Industrial WLAN

(1)

Teknik och Samhälle

Datavetenskap

Examensarbete

15 högskolepoäng, grundnivå

WLAN I INDUSTRIMILJÖ

IEEE 802.11 som industriellt

kommunikationsprotokoll

INDUSTRIAL WLAN

IEEE 802.11 as an industrial

communications protocol

Nyman, Pontus

Sand, Stefan

Examen: Högskoleingenjörsexamen 180 hp

Handledare: Tommy Andersson

Huvudämne: Datateknik med inriktning mot

telekommunikation

Examinator: Bengt Nilsson

Program: Högskoleingenjörsutbildning i data-

och telekommunikation

(2)

(3)

Abstract

WLAN in the form of IEEE 802.11 is not used to any wide extent in the industrial environment. We examine how the protocol can be used for data communication in such an environment with regard to noise immunity and computing power needs, in the form of an empirical investigation. These studies have been conducted in an industrial environment with the three most commonly used standards IEEE 802.11b/g/n. The purpose of this paper is to understand what it is in the environment that disturbs signals and if the newest standard IEEE 802.11n has something new to add to the table that could revolutionize the focus. Tests and studies have shown that 802.11b and 802.11n is the best in terms of signal strength with interference in the environment. 802.11n is superior in terms of high bit rate.

Resumé

WLAN i form av standarden IEEE 802.11 används inte i större utsträckning i industriell miljö. Vi undersöker hur pass protokollet kan användas för datakommunikation i sådan miljö med avseende på störningskänslighet och datorkraftsbehov, i form av en empirisk undersökning. Dessa undersökningar har utförts på en industri med de tre vanligaste standarderna IEEE 802.11b/g/n. Syftet med denna uppsats är att kontrollera vad som stör signalerna samt om den nyaste standarden 802.11n har något nytt som kan revolutionera inriktningen. Tester och undersökningar har visat att 802.11b och 802.11n är bäst när det gäller signalstyrka med störningskällor i omgivningen. 802.11n är överlägsen när det gäller hög överföringshastighet.

(4)

(5)

Innehållsförteckning

1. Inledning och bakgrund ... 1

1.1 Problembeskrivning och syfte ... 1

1.2 Problemformulering ... 1 1.3 Förarbete ... 1 1.4 Metodval ... 1 1.5 Empiri ... 2 1.5.1 Utrustning ... 2 1.5.2 Program ... 2 1.5.3 Tillvägagångssätt ... 2 1.6 Disposition ... 2 1.7 Förkortningslista ... 3 2. Teori ... 5 2.1 Standardiseringsprocessen för IEEE 802 ... 5 2.2 Grundläggande 802.11 ... 5 2.2.1 Nätverkskonfigurationer ... 5 2.3 Logisk arkitektur ... 6

2.4 Medium Access Control (MAC) ... 6

2.5 Fysiska skikten... 7

2.5.1 Direct Sequence Spread Spectrum ... 8

2.5.2 Orthogonal frequency-division multiplexing ... 8

2.6 IEEE 802.11a ... 9 2.7 IEEE 802.11b ... 9 2.8 IEEE 802.11g ... 9 2.9 IEEE 802.11n ... 10 2.10 Trådlöst gentemot kabelanslutet ... 10 2.11 Säkerhet ... 11

(6)

2.12 Industriella krav för WLAN... 12 3. Testförutsättningar ... 14 3.1 WirelessMon ... 14 3.2 Testmiljö ... 15 3.3 Utförande av tester ... 16 3.3.1 Test 1 ... 17 3.3.2 Test 2 ... 17 3.3.3 Test 3 ... 17 4. Resultat ... 18 4.1 802.11b ... 18 4.2 802.11g ... 19 4.3 802.11n ... 19

5. Analys och tolkning ... 21

5.1 802.11b ... 21 5.2 802.11g ... 21 5.3 802.11n ... 22 5.4 Jämförelse 802.11b/g/n ... 22 5.4.1 Signalstyrka ... 22 5.4.2 Överföringshastighet ... 24

6. Diskussion och slutsatser ... 25

6.1 Framtida studier ... 27

(7)

1 1. Inledning och bakgrund

Termen WLAN är välkänd för många teknikkunniga, vilken i allmänhet hänvisar till protokollet IEEE 802.11a/b/g/n. 802.11 standarden används i stor utsträckning i hemmet, men har aldrig riktigt kommit till någon större användning i industriell miljö. En miljö med mycket maskiner, metall, betong och andra signaler och störningskällor. Största nackdelen med trådlösa nätverk fram till och med standarden 802.11b är att den fungerat bäst som LOS1_{. På senare dagar har}

kraftfullare, stabilare och snabbare lösningar tagits fram.

1.1 Problembeskrivning och syfte

WLAN, samlingsbenämning för olika varianter av IEEE 802.11, är protokoll som används inom fler och fler områden. Inom industrisektorn är tekniken inte lika etablerad, eftersom det kan finnas många störningskällor. Istället används trådbunden kommunikation eller dyrare system. Kommunikationen sker ofta mellan olika typer av inbyggda system med begränsad prestanda. Uppsatsen avses bli ett underlag för ingenjörer inom automationsområdet för om och eventuellt hur man kan använda WLAN, speciellt IEEE 802.11, i industriell miljö.

1.2 Problemformulering

Hur väl fungerar protokollet IEEE 802.11x för datakommunikation i industrimiljö med avseende på störningskänslighet och datorkraftsbehov?

1.3 Förarbete

För att inhämta information i början av arbetet, gjordes en litteraturstudie på utvald relevant litteratur. De böcker och artiklar som lästes bedömdes med olika kriterier på relevans, vetenskaplighet, trovärdighet och källkritik. Den litteratur som studerats listas under avsnitt Referenser.

1.4 Metodval

Problemformuleringen besvaras med hjälp av en empirisk undersökning i form av tre tester med tillhörande referenstester för varje standard som testas. Testerna utförs till en början lokalt på Malmö högskola, men slutgiltiga tester utförs på en

1

(8)

2

industri. Vid testerna mäts signalstyrka och överföringshastighet. Detta för att kunna se hur värdena förändras vid införandet av störningskällor.

Ett önskvärt alternativ till vald metod är att genomföra tester i en kontrollerad laboratoriemiljö. Detta för att på ett enkelt sätt kunna återskapa likadana störningar och resultat om så önskas. På så sätt hade störningar i en industri registrerats och återskapats i laboratoriemiljön för att på ett mer kontrollerat sätt kunna studera hur signalerna beter sig. Detta är en metod som kräver mycket resurser, i form av tid och pengar, och var därför inte möjlig för arbetet med uppsatsen. Därför valdes tidigare nämnd metod.

Innan resultat av tester redovisas och analyseras beskrivs IEEE 802.11 grundläggande för att ge en uppfattning om vilka funktioner protokollet har.

1.5 Empiri

1.5.1 Utrustning

Vid testerna är utrustningen som används två stycken bärbara datorer, en trådlös router vid namn D-Link DIR-665 med tre antenner och IEEE 802.11a/b/g/n-standard.[1]

1.5.2 Program

Det program som används för att mäta prestandan är WirelessMon från företaget PassMark software. Det är ett program som är till för att övervaka WLAN med 802.11-standarder. [2]

Detta program jämfördes med likvärdiga alternativ och valdes baserat på dess tydlighet och detaljerade mätningar, där mätningarna visades i realtid i grafer.

1.5.3 Tillvägagångssätt

Vid testerna skickas filer från en dator till en annan via routern med ”Windows fildelning” samtidigt som programmet mäter prestandan. Testerna ser olika ut och innehåller störningsmoment av olika slag. För varje standard genomförs tre referenstest utan störningsmoment för att kunna jämföra hur mycket som förändras vid senare tester. För mer utförlig beskrivning av varje test, se avsnitt 3.2.

(9)

3 1.6 Disposition

I kapitel 2 ges först en bakgrund till hur det går till att utveckla standarder inom IEEE. Därefter ges en teoretisk beskrivning av olika delar och funktioner i protokollet IEEE 802.11.

I kapitel 3 beskrivs förutsättningarna under testerna i den empiriska undersökningen. Likaså ges en beskrivning om testmiljön och mjukvaran.

I kapitel 4 presenteras resultaten i form av text och tabeller. Resultaten presenteras endast i form av rådata i detta kapitel.

I kapitel 5 analyseras resultaten från kapitel 4 och det utförs en jämförelse mellan de olika protokollstandarder som testats.

I kapitel 6, Diskussion och slutsatser, diskuteras det kring de olika protokollen med hänsyn till bland annat problemställning och industriella krav, följt av förslag till framtida studier.

1.7 Förkortningslista

IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers WLAN – Wireless Local Area Network

LOS – Line of Sight

LAN – Local Area Network

MAN – Metropolitan Area Network OSI – Open Systems Interconnection MAC – Media Access Control

LLC – Logical Link Control

MSDU – MAC Service Data Units BSS – Basic Service Set

ESS – Extended Service Set

(10)

4

CSMA/CA - Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance ACK – Acknowledgement

PDU – Protocol Data Units CP – Contention Period CFP – Contention-free Period

DSSS – Direct sequence spread spectrum

OFDM – Orthogonal frequency-division multiplexing ISM – Industrial, Scientific and Medical

PN – Pseudonoise

FECC – Forward Error Correction Code MIMO – Multiple Input Multiple Output WEP – Wired Equivalent Privacy

WPA – WiFi Protected Access

TKIP – Temporal Key Integrity Protocol

NIST – National Institute of Standards and Technology VoIP – Voice over Internet Protocol

(11)

5 2. Teori

2.1 Standardiseringsprocessen för IEEE 802

IEEE projekt 802 utvecklar LAN- och MAN-standarder för OSI-modellens lägsta två skikt. Det fysiska skiktet (PHY) och MAC-skiktet (Media Access Control) vilket är ett underskikt till Data Link Layer. Det finns flera olika grupper som utvecklar skikten för olika ändamål. Det som är förenande för de olika standarderna är det gemensamma övre gränssnittet till LLC (Logical Link Control) subskiktet, likheter i mediagränssnitt och data framing-element. [3]

Godkända projekt i en grupp tilldelas en bokstav, till exempel 802.11g. Projektet går därefter igenom ett antal processer och kan bli rekommenderat för godkännande som ett officiellt IEEE-standardprojekt. En rekommendation skickas senare till IEEE standards board standards review committee, också kallad RevCom. När ett projekt är rekommenderat och godkänt av RevCom kan det bli publicerat som en IEEE standard. Samtidigt eller före det att ett förslag skickas till RevCom kan det också skickas till Joint technical committee 1, subcommittee 6 responsible for

LANs (ISO JTC1/SC6) för att få publiceras som en ISO standard. Processen för nya

standarder kan pågå i flera år från start till slut. [3]

2.2 Grundläggande 802.11

I den första ansökan om att 802.11 skulle bli ett projekt står det:

“...the scope of the proposed [wireless LAN] standard is to develop a specification for wireless connectivity for fixed, portable, and moving stations within a local area.” [3, sid 54]

Den raden beskriver det mest grundläggande syftet med IEEE 802.11. Standarden definierar protokoll som behövs för trådlöst lokalt nätverkande. Den primära funktionen för just 802.11 är att leverera MAC service data units (MSDUs) mellan lika LLCs.

2.2.1 Nätverkskonfigurationer

I 802.11-standarden finns två lägen: infrastruktur och ad hoc. Infrastrukturläget använder en eller flera accesspunkter som är kopplade till ett kabelanslutet LAN. Trådlösa stationer kommunicerar med accesspunkterna för att få tillgång till

(12)

6

varandra och/eller LANet. I BSS (Basic Service Set), så kommunicerar flera stationer med en accesspunkt som är kopplad till ett kabelanslutet LAN. I ESS (Extended Service Set) så är två eller fler accesspunkter anslutna till LANet och bildar subnätverk. [3]

I ad hoc-läget, också kallat IBSS (Independent Basic Service Set), så används inte accesspunkter. Då kommunicerar trådlösa stationer direkt med varandra. I det läget så kan individuella datorer skapa ett nätverk utan trådlös infrastruktur. Ett Ad-Hoc-nät består typiskt av en internetansluten dator och ett antal klienter som delar internetanslutningen. I denna uppsats kommer vi använda oss av infrastrukturnät.

2.3 Logisk arkitektur

En logisk arkitektur definierar driften i ett nätverk. Den logiska arkitekturen i 802.11 gäller för alla anslutna stationer. Den består av ett MAC-skikt och ett av flera PHY-skikt.

2.4 Medium Access Control (MAC)

Den grundläggande MAC-funktionen i 802.11 gör att olika funktioner från det fysiska skiktet är driftskompatibla med varandra. Detta görs genom användning av CSMA/CA-protokollet tillsammans med en slumpmässig ”back off”-tid. Uttrycket ”back off” kommer från de tillfällen då det sker kommunikationskollisioner, till exempel om två klienter försöker skicka data samtidigt. Då väntar båda klienterna (back off) en slumpmässig tidsperiod innan sändningen försöks på nytt. Den slumpmässiga tiden är proportionerlig mot antalet försök som gjorts. Förutom detta används dessutom ACK-ramar. Alltså att det sker omsändningar om en användare inte fått en bekräftelse på att datan tagits emot på andra sidan. [4, sid 1778-1791]

CSMA/CA-protokollet i 802.11 är utformat för att minska sannolikheten för kollisioner mellan användande stationer vid tider där kollisioner är troliga att uppstå. Detta kan vara vid tillfällen då mediet blir fritt igen, till exempel efter hög belastning. Då kan flera användande stationer ha väntat på att mediet skall bli tillgängligt igen.

MAC-skiktet i 802.11 redogör också för hur så kallade ”beacon frames” skickas ut från accesspunkten vid jämna intervall för att andra stationer ska kunna

(13)

7

kontrollera dess närvaro. MAC-skiktet ger också ett antal driftsramar som möjliggör att en station kan söka efter andra accesspunkter och på alla tillgängliga kanaler. Då kan stationen se och välja den accesspunkt som är bäst.

Underskitet till MAC-skiktet hanterar kanaltilldelningsprocedurer, ramformatering, felkontroll, PDU-adressering, fragmentering och återmontering. Överföringsmediet kan verka i olika lägen. Ett läge heter contention mode, men kallas också contention

period (CP). Det betyder att alla stationer tävlar om tillgång till kanalen för varje

skickat paket. Mediet kan alternera mellan CP och CFP (contention-free period). Under CFP så är det accesspunkten som kontrollerar medieanvändningen. På så sätt elimineras behovet för stationer att tävla om kanalanvändning. Det finns tre typer av ramar som stöds av 802.11. Kontroll-, data- och driftramar. De senare används för association och avassociation mellan stationer och accesspunkt, timing och synkronisering och autentisering och avautentisering. Kontrollramarna används för handshaking och positiva bekräftelser under CP och för att avsluta CFP. Handshaking är en automatiserad process som bestämmer parametrar i en kommunikationskanal mellan två föremål innan normal kommunikation kan ta vid. Dataramarna används för överföring av data under CP och CFP. [3]

2.5 Fysiska skikten

Ett problem som uppkommer när man använder sig av ett trådlöst närverk i industriell miljö är radiofrekvensstörningar (radiobrus). Standarden IEEE 802.11 innehåller fyra olika spridningsmetoder. Men det är två av dem som används vid trådlöst datorkommunikation med WLAN. De två modulationsmetoderna kan användas på de tre frekvensintervall som är tillåtna för olicensierad trådlös aktivitet, 902-928 MHz, 2400-2483 GHz och 5725-5878 GHz. Metoderna är:

 Direct Sequence Spread Spectrum

 Orthogonal Frequency-division Multiplexing

DSSS används främst till standarden 802.11b och OFDM används till 802.11g. För att bättre förstå varför OFDM kan anses effektivare än DSSS i vissa fall, så är OFDM först och främst inte LOS-beroende.

(14)

8 2.5.1 Direct Sequence Spread Spectrum

DSSS är en modulationsmetod som använder sig av ISM-bandet på 2,4 GHz och dess topphastighet är 11 Mbit/s. DSSS fungerar på så sätt att den lägger till data till sina sändningar som en brussignal. Denna brussignal generar en slumpmässig sekvens av positiva och negativa värden (1 och -1) med en frekvens mycket högre än den ursprungliga signalen. På så sätt växer den ursprungliga signalen till ett bredare band. Signalen liknar således ett vitt brus för mottagaren, men med hjälp av att mottagaren känner till samma sekvens som sändaren så kan mottagaren multiplicera den sekvensen (1 * 1 = 1 och -1 * -1 = 1). Detta är en matematisk formel som resulterar till en korrelationskoefficient2_{av den överförda PN-sekvensen.}

För att detta skall fungera måste sändaren och mottagaren vara synkroniserade. Fördelar gentemot äldre spridningsalternativ är minskad känslighet för extern störning, samt svårare möjlighet att lyssna av signalen.[3, sid 76]

2.5.2 Orthogonal frequency-division multiplexing

OFDM är en modulationsmetod för överföring av stora mängder digital data via radiovågor. OFDM fungerar genom att dela upp signalen i flera mindre sub-signaler som sedan sänds samtidigt med olika frekvenser till mottagaren. Sub-signalsfrevenserna väljs ut så sätt att de är ortogonala mot varandra, vilket betyder att crosstalk i signalöverföringen försvinner. På grund av detta krävs det inga separata filter för varje sub-signal. Men för att klara av att ha den ortogonal krävs det ett visst avstånd mellan sub-signalerna, vilket är





f



k

T

_U Hz. Där TU sekunder

är symbolens varaktighet och k är ett positivt heltal, oftast 1. Antal sub-signaler är N stycken. Den totala bandbredden blir



B



N

 

f

.

Ortogonaliteten ger också hög spektrumeffektivitet, med total symbolhastighet nära Nyquistkriteriet3_{som gäller för motsvarande basbandsignal. Nästan hela tillgängliga}

frekvensbandet kan utnyttjas. Dock kräver OFDM en väldigt exakt frekvenssynkronisering mellan mottagare och sändare. Är mottagare och sändare inte synkroniserade så är de inte ortogonala längre och då drabbas signalen av dopplerändringar som kan leda till multipaths.[5, sid 4]

2

Korrelationskoefficienten anger styrkan och riktningen av ett samband mellan två variabler. Korrelationen uttrycks som ett värde mellan 1 och -1, där 0 anger inget samband

3

Nyquistkriteriet betyder att en signal som ska samplas inte får ha några frekvenskomponenter ovanför halva samplingsfrekvensen.

(15)

9 2.6 IEEE 802.11a

802.11a-standarden är baserad på OFDM i 5 GHz-bandet. OFDM är en akronym för Ortogonal frekvensdelningsmultiplex och den används som en digital modulationsmetod. Grundprincipen för OFDM är att dataströmmar med hög överföringshastighet delas i ett antal strömmar med lägre överföringshastighet som sedan sänds över ett antal underbärvågor (subcarriers). I fallet 802.11a så används 52 stycken underbärvågor. Detta medför en maximal datahastighet på 54 Mbit/s. Användandet av 5 GHz-bandet ger 802.11a en stor fördel gentemot de andra standarderna. Detta är för att 2,4 GHz-bandet är så pass använt att det kan bli trångt. [3,sid 80]

2.7 IEEE 802.11b

Standarden IEEE 802.11b är baserad på DSSS i 2.4 GHz-bandet. Modulationstekniken är DSSS. 802.11b bygger på samma grund som originalet 802.11 gör. Skillnaden är att b-standarden är en förstärkt utbyggnad av denna som skall kunna prestera 11 Mbit/s, vilket var en stor ökning i jämförelse med a-standarden. En stor nackdel med 802.11b är att den var väldigt känslig för andra ting som använder sig av 2,4 GHz-bandet, så som Bluetooth, mikrovågsugn och trådlösa telefoner. En stor skillnad mellan 802.11 och 802.11b är att man i originalet använder en 30 MHz kanaldelning medan man i 802.11b använder sig av 25 MHz. Detta tillåter tre stycken isolerade kanaler. De tre självständiga kanalerna kan fullt ut lappa över varandras BSS (basic service set). [3, sid 76]

2.8 IEEE 802.11g

Standarden IEEE 802.11g är baserad på dual-mode DSSS-OFDM vilket är samma som både 802.11a och 802.11b. Skillnaden jämfört med 802.11a är att det går på 2.4 GHz-bandet. Standarden känner av vilket av spridningsalternativen som klienten använder. Detta gör att 802.11g är bakåtkompatibelt med 802.11b. Nackdelen med denna bakåtkompatibilitet är om en 802.11b-pryl kopplar upp sig på ett 802.11g-nätverk så kommer denna pryl att sänka hastigheten på hela nätverket till högst 11 Mbit/s. Dess fysiska maxhastighet är 54 Mbit/s utan forward error correction code (FECC), och med FECC cirka 20 Mbit/s. [3]

(16)

10 2.9 IEEE 802.11n

802.11n använder OFDM och är det senaste steget i IEEE 802.11 för att åstadkomma högre datahastigheter. Den bygger på tidigare standarder genom att lägga till fler MIMO-kanaler (Multiple Input Multiple Output) och 40 MHz-kanaler till PHY-skiktet. Till MAC-skiktet tillkommer frame aggregation. MIMO betyder att man använder sig av flera antenner på både sändar- och mottagarsidan. MIMO-teknologi medför betydande förbättringar av datagenomströmning och räckvidd för länkning. Frame aggragation betyder att det skickas två eller flera dataramar i en transmission, och på så sätt ökar datagenomströmningen. 802.11n ökar den tidigare högsta datahastigheten från 54 Mbit/s till upp till en teoretisk hastighet om 600 Mbit/s. [3][4]

Tabell 2.1: Jämförande tabell mellan IEEE 802.11a/b/g/n. Värden för räckvidd är hämtade från

802.11 Frekvens (GHz) Överföringshastighet (Max) Räckvidd (inomhus) Räckvidd (utomhus) - 2,4 2 Mbit/s ~25 m ~75 m a 5 54 Mbit/s ~25 m ~100 m b 2,4 11 Mbit/s ~35 m ~110 m g 2,4 54 Mbit/s ~35 m ~110 m

n 2,4 / 5 Upp till 600 Mbit/s

(ca 250 Mbit/s med 2x2 antenner)

~70 m ~160 m

http://windows.microsoft.com/sv-SE/windows-vista/Troubleshoot-low-wireless-signal-quality-problems

2.10 Trådlöst gentemot kabelanslutet

Det finns en del signifikanta skillnader mellan trådlöst och kabelanslutet LAN. En stor skillnad är mobilitet, där WLAN har en stor fördel gentemot kabelanslutet. En nackdel är säkerheten som minskar med trådlös kommunikation. Radiolänken i WLAN medför även att nätverket är känsligt för andra elektromagnetiska fält, som kan minska signalstyrkan eller helt bryta anslutningen. IEEE 802.11 utvecklades för att lösa ovanstående problem.

(17)

11

Andra fördelar trådlöst har gentemot kabelanslutet är:

 När en kabelkanal inte kan användas. Detta är till exempel när ström- och datakablar inte kan läggas tillsammans.

 När en ny kabelväg hade behövts installeras.

 När data måste överföras via vägar (banor) som är öppna för allmänheten.

2.11 Säkerhet

I IEEE 802.11 finns en del olika metoder som är till för att stärka säkerheten. 802.11b introducerade WEP (Wired Equivalent Privacy). WEP finns på de fysiska skikten och datalinkskikten i nätverket och krypterar data som skickas. WEP designades för att tillhandahålla lika stor säkerhet som kabelanslutet LAN men lyckades inte nå upp till det målet. Med 802.11g kom en mer robust lösning vid namn WPA (Wi-Fi Protected Access), som utvecklats för att förbättra begränsningarna med WEP, med bättre och säkrare krypteringsalgoritmer. WPA har därefter förbättrats ytterligare med WPA2 som levererar ännu högre säkerhet. [6]

WPA löser flera problem förknippade med WEP, genom att använda Temporal Key Integrity Protocol (TKIP). TKIP säkerställer att varje datapaket sänds med en unik krypteringsnyckel.

WPA kan genomföras i två versioner, WPA-Enterprise och WPA-Personal. WPA Enterprise använder 802.1x-autentisering med TKIP-kryptering för att förhindra obehörig nätverksåtkomst genom att verifiera nätverksanvändare genom användning av en autentiseringsserver och säkerställer en speciell nyckel för varje användare. Hittills har WPA-Enterprise inte blivit utsatt i någon större utsträckning för attacker på sekretessen för nyckeln per användare. En inkräktare som kommer åt en nyckel skulle finna den obrukbar på alla datorer utom den som den blev stulen från. [6]

WPA-Personal använder också TKIP som krypteringsteknik, men använder en pre-shared key (PSK) istället för en per-användarenyckel som genereras från en autentiseringsserver. Detta läge kallas WPA-PSK. I det läget måste användarna dela en lösenfras som kan vara från 8 till 63 ASCII-tecken eller 64 hexadecimala siffror

(18)

12

(256 bitar). Liknande WEP är lösenfrasen samma för alla användare i nätverket och lagras på AP och klientdatorn. WPA-PSK var avsedd för personliga eller små företags miljöer där en autentiseringsserver inte är nödvändig. Ofta använder medelstora företag WPA-PSK istället för WPA-Enterprise för att simplifiera drift av företaget. [6]

Som det nämndes ovan, bygger WPA2 på WPA med ännu mer säkerhet för trådlösa nätverk. Det ger starkare dataskydd och bättre kontroll av nätverksåtkomst. Det ger företag och konsumenter en hög grad av säkerhet att endast auktoriserade användare kan nå sina trådlösa nätverk. Baserat på standarden IEEE 802.11i, ger WPA2 hög grad av säkerhet genom att implementera en National Institute of Standards and Technology (NIST) FIPS 140-2 kompatibel AES krypteringsalgoritm och 802.1x-autentisering. Likt WPA finns det två versioner av WPA2; WPA2-Personal och WPA2-Enterprise. WPA2-WPA2-Personal skyddar mot oauktoriserad nätverksåtkomst genom att använda ett set-up lösenord. WPA2-Enterprise verifierar nätverksanvändare via en server. WPA2 är bakåtkompatibelt med WPA. [6]

2.12 Industriella krav för WLAN

Industriella WLAN-användare har krav som skiljer sig från användarna inom företag och hemmiljö [7]. Dessa inkluderar:

 Strikta krav för dröjsmål. Till exempel kan VoIP-applikationer i företag

tolerera en fördröjning på upp till 150 ms och upp till 1% datakorruption i genomfart på grund av adaptiv play-out-kontroll och dolda felkorrigeringsalgoritmer. Däremot är kraven på industriell Ethernet 10 ms för fältenheter och under 1 ms för enheter som används med rörelsekontroll. Det är dessutom nödvändigt att minimera störningar i den fördröjda signalen.

 Prestandagaranti. I industriella nätverk är prestandadegradering inte ett

alternativ för verksamhetskritiska tillämpningar. Detta krav är också viktigt vid roaming, vilket leder till behovet för handover i realtid.

 Stöd för stora och varierande antal enheter. I industriella tillämpningar är

det troligt att en WLAN-accesspunkt kommer att hantera ett stort antal (hundratals) fältenheter och sensorer. Att stödja så mycket trafik kan bli överbelastande för MAC-protokollet i IEEE 802.11.

(19)

13

 Nätsäkerhet. Industriella WLAN som används i fabriker måste uppfylla

många krav för säkerhet. Dessa krav innefattar skydd i lokalen, och upptäckt av obehöriga klienter och åtkomstpunkter.



Nätverksdrift. På industriella nätverk läggs det särskild vikt vid

driftsättning, eftersom fel vid drift (runtime error) är oacceptabelt. Kraven för detta omfattar automatisk driftsättning när ett stort antal enheter skall användas, samt att ansvara för radioplanering med mera. Radioplanering är processen där det bestäms frekvenser, platser för sändare och så vidare.

(20)

14 3. Testförutsättningar

De standarder som testas är 802.11b/g/n. 802.11b/g har valts eftersom de finns i majoriteten av de routrar och nätverkskort som nyttjas idag. 802.11n har valts på grund av att det är en ny standard som är mer kraftfull än de andra två, och därmed har mest potential. 802.11b är inställd på dess maximala hastighet 11 Mbit/s, 802.11 på 54 Mbit/s och 802.11n på 130 Mbit/s. Varför 802.11n är inställd på den hastigheten beror på begränsade nätverkskort i datorerna och versionen av 802.11n som finns i routern. Först utförs referenstester för att få värden att jämföra med vid införande av störningskällor. För mer information om hur testerna utförts, se avsnitt 3.3.

3.1 WirelessMon

För att mäta signalstyrkan och överföringshastigheten för varje standard i nätverket användes programmet WirelessMon [2]. Programmet används för monitorering av nätverk. Värden för signalstyrka och överföringshastighet visas i realtid och sparas var tredje sekund i ett textdokument på hårddisken i datorn där programmet är installerat, se figur 3.1.

(21)

15

Signalstyrkan i programmet anges i procent. Enligt manualen som är inbyggd i programmet är procentvärdet baserat på styrkan i dBm (decibel milliwatt). Programmet kalibrerar nätverkskortet eller accesspunkten där signalstyrkan mäts. Det högsta värdet, när signalstyrkan är som bäst, kalibreras till -10 dBm av programmet. Signalstyrkans sämsta värde kalibreras till -90 dBm. Om signalstyrkans värde är 100 % är alltså värdet i dBm -10. Det som är intressant att se i testerna, är skillnaden i procent mellan referenstesterna och testerna med störningar, för att se hur mycket signalen påverkas. Överföringshastigheten anges i Mbit/s av programmet.

3.2 Testmiljö

Testerna utfördes i en industrimiljö. Mer specifikt en industri som tillverkar glasfibertapeter. I en sådan miljö finns det flertalet olika störningskällor som potentiellt sett kan störa ut en trådlös signal. I lokalen fanns inget annat trådlöst nätverk än det som användes för mätningarna. De störningskällor som påträffades i lokalen som på olika sätt kan störa en trådlös signal på olika vis var:

 Elskåp. I elskåp och elcentraler kan det uppstå elektriska/magnetiska fält

som kan störa ut en trådlös signal.

 Väggar. Väggarna var av typen cement/betong. Sådana väggar försvårar för

trådlösa signaler att tränga igenom och minskar alltså dess räckvidd. Väggarna har en tendens att absorbera signaler. Absorberas för mycket av signalen, kan den gå förlorad helt.

 Maskiner. Maskinerna bestod av bland annat rullband, kemikalieblandare,

truckar och andra maskiner som behandlade glasfibertapeten med olika metoder. Dessa maskiner har stora rörliga delar och är elmotordrivna. Likt elskåpen kan det uppstå elektromagnetisk utbredning som stör trådlösa signaler.

 Metall. Till denna kategori hör all metall av olika slag som fanns i

industrimiljön. Exempelvis ställningar, maskiner, ventilation och andra rör med mera. Metall har en förmåga att helt reflektera trådlösa signaler som kan resultera i en närapå total förlust av en signal.

(22)

16 3.3 Utförande av tester

Industritesten utfördes på en glasfiberindustri i Helsingborg, med tillträde till två lika stora industrilokaler. Den ena hade inte någon aktivitet under testets gång medan den andra lokalen hade full produktion.

Till hjälp för att utföra dessa test hade vi två bärbara datorer med relativt nya nätverkskretsar för stöd upp till 802.11n, samt en trådlös router med möjlighet att ställa in vilken signal som skickas (802.11/b/g/n). Samt ett program som i realtid kontrollerar överföringshastigheten och styrkan på signalen.

Den lokal utan aktivitet användes för att göra referenstester, som sedan kunde jämföras med testerna i den andra lokalen.

Varje standard (802.11/b/g/n) utfördes med tre stycken referenstest samt tre stycken skarpa test med fem, tjugo och fyrtio meters avstånd mellan datorerna.

3.3.1 Test 1

Referens (Längd mellan sändare och mottagare: 5 meter ) ( b, g, n-testades )

I detta test fanns flera stålställningar och avstängda maskiner som huserade stora glasfiberrullar omkring datorerna.

Utförande (Längd mellan sändare och mottagare: 5 meter ) ( b, g, n-testades )

I detta test var där inga maskiner mellan datorerna, men likt referenstester fanns det maskiner och ställningar runt omkring. Routern stod några meter ifrån en stor elcentral och en lång maskin som rullar ihop glasfiber.

3.3.2 Test 2

I detta test fanns flera stålställningar och avstängda maskiner som huserade stora glasfiberrullar mellan datorerna.

I detta test var en maskin i drift i mellan datorerna samt en väldigt stor pressmaskin intill den ena datorn. Routern stod några meter ifrån en stor elcentral och en lång maskin som rullar ihop glasfiber.

(23)

17 3.3.3 Test 3

I detta test fanns flera stålställningar och avstängda maskiner som huserade stora glasfiberrullar mellan datorerna.

I detta test var där tre maskiner i drift i mellan datorerna där den ena var cirka 16 meter lång. Routern stod några meter ifrån en stor elcentral och en lång maskin som rullar ihop fiber. Ventilation, aluminium och betong fanns i omgivningen.

(24)

18 4. Resultat

De resultat av signalstyrka och överföringshastighet som presenteras i detta avsnitt är ett beräknat genomsnitt av de mätningar som gjordes vid testtillfället. Längst ner i presentationen av varje standards resultat finns tabeller med sammanställningar av resultaten och de förändringar som uppstått, för att ge en mer lättöverskådlig bild.

4.1 802.11b

Vid test 1 var det endast signalstyrkan som skiljde sig åt mellan referenstestet och det riktiga testet. Vid referenstestet låg signalstyrkan på 78 % och överföringshastigheten på 2,64 Mbit/s. Vid det riktiga testet minskade signalstyrkan till 60,5% och överföringshastigheten var relativt oförändrad med en minimal höjning till 2,72 Mbit/s.

Under test 2 var signalstyrkan 76 % stark och överföringshastigheten låg på 2,72 Mbit/s. Vid det riktiga testet minskade signalstyrkan till 65 % och överföringshastigheten förhöll sig relativt oförändrad och låg på 2,8 Mbit/s. Vid detta test var det, likt test 1, endast signalstyrkan som ändrades.

Under test 3, som innehöll en majoritet av störningskällor i både referenstest och utförande, skiljde sig resultatet åt avsevärt. Signalstyrkan och överföringshastigheten var vid referenstestet 42,5% och 1,68 Mbit/s. Vid det riktiga testet sänktes båda värdena till 36 % och 0,64 Mbit/s. Överföringshastighetens sänkning var stor och omfattade 61,9 %.

Tabell 4.1 Resultat för 802.11b

802.11b

Referens Test

Signalstyrka Överföringshastighet Signalstyrka Överföringshastighet

Test 1

78% 2,6Mbit/s

60,5% 2,7Mbit/s

Test 2

76% 2,7Mbit/s

65% 2,8Mbit/s

Test 3

42,5% 1,7Mbit/s

36% 0,6Mbit/s

Tabell 4.2 Differens i resultat för 802.11b

Förändring Signalstyrka (procentenheter) Signalstyrka (%) Överföringshastighet (Mbit/s) Överföringshastighet (%)

-17,5

-22,4

0,1

3 -11

-14,5

0,1

2,9

-6,5

-15,3

-1,

-61,9

(25)

19 4.2 802.11g

Vid det inledande testet låg signalstyrkan på 56,3 % och överföringshastigheten var relativt hög med en hastighet på 10 Mbit/s vid referenstestet. Vid utförandet av det riktiga testet var signalstyrkan oförändrad medan överföringshastigheten minskade med nästan tio procent till 9,04 Mbit/s.

Vid test 2 var resultaten från referenstestet liknande resultaten från referenstest 1. Signalstyrkan var 56 % och överföringshastigheten 10,8 % i genomsnitt. Förändringen var likaså lik den vid det inledande testet. Signalstyrkans värde var 55 % och överföringshastigheten hade ett värde på 9,20 Mbit/s.

Likt 802.11b hände det mycket med 802.11g vid testet med flest störningskällor. Signalstyrkan och överföringshastigheten låg vid referenstestet på 25 % och 9,92 Mbit/s. Vid utförandet av det riktiga testet hamnade signalstyrkan på ett lågt värde, 17,8 %. Överföringshastigheten upplevde en dramatisk sänkning med 79 % till 2,08 Mbit/s.

Tabell 4.3 Resultat för 802.11g

801.11g

Referens Test

Test 1

56,3% 10Mbit/s

56% 9,04Mbit/s

Test 2

56% 10Mbit/s

55% 9,20Mbit/s

Test 3

25% 9,9Mbit/s

17,8% 2,08Mbit/s

Tabell 4.4 Differens i resultat för 802.11g

-0,3

-0,5

-1

-9,6

-1

-1,8

-0,9

-8,7

-7,2

-28,8

-7,8

-79

(26)

20 4.3 802.11n

I test 1 så var det inte någon stor skillnad. Referenstestets signalstyrka hade ett värde på 72,5 % och överföringshastigheten låg på 30,64 Mbit/s. Testet med industrimaskinerna igång orsakade en liten förändring av signalstyrkan som hamnade på 67 % och överföringshastigheten sänktes med 15 % till 25,84 Mbit/s. I test 2 var signalstyrkan starkare än i test ett trots det extra avståndet. Referenstestet hade en signalstyrka på 74 % och en lägre överföringshastighet på 28 Mbit/s medan det riktiga testet hade en signalstyrka på 68 % och en hastighet på 24,32 Mbit/s.

I test 3 syns industrins påverkan då referenstestet hade en signalstyrka på 46 % och en överföringshastighet på 26,4Mbit/s gentemot det riktiga testet som hade en signalstyrka på 32 % och en överföringshastighet på 13,36 Mbit/s, som motsvarar en minskning om 30 % i signalstyrka och nästan 50 % i överföringshastighet.

Tabell 4.5 Resultat för 802.11n

802.11n

Referens Test

Test 1

72,5% 30,6Mbit/s

67% 25,8Mbit/s

Test 2

74% 28Mbit/s

68% 24,3Mbit/s

Test 3

46% 26,4Mbit/s

32% 13,4Mbit/s

Tabell 4.6 Differens i resultat för 802.11n

-5,5

-7,6

-4,8

-15,7

-6

-8,1

-3,7

-13,1

-14

-30,4

-13

-49,4

(27)

21 5. Analys och tolkning

I detta avsnitt analyseras varje standards resultat, följt av en jämförande analys avseende förändring av signalstyrkan i procent (ej procentenheter), och förändring av överföringshastighet.

5.1 802.11b

Som resultatavsnittet visar, var det endast signalstyrkan som förändrades vid de första två testen för 802.11b. Den minskade med 14-22 %. De Störningskällor som fanns under de testen var en maskin som rullar ihop glasfiber och två små längor med elskåp. Eftersom överföringshastigheten inte förändrades avsevärt så påverkade den elektromagnetiska utbredningen från elskåpen och störningen från maskinen endast signalstyrkan hos b-standarden.

Under det sista testet sänktes signalstyrkan med 15 %, vilket är liknande test 2 och nära förändringen vid test 1. Vi kan då konstatera att överföringshastighetens dramatiska minskning med 61,9 % beror till största delen på de eldrivna rullband och kemikalieblandare som infördes vid test 3. De elskåp som fanns vid test ett och två fanns kvar vid test tre likaså. Eftersom DSSS i 802.11b fungerar bäst som Line

of Sight, förändras inte signalstyrkan något avsevärt eftersom industrilokalen var

öppen med väggar som avskiljde endast varje tillverkningslokal för sig. Det fanns alltså inga väggar i vägen för signalens utbredning.

5.2 802.11g

När 802.11g testades så skedde ingen märkvärd förändring i signalstyrka vid de första två testen. Dock sjönk överföringshastigheten med 8-10 % under båda testen. Detta kan tolkas som att överföringshastigheten i 802.11g påverkas mer än signalstyrka av elektromagnetisk utbredning och annan störning från de störningskällor som återfinns under test 1 och 2. Signalstyrkan påverkades inte märkbart under de testerna. Dock var den ganska låg från början och låg som högst, under referenstest, på 56,3 %. Det betyder att g-standardens signalstyrka påverkas avsevärt av störningskällor som finns i bakgrunden i en industri. I testfallet var dessa bland annat metall av olika sorter. Det kan utläsas ur resultatet att signalstyrkan minskade från 56,3 % till 25 % i styrka vid referenstesterna. Där var det endast de nämnda bakgrundsstörningskällor som fanns.

(28)

22

Vid test 3 var signalstyrkan väldigt låg redan vid referenstestet (25 %) och sänktes till i genomsnitt 17,8 % vid det riktiga testet. Överföringshastigheten, som vid alla referenstest låg på 10 Mbit/s (plus/minus 0,8 Mbit/s) minskade med nästan 80 % till marginellt över 2 Mbit/s. Detta kan tolkas som att överföringshastigheten i 802.11g inte störs något avsevärt förrän flertalet olika störningskällor uppstår i signalens bana. Störningskällorna, tillsammans med ett ökat avstånd, var det som påverkade 802.11g i så hög grad under det tredje testet.

5.3 802.11n

Om man studerar resultaten från test ett och två, är både referenstesten och de riktiga testen relativt lika sett till förlust. Förlusten ligger på cirka 8 % i signalstyrka och 15 % i överföringshastighet under test 1. Under test två var förlusten approximativt lika stor. Både signalstyrka och överföringshastighet i 802.11n påverkas en del av störningskällorna i de två första testen. Avståndet på 20 meter gör ingen större skillnad med avseende på signalstyrka. Överföringshastigheten var dock något lägre vid avståndet på 20 meter.

När avståndet ökade till 40 meter mellan mottagaren och sändaren, och fler störningskällor infördes, i test 3 sjönk signalstyrkan med 30 % samt att överföringshastigheten halverades i sitt värde. Avståndsökningen och alla olika metaller gjorde att signalstyrkan inte var hög redan vid referenstestet och minskade ännu mer vid det riktiga testet. Sett till överföringshastighet så minskade den en stor del i procent, men var ändå högpresterande med över 13 Mbit/s.

5.4 Jämförelse 802.11b/g/n

Nedan följer en jämförande analys av de tre protokollstandarderna. För att visualisera finns jämförande diagram.

5.4.1 Signalstyrka

Sett till signalstyrka så var det, under referenstesterna, 802.11g som gav sämst resultat. 802.11b och 802.11n gav mycket likartade värden. Detta är en intressant skillnad. Eftersom 802.11g är en vidareutveckling av 802.11b och är bakåtkompatibel mot nämnd standard, kan man tro att de två standarderna borde visa upp likartade värden. Denna skillnad kan bero på att 802.11b endast använder sig av DSSS som modulationsmetod medan 802.11g använder DSSS-OFDM och har därför ytterligare funktioner som är igång i bakgrunden.

(29)

23

Vid de riktiga testerna uppförde signalerna sig på likartat vis som vid referenstesterna. 802.11g uppvisade sämre resultat än de andra två standarderna. Jämfört med referenstesterna minskade 802.11g och 802.11n endast ett antal procent under de två första testerna för att sedan minska med ca 30 % under det tredje testet. 802.11b förhöll sig med en minskning av 15-20 % för varje test. Sett till prestanda för signalstyrka är 802.11b och 802.11n de mer stabila alternativen och skiljer sig inte åt något avsevärt från varandra. 802.11g är dock inte lika stabil och har en signalstyrka under 20 % vid det tredje testet som är väldigt lågt, medan de andra två håller sig över 30 %. Detta kan kopplas till [8]. Där förklaras att OFDM-system är känsliga för bland annat carrier frequency offset. Det är en frekvensjustering, till för att minska störningar från andra källor. Det uppstår när miljön nätverket verkar i varierar vid antingen sändare eller mottagare. I den industriella miljön finns ett flertal variationer, bland annat bland maskinerna som kan vara verksamma vid olika tidpunkter. Sådana fel försämrar prestandan i ett nätverk. Felen uppstår på grund av att sub-signalernas amplitud reduceras och ortogonaliteten förloras. 802.11n som också är baserad på OFDM påverkas inte lika mycket som 802.11g. Detta beror mycket på att standarden använder sig av MIMO i större utsträckning, alltså att 802.11n kan använda sig av fler antenner än de andra standarderna.

Tabell 2.1 visar sträckor inom- och utomhus som de olika protokollen sträcker sig för att fungera väl. För 802.11b/g är den sträckan ca 35 meter och för 802.11n är det 70 meter. Det tredje testet gjordes med ett avstånd om 40 meter. Det kan också vara en förklaring till varför 802.11g har en så pass låg signalstyrka, tillsammans med de extra modulationsmetoderna.

0 20 40 60 80 Signalstyrka (%) 1 2 3 Testnummer Referenstester 0 20 40 60 80 Signalstyrka (%) 1 2 3 Testnummer Tester 802.11b 802.11g 802.11n

(30)

24 5.4.2 Överföringshastighet

Under referenstesterna hade, som förväntat, 802.11n högst överföringshastighet, men påverkades starkt. Vid ökat avstånd under referenstesterna så minskade standardens överföringshastighet från 30-26 Mbit/s. 802.11g låg relativt stadigt runt 10 Mbit/s under alla tre referenstest och 802.11b minskade från ca 2,7-1,7 Mbit/s. Under referenstesterna var det alltså 802.11g vars överföringshastighet påverkades minst av det ökade avståndet och metallen i signalens bana. Detta visar att 802.11g tappar i signalstyrka men inte i överföringshastighet vid ökade avstånd utan andra störningskällor.

Under de riktiga testerna var det fortfarande 802.11n som hade högst överföringshastighet. Under de första två testerna stördes signalen av störningskällorna en del, vilket resulterade i en minskning av ca 15 % i överföringshastighet. Under det tredje testet halverades överföringshastigheten jämfört med referenstestet. Överföringshastigheten i 802.11g minskade med 8-9 % i de första två testerna och upplevde en drastisk minskning med nästan 80 % under det tredje testet. 802.11b följde samma mönster och minskade endast lite under de första två testerna för att vid det tredje testet minska med ca 60 %. Sett ur en stabilitetssynpunkt är det främst 802.11n som var mest stabil tätt följt av 802.11b.

0 10 20 30 40 Bithastighet (Mbit/s) 1 2 3 Testnummer Referenstester 0 5 10 15 20 25 30 Bithastighet (Mbit/s) 1 2 3 Testnummer Tester 802.11b 802.11g 802.11n

(31)

25 6. Diskussion och slutsatser

I avsnitt 2.12 listas ett antal olika krav för vad som krävs av trådlösa applikationer i en industri. Kravet för dröjsmål är inte applicerbart vid de tester som vi utfört. Testerna som gjorts har fokuserats mer för att kunna skicka bitar för att verifiera eller komplettera, och inte för realtidsanvändning i form av VoIP-applikationer och likartat.

Kravet för prestandagaranti är essentiellt i olika företag, speciellt i en industri med många störningskällor. Som testerna och analysen visar är 802.11g inte en stabil standard för användning i en industriell miljö. Vid införande av ett flertal störningskällor tappar standarden en stor andel av sin överföringshastighet och signalstyrkan ligger på ett oroande lågt värde. Från detta kan man dra slutsatsen att 802.11g inte är ett bra val för användning i stora industriella miljöer.

När det gäller stöd för stora och varierande antal enheter kan det bli överbelastande för MAC-skiktet i 802.11 när siffran går mot hundratalet. Enligt Papadopoulos[4] halveras överföringshastigheten, samtidigt som fördröjningar i nätverket ökar när det finns ett tjugotal klienter anslutna till samma accesspunkt. Detta problem kan undvikas på ett enkelt sätt genom att använda sig av flera accesspunkter för att dela upp belastningen. Genom att använda flera accesspunkter som placeras i olika lokaler undviks problemet att signalen kan behöva tränga igenom tjocka cement- eller betongväggar. Det gynnar likaså användning av b-standarden genom att alltid ha Line of Sight.

Vid nätsäkerhet är användningen av WPA eller WPA2 i 802.11g/n det säkrare alternativet om man väljer att skicka viktig eller känslig data som rör till exempel produktionen. WEP-säkerheten i 802.11b är en åldrad säkerhetsmetod som idag är lätt att kringgå för hackare eller andra illvilliga attacker.

Vid nätverksdrift gäller liknande åtgärder som vid prestandagaranti. För att säkerställa att nätverket alltid är i drift är det viktigt att planera bland annat placering av accesspunkter. Det gäller beslut om placering i olika lokaler och även att undvika placering i närheten av en störningskälla.

Med hänseende till kraven ovan visar testerna att 802.11g inte är tillräckligt stabilt för att användas på ett betryggande vis i en industriell miljö.

(32)

26

802.11b hade inte någon hög överföringshastighet men var stabil i sitt användande. Om det finns behov för industriella applikationer där det krävs låg överföringskapacitet är 802.11b ett stabilt och billigt alternativ. Vill man använda sig av trådlösa applikationer där stora mängder data skickas och tas emot borde man vända sig till 802.11n istället. Den standarden var, tillsammans med 802.11b, stabil i sitt användande och överföringshastigheten var överlägset högst.

Problemformuleringen i avsnitt 1.2 lyder: ”Hur väl fungerar protokollet IEEE 802.11x för datakommunikation i industrimiljö med avseende på störningskänslighet och datorkraftsbehov?”. Frågan om datorkraft beror en del på användningsområde. Det krävs mer datorkraft vid användning av tyngre applikationer där data behövs skickas kontinuerligt och mindre kraft vid applikationer som kräver enstaka bitar vid olika tillfällen. Det krävs dock inte några dyra datorer eller system för att driva någon sådan applikation. Vid testerna uppstod inga problem till följd av för mycket processoranvändning eller liknande. Ur en störningskänslighetssynpunkt var, som visat, 802.11g den mest störningskänsliga och rekommenderas inte att användas i en industriell miljö. 802.11b och 802.11n var dock båda stabila och visade ingen större störningskänslighet innan ett flertal störningskällor infördes över ett stort avstånd. Avståndet vid det tredje testet var som nämnt 40 meter. Som tabell 2.1 visar så fungerar 802.11b/g upp till ca 35 meter i en inomhusmiljö. Detta har självklart påverkat resultaten för de protokollen till viss del. Dock följde 802.11n ett liknande mönster, och den standarden sägs fungera upptill ca 70 meter. Allt beror på hur signalen studsar och dämpas.

Som slutsats efter testerna kan vi hävda att protokollet IEEE 802.11 fungerar relativt stabilt i en industriell miljö. 802.11g fungerar ostabilt, och rekommenderas ej. 802.11b fungerar stabilt och kan vara en billig lösning för mindre användningsområden och öppna industrilokaler. Allra bäst fungerar den nyare standarden 802.11n som likt 802.11b hade en stabil signalstyrka men även en hög överföringshastighet vars maxhastighet kan höjas ytterligare med användning av fler antenner, nyare routrar och nätverkskort. Möjligheterna för 802.11n är i framtiden stora. Inom industrin kan det underlätta för till exempel övervakning av maskiner. Med hjälp av 802.11n kan data för övervakning skickas trådlöst från olika maskiner till en specifik punkt i lokalen.

(33)

27 6.1 Framtida studier

I framtiden kan det vara önskvärt att göra fler tester i andra industriscenarion. Testerna i denna uppsats utfördes i en speciell typ av industri. Det finns även andra industrier med andra störningskällor att undersöka, där det kan finnas andra typer av signaler som konkurrerar i samma frekvensområde. Likaså kan man genomföra större tester med fler klienter anslutna till accesspunkten. Det kan också vara önskvärt att testa trådlösa realtidsapplikationer som till exempel VoIP . Andra undersökningsmöjligheter kan vara att göra en jämförelse av till exempel protokollet 802.11 och 802.15.4 som är ett helt nytt, dyrare protokoll framtaget för bland annat långa distanser och industriella lösningar.

(34)

28 7. Referenser

Tillgänglig: http://www.dlink.com/DIR-655 (9/6 2011)

Tillgänglig: http://www.passmark.com/products/wirelessmonitor.htm (läst februari 2011, kontrollerat 10/5 2011)

3. Prasad, Neeli; Prasad, Anand. 802.11 WLANs and IP Networking : Security, QoS, and Mobility. Norwood, MA, USA: Artech House, Incorporated, 2005. 4. Fragkiskos Papadopoulos, On scaling the IEEE 802.11 to facilitate scalable wireless networks, Computer Networks Volume 54, Issue 11, 2 August 2010,

sid 1778-1791

5. Engels, Mark (Editor). Wireless OFDM Systems: How to Make Them Work?. Hingham, MA, USA: Kluwer Academic Publishers 2002

6. MacMichael, John L. Auditing wi-fi protected access (WPA) pre-shared key mode. Linux Journal Volume 2005, issue 137, september 2005.

7. Liao, R. Weiler, C. Bolderel-Ermel, W. Industrial Ethernet Book Issue 25 / 35. IEB Media GbR 2010

8. Prasad, Ramjee; Jha, Uma Shankar. OFDM Towards Fixed and Mobile Broadband Wireless Access. Norwood, MA, USA: Artech House, 2007