無線局域網(wǎng)在校園不確定環(huán)境中的應(yīng)用

1、無線局域網(wǎng)在校園不確定環(huán)境中的應(yīng)用0 引言高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)會議、數(shù)字化圖書館、網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)實驗室等應(yīng)用不斷推廣1，便攜式計算機等可移動設(shè)備的廣泛應(yīng)用，人員流動性增大，有些區(qū)域不適合大規(guī)模布線，使得有線局域網(wǎng)無法滿足在校師生無線、移動接入校園網(wǎng)，隨時隨地接入Internet 的要求。無線局域網(wǎng)技術(shù)（Wireless Local Area Network）可以有效的彌補這些不足。作為傳統(tǒng)局域網(wǎng)的補充，能覆蓋有線網(wǎng)絡(luò)難以涉及的范圍，滿足不確定環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)資源的使用和共享需求，在校園網(wǎng)中有很廣闊的應(yīng)用前景。目前，擁有無線校園網(wǎng)已經(jīng)成為高校信息化網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的標志。1 無線局域網(wǎng)概述1.1 無線網(wǎng)絡(luò)

2、和無線局域網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)通過將數(shù)據(jù)信號加載到在空氣中傳播的無線電波上實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。從無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積范圍可以分為無線個人區(qū)域網(wǎng)（WirelessPersonal Area Network ,WPAN），無線局域網(wǎng)，蜂窩式移動電話網(wǎng)絡(luò)。無線局域網(wǎng)是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以無線多址信道作為傳輸媒介，利用電磁波完成數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的功能。無線局域網(wǎng)有兩層含義，即”無線”和”局域網(wǎng)”， ”無線”指無線網(wǎng)絡(luò)，”局域網(wǎng)”是指通信范圍介于廣域網(wǎng)和個人網(wǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)。無線局域網(wǎng)具有靈活性和移動性強、網(wǎng)絡(luò)部署方便快捷、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和重新調(diào)整簡單、擴展性好、成本低的特點。1.2 無線局域網(wǎng)采

3、用的標準無線局域網(wǎng)常用的實現(xiàn)技術(shù)有紅外數(shù)據(jù)協(xié)會推出的IrDA,家用射頻工作組提出的HomeRF、Bluetooth、美國的802.11 協(xié)議和歐洲的HiperLAN2 協(xié)議。在亞洲和美洲主要是利用IEEE802.11 系列的產(chǎn)品來構(gòu)建無線局域網(wǎng)絡(luò)。20 世紀70 年代人們開始無線網(wǎng)的研究。1997 年，IEEE 通過了802.11 標準，該標準中規(guī)定了傳輸速度最高達2Mbit/s。1999 年，IEEE802.11b的11 Mbit/s 標準通過?！癰”標準成本低廉，性能可靠，應(yīng)用廣泛。IEEE802.11a 擴充了標準的物理層頻帶為5GHz，傳輸速率達到54Mbit/s。2001年，IEEE

4、802.11 小組通過了新的WLAN 標準IEEE802.11g，在2.4GHz頻帶上可以實現(xiàn)54 Mbit/s 的數(shù)據(jù)傳送。IEEE802.11g 的推出對WLAN 的發(fā)展起到很大的推動作用，目前應(yīng)用的標準主要為IEEE802.11b、IEEE802.11a、IEEE802.11g2，相關(guān)性能比較。IEEE802.11i 標準在2004 年六月正式被IEEE 批準，并成為無線局域網(wǎng)規(guī)范即IEEE802.11 的一部分。IEEE 802.11i 標準中主要包含加密技術(shù)：TKIP(Temporal KeyIntegrityProtocol)和AES（Advanced Encryption Sta

5、ndard），以及認證協(xié)議IEEE802.1x。1.3 無線局域網(wǎng)的組網(wǎng)設(shè)備組建無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的主要設(shè)備有無線網(wǎng)卡、無線AP、無線路由器、無線天線3。 無線網(wǎng)卡（Network Interface Card ，NIC）無線網(wǎng)卡的功能類似有線網(wǎng)卡，無線終端用無線網(wǎng)卡經(jīng)由無線AP再進入以太網(wǎng)或者無線路由器，從而實現(xiàn)文件或信息數(shù)據(jù)的傳遞。無線網(wǎng)卡種類主要分為筆記本電腦內(nèi)置的PCMCIA 無線網(wǎng)卡，用于臺式機的PCI 無線網(wǎng)卡，和兩者均適用的USB 網(wǎng)卡。 無線 AP（AccessPoint，又稱無線接入點）無線接入點完成無線局域網(wǎng)和有線局域網(wǎng)之間的橋接，在兩者之間接收數(shù)據(jù)、緩沖存儲和傳輸數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)無線

6、與有線網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)鍵部件。接入點通常通過標準以太網(wǎng)線連接到有線網(wǎng)絡(luò)上，并通過天線和無線設(shè)備進行通信，在有多個接入點時，用戶可以在接入點之間漫游切換。接入點的有效范圍是20500m，根據(jù)技術(shù)配置和使用情況，一般接入點可以支持15250 個用戶，考慮到帶寬一般2530 個用戶為宜。 無線路由器：路由器工作在OSI 協(xié)議的第三層網(wǎng)絡(luò)層，用于網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)。完成網(wǎng)絡(luò)層的中級任務(wù)，為收到的報文尋找正確的路徑和把報文轉(zhuǎn)發(fā)出去。無線路由器提供連接網(wǎng)際或網(wǎng)路內(nèi)的ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）、專用電話線及幀中繼?？梢杂蓡我恢行闹С謹?shù)百個遠端無線網(wǎng)絡(luò)接入。 無線天線：無線局域網(wǎng)中的無線天線根據(jù)安裝的位置可以分為內(nèi)置

7、天線和外置天線。內(nèi)置天線的體積小一般用于無線終端設(shè)備的無線網(wǎng)卡上，內(nèi)置于設(shè)備中，天線增益很低，作用范圍較小，從幾米到上百米。外置天線的體積較大，一般用于無線AP 或無線路由器上，天線增益較大，作用范圍較大，從幾百米到幾十千米。無線局域網(wǎng)中的天線根據(jù)其覆蓋功率范圍功能分為全向天線和定向天線。全向天線是以天線為中心點實現(xiàn)一定覆蓋范圍為半徑的一個球形覆蓋區(qū)域。定向天線是為了某種目的要求實現(xiàn)在某一個方向一定距離范圍內(nèi)的覆蓋。2 無線局域網(wǎng)分析與設(shè)計現(xiàn)有校園網(wǎng)已經(jīng)基本能夠滿足教師學(xué)生在固定場所如宿舍，辦公室接入網(wǎng)絡(luò)的需求，但是傳統(tǒng)的校園網(wǎng)由于布線費用等因素并沒有覆蓋校園內(nèi)的所有區(qū)域，而在校老師和學(xué)生經(jīng)常

8、需要在一些不確定環(huán)境中使用網(wǎng)絡(luò)，而當前的有線校園網(wǎng)并不能完全滿足這種需求。2.1 校園網(wǎng)中的不確定環(huán)境校園網(wǎng)中的不確定環(huán)境主要包括在室外場所如操場、草場、校園廣場，室內(nèi)場所主要包括流動性強的場所如教學(xué)樓、會議室、自習(xí)室。大學(xué)生活的豐富多彩使得大學(xué)生組織室外活動的頻率很大，如新生入學(xué)，體育運動會，室外聯(lián)歡會，而活動中經(jīng)常需要使用網(wǎng)絡(luò)資源，查詢網(wǎng)絡(luò)信息，有線網(wǎng)絡(luò)不能覆蓋校園中的所有區(qū)域，室外場所和環(huán)境以及時間的不確定性，對于網(wǎng)絡(luò)接入的需求只有無線局域網(wǎng)技術(shù)能夠有效的解決。此外，校際間學(xué)術(shù)會議、科研交流、學(xué)習(xí)講座等大型會議每年近百次，這種臨時性、不確定性的網(wǎng)絡(luò)需求可由無線局域網(wǎng)很好的解決。數(shù)字化圖書

9、館資源十分豐富，有線網(wǎng)絡(luò)的連接和通信量都有一定的限制，使得師生、學(xué)者并未能高效的利用，無線局域網(wǎng)組網(wǎng)方便快捷，成本低，可以移動接入也能發(fā)揮其獨有的優(yōu)勢。2.2 無線局域網(wǎng)的需求分析目前全國高等院校紛紛組建校園網(wǎng)，校園數(shù)字化建設(shè)的普及，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已經(jīng)十分頻繁和普遍，已有的有線網(wǎng)絡(luò)提供的在固定場所固定接口接入網(wǎng)絡(luò)的方式已經(jīng)不能滿足移動用戶在校園不確定環(huán)境中對網(wǎng)絡(luò)資源共享的需求。而這種在校園不確定環(huán)境中的需求更加巨大，無線局域網(wǎng)技術(shù)可以有效的提供。2.3 設(shè)計原則權(quán)衡實際環(huán)境和用戶需求、場所空間、帶寬應(yīng)用、組網(wǎng)類型確定AP 接入點的類型、位置和數(shù)量。室內(nèi)設(shè)計主要考慮使AP 間的放置，保證覆蓋區(qū)域無間隙

10、，覆蓋區(qū)域的間隙會導(dǎo)致在這些區(qū)域內(nèi)無法聯(lián)通、通信，盡量使重置區(qū)域最小，相鄰AP 工作在相鄰或不同頻道。室外設(shè)計考慮使每個AP覆蓋面積更廣闊，可增加天線或功率放大器，保證信號強度和覆蓋范圍。設(shè)備選型購置兼容標準系列產(chǎn)品，在質(zhì)量、成本、安全性上綜合考慮，一般采用IEEE802.11 系列的產(chǎn)品。2.4 無線局域網(wǎng)的組網(wǎng)模式無線局域網(wǎng)組網(wǎng)分兩種拓撲結(jié)構(gòu)：一種是無中心的對等網(wǎng)絡(luò)即Ad-hoc 模式，該模式包含多個無線終端，均配置有無線網(wǎng)卡，但不連接到接入點和有線網(wǎng)絡(luò)，而通過無線網(wǎng)卡進行相互通信，實現(xiàn)文件傳輸、信息數(shù)據(jù)共享，在臨時會議、流動性活動中應(yīng)用較多。另一種是有中心的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)即基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式（Infrastructure）。包含一個接入點和多個無線終端，接入點通過連接有線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)無線終端與有線網(wǎng)絡(luò)之間的通信，通