Беспроводные информационные сети

УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора института
кибернетики по учебной работе
___________ Гайворонский С.А.
«___»_____________2013 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
БЕСПРОВОДНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СЕТИ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП
230100 Информатика и вычислительная техника
ПРОФИЛЬ
Сети ЭВМ и телекоммуникации (ИОП)
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ)
магистр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА
2013 г.
КУРС
3
2
СЕМЕСТР
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ
3
КОД ДИСЦИПЛИНЫ
М2.В.1.1
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции
16
час.
Лабораторная работа
16
час.
Практические занятия
час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
32
час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
76
час.
ИТОГО
108
час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
экзамен
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ кафедра ОСУ
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ
О.Б. Фофанов
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
А.Д. Чередов
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
А.В. Марчуков
2013 г.
1. Цели освоения модуля (дисциплины)
Код
Формулировка цели
цели
Ц1
Подготовка выпускников к проектно-конструкторской деятельности в
области создания и внедрения аппаратных и программных средств
объектов профессиональной деятельности в соответствии с
техническим заданием и с использованием средств автоматизации
проектирования.
Ц2
Подготовка выпускников к проектно-технологической деятельности в
области создания беспроводных сетей и магистральных радиоканалов
передачи данных, спутниковых сегментов корпоративных сетей и
радиосетей для управления технологическими процессами.
Ц3
Подготовка выпускников к комплексным
инженерным исследованиям для решения задач, связанных с
проектированием радиосетей, создание систем сетевого мониторинга
и других объектов профессиональной деятельности.
Ц4
Подготовка специалистов к монтажно–наладочной и сервисноэксплуатационной деятельности для ввода разработанных объектов
профессиональной деятельности в опытную и промышленную
эксплуатацию с выполнением требований защиты окружающей среды
и правил безопасности производства.
Ц5
Подготовка выпускников к самообучению и непрерывному
профессиональному самосовершенствованию.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Беспроводные информационные сети» относится к
вариативной составляющей профессионального цикла учебных
дисциплин учебного плана и входит в модуль ОПП М2.В.1.1 Управления и
эксплуатации.
Для изучения дисциплины «Беспроводные сети» студент должен:
Знать:
 современные тенденции развития информатики и вычислительной
техники, компьютерных технологий;
 основы создания информационных систем и использование новых
технологий передачи данных;
 архитектуру и основные топологии беспроводных сетей, методы
адресации;
 основы передачи данных по радиоканалу;
 методы управления беспроводными сетями;

аппаратные и программные методы обеспечения безопасности
беспроводных сетей;
 методы оценки эффективности применения беспроводных сетей
в информационной инфраструктуре предприятия;
 методы проектирования и мониторинга беспроводных сетей.
Уметь:
 применять
математические
методы,
физические
законы
и
вычислительную технику для решения практических задач;
 проектировать беспроводные сети (WiFi, ZigBee, WiMax; РРЛ.
 инсталлировать системы управления и мониторинга беспроводных сетей
 организовывать системы защиты и кодирования данных при передаче;
 использовать различные прикладные пакеты для эксплуатации,
мониторинга, тестирования и управления беспроводными сетями.
Владеть:
 элементами автоматизированного проектирования беспроводных сетей;
 приёмами мониторинга;
 разработкой проектов беспроводных сетей предприятия.
Пререквизиты:
М2.В2 Информационная безопасность и защита информации в сетях ЭВМ.
Кореквизиты:
М2.В.1.2 Проектирование информационных
систем.
и
телекоммуникационных
3. Результаты освоения дисциплины
Код
резуль
татов
Р4
Р9
Результат обучения
(выпускник должен быть готов)
Разрабатывать сетевые проекты с использованием И беспроводных
технологий и т. п.) в соответствии с техническим заданием и с
использованием средств автоматизации проектирования;
Оценивать качество проектных решений в сфере использования
беспроводных сетей в бизнесе, производстве, средствах массовой
информации;
Выстраивать стратегии принятия решений по созданию
информационной инфраструктуры предприятия, с использованием
беспроводных сетей;
инсталлировать, настраивать и администрировать беспроводные сети
Эффективно работать индивидуально и в качестве члена группы,
состоящей из специалистов различных направлений и квалификаций,
демонстрировать ответственность за результаты работы и готовность
следовать корпоративной культуре организации.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие
компетенции:
1.Универсальные (общекультурные)
ОК-2
Умеет логически верно, аргументировано и ясно строить устную и
письменную речь.
ОК-3
Готов к кооперации с коллегами, работе в коллективе.
ОК-4
Способен находить организационно-управленческие решения в
нестандартных ситуациях и готов нести за низ ответственность.
2. Профессиональные
ПК-3
Умеет разрабатывать информационную инфраструктуру
предприятия, включая сетевые фрагменты инфраструктуры и
инженерное обеспечение.
ПК-4
Умеет проектировать информационные беспроводные сети
предприятий, включая -спутниковые, радиорелейные, сотовые и
локальные беспроводные сегменты.
ПК-5
Умеет разрабатывать компоненты и инсталлировать программноаппаратные комплексы сетевого мониторинга.
4. Структура и содержание дисциплины
4.1. Содержание разделов дисциплины:
Тема № 1. Понятия информационной инфраструктуры предприятия (2 часа)
Структурно-системная и структурно-функциональная
модели информационной инфраструктуры предприятия,
формирование системного определения информационной
инфраструктуры. Архитектура и топология сетей, в том числе
беспроводных сетей. Методы передачи данных. Сетевые стандарты.
Место беспроводных сетей в информационной инфраструктуре предприятия
Тема № 2. Физические основы передачи данных в беспроводных сетях.
Передача данных по радиоканалу. Частотная сетка в беспроводных сетях,
регистрация радиосетей. DSSS, OFDM и FHSS–методы организации Беспроводных
сетей (2 часа).
Тема № 3. Типы, архитектура и топология беспроводных сетей (БС). . (2часа)
Локальные, радиорелейные, спутниковые, сотовые и региональные беспроводные сети.
Проектирование РРЛ.
Тема № 4. WiFi -сети. . (2часа)
Термины WiFi. Классификация WiFi -сетей. Офисные сети WiFi.
Домашние сети WiFi. Сети WiFi коллективного пользования IEEE 802.11, 1999 Edition Базовый стандарт: Спецификации Уровня доступа к среде и Физического уровня для
беспроводных сетей.
Стандарты беспроводных сетей -802.11a,g,b,n.
802.11b - Спецификация физического уровня. . (2часа)
Тема № 5. Стандарт 802.16. (WiMax) Линии передачи данных РРЛ. (2часа)
Архитектура, топология и основные технические характеристики беспроводных сетей на
основе Стандарта 802.16. 802.16 - Спецификация физического уровня. Архитектура
радиорелейных линий передачи данных, частоты, методы модуляции, оборудование,
основы проектирования
Тема № 6. Беспроводные сети на основе стандартов 3и 4G. (2часа)
Спецификации стандартов, методы передачи данных, телефония в стандартах, топология
сетей на основе стандартов 3и 4G, типы антенн, частотная сетка, производительность.
Тема № 7. Стандарт ZigBee. . (2часа)
Спецификация IEEE 802.15.4. Область применения, топология сетей, на основе стандарта
ZigBee.
Тема 8. Управление беспроводными сетями. Безопасность в беспроводных
сетях. . (2часа)
4.2. Структура дисциплины по разделам и формам организации
обучения
Таблица 1.
Название раздела/темы
1. Понятия
информационной
инфраструктуры
предприятия
2. Физические основы
передачи данных в
беспроводных сетях.
3 Типы, архитектура и
топология беспроводных
сетей (БС).
4. WiFi -сети.
5. Стандарт 802.16.
(WiMax)
6. Беспроводные сети на
основе стандартов 3и
4G.
7.Стандарт ZigBee.
8. Управление
беспроводными сетями.
Безопасность в
беспроводных сетях.
Курсовое
проектирование
Итого
Аудиторная работа (час)
Лекции Практ./сем.
Лаб. зан.
занятия
2
СРС
(час)
Колл,
Контр.Р.
Итого
6
6
2
6
6
2
6
6
2
2
6
12
12
20
12
2
2
12
14
2
2
4
4
12
10
18
14
16
16
76
108
5. Образовательные технологии
Таблица 2.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Лекц.
Методы
IT-методы
Работа в команде
Игра
Обучение
на основе опыта
Опережающая
самостоятельная работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский метод

Лаб.
раб.


Пр. зан./
Сем.,
СРС
К. пр.









6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
6.1







6.2




Текущая СРС.
работа с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и
электронных источников информации по индивидуально заданной
проблеме курса,
выполнение домашних заданий, домашних контрольных работ,
опережающая самостоятельная работа,
перевод текстов с иностранных языков,
изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку,
подготовка к лабораторным работам;
подготовка к контрольной работе, к зачету, экзамену.
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР).
поиск, анализ, структурирование и презентация информации,
выполнение задания по курсовому проектированию;
исследовательская работа и участие в научных студенческих
конференциях, семинарах и олимпиадах;
анализ научных публикаций по заранее определенной преподавателем
теме.
6.3









Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине:
1. Перечень научных проблем и направлений научных исследований
Развитие веб-интерфейсов управления точками доступа.
Моделирование распределения радиоволн антенны точек доступа.
Автоматизированное построение беспроводной сети в здании.
Разработка новых систем мониторинга беспроводных сетей.
Системы мониторинга автотранспорта на основе спутниковых
технологий передачи данных в приполярных областях.
Отказоустойчивые топологии беспроводных сетей, для управления
технологическими процессами.
Интуитивно-понятные интерфейсы управления технологическими
беспроводными сетями.
Базы данных электромагнитной проницаемости и отражений для
беспроводных сетей в различных диапазонах.
разработка отладчиков нового поколения для сетей ZigBee.
2. Темы курсовых проектов и лабораторных работ (примеры)
1. Аппаратно-программный комплекс мониторинга движения автотранспорта и
грузов
Автоматизированная пересылка SMS c координатами о движении транспорта.
Оборудование:GPS навигатор, спутниковый телефон" Иридиум", SMS-сервер, карта
диспетчера. В кабинах автотранспорта использовать только беспроводные технологии.
Результат:
Определение и пересылка координат на диспетчерский пункт (ДП)через определённый
промежуток времени, выдача координат по запросу ДП, отображение маршрута на карте
местности.
2. Системы мониторинга БС на основе ПО "AirMagnet",Fluke
Пакеты для мониторинга, ноутбук, точки доступа.
Результат: Построение схемы БС для данных помещений, распределение точек доступа.
3. Определение основных характеристик радиоканала.
Оборудование: тестер Fluke, точки доступа Asus .
Результат: Определить основные характеристики, согласно требованиям стандартов,
сделать выводы и рекомендации для выбора среды передачи данных.
4. Объединение точек доступа различных производителей в единую беспроводную
сеть
Оборудование: точки доступа Asus, Cisco - 5 шт.. Автоматизированные средства
проектирования "AirMagnet",Fluke
Результат: архитектура топология, принципиальная схема БС, система управления и
безопасности для разнородных производителей, совместимость.
3. Темы индивидуальных заданий (примеры)
1.
2.
3.
4.
Проектирование БС гостиницы.
Проектирование БС для службы автоинспекции.
Проектирование БС для ресторана.
Проектирование БС для складского хозяйства и системы логистики.
Проектирование БС для университетского кампуса.
Проектирование БС для нефтепромысла.
Проектирование БС для куста скважин.
Проектирование системы мониторинга нефтегазового оборудования и
уровней добычи на промысле на основе радиоканала.
9. Анализ перспективности применения стандартов 802.11, 802.16, 802.14 .
10. Технологии 3G и 4G- основные характеристики, области применения
перспективы использования.
5.
6.
7.
8.
Каждый из студентов создаёт собственный проект развёртывания
беспроводной сети в информационной инфраструктуре предприятия. В
проекте должны быть обоснованы:
1. Обоснованы причины развёртывания БС, на данном виртуальном
предприятии;
2. Определёна площадь покрытия, расположение точек доступа,
количество точек доступа, методика регистрации БС в надзорных
органах;
3. Приведена спецификация на выбранное оборудование;
4. Разработана функциональная схема подключения БС, к проводной
локальной сети предприятия;
5. Разработано техническое задание, для сервисной организации, на
инсталляцию сегмента БС;
6. Приведена методика подключения мобильных абонентов БС , к
локальной сети предприятия, на логическом уровне.
Отчёт о самостоятельной работе подготовить в виде реферата -12 час.
5. Темы, выносимые на самостоятельную проработку.
Тема № 1. Стандарты беспроводных систем
Стандарты беспроводных систем, как основной документ при проектировании БС.
Тема № 2. Методы защиты информации при эксплуатации БС
Математические основы методов защиты информации. Ключи, Radius-server.
Тема № 3. Операционная система IOS и веб-интерфейс в точках доступа
Изучение одной из версий IOS. Основные функции веб-интерфейса. Достоинства и
недостатки.
Тема № 4. Спутниковые сети.
Топология, оборудование, методы, диапазон частот, применение, скорости передачи.
Тема № 5. Радиорелейные сети.
Топология, оборудование, методы, диапазон частот, применение, скорости передачи.
Тема № 6. Методы проектирования БС
Методы проектирование БС обследование местности или здания, анализ объектов
подключения на местности, зоны покрытия, приложения работающие в сети,
разрешительная политика, анализ требуемых частот, расстояний и скорости передачи.
Выбор оборудования и ПО.
6.4
Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как
единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.
6.5
Учебно-методическое
студентов
обеспечение
самостоятельной
работы
1) http://www.cisco.com/web/RU/products/hw/wireless/index.html
2) Комагоров В.П. Информационные сети. Учебное пособие - Томск:
ТПУ, 2000г.- 104 с.
3) http://www.wi-fi.org/
Учебно-методические материалы, находящиеся в локальной сети кафедры
ОСУ и ТПУ.
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества
освоения дисциплины
7.1. Входной контроль (пример вопросов в тестовой форме)
Вопрос 1. Что такое сети ЭВМ:
а) Cетевые протоколы
б) Основные топологии сетей
в) Каналообразующая аппаратура
г) Стандарт 802.3
д) Адресации в сети.
е) Семиуровневая модель
Вопрос 2. Среды передачи данных, классификация сетей по типам
среды передачи данных:
а) Среды передачи данных на основе медного кабеля
б) Среды передачи данных на основе оптоволокна (одномодовое и
многомодовое типы волокна)
в) Радиоканал- основы передачи данных по радиоканалу.
г) Основные типы беспроводных сетей.
7.2. Текущий контроль (пример вопросов в тестовой форме)
Вопрос 1. Режимы работы точек доступа WiFi 802.11:
а) частотный диапазон;
б) мост, точка доступа, репитер;
в)скорость передачи для вариантов стандарта ;
г)методы защиты от несанкционированного доступа;
д) варианты стандарта WiFi 802.11 (a,b,g,n), различия;
е) методы управления аппаратными средствами стандарта WiFi 802.11
(a,b,g,n).
Вопрос 2. Стандарт 802.16:
а) частотный диапазон и радиус действия;
б) скорость передачи данных;
в) типы оконечных устройств;
г) топология сети реализованной на основе стандарта 802.16 и его
разновидностей ;
д) базовые станции стандарта 802.16;
Рубежный контроль (примеры билетов для экзамена)
Билет №1
1. Стандарты 802.11a, b, g..
2. Офисные сети WiFi.
3. Примеры применения беспроводных сетей.
Билет №2
1. Стандарт 802.16.
2. Домашние сети WiFi.
3. Беспроводные коммутаторы.
Билет №3
1. Частотная сетка в беспроводных сетях, регистрация WiFi -сетей.
2. Методы управления в беспроводных сетях.
3. Радиус действия беспроводной сети, факторы влияющие на приём и
передачу данных.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Дисциплина
Институт
Кафедра
Семестр
Группы
Преподават
ель
Беспроводные сети
Кибернетики
ОСУ
3
2 курс магистры
Марчуков А.В.
Число недель
Кол-во кредитов
Лекции, час
Практич. занятия, час
Лаб.работы, час.
16
3
16
Всего аудит.работы, час
Самост.работа, час
32
76
ВСЕГО, час
108
16
Рейтинг-план освоения дисциплины в течение семестра
Теоретический материал
Название
модуля
1
2
3
Введение.
Основные
понятия
беспровод
ных сетей.
4
Темы лекций
Контролир.
матер.
Практическая деятельность
Баллы
Название
лабораторных работ
Баллы
2
4
Подключение к
действующей БС
мобильных
устройств.
Оценка реальной
производительности
БС, в зависимости от
количества
абонентов.
Физические основы
передачи данных в
беспроводных
сетях.
Типы, архитектура
и топология
беспроводных сетей
(БС).
Тест 1
Темы
практичес
ких
занятий
Всего по контрольной точке (аттестации) № 1
5
WiFi сети.
Стандарты
БС
Настройка WiFi
фирмы Asus
2
Баллы
Рубежные
контрольн
ые работы
Баллы
КР 1
4
Проблемноориентированн
ые задания
Баллы
Итого
Недели
Текущий контроль
10
Теоретический материал
Название
модуля
Темы лекций
Контролир.
матер.
Практическая деятельность
Баллы
Название
лабораторных работ
Баллы
Настройка WiFi
фирмы Cisco
2
Темы
практичес
ких
занятий
Баллы
Рубежные
контрольн
ые работы
Баллы
КР 2
6
Проблемноориентированн
ые задания
Баллы
Итого
Недели
Текущий контроль
6
7
Тест 2
8
4
Всего по контрольной точке (аттестации) № 2
9
10
11
Стандар
т 802.16.
(WiMax)
Базовый стандарт
802.16
Основные
параметры,
топология.
Использование
сетей на основе
стандарта 802.16
12
Тест 3
4
Эскизное
проектирование
фрагмента сети на
основе 802.16
2
Эскизное
проектирование
фрагмента сети на
основе 802.16 для
нефтепромысла.
4
КР 3
Всего по контрольной точке (аттестации) № 3
Стандар
т ZigBee.
13
Спецификации
стандарта 802.14
Создание и настройка
фрагмента сети на
основе ZigBee
14
2
6
16
14
15
16
Теоретический материал
Название
модуля
Управлени
е
беспровод
ными
сетями.
Безопасно
сть в
беспровод
ных сетях.
Темы лекций
Контролир.
матер.
Комплекты сетей
на основе стандарта
802.14
Практическая деятельность
Баллы
Название
лабораторных работ
Баллы
Темы
практичес
ких
занятий
Баллы
Рубежные
контрольн
ые работы
Баллы
Рубежная
КР 4
8
Проблемноориентированн
ые задания
Баллы
Итого
Недели
Текущий контроль
Проверка функции
самонастройки в сети
ZigBee.
Веб-интерфейсы
управления точек
доступа Cisco и Asus.
Настройка системы
безопасности точек
доступа Cisco и Asus.
Методы управления
БС
4
17
18
Тест 6
Всего по контрольной точке (аттестации) № 4
20
Итоговая текущая аттестация
60
Экзамен (зачет)
40
Итого баллов по дисциплине
100
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение
дисциплины
Основная литература:
 Джим Гейер. Беспроводные сети. Первый шаг. Год издания: 2005,
Вильямс
 Педжман
Рошан,
Джонатан
Лиэри.
ООсновы
построения
беспроводных локальных сетей стандарта 802.11. Руководство Cisco,
Год издания 2004, Вильямс.
Дополнительная литература:

Толковый словарь сетевых терминов и аббревиатур. Официальное
издание Cisco Systems, издательство: Вильямс.
Программное обеспечение и Internet-ресурсы:




Семенов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ)Режим доступа:
http://book.itep.ru/1/intro1.htm
Беспроводные сети Режим доступа:
http://www.cyberguru.ru/networks/wlan/
Учебно-методические материалы, находящие в локальной сети кафедры
ОСУ.
Фирма Cisco Режим доступа:
http://www.cisco.com/web/RU/products/wireless.html#~acc~enterprise_wirel
ess
10. Материально-техническое обеспечение модуля
(дисциплины)
Компьютерный класс. 10 компьютеров 8 Ггб, , точки доступа Asus- 2
шт., Cisco 1310,1841- 3 шт., КПК (WiFi)- 10 шт., спутниковый телефон
Iridium, GPS-навигаторы.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки 230100
«Информатика и вычислительная техника»
Программа одобрена на заседании кафедры ОСУ ИК, протокол № 13 от
«27» июня 2013 г.
Автор
____________________ Зав. лабораторией ВС
А.В. Марчуков
Рецензент
____________________ Зав. кафедрой ОСУ
О.Б. Фофанов