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關(guān)于無線校園網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與應用
論文摘要:隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與校園信息化水平的提高,基于WLAN的無線校園網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建技術(shù)已成趨勢,成為有線校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)延伸的重要手段之一。該文對無線局域網(wǎng)的優(yōu)點和有線校園網(wǎng)中存在問題進行研究分析,提出校園網(wǎng)中使用無線局域網(wǎng)的必要性,探討無線局域網(wǎng)在校園網(wǎng)建設(shè)中的解決方案。
論文關(guān)鍵詞:無線局域網(wǎng);校園網(wǎng);IEEE802.11;AP;子網(wǎng)設(shè)計
隨著網(wǎng)絡(luò)應用日益豐富,傳統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足師生對移動網(wǎng)絡(luò)的要求,無線局域網(wǎng)作為有線網(wǎng)絡(luò)的補充手段,被更多的師生所認同和接受。眾多師生開始在無線局域網(wǎng)中開展各種應用業(yè)務,教學、科研、、生活正在悄悄地改變。雖然如今無線局域網(wǎng)還不能完全脫離有線網(wǎng)絡(luò),但近年來,隨著無線局域網(wǎng)技術(shù)業(yè)趨向成熟,無線局域網(wǎng)與有線網(wǎng)絡(luò)的無縫連接,無線局域網(wǎng)正在以它的較高傳輸能力和很好的靈活性在高校各項應用中發(fā)揮日益重要的作用。
1 無線局域網(wǎng)基礎(chǔ)知識與架構(gòu)
1.1 無線局域網(wǎng)
無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network,WLAN)是指以無線信道作為傳輸媒介的局域網(wǎng)絡(luò),是與無線技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,它以無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,能夠使用戶真正實現(xiàn)隨時、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。
1.2 無線局域網(wǎng)的技術(shù)標準
無線局域網(wǎng)是利用射頻技術(shù)實現(xiàn)無線通信的局域網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)產(chǎn)生于20世紀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,自主管理的計算機局部網(wǎng)絡(luò)。還可以采用無線電或紅外線作為傳輸媒質(zhì),采用擴展頻譜技術(shù),移動的終端可通過無線接人點來實現(xiàn)對Internet的訪問。無線局域網(wǎng)有以下常用標準:
1)IEEE802.11b
802.11b(通常又稱Wireless Fidelity,WI-FI),是現(xiàn)在最普及的無線標準之一。設(shè)備工作在2.4GHz的范圍內(nèi),帶寬可以達到11Mbps。
2)IEEE802.11a
802.11a標準是一個獲得正式批準的無線以太網(wǎng)標準。它工作在5GHz頻段上,使用正交頻分復用技術(shù),將5GHz分為多個重疊的頻率,在每個子信道上進行窄帶調(diào)制和傳輸,以減少信道之間的相互干擾,使帶寬可以達到54Mbps。
3)IEEE802.11g
802.11g是一種混合標準,能向下兼容傳統(tǒng)的802.11b標準。IEEE802.11g的54Mbps高數(shù)據(jù)吞吐量比802.11b快出5倍,將改善已有的應用性能,使高帶寬數(shù)據(jù)應用成為可能。802.11g的產(chǎn)品可以在同一個網(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320Mbps。與以往的802.11標準不同,802.11n協(xié)議為雙頻工作模式(包含2.4GHz和5GHz兩個工作頻段)。這樣11n保障了以往的802.11a、b、g標準兼容。另外,天線技術(shù)及傳輸技術(shù)使無線局域網(wǎng)的傳輸距離大大增加,可以達到幾公里(并且能夠保障100Mbps的傳輸速度)。
2 校園無線網(wǎng)絡(luò)應用與優(yōu)勢
無線局域網(wǎng)以其靈活布設(shè)、高帶寬和無線接人的優(yōu)勢,可以突破有線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點限制、實現(xiàn)多人同時上網(wǎng)的問題,大大地增加了校園網(wǎng)絡(luò)信息點,方便在校師生獲取信息,進一步提升學校的信息化水平。
2.1 無線局域網(wǎng)的優(yōu)點
1) 安裝維護方便無線局域網(wǎng)的安裝簡單,無需破墻、掘地、穿線架管,這樣避免對物及周邊影響,減少網(wǎng)絡(luò)布線工作量,一般只要安裝一個或多個接入點AP設(shè)備,就可建成覆蓋整個建筑或地區(qū)的局域網(wǎng)絡(luò)。一旦發(fā)生事故,不必尋找損壞路線,只要檢查信號發(fā)送端與接收端的信號是否正常即可。
2) 易于擴展
無線局域網(wǎng)技術(shù)有對等模式、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發(fā)展的需要,這就往往導致預設(shè)大量利用律較低的信息點。而一旦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展超出了設(shè)計規(guī)劃,又要花費較多費用進行網(wǎng)絡(luò)改造。而無線局域網(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)信息點位置的限制。而一旦無線局域網(wǎng)建成后,在無線網(wǎng)的信號覆蓋區(qū)域內(nèi)任何一個位置都可以接入網(wǎng)絡(luò)。
5) 傳輸速率高
無線局域網(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)能夠達到54Mbit/s�？梢詽M足用戶上網(wǎng)的實際需要。
2.2 無線校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)應用
1)網(wǎng)絡(luò)課堂教學�？梢酝ㄟ^無線網(wǎng)絡(luò)進行教學,拓展了知識空間。
2)移動教學。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)隨時互動輔導。師生不必在課堂上直接對話,拓展了教學空間。
4)科研與教學。校園師生可以隨時、隨地地從網(wǎng)上獲取學術(shù)信息,獲取無限的網(wǎng)絡(luò)資源。
5)無線多媒體業(yè)務。無線活動教室;虛擬現(xiàn)實的學習;無線視頻監(jiān)控;校園語音電話及網(wǎng)上視頻點播。
3 校園無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與設(shè)計
3.1 網(wǎng)絡(luò)需求分析
本文所討論的無線校園網(wǎng)的規(guī)劃是以江陰職業(yè)技術(shù)學院為對象,本學院地處江陰市南郊,占地500畝。校園內(nèi)共有大小27幢,師生員工9000余人,環(huán)境簡單,考慮滿足以下幾個方面的需求:
1)建設(shè)一個滿足教學和工作需要的安全可靠的無線校園網(wǎng)絡(luò);
2)無線與有線的統(tǒng)一:高校網(wǎng)絡(luò)一般已經(jīng)建設(shè)了有線網(wǎng)絡(luò),無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)必須在原有的有線網(wǎng)絡(luò)上進行,并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、認證計費、安全防御等方面與有線網(wǎng)絡(luò)進行良好的兼容和互補。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、認證、計費系統(tǒng)就可以對無線網(wǎng)絡(luò)進行和統(tǒng)一認證。
3)所有教學樓及實訓實驗大樓:各層走廊和教室均要求信號覆蓋;所有學生宿舍樓:鑒于各宿舍都有有線接通,盡量覆蓋各宿舍(不做要求);籃球場及足球場:信號要求完全覆蓋;室內(nèi)體育館:信號要求完全覆蓋;各建筑周圍的草坪和場所:信號要求完全覆蓋;樓:要求信號完全覆蓋;學生食堂:要求信號完全覆蓋;教師宿舍樓:要求信號完全覆蓋;要求能提供1000并發(fā)用戶能力;
4)各信號輸出點信號強度10-15dbm;將按照2.4G工作頻段2.412～2.462GHz(FCC)分為channel1、channel6、channel11三個完全不干擾頻段設(shè)計;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)校園無線網(wǎng)絡(luò)在支持數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的同時支持數(shù)據(jù)、語音等多種業(yè)務,網(wǎng)絡(luò)應該具有其它智能業(yè)務擴展的能力,滿足學院的多功能發(fā)展需求;
6)現(xiàn)在建設(shè)高校無線網(wǎng)絡(luò),除了要考慮對現(xiàn)有IPv4網(wǎng)絡(luò)終端的無線接入,還要支持高性能的IPv6的用戶接入,以適應網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢,并保護網(wǎng)絡(luò)。
3.2 無線校園網(wǎng)的設(shè)計
3.2.1 校園無線網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計
對于局部無線網(wǎng)絡(luò),主要采用的是以AP或者無線交換機等為中心結(jié)點的星型結(jié)構(gòu),其目的是為了滿足多用戶的需求。而如果建設(shè)全局無線校園網(wǎng),可將網(wǎng)絡(luò)劃分為核心層、分布層、接入層進行設(shè)計,在整體上一般采用以樹型和星型混合的拓撲結(jié)構(gòu)。
3.2.2 校園無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計
本校已經(jīng)建成了“千兆主干,百兆交換到桌面”,信息點覆蓋教學、辦公、圖書和實驗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)上建立獨立的無線網(wǎng)絡(luò)。
通常模式下所有無線數(shù)據(jù)及控制流量均交由無線控制器來處理,所以我們采用現(xiàn)有校園網(wǎng)的交換機/路由器組成集中控制管理的“覆蓋式”(Overlay)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,如圖1所示。
修改現(xiàn)有校園網(wǎng)交換機的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VLAN中,避免有線設(shè)備的異常流量阻斷AP和無線控制器之間的通訊;將連接在同一交換機端口下的所有AP放置在一個受保護的VLAN中,設(shè)計時統(tǒng)一分配給這些AP靜態(tài)IP地址,以便于管理;采用核心交換機搭配無線控制模塊的方式,進一步減小AP和無線控制器的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)接入交換機上。
3.2.3 無線校園網(wǎng)的構(gòu)建方法
校園無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的兩種方法。第一,閥值法。通過調(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,通過增加AP數(shù)量,提高系統(tǒng)容量。第二種,頻率復用。學校人群主要由人員、教師、科研人員和大量學生構(gòu)成,以上人群工作和學習生活分布在以下區(qū)域:、教學樓、辦公樓、實驗研究樓、學生宿舍、運動場以及各類休閑場地(草坪廣場等)。
因此,在同一覆蓋范圍內(nèi)的多個AP利用802.11g規(guī)定的13個可用信道中相互干擾最小信道1、6、11三個信道進行設(shè)計,客戶端無線網(wǎng)卡根據(jù)各AP信號強度,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、實驗室、辦公室等,在這些場合中主要需要解決兩大問題,即AP的覆蓋范圍和AP的容量問題。由于AP是通過微波來進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?室內(nèi)要考慮的首要問題就是信號覆蓋的問題。由于辦公室、教室、實驗室被各種墻面分割,這對信號的衰減影響很大,因此在室內(nèi)構(gòu)建無線局域網(wǎng)時必須對物的信號強度進行詳細測試。在合理地分析各個AP的容量與覆蓋面后,還需考慮信號衰減因素,適當?shù)卦黾覣P個數(shù)來減少數(shù)據(jù)盲區(qū)。室內(nèi)組建簡圖見圖2。
兩個AP的放置要保證AP覆蓋區(qū)域無間隙并且AP重疊區(qū)域最小。相鄰AP工作在不同頻道,以1、6、11三個頻道實現(xiàn)全方位的覆蓋。根據(jù)經(jīng)驗值,當相鄰AP設(shè)定相同頻點時,要求間隔25米以上;當相鄰AP設(shè)定相鄰頻點時,要求AP間隔16米以上;當AP設(shè)定相隔頻點時,要求間隔12米以上。
對于房間多、用戶數(shù)量不多但分布較分散的樓宇,如教學樓等,用戶主要為學生、教師,因此應用肯定會比較頻繁,由于樓長、墻體結(jié)構(gòu)厚、房間多等特點,所以在該下覆蓋AP安裝在樓道內(nèi),通過內(nèi)置天線覆蓋樓道兩側(cè)房間,微波通過房間的門窗傳輸?shù)绞覂?nèi),實現(xiàn)了比較細膩的覆蓋環(huán)境,AP通過有線接入到樓層交換機。
3.2.5 室外無線網(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)計又有它自己的特點。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,天線布置應該增加避雷器防止雷擊,不提供本地供電的場所選用遠程供電設(shè)備。我們通過室外無線接入點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保證無線用戶需求。
從整體上對學院室外部分進行規(guī)劃,通過室外建設(shè)WLAN射頻基站對室外和室內(nèi)用戶進行無線覆蓋。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。選擇天線型號時應根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境考慮增益、水平波束寬度、垂直波束寬度、極化方式、視覺效果(尺寸、外形、重量)等因素。
學校體育場、足球場、教學樓宇間區(qū)域等,一般是學校需要實現(xiàn)無線覆蓋的室外公共區(qū)域。根據(jù)需覆蓋的室外區(qū)域的實際情況,可以設(shè)計建立多個無線覆蓋基站,采用重疊交叉無線覆蓋的方式,完成區(qū)域的無縫無線覆蓋。選用室外型無線路由器,在空曠地方,信號傳輸距可以達到300M~600M左右,視空間大小可以使用多個,或者使用室外無線AP,配合室外大夾角定向天線,成功實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計目標。簡單設(shè)計如圖3所示。
4 無線校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計
當一個無線局域網(wǎng)組建成功后,用戶最關(guān)心的是無線局域網(wǎng)的安全問題。為了保證網(wǎng)絡(luò)安全,我們可以從以下幾個方面考慮:
1)用戶接入認證控制:原有線校園網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)部署了用戶認證系統(tǒng),建成后的無線網(wǎng)絡(luò)必須完全融合進該認證系統(tǒng)中。
2)基于用戶的訪問策略:不同的用戶可能有不同的上網(wǎng)行為,包括HTTP、FTP、語音等,針對不同的應用,應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)受保護的無線數(shù)據(jù)傳輸:無線網(wǎng)絡(luò)安全事件往往會發(fā)生在數(shù)據(jù)傳輸階段。因此,建成的無線網(wǎng)絡(luò)必須能夠滿足合法的無線用戶與無線接入點數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?以及無線接入點與上行網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>
5 結(jié)束語
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)無線局域網(wǎng)絡(luò)以后,教師和學生就可以在這些區(qū)域漫游使用,大大增強網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力,更好地為教學服務,對整合資源,改變教學模式,提高學校的信息化水平有著巨大的作用,為實現(xiàn)數(shù)字化校園建設(shè)打好基礎(chǔ)。
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