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關(guān)于無(wú)線(xiàn)校園網(wǎng)絡(luò )構建與應用
論文摘要：隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)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(xiàn)校園網(wǎng)絡(luò )構建技術(shù)已成趨勢，成為有線(xiàn)校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )延伸的重要手段之一。該文對無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)和有線(xiàn)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(xiàn)局域網(wǎng)的必要性，探討無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)在校園網(wǎng)建設中的解決方案。
論文關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng);校園網(wǎng);IEEE802。11;AP;子網(wǎng)設計
隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )應用日益豐富，傳統局域網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)不能滿(mǎn)足師生對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的要求，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)作為有線(xiàn)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(kāi)始在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)中開(kāi)展各種應用業(yè)務(wù)，教學(xué)、科研、、生活正在悄悄地改變。雖然如今無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)還不能完全脫離有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，但近年來(lái)，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)業(yè)趨向成熟，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的無(wú)縫連接，無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)基礎知識與架構
1。1 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)
無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network，WLAN）是指以無(wú)線(xiàn)信道作為傳輸媒介的局域網(wǎng)絡(luò )，是與無(wú)線(xiàn)技術(shù)相結合的產(chǎn)物，它以無(wú)線(xiàn)多址信道作為傳輸媒介，提供傳統有線(xiàn)局域網(wǎng)的功能，能夠使用戶(hù)真正實(shí)現隨時(shí)、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡(luò )接入。
1。2 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的技術(shù)標準
無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)是利用射頻技術(shù)實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信的局域網(wǎng)絡(luò )。該技術(shù)產(chǎn)生于20世紀80年代，WLAN主要是作為傳統布線(xiàn)LAN的延展和替代，它能支持較高數據速率（1～300Mbit/s）、采用微蜂窩、微微蜂窩結構的，自主管理的計算機局部網(wǎng)絡(luò )。還可以采用無(wú)線(xiàn)電或紅外線(xiàn)作為傳輸媒質(zhì)，采用擴展頻譜技術(shù)，移動(dòng)的終端可通過(guò)無(wú)線(xiàn)接人點(diǎn)來(lái)實(shí)現對Internet的訪(fǎng)問(wèn)。無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)有以下常用標準：
1）IEEE802。11b
802。11b（通常又稱(chēng)Wireless Fidelity，WI—FI），是現在最普及的無(wú)線(xiàn)標準之一。設備工作在2。4GHz的范圍內，帶寬可以達到11Mbps。
2）IEEE802。11a
802。11a標準是一個(gè)獲得正式批準的無(wú)線(xiàn)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(gè)重疊的頻率，在每個(gè)子信道上進(jìn)行窄帶調制和傳輸，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，能向下兼容傳統的802。11b標準。IEEE802。11g的54Mbps高數據吞吐量比802。11b快出5倍，將改善已有的應用性能，使高帶寬數據應用成為可能。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(gè)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(xiàn)技術(shù)及傳輸技術(shù)使無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )應用與優(yōu)勢
無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)以其靈活布設、高帶寬和無(wú)線(xiàn)接人的優(yōu)勢，可以突破有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)限制、實(shí)現多人同時(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(xiàn)局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)
1） 安裝維護方便無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的安裝簡(jiǎn)單，無(wú)需破墻、掘地、穿線(xiàn)架管，這樣避免對物及周邊影響，減少網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)工作量，一般只要安裝一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)AP設備，就可建成覆蓋整個(gè)建筑或地區的局域網(wǎng)絡(luò )。一旦發(fā)生事故，不必尋找損壞路線(xiàn)，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(wú)線(xiàn)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，能夠根據需要靈活選擇。
3） 節約
由于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )缺少靈活性，這就要求網(wǎng)絡(luò )規劃者盡可能地考慮未來(lái)發(fā)展的需要，這就往往導致預設大量利用律較低的信息點(diǎn)。而一旦網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展超出了設計規劃，又要花費較多費用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )改造。而無(wú)線(xiàn)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(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中，網(wǎng)絡(luò )設備的安放位置受網(wǎng)絡(luò )信息點(diǎn)位置的限制。而一旦無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)建成后，在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)的信號覆蓋區域內任何一個(gè)位置都可以接入網(wǎng)絡(luò )。
5） 傳輸速率高
無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)能夠提供高速數據帶寬，其中IEEE802。11g能提供的數據傳輸速率現在已經(jīng)能夠達到54Mbit/s�？梢詽M(mǎn)足用戶(hù)上網(wǎng)的實(shí)際需要。
2。2 無(wú)線(xiàn)校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )應用
1）網(wǎng)絡(luò )課堂教學(xué)�？梢酝ㄟ^(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行教學(xué)，拓展了知識空間。
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。師生不必在課堂上直接對話(huà)，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(xiàn)多媒體業(yè)務(wù)。無(wú)線(xiàn)活動(dòng)教室;虛擬現實(shí)的學(xué)習;無(wú)線(xiàn)視頻監控;校園語(yǔ)音電話(huà)及網(wǎng)上視頻點(diǎn)播。
3 校園無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的規劃與設計
3。1 網(wǎng)絡(luò )需求分析
本文所討論的無(wú)線(xiàn)校園網(wǎng)的規劃是以江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院為對象，本學(xué)院地處江陰市南郊，占地500畝。校園內共有大小27幢，師生員工9000余人，環(huán)境簡(jiǎn)單，考慮滿(mǎn)足以下幾個(gè)方面的需求：
1）建設一個(gè)滿(mǎn)足教學(xué)和工作需要的安全可靠的無(wú)線(xiàn)校園網(wǎng)絡(luò );
2）無(wú)線(xiàn)與有線(xiàn)的統一：高校網(wǎng)絡(luò )一般已經(jīng)建設了有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )建設必須在原有的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行，并實(shí)現網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)、認證計費、安全防御等方面與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行良好的兼容和互補。這就要求校園有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的架構不需要任何改變，只需用原有的網(wǎng)管、認證、計費系統就可以對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行和統一認證。
3）所有教學(xué)樓及實(shí)訓實(shí)驗大樓：各層走廊和教室均要求信號覆蓋;所有學(xué)生宿舍樓：鑒于各宿舍都有有線(xiàn)接通，盡量覆蓋各宿舍（不做要求）;籃球場(chǎng)及足球場(chǎng)：信號要求完全覆蓋;室內體育館：信號要求完全覆蓋;各建筑周?chē)牟萜汉蛨?chǎng)所：信號要求完全覆蓋;樓：要求信號完全覆蓋;學(xué)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(hù)能力;
4）各信號輸出點(diǎn)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(gè)完全不干擾頻段設計;要求室內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(xiàn)網(wǎng)絡(luò )在支持數據轉發(fā)的同時(shí)支持數據、語(yǔ)音等多種業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò )應該具有其它智能業(yè)務(wù)擴展的能力，滿(mǎn)足學(xué)院的多功能發(fā)展需求;
6）現在建設高校無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，除了要考慮對現有IPv4網(wǎng)絡(luò )終端的無(wú)線(xiàn)接入，還要支持高性能的IPv6的用戶(hù)接入，以適應網(wǎng)絡(luò )發(fā)展趨勢，并保護網(wǎng)絡(luò )。
3。2 無(wú)線(xiàn)校園網(wǎng)的設計
3。2。1 校園無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )拓撲結構設計
對于局部無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，主要采用的是以AP或者無(wú)線(xiàn)交換機等為中心結點(diǎn)的星型結構，其目的是為了滿(mǎn)足多用戶(hù)的需求。而如果建設全局無(wú)線(xiàn)校園網(wǎng)，可將網(wǎng)絡(luò )劃分為核心層、分布層、接入層進(jìn)行設計，在整體上一般采用以樹(shù)型和星型混合的拓撲結構。
3。2。2 校園無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構設計
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，可以在現有校園有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的基礎上建立獨立的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。
通常模式下所有無(wú)線(xiàn)數據及控制流量均交由無(wú)線(xiàn)控制器來(lái)處理，所以我們采用現有校園網(wǎng)的交換機/路由器組成集中控制管理的“覆蓋式”（Overlay）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設計，如圖1所示。
修改現有校園網(wǎng)交換機的VLAN參數設置、路由設置，使得AP盡量不與一般有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設備混合在同一個(gè)VLAN中，避免有線(xiàn)設備的異常流量阻斷AP和無(wú)線(xiàn)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(gè)受保護的VLAN中，設計時(shí)統一分配給這些AP靜態(tài)IP地址，以便于管理;采用核心交換機搭配無(wú)線(xiàn)控制模塊的方式，進(jìn)一步減小AP和無(wú)線(xiàn)控制器的AP—Manager之間端到端環(huán)回延遲，保證AP能夠順利連接在現有的校園網(wǎng)接入交換機上。
3。2。3 無(wú)線(xiàn)校園網(wǎng)的構建方法
校園無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )構建的兩種方法。第一，閥值法。通過(guò)調整AP的閥值設置，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數量，提高系統容量。第二種，頻率復用。學(xué)校人群主要由人員、教師、科研人員和大量學(xué)生構成，以上人群工作和學(xué)習生活分布在以下區域：、教學(xué)樓、辦公樓、實(shí)驗研究樓、學(xué)生宿舍、運動(dòng)場(chǎng)以及各類(lèi)休閑場(chǎng)地（草坪廣場(chǎng)等）。
因此，在同一覆蓋范圍內的多個(gè)AP利用802。11g規定的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)行設計，客戶(hù)端無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡根據各AP信號強度，選擇不同信道工作，從而提高系統容量。
3。2。4 室內網(wǎng)絡(luò )組建
室內的范圍主要包括所有的教室、實(shí)驗室、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A(yíng)P是通過(guò)微波來(lái)進(jìn)行數據傳輸的，室內要考慮的首要問(wèn)題就是信號覆蓋的問(wèn)題。由于辦公室、教室、實(shí)驗室被各種墻面分割，這對信號的衰減影響很大，因此在室內構建無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)時(shí)必須對物的信號強度進(jìn)行詳細測試。在合理地分析各個(gè)AP的容量與覆蓋面后，還需考慮信號衰減因素，適當地增加AP個(gè)數來(lái)減少數據盲區。室內組建簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。
兩個(gè)AP的放置要保證AP覆蓋區域無(wú)間隙并且AP重疊區域最小。相鄰AP工作在不同頻道，以1、6、11三個(gè)頻道實(shí)現全方位的覆蓋。根據經(jīng)驗值，當相鄰AP設定相同頻點(diǎn)時(shí)，要求間隔25米以上;當相鄰AP設定相鄰頻點(diǎn)時(shí)，要求AP間隔16米以上;當AP設定相隔頻點(diǎn)時(shí)，要求間隔12米以上。
對于房間多、用戶(hù)數量不多但分布較分散的樓宇，如教學(xué)樓等，用戶(hù)主要為學(xué)生、教師，因此應用肯定會(huì )比較頻繁，由于樓長(cháng)、墻體結構厚、房間多等特點(diǎn)，所以在該下覆蓋AP安裝在樓道內，通過(guò)內置天線(xiàn)覆蓋樓道兩側房間，微波通過(guò)房間的門(mén)窗傳輸到室內，實(shí)現了比較細膩的覆蓋環(huán)境，AP通過(guò)有線(xiàn)接入到樓層交換機。
3。2。5 室外無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )組建
室外設備的AP使用數量基本也遵循室內的條件，但室外AP的放置和設計又有它自己的特點(diǎn)。由于室外環(huán)境的特殊性和不確定性，我們放置的設備必須是在密封盒內的，天線(xiàn)布置應該增加避雷器防止雷擊，不提供本地供電的場(chǎng)所選用遠程供電設備。我們通過(guò)室外無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)外接增益天線(xiàn)的方式覆蓋室外區域，體現覆蓋范圍最大化的覆蓋原則來(lái)保證無(wú)線(xiàn)用戶(hù)需求。
從整體上對學(xué)院室外部分進(jìn)行規劃，通過(guò)室外建設WLAN射頻基站對室外和室內用戶(hù)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)覆蓋。室外射頻基站由室外型AP、外接天線(xiàn)（全向、扇區）以及配套避雷設備組成。根據復雜的室外建筑結構，外接天線(xiàn)的選擇更加尤為重要。選擇天線(xiàn)型號時(shí)應根據現場(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)樓宇間區域等，一般是學(xué)校需要實(shí)現無(wú)線(xiàn)覆蓋的室外公共區域。根據需覆蓋的室外區域的實(shí)際情況，可以設計建立多個(gè)無(wú)線(xiàn)覆蓋基站，采用重疊交叉無(wú)線(xiàn)覆蓋的方式，完成區域的無(wú)縫無(wú)線(xiàn)覆蓋。選用室外型無(wú)線(xiàn)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(gè)，或者使用室外無(wú)線(xiàn)AP，配合室外大夾角定向天線(xiàn)，成功實(shí)現系統設計目標。簡(jiǎn)單設計如圖3所示。
4 無(wú)線(xiàn)校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )安全設計 當一個(gè)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)組建成功后，用戶(hù)最關(guān)心的是無(wú)線(xiàn)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(hù)接入認證控制：原有線(xiàn)校園網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)部署了用戶(hù)認證系統，建成后的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )必須完全融合進(jìn)該認證系統中。
2）基于用戶(hù)的訪(fǎng)問(wèn)策略：不同的用戶(hù)可能有不同的上網(wǎng)行為，包括HTTP、FTP、語(yǔ)音等，針對不同的應用，應加以配置不同的行為控制權限，保障不同用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )互訪(fǎng)的安全性。
3）受保護的無(wú)線(xiàn)數據傳輸：無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )安全事件往往會(huì )發(fā)生在數據傳輸階段。因此，建成的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )必須能夠滿(mǎn)足合法的無(wú)線(xiàn)用戶(hù)與無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)數據傳輸的安全性，以及無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)與上行網(wǎng)絡(luò )之間數據傳輸的安全性。
5 結束語(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)各區域分別布設無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )以后，教師和學(xué)生就可以在這些區域漫游使用，大大增強網(wǎng)絡(luò )覆蓋能力，更好地為教學(xué)服務(wù)，對整合資源，改變教學(xué)模式，提高學(xué)校的信息化水平有著(zhù)巨大的作用，為實(shí)現數字化校園建設打好基礎。
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