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關(guān)于無(wú)線校園網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與應(yīng)用
論文摘要：隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與校園信息化水平的提高，基于WLAN的無(wú)線校園網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建技術(shù)已成趨勢(shì)，成為有線校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)延伸的重要手段之一。該文對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)和有線校園網(wǎng)中存在問(wèn)題進(jìn)行研究分析，提出校園網(wǎng)中使用無(wú)線局域網(wǎng)的必要性，探討無(wú)線局域網(wǎng)在校園網(wǎng)建設(shè)中的解決方案。
論文關(guān)鍵詞：無(wú)線局域網(wǎng);校園網(wǎng);IEEE802。11;AP;子網(wǎng)設(shè)計(jì)
隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用日益豐富，傳統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足師生對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的要求，無(wú)線局域網(wǎng)作為有線網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充手段，被更多的師生所認(rèn)同和接受。眾多師生開(kāi)始在無(wú)線局域網(wǎng)中開(kāi)展各種應(yīng)用業(yè)務(wù)，教學(xué)、科研、、生活正在悄悄地改變。雖然如今無(wú)線局域網(wǎng)還不能完全脫離有線網(wǎng)絡(luò)，但近年來(lái)，隨著無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)業(yè)趨向成熟，無(wú)線局域網(wǎng)與有線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接，無(wú)線局域網(wǎng)正在以它的較高傳輸能力和很好的靈活性在高校各項(xiàng)應(yīng)用中發(fā)揮日益重要的作用。
1 無(wú)線局域網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)與架構(gòu)
1。1 無(wú)線局域網(wǎng)
無(wú)線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network，WLAN）是指以無(wú)線信道作為傳輸媒介的局域網(wǎng)絡(luò)，是與無(wú)線技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以無(wú)線多址信道作為傳輸媒介，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的功能，能夠使用戶真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。
1。2 無(wú)線局域網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
無(wú)線局域網(wǎng)是利用射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的局域網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)80年代，WLAN主要是作為傳統(tǒng)布線LAN的延展和替代，它能支持較高數(shù)據(jù)速率（1～300Mbit/s）、采用微蜂窩、微微蜂窩結(jié)構(gòu)的，自主管理的計(jì)算機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)。還可以采用無(wú)線電或紅外線作為傳輸媒質(zhì)，采用擴(kuò)展頻譜技術(shù)，移動(dòng)的終端可通過(guò)無(wú)線接人點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)Internet的訪問(wèn)。無(wú)線局域網(wǎng)有以下常用標(biāo)準(zhǔn)：
1）IEEE802。11b
802。11b（通常又稱Wireless Fidelity，WI—FI），是現(xiàn)在最普及的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)之一。設(shè)備工作在2。4GHz的范圍內(nèi)，帶寬可以達(dá)到11Mbps。
2）IEEE802。11a
802。11a標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)獲得正式批準(zhǔn)的無(wú)線以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。它工作在5GHz頻段上，使用正交頻分復(fù)用技術(shù)，將5GHz分為多個(gè)重疊的頻率，在每個(gè)子信道上進(jìn)行窄帶調(diào)制和傳輸，以減少信道之間的相互干擾，使帶寬可以達(dá)到54Mbps。
3）IEEE802。11g
802。11g是一種混合標(biāo)準(zhǔn)，能向下兼容傳統(tǒng)的802。11b標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802。11g的54Mbps高數(shù)據(jù)吞吐量比802。11b快出5倍，將改善已有的應(yīng)用性能，使高帶寬數(shù)據(jù)應(yīng)用成為可能。802。11g的產(chǎn)品可以在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中與802。11b產(chǎn)品結(jié)合使用。
4）IEEE802。11n
IEEE802。11n將WLAN的傳輸速率從802。11a和802。11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可達(dá)320Mbps。與以往的802。11標(biāo)準(zhǔn)不同，802。11n協(xié)議為雙頻工作模式（包含2。4GHz和5GHz兩個(gè)工作頻段）。這樣11n保障了以往的802。11a、b、g標(biāo)準(zhǔn)兼容。另外，天線技術(shù)及傳輸技術(shù)使無(wú)線局域網(wǎng)的傳輸距離大大增加，可以達(dá)到幾公里（并且能夠保障100Mbps的傳輸速度）。
2 校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與優(yōu)勢(shì)
無(wú)線局域網(wǎng)以其靈活布設(shè)、高帶寬和無(wú)線接人的優(yōu)勢(shì)，可以突破有線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)限制、實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)上網(wǎng)的問(wèn)題，大大地增加了校園網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)，方便在校師生獲取信息，進(jìn)一步提升學(xué)校的信息化水平。
2。1 無(wú)線局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)
1） 安裝維護(hù)方便無(wú)線局域網(wǎng)的安裝簡(jiǎn)單，無(wú)需破墻、掘地、穿線架管，這樣避免對(duì)物及周邊影響，減少網(wǎng)絡(luò)布線工作量，一般只要安裝一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)AP設(shè)備，就可建成覆蓋整個(gè)建筑或地區(qū)的局域網(wǎng)絡(luò)。一旦發(fā)生事故，不必尋找損壞路線，只要檢查信號(hào)發(fā)送端與接收端的信號(hào)是否正常即可。
2） 易于擴(kuò)展
無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)有對(duì)等模式、中心模式、中繼組網(wǎng)模式等多種配置方式，能夠根據(jù)需要靈活選擇。
3） 節(jié)約
由于有線網(wǎng)絡(luò)缺少靈活性，這就要求網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者盡可能地考慮未來(lái)發(fā)展的需要，這就往往導(dǎo)致預(yù)設(shè)大量利用律較低的信息點(diǎn)。而一旦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展超出了設(shè)計(jì)規(guī)劃，又要花費(fèi)較多費(fèi)用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)改造。而無(wú)線局域網(wǎng)可以避免或減少以上情況的發(fā)生。
4） 使用靈活在有線網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安放位置受網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)位置的限制。而一旦無(wú)線局域網(wǎng)建成后，在無(wú)線網(wǎng)的信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)任何一個(gè)位置都可以接入網(wǎng)絡(luò)。
5） 傳輸速率高
無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)能夠提供高速數(shù)據(jù)帶寬，其中IEEE802。11g能提供的數(shù)據(jù)傳輸速率現(xiàn)在已經(jīng)能夠達(dá)到54Mbit/s�？梢詽M足用戶上網(wǎng)的實(shí)際需要。
2。2 無(wú)線校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
1）網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)。可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行教學(xué)，拓展了知識(shí)空間。
2）移動(dòng)教學(xué)。上課不用再聚集于教室，打破了空間的限制，拓展了地域空間。
3）隨時(shí)互動(dòng)輔導(dǎo)。師生不必在課堂上直接對(duì)話，拓展了教學(xué)空間。
4）科研與教學(xué)。校園師生可以隨時(shí)、隨地地從網(wǎng)上獲取學(xué)術(shù)信息，獲取無(wú)限的網(wǎng)絡(luò)資源。
5）無(wú)線多媒體業(yè)務(wù)。無(wú)線活動(dòng)教室;虛擬現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí);無(wú)線視頻監(jiān)控;校園語(yǔ)音電話及網(wǎng)上視頻點(diǎn)播。
3 校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)
3。1 網(wǎng)絡(luò)需求分析
本文所討論的無(wú)線校園網(wǎng)的規(guī)劃是以江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院為對(duì)象，本學(xué)院地處江陰市南郊，占地500畝。校園內(nèi)共有大小27幢，師生員工9000余人，環(huán)境簡(jiǎn)單，考慮滿足以下幾個(gè)方面的需求：
1）建設(shè)一個(gè)滿足教學(xué)和工作需要的安全可靠的無(wú)線校園網(wǎng)絡(luò);
2）無(wú)線與有線的統(tǒng)一：高校網(wǎng)絡(luò)一般已經(jīng)建設(shè)了有線網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)必須在原有的有線網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、認(rèn)證計(jì)費(fèi)、安全防御等方面與有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行良好的兼容和互補(bǔ)。這就要求校園有線網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)不需要任何改變，只需用原有的網(wǎng)管、認(rèn)證、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)就可以對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行和統(tǒng)一認(rèn)證。
3）所有教學(xué)樓及實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)大樓：各層走廊和教室均要求信號(hào)覆蓋;所有學(xué)生宿舍樓：鑒于各宿舍都有有線接通，盡量覆蓋各宿舍（不做要求）;籃球場(chǎng)及足球場(chǎng)：信號(hào)要求完全覆蓋;室內(nèi)體育館：信號(hào)要求完全覆蓋;各建筑周圍的草坪和場(chǎng)所：信號(hào)要求完全覆蓋;樓：要求信號(hào)完全覆蓋;學(xué)生食堂：要求信號(hào)完全覆蓋;教師宿舍樓：要求信號(hào)完全覆蓋;要求能提供1000并發(fā)用戶能力;
4）各信號(hào)輸出點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度10—15dbm;將按照2。4G工作頻段2。412～2。462GHz（FCC）分為channel1、channel6、channel11三個(gè)完全不干擾頻段設(shè)計(jì);要求室內(nèi)容許最大覆蓋距離為35—100米，室外容許最大距離100—400米。
5）校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在支持?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音等多種業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有其它智能業(yè)務(wù)擴(kuò)展的能力，滿足學(xué)院的多功能發(fā)展需求;
6）現(xiàn)在建設(shè)高校無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，除了要考慮對(duì)現(xiàn)有IPv4網(wǎng)絡(luò)終端的無(wú)線接入，還要支持高性能的IPv6的用戶接入，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)，并保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。
3。2 無(wú)線校園網(wǎng)的設(shè)計(jì)
3。2。1 校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
對(duì)于局部無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，主要采用的是以AP或者無(wú)線交換機(jī)等為中心結(jié)點(diǎn)的星型結(jié)構(gòu)，其目的是為了滿足多用戶的需求。而如果建設(shè)全局無(wú)線校園網(wǎng)，可將網(wǎng)絡(luò)劃分為核心層、分布層、接入層進(jìn)行設(shè)計(jì)，在整體上一般采用以樹(shù)型和星型混合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
3。2。2 校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本校已經(jīng)建成了“千兆主干，百兆交換到桌面”，信息點(diǎn)覆蓋教學(xué)、辦公、圖書(shū)和實(shí)驗(yàn)等大樓主要部分的校園網(wǎng)，在目前的校園網(wǎng)環(huán)境下，借助于輕型AP模式架構(gòu)，可以在現(xiàn)有校園有線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立獨(dú)立的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
通常模式下所有無(wú)線數(shù)據(jù)及控制流量均交由無(wú)線控制器來(lái)處理，所以我們采用現(xiàn)有校園網(wǎng)的交換機(jī)/路由器組成集中控制管理的“覆蓋式”（Overlay）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，如圖1所示。
修改現(xiàn)有校園網(wǎng)交換機(jī)的VLAN參數(shù)設(shè)置、路由設(shè)置，使得AP盡量不與一般有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備混合在同一個(gè)VLAN中，避免有線設(shè)備的異常流量阻斷AP和無(wú)線控制器之間的通訊;將連接在同一交換機(jī)端口下的所有AP放置在一個(gè)受保護(hù)的VLAN中，設(shè)計(jì)時(shí)統(tǒng)一分配給這些AP靜態(tài)IP地址，以便于管理;采用核心交換機(jī)搭配無(wú)線控制模塊的方式，進(jìn)一步減小AP和無(wú)線控制器的AP—Manager之間端到端環(huán)回延遲，保證AP能夠順利連接在現(xiàn)有的校園網(wǎng)接入交換機(jī)上。
3。2。3 無(wú)線校園網(wǎng)的構(gòu)建方法
校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的兩種方法。第一，閥值法。通過(guò)調(diào)整AP的閥值設(shè)置，控制AP接入覆蓋范圍，從而在相同覆蓋面積條件下，通過(guò)增加AP數(shù)量，提高系統(tǒng)容量。第二種，頻率復(fù)用。學(xué)校人群主要由人員、教師、科研人員和大量學(xué)生構(gòu)成，以上人群工作和學(xué)習(xí)生活分布在以下區(qū)域：、教學(xué)樓、辦公樓、實(shí)驗(yàn)研究樓、學(xué)生宿舍、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)以及各類休閑場(chǎng)地（草坪廣場(chǎng)等）。
因此，在同一覆蓋范圍內(nèi)的多個(gè)AP利用802。11g規(guī)定的13個(gè)可用信道中相互干擾最小信道1、6、11三個(gè)信道進(jìn)行設(shè)計(jì)，客戶端無(wú)線網(wǎng)卡根據(jù)各AP信號(hào)強(qiáng)度，選擇不同信道工作，從而提高系統(tǒng)容量。
3。2。4 室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)組建
室內(nèi)的范圍主要包括所有的教室、實(shí)驗(yàn)室、辦公室等，在這些場(chǎng)合中主要需要解決兩大問(wèn)題，即AP的覆蓋范圍和AP的容量問(wèn)題。由于AP是通過(guò)微波來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)�，室�?nèi)要考慮的首要問(wèn)題就是信號(hào)覆蓋的問(wèn)題。由于辦公室、教室、實(shí)驗(yàn)室被各種墻面分割，這對(duì)信號(hào)的衰減影響很大，因此在室內(nèi)構(gòu)建無(wú)線局域網(wǎng)時(shí)必須對(duì)物的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行詳細(xì)測(cè)試。在合理地分析各個(gè)AP的容量與覆蓋面后，還需考慮信號(hào)衰減因素，適當(dāng)?shù)卦黾覣P個(gè)數(shù)來(lái)減少數(shù)據(jù)盲區(qū)。室內(nèi)組建簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。
兩個(gè)AP的放置要保證AP覆蓋區(qū)域無(wú)間隙并且AP重疊區(qū)域最小。相鄰AP工作在不同頻道，以1、6、11三個(gè)頻道實(shí)現(xiàn)全方位的覆蓋。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，當(dāng)相鄰AP設(shè)定相同頻點(diǎn)時(shí)，要求間隔25米以上;當(dāng)相鄰AP設(shè)定相鄰頻點(diǎn)時(shí)，要求AP間隔16米以上;當(dāng)AP設(shè)定相隔頻點(diǎn)時(shí)，要求間隔12米以上。
對(duì)于房間多、用戶數(shù)量不多但分布較分散的樓宇，如教學(xué)樓等，用戶主要為學(xué)生、教師，因此應(yīng)用肯定會(huì)比較頻繁，由于樓長(zhǎng)、墻體結(jié)構(gòu)厚、房間多等特點(diǎn)，所以在該下覆蓋AP安裝在樓道內(nèi)，通過(guò)內(nèi)置天線覆蓋樓道兩側(cè)房間，微波通過(guò)房間的門(mén)窗傳輸?shù)绞覂?nèi)，實(shí)現(xiàn)了比較細(xì)膩的覆蓋環(huán)境，AP通過(guò)有線接入到樓層交換機(jī)。
3。2。5 室外無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組建
室外設(shè)備的AP使用數(shù)量基本也遵循室內(nèi)的條件，但室外AP的放置和設(shè)計(jì)又有它自己的特點(diǎn)。由于室外環(huán)境的特殊性和不確定性，我們放置的設(shè)備必須是在密封盒內(nèi)的，天線布置應(yīng)該增加避雷器防止雷擊，不提供本地供電的場(chǎng)所選用遠(yuǎn)程供電設(shè)備。我們通過(guò)室外無(wú)線接入點(diǎn)外接增益天線的方式覆蓋室外區(qū)域，體現(xiàn)覆蓋范圍最大化的覆蓋原則來(lái)保證無(wú)線用戶需求。
從整體上對(duì)學(xué)院室外部分進(jìn)行規(guī)劃，通過(guò)室外建設(shè)WLAN射頻基站對(duì)室外和室內(nèi)用戶進(jìn)行無(wú)線覆蓋。室外射頻基站由室外型AP、外接天線（全向、扇區(qū)）以及配套避雷設(shè)備組成。根據(jù)復(fù)雜的室外建筑結(jié)構(gòu)，外接天線的選擇更加尤為重要。選擇天線型號(hào)時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境考慮增益、水平波束寬度、垂直波束寬度、極化方式、視覺(jué)效果（尺寸、外形、重量）等因素。
學(xué)校體育場(chǎng)、足球場(chǎng)、教學(xué)樓宇間區(qū)域等，一般是學(xué)校需要實(shí)現(xiàn)無(wú)線覆蓋的室外公共區(qū)域。根據(jù)需覆蓋的室外區(qū)域的實(shí)際情況，可以設(shè)計(jì)建立多個(gè)無(wú)線覆蓋基站，采用重疊交叉無(wú)線覆蓋的方式，完成區(qū)域的無(wú)縫無(wú)線覆蓋。選用室外型無(wú)線路由器，在空曠地方，信號(hào)傳輸距可以達(dá)到300M~600M左右，視空間大小可以使用多個(gè)，或者使用室外無(wú)線AP，配合室外大夾角定向天線，成功實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)。簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)如圖3所示。
4 無(wú)線校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì) 當(dāng)一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)組建成功后，用戶最關(guān)心的是無(wú)線局域網(wǎng)的安全問(wèn)題。為了保證網(wǎng)絡(luò)安全，我們可以從以下幾個(gè)方面考慮：
1）用戶接入認(rèn)證控制：原有線校園網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)部署了用戶認(rèn)證系統(tǒng)，建成后的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)必須完全融合進(jìn)該認(rèn)證系統(tǒng)中。
2）基于用戶的訪問(wèn)策略：不同的用戶可能有不同的上網(wǎng)行為，包括HTTP、FTP、語(yǔ)音等，針對(duì)不同的應(yīng)用，應(yīng)加以配置不同的行為控制權(quán)限，保障不同用戶的網(wǎng)絡(luò)互訪的安全性。
3）受保護(hù)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全事件往往會(huì)發(fā)生在數(shù)據(jù)傳輸階段。因此，建成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)必須能夠滿足合法的無(wú)線用戶與無(wú)線接入點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩�，以及無(wú)線接入點(diǎn)與上行網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>
5 結(jié)束語(yǔ)
校園網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為一種不可代替的獲得資源的重要手段。在校園網(wǎng)各區(qū)域分別布設(shè)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)以后，教師和學(xué)生就可以在這些區(qū)域漫游使用，大大增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力，更好地為教學(xué)服務(wù)，對(duì)整合資源，改變教學(xué)模式，提高學(xué)校的信息化水平有著巨大的作用，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化校園建設(shè)打好基礎(chǔ)。
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