無線校園網(wǎng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、第1章 引言1.1論文背景1.1.1論文研究背景無線網(wǎng)絡(luò)的使用最早可以追溯到八十年前的第二次世界大戰(zhàn)期間，當(dāng)時美國陸軍采用相當(dāng)高強(qiáng)度的編碼加密技術(shù)，研發(fā)了一套無線電信號作為數(shù)據(jù)傳輸方式的技術(shù)。這項技術(shù)在軍事上用來傳輸資料并且被當(dāng)時的美軍和盟軍廣泛使用。在當(dāng)時誰也不會想到，這項技術(shù)在八十年后改變了我們的生活。1971年，夏威夷大學(xué)的研究員創(chuàng)造了頭一個采用分包式技術(shù)的無線電通訊網(wǎng)絡(luò)，稱為 ALOHNET，可以算是相當(dāng)早期的無線網(wǎng)絡(luò)（Wireless Local Area Network，WLAN），它使用 7 臺計算機(jī)，中心計算機(jī)放置在瓦胡島，采用雙向星型拓?fù)洌瑱M跨四座夏威夷的島嶼，構(gòu)成了一個簡單

2、的無線局域網(wǎng)1；隨著第一個無線電通訊網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，無線網(wǎng)絡(luò)正式誕生。1983年作為最早的有線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)正式面向大眾發(fā)布。1990年，802.11項目的出現(xiàn)標(biāo)志著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸走向成熟。1997年第一個無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11問世。1999年，更可靠、更快捷、成本更低的無線推廣階段開始。2003年以來，隨著無線網(wǎng)絡(luò)熱度的飆升及以太網(wǎng)絡(luò)的全面普及，企業(yè)化，以及家庭化，WiFi、CDMA/GPRS、藍(lán)牙等技術(shù)不斷出現(xiàn)在公眾的眼前。最近幾年來，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益成熟和筆記本電腦的不斷普及，以及無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的價格不斷走低，無線網(wǎng)絡(luò)已在一些領(lǐng)域占據(jù)了主流的地位，并成為一種普及性很高的網(wǎng)絡(luò)訪問方式。特

3、別是無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度快、運(yùn)營成本低、靈活性高、擴(kuò)展能力強(qiáng)，越來越多的企業(yè)、政府機(jī)構(gòu)、事業(yè)單位等將無線網(wǎng)絡(luò)作為有線網(wǎng)絡(luò)的重要補(bǔ)充，特別是高校和科研機(jī)構(gòu)對無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用更為熱衷。隨著無線時代窗口的開啟，無線校園網(wǎng)建設(shè)已成為各大高等院校信息化建設(shè)熱點(diǎn)2。無線校園已經(jīng)成為提升教學(xué)環(huán)境品質(zhì)，提高教育資源利用率，增加教育靈活性和交流性的重要方式3。校園師生可以任何區(qū)域、任何時間、任何終端可以隨時隨地訪問校園網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)資源，感受到無線校園網(wǎng)對于每個人的學(xué)習(xí)、工作和生活的網(wǎng)絡(luò)使用習(xí)慣的改變，無線局域網(wǎng)給廣大師生帶來的便利。為了滿足師生各類移動學(xué)習(xí)、移動辦公、信息暢享的迫切需求。本文選取校園無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與

4、實現(xiàn)進(jìn)行研究，在校園有線校園網(wǎng)的基礎(chǔ)上實施，充分考慮現(xiàn)有設(shè)備，既要充分利用，同時又要保證兼容性。要實現(xiàn)與現(xiàn)有設(shè)備、有線、無線統(tǒng)一管理。并且對校園無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中的設(shè)計、實施、測試和應(yīng)用的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行研究與分析，從而整理出一套可供于高校參考的校園無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與實現(xiàn)方案。1.1.2論文意義在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，大多數(shù)中、高等院校的校園網(wǎng)采用的是通過光纖、網(wǎng)線與設(shè)備相連組成的有線局域網(wǎng)。近幾年來，根據(jù)有線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)的實踐表明，由于目前網(wǎng)絡(luò)是“有線”的，所以在應(yīng)用中有許多問題不可避免。因此很多學(xué)校只在部分區(qū)域接入有線網(wǎng)絡(luò)，而無法顧及所有區(qū)域。有如下幾個原因：1.學(xué)校經(jīng)費(fèi)緊張的現(xiàn)狀導(dǎo)致布置網(wǎng)線

5、的教室、圖書館等場所數(shù)量有限；2.有些具有歷史意義的學(xué)校建筑物不適合鉆孔布線；3.擁有多個校區(qū)的學(xué)校在校區(qū)間聯(lián)網(wǎng)成本較高等。但隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，無線局域網(wǎng)技術(shù)不斷的成熟和普及，高校信息化的推進(jìn)，數(shù)字化校園的建設(shè)，以及在校教職工和學(xué)生擁有帶有WiFi功能的移動PC、手機(jī)、平板電腦等，已成為廣大教職工與學(xué)生獲取資源和信息的主要途徑。在學(xué)生宿舍、實訓(xùn)室、圖書館、辦公樓、教學(xué)樓、學(xué)術(shù)報告大廳、體育館、操場、等開發(fā)性場所，如何不受電纜的限制，并且可以移動接入上網(wǎng)，解決多人同時上網(wǎng)等問題，已成為許多高等院校急需解決的問題。那么，在不宜進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布線的場所該如何聯(lián)網(wǎng)呢？在教室、實訓(xùn)室等場所如何突破有

6、線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)限制，讓多人同時上網(wǎng)呢？這些傳統(tǒng)有線校園網(wǎng)的“網(wǎng)絡(luò)盲點(diǎn)”問題，與師生員工“隨時隨地獲取信息”的新需求之間的矛盾如今將可以通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)輕松解決。 1.2國內(nèi)外無線校園網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀長期以來校園網(wǎng)主要是以有線網(wǎng)絡(luò)為主，學(xué)校的教學(xué)活動主要集中在多媒體教室、實驗室、機(jī)房、圖書館等場地進(jìn)行，這些教學(xué)場所都會有有線網(wǎng)絡(luò)。如今教學(xué)場所向著普通教室，學(xué)生宿舍、校園室外廣場、食堂、操場以及一切開放的場所延伸學(xué)生可以在學(xué)校任何場所開展學(xué)習(xí)，這就需要無線網(wǎng)絡(luò)。有了無線網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生的學(xué)習(xí)將不再受到時間和空間的限制，隨時隨地可以進(jìn)行學(xué)習(xí)，隨時隨地獲得資源。1.2.1國外無線校園網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀在國際社會中，美國和歐洲

7、等西方發(fā)達(dá)國家的大學(xué)十分注重?zé)o線校園網(wǎng)的建設(shè)。無線校園已經(jīng)成為其衡量學(xué)校教學(xué)環(huán)境、教學(xué)資源利用率、教學(xué)品質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)代化校園的一個最為顯著的標(biāo)志就是擁有一個方便、穩(wěn)定、高校、舒適、快速、安全的無線校園網(wǎng)絡(luò)。自從2000年華盛頓區(qū)的哈佛大學(xué)（Howard）開創(chuàng)了無線校園網(wǎng)的第一次應(yīng)用先河，為12個學(xué)生居住宿舍提供了無線校園網(wǎng)，隨后無線校園網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)開始了其發(fā)展歷程，許多高等院校都建設(shè)了無線校園網(wǎng)。截止到目前為止，根據(jù)一些研究顯示，國外西方發(fā)達(dá)國家的很多高等院校都建設(shè)了無線校園網(wǎng)，其共由至少幾千所高校，所占比例高達(dá)所有高等院校的98%以上。發(fā)達(dá)國家高等院校不但對無線校園網(wǎng)的依賴程度在不斷的提高

8、，甚至正逐漸成為其重要組成部分。特別是在美國、加拿大、澳大利亞、日本等國，無線校園已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于教學(xué)中，成為學(xué)校提高教育資源利用率，提升教學(xué)環(huán)境品質(zhì)，增加教育交流性和靈活性的一種重要方式，實現(xiàn)了教學(xué)不受時間和空間限制。無線網(wǎng)絡(luò)的使用在促進(jìn)學(xué)術(shù)研究、加強(qiáng)教育影響力、完善校園教育質(zhì)量等方面發(fā)揮著正面作用。 歐美多所知名大學(xué)提出校內(nèi)授課采用無線網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的項目，加拿大北阿爾博特技術(shù)學(xué)院(NAIT)和多倫多 Seneca 學(xué)院目前已成功將無線技術(shù)應(yīng)用于會計專業(yè)學(xué)生的日常學(xué)習(xí)中4。1.2.2國內(nèi)無線校園網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀相對于發(fā)達(dá)國家，我國高等院校的無線校園網(wǎng)起步較晚，但隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷成熟和普及，近年

9、來無線校園網(wǎng)的建設(shè)在我國各大高等院校迅速進(jìn)行。2002年7月北京大學(xué)開始鋪建中國第一個802.11b無線校園網(wǎng)絡(luò)，提供11M帶寬，支持近5000用戶在線；2005年教育部科技發(fā)展中心舉辦了旨在推動國內(nèi)無線校園網(wǎng)建設(shè)的中國無線校園網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展論壇，該論壇的為國內(nèi)無線校園網(wǎng)建設(shè)奠定了基礎(chǔ)；2008年初，北京師范大學(xué)選擇銳捷網(wǎng)絡(luò)智能無線交換系列產(chǎn)品，建設(shè)成當(dāng)年國內(nèi)最大規(guī)模的無線校園網(wǎng)，完全滿足了北師大數(shù)據(jù)、語音、視頻等方面的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求，并實現(xiàn)了無線設(shè)備和無線用戶的集中管理、射頻的智能控管以及無線局域網(wǎng)的安全保障；2009 年南京信息工程大學(xué)建成了當(dāng)時規(guī)模較大的全網(wǎng)覆蓋無線校園網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)用戶數(shù)突破萬

10、人；2012年浙江大學(xué)建成了由一萬多臺H3C智能型802.11n無線AP組成，為浙大五萬余名師生提供了便捷無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，是全球最大的802.11n無線校園網(wǎng)絡(luò)。到2012年，我國所有高校已建有校園網(wǎng)，其中建有無線校園網(wǎng)的高校有63.2%，由此可以看出我國校園無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的步伐正在逐步加快。 根據(jù)一些機(jī)構(gòu)調(diào)查表明目前國內(nèi) 80%以上的高校建設(shè)了無線校園網(wǎng)絡(luò)，剩余的高校大部分都提出了無線校園網(wǎng)的建設(shè)時間表，隨著 WLAN 技術(shù)的日益成熟及帶寬的大幅提升，以及基于無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字校園概念的升級，無線校園網(wǎng)在高校信息化建設(shè)中有著廣闊的前景5。1.3論文組織結(jié)構(gòu)本文以無線校園網(wǎng)建設(shè)的背景意義以及國內(nèi)外研究

11、的現(xiàn)狀作為引言引出下文，主要闡述了無線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識，根據(jù)高校無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與實現(xiàn)重點(diǎn)分析了相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及所需的關(guān)鍵技術(shù)，并對廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院無線校園網(wǎng)的建設(shè)提出了具體的設(shè)計與實現(xiàn)方案以及后續(xù)的測試與優(yōu)化方案。本論文共分為五章，各章內(nèi)容如下：第一章介紹了論文的背景、意義和國內(nèi)外校園無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的現(xiàn)狀。第二章介紹了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)知識，包括無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)缺點(diǎn)、傳輸介質(zhì)、傳輸方式、IEEE 802.11系列無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)、雙頻多模無線網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)供電POE技術(shù)、無線局域網(wǎng)安全技術(shù)、“胖”和“瘦”AP技術(shù)等。第三章介紹了廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院無線校園網(wǎng)的構(gòu)建第四章詳細(xì)介紹了廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院無線校

12、園網(wǎng)的設(shè)計與實施方案。第五章介紹了無線網(wǎng)絡(luò)的測試與優(yōu)化。最后一章對本論文進(jìn)行了總結(jié)和工作展望。第2章 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2.1無線網(wǎng)絡(luò)的概述無線網(wǎng)絡(luò)（）是采用無線通信技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)有線傳輸介質(zhì)所實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)既包括允許用戶建立遠(yuǎn)距離無線連接的全球語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，也包括為近距離無線連接進(jìn)行優(yōu)化的紅外線技術(shù)及射頻技術(shù)，與有線網(wǎng)絡(luò)的用途十分類似，最大的不同在于傳輸媒介的不同，利用無線電技術(shù)取代網(wǎng)線，可以和有線網(wǎng)絡(luò)互為備份。無線網(wǎng)絡(luò)在有線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是有線網(wǎng)絡(luò)的一種有效的補(bǔ)充，兩者形成一種很好的互補(bǔ)。2.1.1無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)無線網(wǎng)絡(luò)最大的優(yōu)點(diǎn)在于其可移動性，連接到無線網(wǎng)絡(luò)的用戶可以移動且同時

13、能與網(wǎng)絡(luò)保持連接。其他優(yōu)勢還包括靈活性、安裝更為便捷、易于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和調(diào)整、故障定位容易、易于擴(kuò)展、建設(shè)費(fèi)用低以及網(wǎng)絡(luò)可靠性高。2.1.2無線網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)無線網(wǎng)絡(luò)在能夠給網(wǎng)絡(luò)用戶帶來方便、穩(wěn)定和實用的體驗，但是其本身也存在著一些缺陷。無線網(wǎng)絡(luò)的不足之處體現(xiàn)在以下幾個方面：性能不足，電磁波的傳輸易干擾、速率低、無線信號是發(fā)散，造成安全性低等潛在問題。 2.1.3無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)目前，計算機(jī)無線通信傳輸手段有兩種6：u 無線電波，即短波或超短波、微波u 光波，即激光、紅外線。2.1.4無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸方式無線傳輸介質(zhì)是指利用各種波長的電磁波充當(dāng)傳輸媒體的傳輸介質(zhì)。無線傳輸所使用的頻段很廣，人們現(xiàn)

14、在已經(jīng)利用了好幾個波段進(jìn)行通信，目前多采用無線電波、微波、和紅外線這三種形式。紫外線和更高的波段目前還不能用于通信?；诩t外線、無線電波、微波等通信方式的無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)缺點(diǎn)如表 2.1 所示。2.2 IEEE 802.11系列無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)介紹工作組在過往的三十多年里對世界局域網(wǎng)的發(fā)展做出的貢獻(xiàn)有目共睹。無線通信技術(shù)自從第二次世界大戰(zhàn)開始被應(yīng)用，自此之后不斷發(fā)展，但是一直缺少相應(yīng)統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。為了促進(jìn)無線通信技術(shù)的規(guī)范化發(fā)展，IEEE802工作組在1997 年發(fā)布了無線局域網(wǎng)領(lǐng)域內(nèi)第一個國際上公認(rèn)的協(xié)議802.11 協(xié)議，這在WLAN 的發(fā)展史上是很重要的一步，它指明了 WLAN 發(fā)展的方向。隨著

15、時間的推移，802.11 協(xié)議不斷的補(bǔ)充和完善如雨后春筍不斷制定出來，有802.11b，802.11a，802.11g，802.11e，802.11f ，802.11h，802. 11i，802.11j，802.11m，802.11n 等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，形成了 802.11x標(biāo)準(zhǔn)系列協(xié)議家族，當(dāng)今802.11x 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議家族是無線局域網(wǎng)應(yīng)用的主流標(biāo)準(zhǔn)，也是 WLAN 的技術(shù)基礎(chǔ)，下面就國際上使用最多的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡要對比和介紹。1.IEEE 802.11b1999 年 9 月 IEEE802.11b 被批準(zhǔn)為正式協(xié)議，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 WLAN 工作頻段在 2.4-2.4835GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到 11M

16、bps，傳輸距離控制在 50-150 英尺7。IEEE 802.11b 是普及程度最廣、最負(fù)盛名的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)采用補(bǔ)償編碼鍵控調(diào)制方式，采用點(diǎn)對點(diǎn)模式及基本模式兩種運(yùn)作模式8。 IEEE802.11b 推出之后很快被世界范圍內(nèi)的廠商接納采用并成為了主流的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，所推出的產(chǎn)品在校園、寫字樓、機(jī)場、辦公樓、火車站、賓館、居民家庭等多種場合廣泛應(yīng)用。2.IEEE 802.11a1999 年 IEEE802.11b 的后續(xù)標(biāo)準(zhǔn) IEEE802.11a 標(biāo)準(zhǔn)制定完成，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定WLAN 的工作頻段為 5.15-5.825GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到 54Mbps，傳輸距離控制在 10-100 米

17、9。該標(biāo)準(zhǔn)采用 OFDM 擴(kuò)頻技術(shù)以及 QFSK 調(diào)制方式，可以支持圖像、數(shù)據(jù)傳輸、語音等眾多業(yè)務(wù)。3.IEEE 802.11g2003 年 IEEE802.11g 標(biāo)準(zhǔn)制定完成，它與 IEEE802.11b 的工作頻段相同，而且擁有與 IEEE802.11a 比肩的傳輸速率。采用 OFDM 與 CCK 兩種調(diào)制方式，因此能與 802.11a 和 802.11b 相兼容。在 2.4-2.4835GHz 頻段工作，擁有 54Mbps數(shù)據(jù)傳輸速率，傳輸距離大多控制在 50-150 英尺10。4.IEEE 802.11nWLAN 標(biāo)準(zhǔn)雖然經(jīng)歷了數(shù)次技術(shù)革新，但依然存在的諸多不足，為了實現(xiàn)高質(zhì)量、廣覆

18、蓋、高帶寬、高速率的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，使其性能能夠達(dá)到以太網(wǎng)的水平，802.11n 應(yīng)運(yùn)而生。2009 年 IEEE802.11n 標(biāo)準(zhǔn)制定完成，802.11n 采用的 傳 MIMO OFDM 關(guān)鍵技術(shù)是將多入多出與正交頻分復(fù)用技術(shù)相結(jié)合不但使其傳輸速率由54Mbps 提高到 108Mbps，也使傳輸質(zhì)量得到了保證，從而可以支持高質(zhì)量的語音與視頻通話。802.11n 采用智能天線技術(shù)，通過多組獨(dú)立天線組成的天線陣列，可以動態(tài)調(diào)整波束，保證讓 WLAN 用戶接收到穩(wěn)定的信號，并可以減少其它信號的干擾11，因此擴(kuò)大了無線信號的覆蓋范圍，可以讓無線網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋到校園任何一個角落，讓廣大師生真正體驗移動學(xué)

19、習(xí)和生活帶來的快樂和便捷。5. 無線局域主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對比2.3 WLAN組網(wǎng)技術(shù)2.3.1雙頻多模無線局域網(wǎng) 從上世紀(jì)末開始，到本世紀(jì)初，IEEE 協(xié)會的 802.11 標(biāo)準(zhǔn)制定工作組陸續(xù)出臺了上文提到的多個物理層標(biāo)準(zhǔn)，如圖 2.2 所示。每個標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，都使無線局域網(wǎng)在傳輸速度和傳輸質(zhì)量上得到很大的改善，但是標(biāo)準(zhǔn)越多，市場上的無線產(chǎn)品越是復(fù)雜多樣，進(jìn)而就出現(xiàn)了不同廠家、不同標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不能兼容的問題。針對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備因為支持不同標(biāo)準(zhǔn)而造成的不兼容問題，相關(guān)工作組提出了“雙頻多模”的概念。也就是說，希望廠家生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以工作在 2.4GHz 和 5GHZ兩個頻段，這樣就完全掙脫了無線標(biāo)準(zhǔn)的束

20、縛，只要是基于無線局域網(wǎng) 802.11 系列的標(biāo)準(zhǔn)，都可以做到完美的兼容，這樣做就大大方便了網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)者和使用者，尤其是當(dāng)用戶在不同的無線局域間漫游的時候。2.3.2以太網(wǎng)供電POE技術(shù)為了更為便捷的安裝無線 AP，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計時就要將無線 AP 的供電問題考慮進(jìn)去?，F(xiàn)行的無線局域網(wǎng)組網(wǎng)模式中大都采用以太網(wǎng)供電的 PoE 技術(shù)，使用這種技術(shù)，在無線 AP 的部署中可以完全不用考慮其本地電源的供電問題。一個典型的PoE以太網(wǎng)供電的連接示意圖如下圖2.3所示，國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3af供電端設(shè)備每端口輸出參數(shù)為：44-57V DC 350mA，在 1，2，3，6 線對上同時傳輸數(shù)據(jù)和電壓，每

21、個端口所連接的終端設(shè)備的最大功率為 15.4W。無線 AP 的 PoE 供電方式，給網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者帶來了極大的便利。PoE 供電的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個方面：1) 減少了資金投入。在這種供電模式下，只需要鋪設(shè)和安裝一條線纜。一個無線 AC 電源接口的售價約為 200 美元左右，大部分的帶電硬件，像監(jiān)控攝像機(jī)等，需要安裝在難以部署 AC 電源的地方。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備也不斷增加，假如不用為這些接入以太網(wǎng)的設(shè)備部署本地電源，對降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本是相當(dāng)有利的，并且也簡化了這些設(shè)備的管理和維護(hù)工作。2) 安裝管理便捷。以太網(wǎng)供電 PoE 設(shè)備安裝使用簡單，能夠方便、快捷、安全的和有線網(wǎng)絡(luò)原有

22、設(shè)備混用，和已有的以太網(wǎng)電纜并存沒有任何問題。3) 供電安全。PoE 供電端設(shè)備只為需要供電的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備供電，只有在網(wǎng)絡(luò)中連接了需要供電的設(shè)備時，網(wǎng)絡(luò)中的供電電纜中才會有電壓存在，所以，在普通的以太網(wǎng)線路中沒有漏電的風(fēng)險。4) 使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理更方便。因為只要遠(yuǎn)端設(shè)備接入到無線網(wǎng)絡(luò)中后，無線控制器就能夠通過網(wǎng)絡(luò)和管理系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，比如重新配置或重新設(shè)置無線 AP 的聯(lián)網(wǎng)參數(shù)，遠(yuǎn)程控制無線 AP 等。5) 支持更多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。無線局域網(wǎng)應(yīng)用的范圍越來越廣，提供的服務(wù)越來越多，需要聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備也就逐漸增多起來，如無線網(wǎng)絡(luò)中的信號發(fā)射器，無線接入點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)電話、網(wǎng)絡(luò)攝像頭等等，2003 年制

23、定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 802.3af 中指出，只要功率小于 12.95W 的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都可以使用數(shù)據(jù)線供電，隨著技術(shù)的進(jìn)步，2009 年推出了這個標(biāo)準(zhǔn)的升級版 802.11at，供電功率最高可達(dá) 30W13。2.3.4無線局域網(wǎng)安全技術(shù)校園無線網(wǎng)絡(luò)是一個相對開放的網(wǎng)絡(luò)，因為需要考慮到學(xué)生和教職員工簡單便捷，因此安全問題就變得比較突出。眾所周知自 802.11b 標(biāo)準(zhǔn)誕生以來，其 WEP 的安全性就一直受到批評，由于它的密鑰分發(fā)渠道的公開和弱密的存在，使得無線局域網(wǎng)的安全形同虛設(shè)。任何接入無線局域網(wǎng)的用戶，只需要通過在自己的電腦上加裝網(wǎng)絡(luò)誘探器，并將網(wǎng)卡設(shè)置為雜散模式，就可以捕獲同一區(qū)域內(nèi)其他用戶在空中與

24、 AP 交互的報文了。目前 WLAN 中采用的數(shù)據(jù)加密技術(shù)主要有以下幾種：1) 利用 WPA 技術(shù)對接入用戶進(jìn)行空中數(shù)據(jù)的加密，WPA 利用其高效的密鑰管理機(jī)制可以確?？罩袛?shù)據(jù)的動態(tài)加密，以防止非法竊聽；2) 采用 SSL14加密應(yīng)用層報文；3) 利用 IPSec15方式加密用戶整個數(shù)據(jù)報文。 2.4無線接入點(diǎn)技術(shù)AP 是 WLAN 網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分，其工作機(jī)制類似原有網(wǎng)絡(luò)中的集線器，無線終端可以通過 AP 進(jìn)行終端之間的數(shù)據(jù)傳輸，也可以通過 AP 的“WAN”口與原有網(wǎng)絡(luò)互通，通常業(yè)界將無線 AP 分為胖 AP 和瘦 AP16。“瘦”AP 模式也稱為 FIT AP 模式，是在 2002

25、年以后逐漸發(fā)展起來的一種無線局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，它是為了解決“胖”AP 模式下，AP 價格高，覆蓋范圍小這個問題而研發(fā)出來的。和“胖”AP 組網(wǎng)相比，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中添加了無線控制器來實現(xiàn)原先“胖”AP 上的一部分管理功能。 2.4.1胖AP技術(shù)胖 AP 普遍應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)或小型企業(yè)無線局域網(wǎng)，原有網(wǎng)絡(luò)接入后，可以部署胖 AP 進(jìn)行室內(nèi)覆蓋，室內(nèi)無線用戶終端可以通過與胖 AP 互聯(lián)訪問INTERNET。 胖 AP 具有以下特點(diǎn)： （1）不能進(jìn)行集中管理，需要用戶對每臺 AP 單獨(dú)進(jìn)行配置管理； （2）支持網(wǎng)絡(luò)二層漫游； （3）不支持信道自動調(diào)整和發(fā)射功率自動調(diào)整； （4）集認(rèn)證、安全等功能于一體，支持

26、能力不強(qiáng)，擴(kuò)展能力較弱； （5）用戶漫游切換的時候不能同步。 胖 AP 的應(yīng)用場合僅限于家庭網(wǎng)絡(luò)或小型企業(yè)無線局域網(wǎng)，小規(guī)模無線部署胖 AP 是可行的，但是對于大規(guī)模集中管理認(rèn)證無線部署，如高校、大型企業(yè)、醫(yī)院的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，胖 AP 則無法支撐如此大規(guī)模部署。2.4.2瘦AP技術(shù)瘦 AP 是指需要無線控制器進(jìn)行管理、調(diào)試和控制的 AP，AP 在無線局域網(wǎng)中只起到收發(fā)數(shù)據(jù)功能；網(wǎng)絡(luò)中任何一臺移動上網(wǎng)終端都可通過 AP 接入來分享網(wǎng)絡(luò)的資源。瘦 AP 解決了胖 AP 產(chǎn)品無法集中管理和集中部署安全策略的重大缺陷17。2.4.2.1 瘦 AP 的原理瘦 AP 是無線網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)、組網(wǎng)方式的不斷更新而產(chǎn)

27、生的。無線控制器加瘦 AP架構(gòu)的組網(wǎng)方式，對無線控制器、AP 設(shè)備的功能進(jìn)行了重新定義，其中無線控制器負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)的接入控制、AP 的配置控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、漫游安全控制；瘦AP 負(fù)責(zé)無線信號的傳輸、信號源的加解密、RF 管理等簡單功能。大部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠家在支持瘦 AP 的組網(wǎng)架構(gòu)的同時，將更多新技術(shù)新應(yīng)用集成進(jìn)無線控制器和瘦 AP 中，為無線網(wǎng)提供統(tǒng)一的管理接口。瘦 AP 的工作原理：（1）瘦 AP 本身不能保存配置信息，配置信息由無線控制器管理，瘦 AP 啟用時會自動尋找網(wǎng)絡(luò)中的無線控制器進(jìn)行配置匹配、更新，方便對無線網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理、維護(hù)。（2）瘦 AP 在網(wǎng)絡(luò)中自動尋找可接入的無線控制器，從

28、無線控制器中自動獲取 IP 地址，瘦 AP 對的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳幻舾小＃?）無線控制器通過可遠(yuǎn)程管理可查詢、管理無線網(wǎng)中的所用瘦 AP 設(shè)備的相關(guān)配置信息。（4）瘦 AP 的配置信息、軟件可通過無線控制器進(jìn)行在線更新18。2.4.2.2 瘦 AP 組網(wǎng)方式在無線網(wǎng)絡(luò)管理模式中，瘦 AP 和無線控制器之間組網(wǎng)方式可以分為三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖2.5所示：（1）直連模式：瘦 AP 與無線控制器不用通過其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，直接互聯(lián)。（2）二層網(wǎng)絡(luò)連接模式：瘦 AP 與無線控制器同在一個二層網(wǎng)絡(luò)域中，瘦AP 和無線控制器之間需要通過網(wǎng)絡(luò)中的二層交換機(jī)互聯(lián)。（3）三層網(wǎng)絡(luò)連接模式：瘦 AP 與無線控制器存在各自 V

29、LAN 中，瘦 AP 和無線控制器之間需要通過三層交換機(jī)或路由器的三層轉(zhuǎn)發(fā)來完成的互聯(lián)通信。2.4.2.3 瘦 AP 組網(wǎng)優(yōu)勢（1）快捷、方便的的組網(wǎng)方式和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展功能基于瘦 AP 無線網(wǎng)組網(wǎng)方式，信號傳輸是通過瘦 AP 與無線控制器無線互連，瘦 AP 不需要和無線控制器直接有線相連，無線接入信號源可以通過瘦 AP 方便的覆蓋全網(wǎng)，通過瘦 AP 堆疊技術(shù)，可以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境增加或減少瘦 AP 的數(shù)目，從而實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的方便快捷組網(wǎng)能力。RF 對網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的統(tǒng)一管理功能瘦 AP 可通過無線控制器自動設(shè)定統(tǒng)一的 RF 工作狀態(tài)，解決傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)中難以統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)中每一個 AP 工作狀態(tài)的難題，全新的 R

30、F 自動管理技術(shù)，方便管理者在龐大、復(fù)雜的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中部署每一個 AP 狀態(tài)。RF 管理軟件的應(yīng)用可大概估算出網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中瘦 AP 的部署情況，RF 規(guī)劃有自動校準(zhǔn)功能，可對瘦 AP 的功率、頻道參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使得無線網(wǎng)上每一個設(shè)備都達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。RF 管理模塊可對無線網(wǎng)絡(luò)中每個 AP 實際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，方便實時掌控網(wǎng)絡(luò)中每個 AP 的工作狀態(tài)，如出現(xiàn)故障及時診斷。（3）集中管理瘦 AP 的組網(wǎng)方式提供了強(qiáng)大的集中管理功能，無線控制器可對無線網(wǎng)絡(luò)的配置進(jìn)行統(tǒng)一配置管理。例如設(shè)備開啟關(guān)閉、AP 配置更新、用戶認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)漫游、流控管理等。（4）支持漫游功能無線網(wǎng)絡(luò)中的 RF 管理系統(tǒng)，

31、提供強(qiáng)大的漫游功能，大大減少了無線客戶端和 AP 的關(guān)連時間，實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)用戶在無線網(wǎng)絡(luò)里面進(jìn)行快速的切換。在 RF管理系統(tǒng)的作用下，為了避免各信號源同頻干擾，網(wǎng)絡(luò)中 AP 的實時工作頻率有時會發(fā)生改變，RF 管理系統(tǒng)不停掃描網(wǎng)絡(luò)中各個可用信道，根據(jù)掃描結(jié)果自動改變瘦 AP 的工作頻率。（5）負(fù)載均衡系統(tǒng)根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)實際覆蓋環(huán)境跟接入終端數(shù)，能將無線用戶數(shù)均衡的分散連接到不同的瘦 AP 上，每一個瘦 AP 的無線接入帶寬是固定的，用戶接入同一AP 越多能分享的帶寬就越小。（6）強(qiáng)大的接入、安全策略控制基于瘦 AP 的無線網(wǎng)絡(luò)提供了強(qiáng)大的接入、安全可控制策略，大多數(shù)瘦 AP無線設(shè)備生產(chǎn)商都提供多

32、樣式用戶認(rèn)證功能，用戶最開始進(jìn)入無線局域網(wǎng)，管理員一般不會開放直接訪問網(wǎng)絡(luò)的權(quán)限，用戶必須認(rèn)證身份的合法性，根據(jù)相應(yīng)的權(quán)限來訪問網(wǎng)絡(luò)，基于瘦 AP 的無線網(wǎng)絡(luò)還提供統(tǒng)一的加密功能，使用戶在數(shù)據(jù)交換時更安全。（7）QoS（Qualityof Service，服務(wù)質(zhì)量）優(yōu)化支持基于瘦 AP 的無線網(wǎng)絡(luò)可針對每個用戶進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，每個權(quán)限級別內(nèi)可設(shè)置連接的最高帶寬，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中不同的服務(wù)組，系統(tǒng)亦可透過無線控制器模塊設(shè)置定義不同的 QoS 隊列。2.4.3胖AP技術(shù)與瘦AP技術(shù)比較目前無線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)發(fā)展趨勢形成了兩套主流的組網(wǎng)趨勢，即胖 AP 和瘦AP 組網(wǎng)方式，兩種組網(wǎng)方式的比較如2.2所示。2.5

33、本章小結(jié)本章闡述了無線網(wǎng)絡(luò)的基本理論知識和相關(guān)技術(shù)，通過比較分析無線局域網(wǎng)絡(luò)的傳輸、接入、安全認(rèn)證等技術(shù)，各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都是根據(jù)不同的使用環(huán)境，不同的用戶需求而制定的，每項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，用戶應(yīng)視實際需求選擇適合自己的標(biāo)準(zhǔn)。第三章 XXXX學(xué)院無線校園網(wǎng)的構(gòu)建3.1廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院基本情況介紹廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院是的前身是冶金工業(yè)部于1957年創(chuàng)辦的廣東省冶金工業(yè)學(xué)校，2002年5月14日經(jīng)廣東省人民政府批準(zhǔn)，設(shè)立廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，是廣東省人民政府直屬的全日制普通高等職業(yè)院校。截至2018年6月，學(xué)院有天河和白云兩個校區(qū)，占地面積1038畝，校園規(guī)劃設(shè)計包括實驗實訓(xùn)樓、教學(xué)樓、

34、行政眾合樓、體育場、體育館及活動中心等建筑。學(xué)院目前共11教學(xué)機(jī)構(gòu)。開設(shè)35個專業(yè)，有專任教師640人，全日制在校生規(guī)模達(dá)15000人。3.2高校校園網(wǎng)及本校校園網(wǎng)現(xiàn)狀目前，我國高校都擁有了校園網(wǎng)，校園網(wǎng)已經(jīng)成為校園生活的重要組成部分，為廣大的在校學(xué)生和教職工的學(xué)習(xí)、生活和工作帶來了極大的方便，數(shù)字化校園建設(shè)同時也成為了各高校重要內(nèi)容之一。目前高校校園網(wǎng)是以有線網(wǎng)絡(luò)為主，但有線網(wǎng)絡(luò)有如下不足之處：網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃復(fù)雜；安裝和維護(hù)難度大；電纜系統(tǒng)的故障率高；網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)難以移動，由于組織結(jié)構(gòu)重組、辦公地點(diǎn)變更等原因所引起的網(wǎng)絡(luò)重建時間過長，建設(shè)費(fèi)用高；難以給公共場所提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。而無線網(wǎng)絡(luò)具有易于安裝、便

35、于維護(hù)、移動性好、成本低、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，在校園很多場合可作為有線網(wǎng)絡(luò)有效的替代或補(bǔ)充?，F(xiàn)時各高校已開始加快無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的步伐，不斷地完善有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)無縫結(jié)合的建設(shè)工作，創(chuàng)造一個高效、實用、安全的校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。學(xué)校目前已經(jīng)建立起有線網(wǎng)絡(luò)，這為下一步鋪設(shè)無線校園網(wǎng)打下了堅實的基礎(chǔ)，但是目前行政樓、實驗樓、教學(xué)樓等只有老師辦公或是上課的電腦連接有線網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生不能隨時隨地的下載網(wǎng)絡(luò)資源，多媒體課件，時間緊迫時也只能通過運(yùn)營商昂貴資費(fèi)的廣域網(wǎng)下載網(wǎng)絡(luò)資源，智能手機(jī)等終端未安裝虛擬網(wǎng)還不能進(jìn)入學(xué)校內(nèi)部校園網(wǎng)瀏覽資源，提交作業(yè)等。隨著越來越多的學(xué)生擁有個人筆記本、ipad 和智能終端，因此傳統(tǒng)

36、的有線校園網(wǎng)因為其的局限性已不能滿足廣大師生的教學(xué)需求，為了更好的解決學(xué)生在教室、實驗室等場所接入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的限制，構(gòu)建安全、便捷、快速的無線校園網(wǎng)的呼聲越來越高。3.3無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和應(yīng)用方案3.3.1 確定無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標(biāo)在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時要充分考慮各種影響因素，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)需要的性能和要求，如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的規(guī)模，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)達(dá)到的性能，網(wǎng)絡(luò)所需的帶寬，網(wǎng)絡(luò)能達(dá)到的速率，網(wǎng)絡(luò)能處理的最大流量等。無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的目標(biāo)，要充分考慮無線網(wǎng)絡(luò)的功能、性能、造價等方面。一個在整體性能、可靠性、安全性、擴(kuò)展性等方面都具有良好表現(xiàn)、具有較好的維護(hù)性、較低的構(gòu)建成本的網(wǎng)絡(luò)等都是作為選擇實施網(wǎng)絡(luò)方案關(guān)鍵決策因素。3.3.2 無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和設(shè)計原則校園無線網(wǎng)的設(shè)計原則建立在充分考慮學(xué)校使用需要的基礎(chǔ)上，力求滿足整個校園網(wǎng)的可靠性、先進(jìn)性、兼容性、實用性、統(tǒng)一性和安全性等。（1） 統(tǒng)一性：整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)管理等方面要統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施，便于網(wǎng)絡(luò)管理。（2） 實用性：遵循面向應(yīng)用，注重實效，急用先上，逐步完善的原則；充分保護(hù)已有投資，以實用性的原則要求為依據(jù)，建設(shè)具有最高性價比的無線網(wǎng)絡(luò)。（3） 可靠性：保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行，關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)有冗余。（4） 先進(jìn)性：采用當(dāng)今最先進(jìn)和成熟的技術(shù)，使新建立的系統(tǒng)能夠最大限度地適應(yīng)今后技術(shù)和業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。（5） 可管理性：能夠?qū)W(wǎng)