无线网络在高校中的应用本科.docx

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无线网络在高校中的应用本科

无线网络在高校中的应用

专业：

通信工程

学生：

XX指导老师：

XX

摘要

校园无线网络是建设信息化校园的重要环节，作为对有线局域网的补充和扩充，无线局域网能够与学校现有的骨干网络实现最大化的兼容。

它有效地扩大了校园的上网量，为通信的移动化、个性化和多媒体应用提供了可能。

无线网络构建初期应做好充分的计划和准备工作，在建设期间不同规模的高校，对无线网络的建设法案有所不同，无线网络建设的成功需要各方面人员的共同努力，尽量多的参与者共同出谋划策是十分重要的。

同时慎重考虑网络所使用的协议标准与设备，以便更好应用校园无线网络，进一步推动教育信息化发展。

关键词：

无线网络校园网IEEE802.11无线接入

TheApplicationofWirelessNetworkinCollegesandUniversities

Major：

CommunicationEngineering

Student:

XXSupervisor:

XX

Abstract

Thecampuswirelessnetworkistheconstructionofinformation-basedcampusimportantlink,asthesupplementandextensionofwiredLAN,wirelessLANandtheexistingschoolnetworkbackbonetomaximizecompatibility.IteffectivelyexpandthecampusInternet,mobilecommunications,personalizedandmultimediaapplicationspossible.Thewirelessnetworkconstructionperiodshouldbefullypreparedandplannedconstructionperiod,indifferentscaleofcollegesanduniversities,tothewirelessnetworkconstructionactdifferently,wirelessnetworkconstructionsuccessneedallthejointeffortsofpersonnel,asmanyparticipantstogiveadviceandsuggestionsareveryimportant.Atthesametime,carefullyconsiderthenetworkprotocolusedbythestandardsandequipment,inordertobetterusethecampuswirelessnetwork,tofurtherpromotethedevelopmentofeducationalinformatization.

Keywords：

WirelessNetworkCampusNetworkIEEE802.11WirelessAccess

1导论

1.1无线网络的概述

无线网络自诞生以来，已被公认为可为用户提供前所未有的灵活性、便利性及显著提高工作效率，在减少工作压力、改善生活水平乃至提高用户社会地位等方面都具有得天独厚的优势。

无线网络技术涵盖的范围很广，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术。

通常用于无线网络的设备包括便携式计算机、台式计算机、手持计算机、个人数字助理（PDA）、移动电话、笔式计算机和寻呼机。

无线技术用于多种实际用途。

例如，手机用户可以使用移动电话查看电子邮件。

使用便携式计算机的旅客可以通过安装在机场、火车站和其他公共场所的基站连接到Internet。

在家中，用户可以连接桌面设备来同步数据和发送文件。

随着Internet的蓬勃发展，信息的获得更为便利。

信息的及时交换与传递显得非常重要，很多企业相继开办了分支机构，第二厂区等多个办公，生产点。

而随着企业管理上的需求，需要将这些分散的点的计算机组成一个局域网，WLAN无线桥接就应运而生，以安全、方便、快捷、经济多项优点受到人们青睐，成为多点联网的首先方案。

1.1.1无线网络的发展

无线网络是指以无线电波作为信息传输媒介。

无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术，与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份。

有一下几代通信网：

第一代（1G）移动通信系统

20世纪70年代诞生的模拟蜂窝移动通信系统，1G系统采用模拟信号传输方式实现语音业务，使用频分多址FDMA接入技术划分信道。

第二代（2G）移动通信网

由于1G系统存在诸如频谱利用率低、语音质量差、接入容量小、保密性差和不能提供数据通信服务等先天不足，目前已被数字蜂房移动通信系统取代，形成了覆盖全球的第二代（2G）移动通信网。

目前2G移动通信系统主要有：

全球移动通信系统GSM（globalsystemformobilecommunication）和码分多址CDMA（codedivisionmultipleaccess）两大移动通信标准。

第三代蜂窝移动通信网

国际电信联盟ITU早在1985年就提出了第三代（3G）移动通信的雏形。

因此，统一标准和频段、提高频谱利用率和支持多媒体移动通信正是3G移动通信与2G的主要区别。

欧洲提出的宽带WCDMA采用频分双工FDD（frequencydivisionduplex）信道。

WCDMA的支持者主要是欧洲、日本等国家的GSM网络运营商和生产厂商，能够在现有GSM网络基础上，途径GPRS逐步过渡到3G移动通信。

无线网络的分类

无线通信网络根据应用领域可分为：

（1）无线个域网（WPAN）

（2）无线局域网（WLAN）

（3）无线城域网（WMAN）

（4）蜂房移动通信网（WWAN）

2、从无线网络的应用角度看，还可以划分出无线传感器网络、无线Mesh网络、无线穿戴网络、无线体域网等，这些网络一般是基于已有的无线网络技术，针对具体的应用而构建的无线网络。

1.1.2无线网络的特点

1、构造无处不在的计算环境，真正实现6A：

任何人（anyone）在任何时候（anytime）、任何地点（anywhere）可以采用任何方式（anymeans）与其他任何人（anyother）进行任何通信（anything）。

2、无线网络技术是实现6A梦想/移动计算/普适计算（UbiquitousComputing）的核心技术

3、体系结构复杂

4、传输速率慢

5、信号易受干扰

6、安全隐患多

7、通信成本高等固有的局限性

1.1.3无线网络的类型

众所周知无线网络有多种类型，现把现在主要为人所用的类型列下：

（1）无线广域网（WWAN）：

无限广域网技术可使用户通过远程公用网络或专用网络建立无线网络连接。

通过使用由无线服务提供商负责维护的若干天线基站或卫星系统，这些连接可以覆盖广大的地理区域，例如若干城市或者国家（地区）。

目前的WWAN技术被称为第二代（2G）系统。

2G系统主要包括移动通信全球系统（GSM）、蜂窝式数字分组数据（CDPD）和码分多址（CDMA）。

现在正努力从2G网络向第三代（3G）技术过渡。

一些2G网络限制了漫游功能并且相互不兼容；而第三代（3G）技术将执行全球标准，并提供全球漫游功能。

ITU正积极促进3G全球标准的指定。

（2）无线局域网（WLAN）：

无线局域网技术可以使用户在本地创建无线连接（例如，在公司或校园的大楼里，或在某个公共场所，如机场）。

WLAN可用于临时办公室或其他无法大范围布线的场所，或者用于增强现有的LAN，使用户可以在不同时间、在办公楼的不同地方工作。

WLAN以两种不同方式运行。

在基础结构WLAN中，无线站（具有无线电网卡或外置调制解调器的设备）连接到无线接入点，后者在无线站与现有网络中枢之间起桥梁作用。

在点对点（临时）WLAN中，有限区域（例如会议室）内的几个用户可以在不需要访问网络资源时建立临时网络，而无需使用接入点。

（3）无线个人网（WPAN）：

无线个人网技术使用户能够为个人操作空间（POS）设备（如PDA、移动电话和笔记本电脑等）创建临时无线通讯。

POS指的是以个人为中心，最大距离为10米的一个空间范围。

目前，两个主要的胛AN技术是“Bluetooth”和红外线。

“Bluetooth”是一种电缆替代技术，可以在30英尺以内使用无线电波传送数据。

Bluetooth数据可以穿过墙壁、口袋和公文包进行传输。

“Bluetooth专门利益组（SIG）”推动着“Bluetooth”技术的发展，于1999年发布了Bluetooth版本1.0规范。

作为替代方案，要近距离（一米以内）连接设备，用户还可以创建红外链接。

为了规范无线个人网技术的发展，IEEE已为无线个人网成立了802.15工作组。

该工作组正在发展基于Bluetooth版本1.0规范的WPAN标准。

该标准草案的主要目标是低复杂性、低能耗、交互性强并且能与802.11网络共存。

无线个人网和无线局域网并不一样。

无线个人网是以个人为中心来使用的无线个人区域网，它实际上就是一个低功率、小范围、低速度和低价格的电缆替代技术。

但无线局域网却是同时为许多用户服务的无线网络，它是一个大功率、中等范围、高速率的局域网。

最早使用的WPAN是1994年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是[EEE802.15.1[w-BLUE]。

蓝牙的数据率为720kb／s，通信范围在10米左右。

为了适应不同用户的需求，无线个人网还定义了另外两种低速WPAN和高速WPAN。

（4）无线城域网（WMAN）:

无线城域网技术使用户可以在城区的多个场所之间创建无线连接（例如，在一个城市或大学校园的多个办公楼之间），而不必花费高昂的费用铺设光缆、铜质电缆和租用线路。

此外，当有线网络的主要租赁线路不能使用时，WWAN还可以作备用网络使用。

WWAN使用无线电波或红外光波传送数据。

为用户提供高速Internet接入的宽带无线接入网络的需求量正日益增长。

尽管目前正在使用各种不同技术，例如多路多点分布服务（MMDS）和本地多点分布服务（LMDS），但负责制定宽带无线访问标准的IEEE 802.16工作组仍在开发规范以便实现这些技术的标准化。

无线城域网服务范围可覆盖一个城市的部分区域，通信的距离变化较大（远的可达50公里），因此接收到的信号功率和信噪比等也会有很大的差别。

这就要求有多种的调制方法。

因此工作在毫米波段的802.16必须有不同的物理层。

802.16的基站可能需要多个定向天线，各指向对应的接收点。

由于天气条件（雨、雪、雹、雾等）对毫米波的传输的影响较大，因此与室内工作的无线局域网相比较时，802.16对差错的处理也更为重要。

当然，要在高校中应用无线网络类型一般属于无线局域网。

1.1.4无线技术的特性（802.11标准）

1、可靠的通信

抗射频干扰性能。

理想的接收灵敏度，宽范围天线能提供强大的、可靠的无线传输。

2、低成本

可以避免安装线缆的高成本费用，租用线路的月租费用以及与设备需要经常移动，增加和改变相关的费用。

3、灵活性

由于没有线缆的限制，您可以随心所欲的增加工作站或重新配置工作站。

4、移动性

由于设置允许在任何时间，任何地点访问网络数据，而不是在指定的地点，所以用户可以在网络中漫游。

5、快速安装

无须施工许可证，不需要开挖沟槽，安装无线网络所需的时间只是安装有线网络的零头。

6、高吞吐量

可实现54Mbps-54Mbps或更高的数据传输速率高于T1、E1线路速率。

7、保护用户投资

可实现向未来技术的平滑升级，无须更换设备重复投资。

8、抗干扰性强

抗干扰是扩频通信主要特性之一，比如信号扩频宽度为100倍。

窄带干扰基本上不起作用。

而宽带干扰的强度降低了100倍，如要保持原干扰强度，则需加大100倍总功率，这实质上是难以实现的。

因信号接收需要扩频编码进行相关解扩处理才能得到，所以即使以同类型信号进行干扰。

在不知道信号的扩频码的情况下，由于不同扩频编码之间的不同的相关性，干扰也不起作用。

正因为扩频技术抗干扰性质，美国军方在海湾战争等处广泛采用扩频无线网桥来连接分布在不同区域的计算机网络。

9、隐蔽性好

因为信号在很宽的频带上被扩展，单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低，信号淹没在噪声之中，别人难以发现信号的存在，加之不知扩频编码，很难拾取有用信号，而极低的功率谱密度，也很少对于其他电讯设备构成干扰。

10、抗多径干扰

在无线通信中，抗多径问题一直是难以解决的问题，利用扩频编码之间的相关特性，在接收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号，也可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。

1.2无线技术和有线技术的比较

1、有线通信的开通必须架设电缆，或挖掘电缆沟或架设架空明线；而架设无线链路则无需架线挖沟，线路开通速度快，将所有成本和工程周期统筹考虑。

无线扩频的投资是相当节省的。

2、一般有线通信的质量会随着线路的扩展而急剧下降，如果中间通过电话转接局，则信号质量下降更快，到4、5公里左右已经无法传输高速率数据，或者会产生很高的误码率，速率级别明显降低，而对于无线扩频通信方式，50公里内几乎没有影响，一般可提供从64K到2M的通信速率，误码率小于10-10。

3、有线通信受地势影响，不能任意铺设；而无线通信覆盖范围大，几乎不受地理环境限制。

4、有线通信铺设时需挖沟架线，成本投入较大，且电缆数量固定，通信容量有限；而无线扩频则可以随时架设，随时增加链路，安装、扩容方便。

5、有线通信除电信部门外，其它单位的通信系统没有在城区挖沟铺设电缆的权力；而无线通信方式则可根据客户需求灵活定制专网。

6、有线链路的维护需沿线路检查，出现故障时，一般很难及时找出故障点，而无线扩频通信只需维护扩频电台，出现故障时则能快速找出原因，恢复线路正常运行。

7、建设通信线路时一般需要备份，如果主备通道皆为有线线路，往往会存在相关故障点。

若一条有线中断，另外一条很可能由于整个电缆被挖断或被破坏、配线架损坏、转接局断电等原因，同时中断。

如果有线通信线路利用无线扩频进行备份，当有线线路中断，时则可将通信链路切换到无线链路上，仍可保证通信线路的畅通。

8、无线扩频通信可以迅速（数十分钟内）组建起通信链路，实现临时、应急、抗灾通信的目的，而有线通信则需要较长的时间。

9、在安全性能方面无线扩频通信本身就起源于军事上的防窃听技术；有线链路沿线均可能遭搭线窃听。

10、与X.25和DDN相比，无线扩频网具有速率高，安装简单，运行费用低（无须租费，仅投入少量维护费用），无须申请频率资源，容易扩展、投资少等优点。

另外，如使用X..25或DDN作为网间互连的链路，在链路两端要使用路由器，多路复用器等设备，而无线扩频产品有网桥、路由器、调制解调器等多种选择节省设备和投资，因此无线扩频网比X.25和DDN在数百公里范围内联网要有明显的优势。

综上所述，无线扩频通信在可靠性、可用性和抗毁性等很多方面超出了传统的有线通信方式，尤其在一些特殊的地理环境下，更是体现出了其优越性。

当然，无论是选择有线还是无线通信手段，都应根据具体情况因地制宜，量体裁衣。

1.3网络构建需求

此次无线网络建设需求，是在学校校园原有的有线网络上，进行无线网络扩充。

要求完成全方位立体式无线覆盖，让教职工可以在这些区域随时随地、无拘束的连接到网络，教职工可以依托无线完成各项教学办公事务。

学校原本具有完善的有线网络结构，新的无线网络建设要求在网络互联、安全防御等方面与有线网络进行良好的兼容和互补，校园有线网络各部分主体结构内部不需要改变任何项目。

对于整技术上的领先，为用户提供一个灵活的移动教学和办公的“平台”,对用户和无线网络进行有效的管理，构建了一个稳定的、可拓展的无线校园网环境。

体校园无线网络的规划，应能高效、稳定、安全的总体设计目标，同时易于使用、用户界面统一、标准，表现力强；易于安装和维护，网络运行质量高；开放性好，便于移植、扩展和推广；要有较好的性能价格比，并在几年内保持良好。

规划及解决方案具体应突出体现以下方面：

1.全覆盖：

即以无线的方式覆盖整个校园的重点区域，主要包括办公楼、实训楼、物流管理楼和会计楼。

保证被覆盖需求的网络访问流畅。

提供数据接入业务，让教工体会到无线局域网给教师的教学和办公带来的好处。

2.可管理：

由于校园有线网络已经建成，统一的网络管理已经投入使用，因此对于增加的无线网络，要求融合进现有校园管理系统中，对无线网内每一位用户和每个无线接入点进行统一管理。

3.安全性：

需要充分考虑网络的安全性，原有有线网络系统已经具备多种安全防御能力，建成的无线网络首先必须融合进原有网络安全解决方案体系中，并根据无线网络的安全技术特征，补充为具有多层次的安全保护措施，以满足用户身份鉴别、访问控制、可稽核性和保密性等要求。

4.可扩充性：

在网络规模不断发展的情况下，无线网络应满足在不改变主体架构与大部分设备的前提下，平滑实现升级和扩充，降低原有网络的硬件投资，并保证扩展后的系统可用性与稳定性。

5.多种服务的支持：

基于校园级网络的未来可持续发展，无线网络规划应为未来发展校园级无线宽带应用（如，无线语音应用、无线视频会议应用、无线监控、无线多媒体通信应用等）打下基础，并提供低成本的无缝升级和先后兼容。

2.高校无线网络设计原则

对于学校整体校园无线网络的规划，应着眼于高效、稳定、安全的总体设计目标，同时易于使用、用户界面统一、标准，表现力强；易于安装、维护和管理，网络运行质量高；开放性好，便于移植、扩展和推广；要有较好的性能价格比，并在几年内保持解决方案与技术上的领先，为用户提供一个灵活的移动教学和办公的平台,对用户和无线网络进行有效的管理，构建了一个稳定的、可拓展的无线校园网环境。

2.1标准的成熟性

对于大多数高校而言，在多年的信息化建设过程中，整体网络系统之所以可以稳定工作，需与该校一直秉承标准化的建网思路息息相关。

并且因为所有网络设备遵循了标准协议，才能满足良好的互操作性和兼容协调工作。

学校无线网络的规划，同样必须遵循标准的统一性，所采用的各项技术必须与国际主流标准协议相一致，并能够保证与多个主流厂商的互操作性。

2.2解决方案技术成熟性

无线网络技术已经发展多年，期间诞生了各种各样的解决方案技术，但是对于众多高校的网络现状和规模而言，必须采用国内众多中学已经在使用的成熟解决方案技术，才能将网络使用和维护风险降到最低。

2.3完善的安全措施

对于高校的无线网络建设，目前使用对象仅要求教职工的无线接入，未来有校内小区和学生公寓的入网需求，希望能够具有极高的安全措施，保证网络的安全可靠，这意味着网管人员必须在选择组网规划时，就要仔细地考虑任何有可能造成网络安全危机的隐患。

因此，对于潍坊商业学校而言，无线网络的安全必须放在重要位置，可以从以下几个方面考虑：

1.用户接入认证的控制

完善的认证措施，保证只有合法的人员才能使用网络。

支持常用的用户名+密码的认证方式，802.1X的认证方式，基于MAC的认证方式等等。

2.基于用户的访问策略

不同的用户可能有不同的上网行为，包括HTTP、FTP、语音等，针对不同的应用，应加以配置不同的行为控制权限，既满足针对不同用户的网络互访的安全性，又可以针对特殊需求（如安全级别较高的领导等）赋予单独的隔离访问，不会受到非法用户的入侵；

3.受保护的无线数据传输

无线网络安全事件往往会发生在数据传输阶段，因此，针对建成的无线网络，必须能够同时满足合法的无线用户与无线接入点的数据传输的安全性，以及无线接入点与上行网络的数据传输的安全性；

2.4网络可扩展性

无线网络作为一项新兴网络技术，其普及速度越来越快，相应也带来了其解决方案技术的更新速度加快。

对潍坊商业学校而言，此次筹建无线网络用于部署全校园区，性价比是用户必须要考虑的方面，这其中，网络系统面向未来的可扩充性和可升级性显得非常重要。

因此，针对本次的无线网络设计原则中，要求无线网络能够实现对所有的无线接入点功能的灵活配置和管理、通信协议具备标准与兼容性。

2.5功能丰富的集中管理

由于学校无线网络的无线接入点规模非常庞大，且均分布于各个楼栋的天花板、墙壁和楼顶等位置，平时很难直接观察设备的工作状态，因此，必须采用支持命令行/WEB/SNMP等多种管理方式的解决方案产品。

2.6可冗余的高可靠性

学校本次规划的无线网络投入使用后，由于目前学校准备给老师几百台大量的笔记本电脑，可以预料到该无线网络很快就会成为该校的重要网络接入方式。

因此，该网络的稳定性与可靠性必须经受住大规模长时间使用的考验，对于网络的冗余性设计也在考虑之列。

本次规划所使用的设备，建议考虑完善的设备冗余、负载冗余与均衡能力，以提高网络的可靠性。

2.7灵活的部署方式

针对学校本次的无线网络部署，为了更好的实现任何地方的灵活部署，应当全部选用支持标准802.3af协议的PoE（以太网供电）技术，可以满足所有的无线接入点无需专门拉电源线，而是采用已经部署的以太网双绞线就可以满足长达100米的供电，从而保证无线接入点的灵活部署。

3.校园无线网的组网应用

3.1校园无线网络的应用范围

校园无线网络的应用具体表现在安装布线灵活性、区域重构快速性、服务用户移动性等方面。

将无线网络应用与校园网建设中，主要应用范围：

3.1.1难于或者无法进行综合布线的区域

在实验室、报告厅、体育馆、食堂等场所都是难于或者无法进行综合布线的，采用无线局域网，可以简化在这些区域的网络实施。

3.1.2公众区域

在图书馆、会议室这样的公众场所，由于信息端口数量有限导致现有有线网络资源紧张，给使用者带来不便，在这些地点架设。

3.1.3办公区域

在办公区域架设无线网络，提高了各职能部门的效率，满足了教职员工的在线查询需求，大大提高了各职能部门的服务质量。

例如会议、校长办公等都适合使用无线局域网。

3.1.4教学区域

在教学区域架设无线网络，为广大师生提供基于网络更有效的教学互动，同时为学生在教室内的自习提供一个方便的查阅网上相关资料的网络平台。

3.1.5教职工、学生宿舍区域

在教工宿舍和大部分校内宿舍网络布线系统适合采用无线局域网。

3.2校园无线网络的构建方法

3.2.1校园无线网络构建的两种方法

第一种：

阀值法。

通过调整AP的阀值设置，控制AP接入覆盖范围，从而在相同覆盖面积条件下，通过增加AP数量,提高系统容量。

第二种：

频率复用。

学校人群主要由管理人员、教师、科研人员和大量学生构成，以上人群工作和学习生活分布在以下区域：

图书馆、教学楼、办公楼、实验研究楼、学生宿舍、运动场以及各类休闲场地（草坪广场等）。

因此,在同一覆盖范围内的多个AP利用802111g规定的13个可用信道中相互干扰最小信道进行设计，客户端无线网卡根据各AP信号强度,选择不同信道工作，从而提高系统容量。

3.2.2校园中不同区域的覆盖

1.室内区：

室内覆盖区域的大小和建筑结构的复杂程度往往差别很大。

根据区域的大小，可确定AP的数量和位置。

AP的实际覆盖值在50-150m之间，一个AP最佳效果能支持20-30个用户，因此必须根据实际情况和要求，