbytných interface slouží k řízení relací při komunikaci radiostanic a~kódování/dekódování analogových signálů. Pokyn k restartu vydá nadřazený systém, protože se nepředpokládá, že administrátor u~sebe nosí radiostanici s~interface a~vyskytuje se v~radiovém dosahu protější radiostanice.  

\img{wireless/img/trxrelay}%
    {154mm}%
    {Přenos povelu prostřednictvím radiostanic.}%
    {fig:wireless:trxrelay}%    

\medskip
\begin{itemize}
\item{Výhody: nulové provozní a nižší pořizovací náklady.}
\item{Nevýhody: lokální dosah radiostanic, nutnost existence nadřazeného systému.}
\end{itemize}
\medskip
%\par\noindent
%Výhody:
%\medskip
%\begin{itemize}
%\item{Nulové náklady na provoz, vyjma energií}
%\item{Výrazně nižší pořizovací náklady ve srovnání s~GSM modulem}
%\end{itemize}
%\medskip
%Nevýhody:
%\medskip
%\begin{itemize}
%\item{Lokální dosah radiostanic}
%\item{Nutnost realizace vzdáleného přístupu k nadřazenému systému}
%\end{itemize}
%\medskip
\par\noindent
Realizace tohoto způsobu přenosu je záměrem této diplomové práce. Veškeré další podrobnosti jsou uvedeny v~následujících kapitolách.











