Внедрение беспроводных сетей для развития образовательных услуг высшего профессионального образования

НОВЫЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И КАЧЕСТВО ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ

УДК 004.7

А. С. Курылёв, М. О. Куликов Астраханский государственный технический университет

ВНЕДРЕНИЕ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСЛУГ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Внедрение беспроводных локальных вычислительных сетей (БЛВС) является новым шагом в повсеместном распространении дистанционных образовательных технологий.

Долгое время технологии беспроводных локальных сетей находились в тени сотовой связи и воспринимались как второстепенные и вспомогательные, т. к. использовались в том случае, когда прокладка кабельной инфраструктуры была либо экономически нецелесообразна, либо невозможна. Серьёзным аргументом в пользу жизнеспособности систем радиодоступа к сетевым ресурсам является постоянное увеличение пропускной способности, доступной абоненту. За 8 лет она увеличилась с 1 до 300 Мбит/с и продолжает расти. Удобство и высокое качество услуг связи, предоставляемых БЛВС, позволяет им успешно конкурировать с традиционными проводными коммуникациями. Фактором, способствующим масштабному внедрению беспроводных систем передачи данных, является широкая полоса частот (2,4...2,483; 5,15___5,350;

5,65...5,85;5,9...6,4 ГГц), доступная для применения в гражданских целях во всем мире, в том числе и в России.

Преимущества беспроводной связи делают незаменимыми средства радиодоступа к вычислительным сетям в проектах интеллектуального дома, офиса, виртуализации образовательных процессов, повышении мобильности потребителей образовательных услуг и профессорско-преподавательского состава. Постоянный интерес к этим технологиям вызван их способностью решить проблему непосредственной доставки услуг потребителю образовательных услуг (абоненту) в учебном заведении и вне его.

Средства беспроводных коммуникаций в соответствии с развиваемыми проектами информационно-образовательных сред обеспечивают нахождение потребителя в удобном и индивидуально приспособленном пространстве вуза, не лишая его возможности социальной коммуникации с другими участниками образовательного процесса.

Высокопроизводительные механизмы обработки и хранения данных, реализующие многофункциональные программные комплексы, которые осуществляют хранение и обработку образовательных ресурсов, а также обеспечение или поддержку учебного процесса по дистанционной технологии, стали основой для создания информационно-образовательных средств, повсеместно применяемых в России и за рубежом. Доставка образовательного контента и организация тесного оперативного взаимодействия между участниками образовательного процесса являются основными задачами при проектировании и эксплуатации современных информационно-образовательных систем.

Совместное применение сетевых технологий стандартов IEEE 802.11 (Wi-Fi) и IEEE 802.1.15 (Bluetooth) позволяет в предельно короткие сроки развернуть беспроводную зону доступа к электронным образовательным ресурсам как внутри вуза, так и в непосредственной близости от зданий студенческого городка. Это делает возможным распространение преимуществ интегрированной информационно-образовательной среды не только на потребителей образовательных услуг, имеющих в распоряжении традиционные переносные ПК, но и на владельцев сравнительно нового класса мобильных устройств (коммуникаторы, смартфоны, карманные персональные компьютеры (КПК)), содержащих на борту средства радиодоступа хотя бы одного из стандартов беспроводных сетей [1].

Внедрение беспроводных вычислительных сетей является многоэтапным процессом, включающим в себя проектно-изыскательские работы, строительство объектов связи, монтаж оборудования, пусконаладочные и приемосдаточные работы, комплекс мер по обеспечению безопасности, а также оформление регистрационных документов и их подачу в контролирующие службы Министерства связи РФ. Рассмотрим основные этапы проектирования и внедрения систем радиодоступа к образовательным ресурсам вузов.

Проектирование начинается с момента принятия решения о создании системы радиодоступа и включает в себя:

- предварительный анализ;

—разработку технического задания на проектирование;

— обоснование инвестиций в строительство системы радиодоступа;

—разработку и экспертизу рабочих проектов элементов системы радиодоступа (или проектов по этапам).

Для наиболее сложных систем радиодоступа, с постоянно развивающейся структурой, процесс проектирования продолжается при эксплуатации и заканчивается только при утилизации системы.

В процессе предпроектных работ осуществляется сбор необходимых исходных данных. В процессе проектирования решаются системные вопросы, рассчитываются основные структурные параметры, разрабатывается частотно-территориальный план, определяются перспективы развития сети. На этапе проектирования определяются способы и уровни присоединения к проводным сетям вузов, обеспечение вспомогательных функций и услуг, синхронизация каналов управления с образовательными сетями других учебных заведений, система адресации абонентов - потребителей образовательных услуг, выполнение требований СОРМ и готовится рабочая документация на отдельные объекты системы радиодоступа: центр коммутации и управления, точки доступа и ретрансляторы, соединительные линии.

При принятии решений относительно развертывания беспроводных вычислительных сетей внутри вуза необходимо учитывать особенности технологии IEEE 802.11, характер работы мобильных узлов потребителей образовательных услуг (КПК, коммуникаторы, смартфоны), вопросы обеспечения безопасности серверного и абонентского оборудования образовательной среды, качества предоставляемых услуг связи (QoS). Картирование места установки стационарных элементов БЛВС позволяет определить оптимальное количество и схему расположения точек доступа, необходимых для покрытия заданной области, и пропускную способность каждой точки и системы в целом. От этого зависит стабильность и уровень качества предоставляемых информационно-образовательных услуг и количество потребителей этих услуг, способных одновременно взаимодействовать с виртуальной средой в пределах зоны работы сети. Производительность каждого клиентского сетевого устройства уменьшается с вводом в зону обслуживания беспроводной информационно-образовательной сети каждого нового потребителя. Поскольку ни один пользователь не занимает гарантированно определенную часть полосы пропускания, механизм доступа к сетевой среде, основанный на использовании распределенной функции координации, обеспечивает удовлетворительный доступ к беспроводной среде, т. е. каждый клиент имеет одинаковые права доступа к беспроводному сегменту образовательной среды.

В случае развертывания беспроводной вычислительной сети в образовательном учреждении предъявляются особые эстетические требования по сокрытию инфраструктурных элементов сети (точек доступа, электропитающего оборудования) и защите сети от физического воздействия посторонних. При этом точки доступа размещаются в пространством между перекрытиями и подвесным потолком. При неоходимости усиления мощности излучаемого радиосигнала применяются специализированные омниполярные или направленные антенны.

В процессе эксплуатации оцениваются показатели системы радиодоступа, по результатам корректируется и дорабатывается проект, формируется план развития [2].

Процедуру регистрации радиоэлектронных средств (РЭС) и высокочастотных устройств (ВЧУ), к которым относится оборудование беспроводных локальных сетей учебных заведений, и выдачу свидетельств осуществляет Федеральная служба по надзору в сфере связи.

В рамках реализации пункта 5 ст. 22 Федерального закона от 07.07.2003 № 126-ФЗ «О связи» [3] было принято постановление Правительства Российской Федерации от 12.10.2004 № 539 «О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств». Данное постановление упростило и унифицировало процедуру регистрации РЭС и ВЧУ на всей территории Российской Федерации, определило перечень радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств, подлежащих регистрации и порядок их регистрации. В соответствии с данным порядком регистрация РЭС и ВЧУ осуществляется территориальными управлениями Федеральной службы по надзору в сфере связи по письменным заявлениям владельцев радиоэлектронных средств.

Порядком регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств установлены:

— процедура подачи заявления на регистрацию (перерегистрацию) РЭС (ВЧУ) и получения свидетельства о регистрации РЭС (ВЧУ);

— перечень документов и сведений, представляемых владельцами РЭС (ВЧУ) регистрирующему органу;

— основания для отказа в регистрации РЭС (ВЧУ), а также для прекращения действия свидетельства о регистрации РЭС (ВЧУ);

— предельные сроки для рассмотрения заявления и выдачи свидетельства о регистрации РЭС (ВЧУ), подачи заявления в случае смены владельца РЭС (ВЧУ) и при изменении сведений, указанных в заявлении и прилагаемых к нему документах.

В соответствии с новым порядком регистрация радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств и оформление свидетельств о регистрации осуществляются без взимания платы с заявителей. Финансирование мероприятий по регистрации РЭС (ВЧУ) осуществляется в рамках финансирования деятельности Федеральной службы по надзору в сфере связи из федерального бюджета.

В целях обеспечения соответствия параметров излучения конкретных радиоэлектронных средств основным техническим характеристикам, определенным разрешениями на использование радиочастот или радиочастотных каналов, к заявлению о регистрации необходимо прикладывать протоколы измерения технических параметров излучения РЭС и ВЧУ. Данное требование обеспечивает право равного доступа всех пользователей к радиочастотному спектру и соблюдение электромагнитной совместимости всех действующих РЭС.

Указанные измерения параметров излучения радиоэлектронных средств могут быть проведены любым юридическим или физическим лицом, в том числе и самим владельцем радиоэлектронного средства. Полнота и достоверность представленных в протоколах данных определяются уровнем технической подготовки специалистов, выполняющих измерения, и наличием исправной и поверенной измерительной аппаратуры.

В соответствии с Федеральным законом от 07.07.2003 № 126-ФЗ «О связи» средства связи, иные радиоэлектронные средства и высокочастотные устройства, являющиеся источниками электромагнитного излучения, подлежат регистрации (п. 5 ст. 22 ФЗ «О связи» [3]).

Использование без регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств, подлежащих регистрации, не допускается (п. 5 ст. 22 ФЗ «О связи» [3]).

Регистрация РЭС и ВЧУ осуществляется по письменному заявлению владельца радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств (п. 7 «Правил регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств», утвержденных постановлением Правительства Российской Федерации от 12.10.2004 № 539, далее - Правила регистрации [4]).

Регистрация РЭС и ВЧУ осуществляется в территориальном органе Федеральной службы по надзору в сфере связи (Россвязьнадзор), на территории деятельности которого планируется использование радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств.

При этом в заявлении должны быть указаны следующие сведения (п. 8 Правил регистрации [4]):

— наименование, организационно-правовая форма и место нахождения (для юридических лиц указываются согласно учредительным документам);

— сведения о регистрируемом радиоэлектронном средстве: наименование, тип, серия, номер (указываются согласно паспорту на изделие);

— сведения о регистрируемом высокочастотном устройстве: наименование, тип, серия, номер, полоса рабочих частот, мощность излучения, место установки (указываются согласно паспорту на изделие, указывается полный адрес места установки).

К заявлению прилагаются документы, перечень которых установлен п. 10 Правил регистрации:

— копия документа, подтверждающего факт внесения записи о юридическом лице в Единый государственный реестр юридических лиц - для юридического лица;

— протокол измерений технических параметров излучений радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств.

Формы протоколов измерений технических параметров излучений радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств утверждены приказом Мининформсвязи России от 29.10.2004 № 25 «Об утверждении форм документов для регистрации и учета радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств, подлежащих регистрации» [5].

Измерения параметров излучения радиоэлектронных средств могут быть выполнены любым юридическим или физическим лицом, обладающим навыками проведения измерений и соответствующими поверенными измерительными приборами.

В соответствии с п. 2 ст. 24 Федерального закона «О связи» [3] срок действия решений Государственного комитета по радиочастотам составляет десять лет с даты их принятия. Таким образом, срок окончания действия свидетельств о регистрации базовых станций (точек доступа) внутриофисных систем беспроводной передачи вузов - не позднее 6 декабря 2014 г.

Институт дистанционного образования (ИДО) Астраханского государственного технического университета (АГТУ) предоставляет не только оперативно обновляемую справочную информацию о ходе учебного процесса, но и доступ к электронным учебно-методическим комплексам по курсам и образовательным программам Виртуального университета рыболовства [6].

Сервис предоставляется студентам на бесплатной основе с использованием собственной информационно-технической инфраструктуры ИДО АГТУ и предполагает доступ к сведениям о расписании и новостям о ходе учебного процесса при помощи следующих категорий переносных мобильных устройств:

— карманные (наладонные) компьютеры;

— смартфоны;

— коммуникаторы.

Карманный персональный компьютер (КПК, наладонник) - собирательное название класса портативных электронных вычислительных устройств, изначально предложенных к использованию в качестве электронных органайзеров. В отличие от настольных персональных компьютеров, которые подразделяются на несколько крупных классов и в остальном достаточно универсальны, карманные компьютеры более жёстко привязаны к собственным операционным системам (ОС). Особенностью, отличающей смартфон от мобильного телефона, является наличие достаточно развитой ОС. Это дает возможность устанавливать дополнительные приложения, расширяющие возможности устройства, которые могут создаваться как фирмой, выпускающей смартфон, так и сторонними разработчиками. Итак, КПК, оснащённый функциями сотовой связи, называется коммуникатором, смартфон - телефон, оснащённый функциями карманного персонального компьютера.

Новая технология доступа к ресурсам сформировала инновационный способ доступа к образовательным и информационным сервисам ИДО АГТУ в непосредственной близости от офиса ИДО при помощи технологий, описываемых группой стандартов IEEE 802.11 (Wi-Fi). Одним из основных требований к техническому обеспечению абонентских терминалов студентов является поддержка этими устройствами любого из стандартов БЛВС 802.11 a/b/g. Функция может быть реализована как при помощи встроенного в устройство контроллера, так и факультативно (при помощи адаптера, приобретаемого дополнительно). Более подробная информация о технических возможностях устройств подобного типа приводится в инструкции по эксплуатации, либо на Интернет-сайте компании-производителя. Использование данного метода доставки образовательного контента не требует оплаты трафика третьим фирмам, т. к. информационный обмен реализуется в рамках корпоративной БЛВС ИДО АГТУ.

Дополнительная информация и техническая поддержка могут быть получены в службе телекоммуникаций ИДО АГТУ.

В настоящее время беспроводный сегмент ЛВС ИДО АГТУ состоит из трехстандартной точки доступа 3Com 3CRWE454A72 WL-526. Эта точка доступа 3Com OfficeConnect Wireless 11a/b/g Access Point может одновременно функционировать в беспроводных сетях стандартов 11a, 11b и 11g, обеспечивая полную гибкость подключения клиентских устройств. Соединение на скорости до 54 Мбит/с открывает потребителям образовательных услуг доступ к сетевым образовательным ресурсам, обеспечивает идеальные условия для работы мультимедийных приложений. Поддержка нескольких беспроводных стандартов позволяет не только защитить инвестиции в существующее оборудование, но и использовать преимущества самых современных технологий. Для защиты беспроводных соединений в точке доступа используется механизм шифрования данных WPA с 256-разрядным ключом, обеспечивающий высокий уровень безопасности. Точка доступа также поддерживает шифрование WEP с 40/64-разрядным и 128-разрядным ключами для совместимости с устаревшим клиентским оборудованием.

Точка доступа 3Com OfficeConnect Wireless 11a/b/g Access Point, обладая широким диапазоном возможностей обеспечения безопасности и удобства эксплуатации, явилась оптимальным выбором для создания беспроводной сети в небольших помещениях вузов. Сетевое устройство поддерживает до 128 пользователей проводных и беспроводных соединений и предоставляет значительные возможности для расширения сети. Благодаря поддержке беспроводных PC-карт и PCI-плат семейства 3Com OfficeConnect, с ее помощью можно создать мощную, высокоскоростную, полностью беспроводную сетевую инфраструктуру. Для ускорения процесса настройки сетевой администратор может скопировать набор параметров установки одной точки на все остальные беспроводные точки сети. Во время эксплуатации механизмы динамического изменения скорости (Dynamic Rate Shifting) и выбора канала (Clear Channel Select) обеспечивают четкую и надежную связь.

Основными функциональными особенностями системы доступа с беспроводному сегменту сети, применяемой в ИДО АГТУ, являются:

— одновременная поддержка беспроводных сетей стандартов IEEE 802.11a, 802.11b, 802.11g обеспечивает полную гибкость подключения клиентских устройств;

— конфиденциальность передаваемых данных достигается за счет использования высоконадежного механизма шифрования WPA с 256-разрядным ключом и WEP-шифрования с разделяемыми 40/64-разрядным и 128-разрядным ключами, обеспечивающего совместимость с устаревшим клиентским оборудованием;

— функция отключения широковещательной передачи идентификатора SSID (SSID Broadcast Disable) и список контроля доступа на основе MAC-адресов, предотвращающие подключение неавторизованных пользователей и сканирование беспроводной сети;

— поддержка до 128 пользователей, одновременно работающих в беспроводном сегменте образовательной сети;

— большие возможности для расширения сети;

— механизм динамического изменения скорости передачи данных (Dynamic Rate Shifting), автоматически выбирающий наилучшую скорость соединения в зависимости от объема пропускаемого трафика и внешних условий;

— механизм выбора канала Clear Channel Select, сканирующий частотный спектр и выбирающий наименее загруженный канал, обеспечивая надежность и высокую скорость соединений;

— функция сохранения и восстановления, позволяющая копировать параметры настройки беспроводных устройств по сети, благодаря чему процесс установки становится более оперативным;

— инструменты сетевого администрирования на базе веб-интерфейса, позволяющие администраторам осуществлять настройку и управление точкой доступа из любого места в сети;

— наличие сертификата Wi-Fi, гарантирующего полную функциональную совместимость с устройствами стандарта Wi-Fi, изготовленными сторонними производителями.

Таким образом, наличие в системе сбалансированного высокопроизводительного сетевого устройства такого типа позволяет обеспечить стабильный и безопасный доступ к ресурсам Виртуального университета рыболовства независимо от третьих фирм (Интернет-провайдеров), что позволяет гибко контролировать механизмы распределения образовательного трафика и отказаться от оплаты Интернет-трафика на участке «ВУР-потребитель».

В зависимости от масштаба, беспроводные сети вузов могут включать в себя десятки и сотни устройств (точек доступа) - поэтому особенно важным является комплекс предварительных изысканий и проектных работ. Таким образом, для законного использования средств радиодоступа из состава беспроводных вычислительных сетей вузов необходима и достаточна регистрация сертифицированного оборудования в территориальном органе Россвязьнадзора. Внедрение беспроводных вычислительных сетей в существующую информационную инфраструктуру вуза начинается в структурных подразделениях, оказывающих услуги по новым образовательным технологиям, позволяющим использовать преимущества информационнообразовательных сред с наибольшей эффективностью (комплекс «Виртуальный университет» в ИДО АГТУ) [6]. Этот вариант развертывания беспроводного сегмента сети является переходным к повсеместному покрытию студенческого кампуса, когда доступ к сети возможен из любого помещения университета. Системный подход к построению беспроводных вычислительных сетей вузов и других образовательных учреждений - новый шаг к созданию единого образовательного пространства г. Астрахани.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Курылёв А. С., Куликов М. О. / Организация оперативного доступа к образовательным ресурсам и услугам в беспроводных локальных вычислительных сетях вузов // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. -2007. - № 1 (36). - С. 240-246.

2. Григорьев В. А., Лагутенко О. И., Распаев Ю. А. Сети и системы радиодоступа. - М.: Эко-Трендз, 2005. - 384 с.

3. Закон РФ «О связи» от 07.07.2003 № 126-ФЗ.

4. Постановление Правительства РФ от 12.10.2004 № 539 «О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств».

5. Приказ Мининформсвязи России от 29.10.2004 № 25 «Об утверждении форм документов для регистрации и учета радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств, подлежащих регистрации».

6. Курылёв А. С. / Отраслевая информационно-образовательная среда - Виртуальный университет рыболовства // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2006. - № 3 (32). - С. 328-334.

Получено 24.12.2006

WIRELESS LOCAL NETWORKS LICENSING AND EMBEDDING AS AN INSTRUMENT OF HIGHER EDUCATION DEVELOPMENT

А. S. Kurilev, M. О. Kulikov

Wireless communications according to scientific and educational portals development grants a consumer a comfortable both personified and social areas. Combined applying IEEE 802.11 (Wi-Fi) h IEEE 802.1.15 (Bluetooth) network technologies allows to launch educational hotzones rapidly. This makes possible providing unbound access to e-learning resources both within and without a campus. Wireless local networks deployment is a multistage process. Free registration and licensing procedures are under control of Federal communication supervision service. Systematical approach in embedding wireless local networks in universities and other educational institutions is a huge step to establish metropolitan area educational networks.