基于MESH技术的校园无线网络设计方案.docx

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基于MESH技术的校园无线网络设计方案

基于MESH技术的校园无线网络设计方案

摘要：

近年来无线网络发展迅猛，但现有技术带宽容量低、WLAN接入点（AP）的覆盖范围有限等缺点阻碍了人们对无线网络的需求扩展。

作为“最后一公里”宽带无线接入非常重要的技术之一，无线Mesh网络（WMN）作为一种新型大容量、高速率的分布式无线宽带网络，它拥有可改善无线网络的性能，提高网络的覆盖范围以及易于管理等特点。

本文在分析对比传统无线网络技术和MESH网络技术后，针对现有校园网络提出了一个基于MESH技术并结合了校园有线骨干网络优化措施的设计方案，并针对本网络设计提出了相关的管理、安全及计费方案。

在方案的基础上做出了简易的测试。

关键字：

IEEE；无线Mesh网络；校园网；安全管理

TheDesignPlanforCollegeNetworkBasedonTheTechnologyofWirelessMeshNetwork

Abstract:

Inrecentyears,thetechnologyofwirelessnetworkdevelopedrapidly,buttraditionaltechnologyofwirelessnetworkhasitsdisadvantages,suchasthecoverageofaccesspointislimited,whichincreasethecostfortheconstructionofwirelessnetworkandlimitedthedevelopmentofthetechnology.wirelessmeshnetworks（WMNs）areconsideredapromisingsolutiontolastmilebroadbandaccessthankstoitslowupfrontcost,easynetworkmaintenance,robustness,andreliableservicecoverage.

Thethesisdrewupanactionplantodesignacollegenetworkwhichcombinedwiththetechnologyofwirelessmeshnetworkandsomeoptimizingmeasuresforthebackboneareaofthenetworkaftercontrastedthetraditionaltechnologyofwirelessnetworkandtechnologyofwirelessmeshnetwork,anddrewupsomemeasuresforthesafetymanagementandcharging.Atlast,somesimpletestsweredonebasdonthepaln.

Keywords:

IEEE，WirelessMeshNetwork，Collegenetwork，SafetyManagement

第1章绪论

1.1课题研究背景

当今社会信息技术尤其是网络通信技术发展迅猛，相比于传统的有线互联网环境，基于无线网络环境的应用给予了教师和学生一种新的工作和学习方式。

而如何有效的结合有线网络和无线网络以满足学生和老师日益增长的在学习、娱乐和工作上对于网络的需要和依赖，组建基于数字化、交互式的无线网络教学平台已经成为我们必须面对和解决的问题。

因为一个优秀的无线网络教学平台不仅能够有效促进信息的获取、提升教学质量以及吸引优秀生源还能对学校的教学模式、教学理念及教学管理产生深远的影响。

随着国力提升，在综合大学的教学科研水平不断提高，学术交流活动、学生社团活动的日益增多的背景下，在体育场、综合教学楼、学生教师公寓、图书馆、自习室、行政楼、公共绿地甚至食堂等公共开放性场所提供网络接入环境的需求也越来越强烈，而随着移动终端设备诸如智能手机、平板电脑、笔记本电脑逐渐普及，传统的布线建设受环境影响，周期长、费用高、施工难度大等诸多问题在的在特定的场所也显得更加突出。

改进校园网现有的管理模式已经迫在眉睫，必须提供一个新的环境来满足用户的需求。

为此，众多学校启动了无线校园网计划，旨在建成高速度、广覆盖、易管理和安全可靠的校园无线网络，满足校园网可持续发展的要求，进一步提升学校的综合实力，为师生带来前所未有的无线体验。

1.2课题研究目的和意义

我校建校10年以来，校园网的组建已趋于稳定而高效，成为校园生活不可缺少的一部分，是教师和学生获取资源和信息的主要途径之一，它把学校中的学生、院系和社交、学术、业务活动的行政人员紧密地联系在一起。

然而经过行业多年技术的改进和提升，学校目前稳定的有线网络也逐渐显示其扩展性等方面的不足，例如维护复杂，很多教学楼、图书馆网络端口数量有限，寝室内区域学生宿舍一般只留有2个的固定有线端口，不能满足日益增长上网的需求从而出现了一个寝室要买1-2个集线器的情况；有些建筑物具有一定的历史意义，不适合钻孔布线；西科大主校区分东西新老校区，若铺设线路成本费用较大等。

传统校园网还存在着诸多“网络盲点”，比如在图书馆自习室、演播厅、体育场等许多不宜网络布线的场馆设施如何联网以及如何突破网络节点限制等。

这些情况成为了和师生日益对校园网依赖性增长、对随时随地与互联网相连的这样的新需求的矛盾体现。

为了实现使用户能够在任何时间、任何地点均能实现数据通信的目标，要求传统的计算机网络由有线向无线、由固定向移动、由单一业务向多媒体发展，由此无线网络技术得到了快速的发展。

无线网络以其易接入、易部署和高宽带的优势，可以突破有线网络节点限制，大大地增加了校园网络信息点，为师生提供多样的信息获取途径，提升学校的信息化水平，为教育信息化平台提供了新的平台。

1.3无线网络发展及现状

2004年1月，IEEE802.11WorkingGroup正式专门成立了MESH研究组（MeshStudyGroup），同年3月又成立了MESH任务组（MeshTaskGroup），由此WMN技术迈上了广泛标准化道路。

另外，其他标准如802.15.3a、802.15.4和专用短程通信（DSRC）也开始探索如何通过网格嵌入式设备来改进其现有技术，IEEE802.16已经将网格技术纳入其MAC层协议标准中。

[5]

1.3.1无线网络应用及研究

近10来，包括移动AdHoc网络和WMN在内的许多研究，已经取得了众多成果，主要有以下方面：

1）路由协议的研究，协议的核心是适应网络无中心控制和网络时变的特征；

2）媒体接入控制（MAC）协议的研究，主要是解决隐藏终端和提高接入能力等问题，如MACA协议、控制信道和数据信道分裂的双信道方案和基于定向天线的MAC协议等；

3）在网络连接性方面的研究，主要的背景是无线传感器网络，探讨问题的核心是节点密度与分布问题；

4）在多播/组播协议、TCP协议、地址和带宽等网络资源分配、功率（节能）控制、安全性问题、分布式算法、QoS等方面有一些研究成果，但各部分的数量相对较少；

5）一些针对WMN的协议和系统仿真与实验研究有了一些新的结果。

在短距离AdHoc网络的构建上，最近一些学者正在研究蓝牙散射网等关键技术。

[7]　　

1.3.2无线网络专利技术

与WMN相关的专利技术目前主要掌握在一些美国公司及研究机构手中，例如MeshNetworks公司2002年6月获得专利“为端到端和端到基础设施的通信网络提供无线业务消息存储转发的系统和方法”。

该专利提出了一种实现不在彼此传输范围内的移动节点和无线基础设施部件间进行无线通信的系统和方法，基本思想是利用了中间移动节点所具有的存储转发信息的能力。

2004年4月，该公司获得专利“无线端到端AdHoc网络路由中对IP地址到MAC地址映射及所存在网关的自动配置和发现的系统和方法”。

该专利的主要思想是采用一个Hash函数将IP地址变换为一个6字节的MAC地址，并附加在路由广播中主动传输给其他节点。

此外，摩托罗拉公司在2003年10月获得专利“在AdHoc网格网络中提高服务效率的方法和设备”，其中涉及在WMN中增强业务有效性的通信系统与设备。

另外在2002年3月Caly公司获得专利“网格无线网络中包数据通信协议”，其中主要涉及网格无线网络节点之间包数据的通信方法。

1.3.3无线网络应用系统集成

近年来，由于无线通信需求的推动以及相关电子技术领域的快速发展，无线通信技术也经历了一个快速发展的阶段，WLAN技术等多种无线网络技术均取得了令人瞩目的成就。

行业界认为未来的4G系统网络是各种不同网络拓扑结构的集成，其中包括未来的蜂窝移动通信网络、卫星网络、公共电话交换网络、WLAN网络等，这些网络均集成到因特网骨干网或通过WMN集成到因特网中，有此WMN可看作“因特网的无线版”，该技术将是未来无线通信领域重大技术革新。

1.4本论文研究内容

本文依据当今无线网络现状以及西南科技大学的实际情况，在重点研究无线MESH技术的前提下，提出一种综合现有无线网络技术、无线MESH网络技术和有线骨干网络体系结构的校园无线MESH网络，提出规划方案以及管理方案。

第2章无线MESH网络技术

随着人们对网络通信需求的不断提高，人们希望不论何时、何地、与何人都能够进行快速、准确的通信，为了提高工作效率，并且克服现有通信系统的缺点，达到通信的“无所不在”，最近，业界提出了一种新型的宽带无线网络结构无线MESH网络（WirelessMeshNetwork）。

WMN是移动AdHoc网络的一种特殊形态，早期研究源于移动AdHoc网络的研究与开发。

它是一种高容量高速率的分布式网络，被认作为一种可以解决“最后一公里”瓶颈问题的新型网络结构。

WMN被写入了IEEE相关的诸多标准中。

WMN技术作为一项能够实现灵活组网的技术以及它本身的诸多优势必将给无线宽带领域带来重大变。

2.1传统无线网络技术

目前，在传统无线网络标准和规范方面,主要有IEEE802.11协议家族、HomeRF、HyperLAN2以及蓝牙技术等，它们各有特点，其应用领域也不尽相同。

2.1.1802.11协议家族

作为无线局域网协议族中最成熟的IEEE802．1lb主要是工作在2．4GHz频段，频段范围为2．4—2．483GHz，物理层的调制方式为CCK（补码键控）的DSSS。

80211b规定的是动态速率，允许数据速率根据噪音状况进行自动调整。

这就意味着802．1lb设备在噪声的条件下将以比正常速率11Mbps更低的速率，如1Mbps、2Mbps、5．5Mbps等多种速率进行传输。

多速率机制的MAC（介质接人控制）确保当工作站之间距离过长、干扰太大或信噪比低于某个门限时，传输速率能够从11Mbps自动降到5．5Mbps，或者根据直接序列扩频技术调整到2Mbps和1Mbps。

IEEE802．1la扩充了标准的物理层，规定该层使用5GHz的频带，频段范围为：

5．15—5．25、5．25—5．35及5．725—5．825GHz，采用OFDM（正交频分复用）来传输数据，其物理层的吞吐量分别为6、12、18、24、36、48、54Mbps。

高端的5．8GHz频段，由于输出功率高，适于建筑物之间或室外环境的无线应用；低端的5．2GHz和中部的5．3GHz频段特别适合于建筑物内的产品，对于5．2GHz的设备必须使用集成天线。

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另外IEEE在2002年初新推出的试验型802．1lg技术，采用的调制方式有两种，包括IEEE802．1la中采用的OFDM（正