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计算机科学与技术毕业论文

文件管理序列号：

[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]

计算机科学与技术毕业论文

本科毕业设计（论文）

题　　目：

　　　　　校园无线局域网规划　　　　

学生姓名：

　　　　学号：

系（部）：

数学计算机科学系专业：

计算机科学与技术

入学时间：

　　　2013　　　年　　　　6　　月

导师姓名：

　　　　职称/学位：

导师所在单位：

校园无线局域网规划

摘要

21世纪网络技术在飞快的发展，伴随着各样电子设备的创新以及用户用途的增加，传统网络技术已经渐渐的不能满足使用的需求。

一种计算机网络与无线通信技术相结合的技术靠着具有快捷高效、组网灵活等特点已经在飞速的发展起来，这就是无线网络技术。

无线网络具有许多独特的优势：

首先，最重要的是可移动性，它提供了不受线缆限制的应用，用户可以随时随地上网；其次安装容易、WLAN网桥传输系统的安装快速简单，可极大的减少铺设管道及布线等繁琐工作；三是成本低，性价比非常高特别适合于变化频繁的工作场合。

；四是上网灵活，无线技术使得WLAN设备可以灵活的进行安装并调整位置，使无线网络达到有线网络不易覆盖的区域。

现在笔记本电脑的普及以及手机等移动设备的发展，为了方便广大师生试用。

校园无线网络的建设势在必行。

校园网是一个以应用为核心的综合性信息系统，应以高效、安全、易用为原则，充分满足校园扩展需要，确保高吞吐量以及有线网络的无缝集成。

通过本论文的介绍，希望大家能对无线网络和校园网更加了解，认识到无线校园网络的重要性。

关键字：

校园无线局域网；应用；规划；WLAN

ThecampusWirelessLANPlanning

Abstract

Networktechnologyinthe21stcenturyisarapiddevelopment,alongwiththeincreaseintheuseofinnovationaswellasusersofallkindsofelectronicequipment,thetraditionalnetworktechnologieshavegraduallycannotmeetthedemand.Thecombinationoftechnologiesrelyingonacomputernetworkandwirelesscommunicationtechnologywithefficientandflexiblenetworkinghasbeenarapiddevelopment,andthisisawirelessnetworktechnology

Thewirelessnetworkhasanumberofuniqueadvantages:

Firstofall,themostimportantismobility,whichprovidesapplicationswithoutcablerestrictions,theusercanaccessanytime,anywhere;Secondlyeasytoinstall,theWLANbridgetransmissionsystemisquickandeasytoinstall,canbegreatlyreducethetediousworkoflayingpipesandwiring,etc.;Third,lowcost,andthecostisveryhighparticularlysuitedtothefrequentchangesintheworkplace.;FlexibleInternetandwirelesstechnologymakestheWLANdevicecanbeflexibletoinstallandadjustthepositionofthewirelessnetworktothewirednetworkisnoteasytocoverthearea.

Laptopnowthepopularityofmobilephonesandothermobiledevices,thetrialfortheconvenienceoftheteachersandstudents.Theconstructionofthecampuswirelessnetworkisimperative.Thecampusnetworkisacomprehensiveinformationsystemapplicationsatthecore,shouldbeefficient,safe,easy-to-useprinciple,andfullymeettheexpansionneedsofthecampus,toensurehighthroughputandseamlessintegrationofwirednetworks.Withtheintroductionofthispaper,itishopethatwecanlearnmoreaboutthewirelessnetworkandcampusnetwork,recognizingtheimportanceofthewirelesscampusnetwork.

Keyword：

ThecampusWirelessLAN；Application；Planning；WLAN

校园无线局域网规划

第一章前言

1.1背景介绍

池州学院是一所省属普通本科高等学校，坐落在安徽省池州市市区。

自2008年9月以来，学校分期分批整体置换至教育园区，新校区依山傍水，整体呈徽派建筑风格，充满着浓郁的皖南书院气息和浓厚的人文信息，尽显古典文化和现代文明相结合的山水学林风采。

学校校园面积约1928亩，规划总建筑面积54万平方米，新建约33万（含在建工程）平方米教学、行政和生活用房。

建有千兆校园网、开路与闭路播放的教育电视台及卫星远程教育系统；图书馆现有纸质图书70万册，电子图书50万册，各类期刊1600余种，拥有中国期刊全文数据库、重庆维普数据库、万方数据库、EBSCO外文电子期刊、超星电子图书和特色馆藏数据库等电子资源。

学校现设有13个教学系。

分别是中文系、经济贸易系、外语系、数学与计算机科学系政法与科学管理系、历史与社会学系、资源环境与旅游系等。

各个系均在不同的教学楼内。

方便师生学习交流。

学校现有的教学楼有博物楼、博识楼、博雅楼、博彩楼、博爱楼、博学楼、博文楼、博古楼、博弈楼等。

图1：

池州学院平面图

1.2建设校园无线局域网络的目的

校园无线局域网的建设主要为了适应现代化教学与现代化科技的发展，顺应时代。

进一步的扩展校园网的覆盖范围，实现校园内无线网络漫游，使全校师生能够随时随地方便高效地使用校园网络、促进教学和科研发展，拓展研究空间、提升校园网络环境，提高管理水平和效率，推动学校信息化建设。

池州学院主要包括两大部分，教学区与生活区，园区规划设置比较复杂，目前的基础有线网络已经建立。

新校区在设备上面比较先进。

在有线网上建设无线网会比较方便。

整个工程实施后不仅可以保证在校生任意地点上网，还可以改善校园网络运行环境，加入更多的应用功能。

（1）解决有线网络不能完金覆盖校园问题

（2）解决网络接入方式单一，网络承载压力大的问题

（3）完善教学环境及实验环境的互动性

（4）提高教学质量，丰富学生业余生活

图2：

池州学院分区

第二章无线网技术介绍

2.1无线网络、无线局域网

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[1]。

无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，简称WLAN）让相应的网络节点以无线的方式方便地互相连接。

使人们不必受到网络线缆的限制而连接网络。

无线局域网是传统电信号技术和微计算机技能共同发展出来的新型领域。

无线局域网使用了无线电波来代替传统的电缆传输网络电信号,综合了计算机以太网的高传输率和无线电通信的方便性这两方面的优点。

无线局域网有蓝牙（Bluetooth）、IEEE802.11系列、HomeRF技术等。

其中，得到广泛应用的技术是IEEE802.11系列[2]。

传输方式涉及无线网采用的传输媒体、选择的频段及调制方式。

目前无线网采用的传输媒体主要有两种，即无线电波与红外线。

在采用无线电波作为传输媒体的无线网根据调制方式不同，又可分为扩展频谱方式与窄带调制方式。

a.扩展频谱方式

扩展频谱方式是一种宽带无线通信技术，信号所占用的频带宽度远大于所传信息必需的最小宽带，频带的扩展通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现，与所传信息数据无关，在接收端用同样的码序列进行接收、解扩及恢复所传信息数据。

在扩展频谱方式中，数据基带信号的频谱被扩展至几倍至几十倍后再被移至射频发射出去。

这一作法虽然牺牲了频带带宽，却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。

b.窄带调制方式

在窄带调制方式中，数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移到射频发射出去。

与扩展频谱方式相比，窄带调制方式占用频带少，频带利用率高。

采用窄带调制方式的无线局域网一般选用专用频段，需要经过国家无线电管理部门的许可方可使用。

c.红外线方式

采用波长小于1um的红外线作为传输媒体，有较强的方向性，由于采用低于可见光的部分频谱传输，因此不受无线电限制，红外信号要求视距传输，有较高的安全性，设备简单、便宜，红外线具有很高的背景噪声，受日光，环境照明的影响较大，对非透明物体的透过性极差，要求信号源设备的发射功率要大[2]。

2.2无线局域网标准

2.2.1IEEE802.11标准一览[4]

工作频段为ISM2.4GHz，物理层为FHSS、DSSS（Barker），传输速率为：

1Mbps、2Mbps。

工作频段为ISM2.4GHz,物理层为HR/DSSS（Barker，CCK，PBCC），传输速率为1Mbps、2Mbps、5.5mbps、11Mbps。

工作频段为U-NIl5GHz，物理层为OFDM，传输速率为：

6MHz、9Mbps、12Mbps、18Mbps、24Mbps、36Mbps、48Mbps、54Mbps。

尚属工作草案，正在标准化。

工作频段ISM2.4GHz，物理层为OFDM，PBCC，最高速率54Mbps。

处理管制域更新。

定义了物理层需求和其他需求，以便使802.1lWLAN可在目前标准尚不支持的新管制域（国家）工作。

增强了802.11MAC机制，提供OoS、服务类别、增强安全性和认证机制，考虑增强DCF和PCF效率。

后来增强安全性方面的考虑移交给了802．1li任务组。

定义了AP间的协议（Inter-AccessPointProtocol，IAPP），规定了AP之间必要的交互信息，以支持802.11分布式系统功能，使不同厂家的AP互相兼容。

定义了802.1la的频谱和发射功率管理（主要用于欧洲）。

增强了安全及认证机制。

下一代无线网络标准。

研究802.1l和SI-BRAN均可接受的全球统一WLAN接口。

研究无线资源管理，增强802.1l标准的性能。

2.2.2IEEE802.11b介绍

IEEE802.11b工作在2.4GHzISM频段、物理层为改进的高速直接序列扩频HR/DSSS、传输速率可高达11Mbps的无线局域网标准。

在MAC层上，它与1997年批准的IEEE802．11标准一样，使用的是统一的IEEES02.1IMAC标准。

IEEE802．11b物理层满足以下规范：

（1）工作频段：

ISM2．400-2．4835GHz

（2）数据有效负载通信能力：

l、2、5.5、和11Mbps

（3）调制方式为：

差分二进制相移键控（DBPSK）、差分正交相移键控（DQPSK）、补码键控（CCK）和可选的分组二进制卷积码（PBCC）。

为了获得高的传输速率，IEEE802.11b协议定义了高速PLCP子层，用于HR/DSSS扩频方式，以实现2、5.5和11Mbps的传输速率。

PLCP子层将MAC层传来的数据MPDU（MACProtocolDataUnit，MAC层协议数据单元。

将MSDU按一定帧结构包装后的待发数据信息。

MSDU：

（MACServiceDataUnit，MAC层业务数据单元是最原始的待发数据信息））转换为PSDU（PLCPServiceDataUnit，PLCP子层业务数据单元。

实际是从MAC层传来的MPDU信息），然后，加上PLCP头（PLCPHeader）信息和前导码就构成了PPDU（PLCPProtocolDataUnit，PLCP子层协议数据单元）数据帧结构。

IEEE定义了两种前导码和头信息组成的PPDU帧结构：

长前导码（LongPreamble）和头信息组成的长PPDU帧以及短前导码（ShortPreamble）和头信息组成的短PPDU帧。

图3：

长PPDU格式帧结构

其中前导码由128位同步码（SYNC）和16位起始帧界定符（SFD））构成。

同步码是128位经过扰码后的“l”，它被用于唤醒接收设备，使其与接收信号同步。

起始帧界定符用于通知接收机，在SFD结束后紧接着就丌始传送与物理介质相关的一些参数。

前导码结束后，就是PLCP头信息，这些信息中包含了与数据传输相关的物理参数。

这些参数包括：

信令（SIGNAL）、业务（SERVICE）、将要传输的数据的长度（LENGTH）和16位的CRC校验码。

接收机将按照这些参数调整接收速率、选择解码方式、决定何时结束数据接收。

信令字段长8位，定义数据传输速率，它有四个值：

0Ah、14h、37h和6Eh，分别指定传输速率为1Mbps、2Mbps、5.5Mbps和11Mbps，接收机将按此调整自己的接收速率。

业务字段长度也是8位，它指定使用何种调制码（CCK还是PBCC）。

长度字段长16位，用于指示发送后面的PSDU需用多长时间（单位为微秒）。

16位CRC校验码用于检验收到的信令、业务和长度字段是否正确。

前导码和PLCP头部信息以固定的1Mbps速率发送，而PSDU数据部分则可以1Mbps、2Mbps、5．5Mbps和11Mbps速率进行传送。

图4：

短PPDU帧结构

前导码长为72位，同步码为56位经过扰码的“0”，起始帧界定符长16位，其码值是长PPDU格式SDF的时间反转码。

信令字段长8位，只有三个值：

14h、37h、6Eh，分别指定传输速率为2Mbps、5.5Mbps、1IMbps。

业务字段、长度字段和CRC校验字段与长PPDU格式定义相同。

短PPDU帧结构的前导码传输速率为1Mbps（DBPSK调制），整个PLCP头部信息的传输速率为2Mbps，PSDU数据传输速率为2Mbps、5.5Mbps、11Mbps。

2.2.3IEEE802.11a介绍

IEEE802.1la工作在5GHzU-NII频段，物理层为OFDM，传输速率高达54Mbps，它在1999年被IEEE定为正式无线局域网标准。

在MAC层上，它与IEEE802.11、IEEE802.11b一样,使用的是统一的IEEES02.11MAC标准。

IEEES0.11a的物理层采用OFDM（正交频分复用），这是一种高速扩频通信技术。

IEEES02.11a物理层满足以下规范：

（1）工作频段：

U-NII5.15-5.25GHz，5.25-5.35GHz，5.725—5.825GHz

（2）数据有效负载通信能力：

6、9、12、18、24、36、48和54Mbps

（3）强制支持速率：

6、12和24Mbps

（4）系统使用52个子载波，调制方式为：

二进制相移键控（BPSK）、正交相移键控（QPSK）、正交幅度调制（16-QAM和64-QAM）

（5）卷积码率：

1/2、2/3或3/4

IEEE802.11a的PPDU帧结构

图5：

IEEE802.1la的OFDMPPDU帧结构

一个OFDMPPDU包括OFDMPLCP前导码（Preamble）、OFDMPLCP头信息、PSDU、尾bit和填充bit。

其中PLCP头由下列字段构成：

长度字段、速率字段、一个保留bit、一个偶校验bit以及一个业务字段。

按照调制概念，长度字段、速率字段、一个保留bit、一个偶校验bit共同组成一个单独的OFDM符号，称之为信令。

这个信令OFDM符号将用BPSK方式调制并具有R=1/2的码率。

2.2.4IEEE802.11g介绍

IEEE802.11g标准定义了一个工作在ISM2.4GHz频段、数据传输率达54Mbps的OFDM物理层。

802.1lg使OFDM成为一种强制执行技术，以便在2.4GHz频段上提供802.11a的数据传输速率，同时还要求实现802.11b模式，并将CCK-OFDM和PBCC-22作为可选模式。

这种折衷反而在IEEE802.1lb和IEEES02.11a两者之间架起了一座清晰的桥梁，提供了一种开发真正下意义上的多模无线局域网产品的更简便的手段。

2.2.5802.11n介绍

802.1ln的主要机制在于通过MAC接口，支持高数据率，并提高频谱效率，为无线HDTV传输以及企业和零售业用户所处的密集无线网络环境提供超高速数掘流；运行802.11n组网协议将为WLAN提供500Mbps的速率，这一速率约比前的WLAN快10倍，而且能与现有的Wi-Fi标准广泛兼容，并支持PC、消费电子设备和移动平台等装置。

为实现上述功能，802.11n引入了两项关键技术，多输入多输出（MIMO）技术和宽信道带宽技术。

MIMO技术：

这是一种对要发送的数据建立多条“空中路径”、增加单信道数据吞吐率的无线传输技术。

使用多个发射和接收天线，每条信道能在相同的频率上传送不同的数据集，并通过提高发送信号的传输速度来提高网络容量。

802.11n标准支持2/40MHz信道带宽，从而有可能在全球范围内实现500Mbps的高速率，并增大数据传输容量。

40MHz信道由2个20MHz的相邻信道组成，利用两个信道之间未被利用的象限频段，可使每次传输能比目前54Mbps的WLAN数据率提高1倍多，约为125Mbps。

有前面的介绍可知无线网络标准有许多种，这里将比较几个常见的标准进行对比。

表1：

常见802.11标准

协议

频率

信号

最大数据传输率

传统802.11

2.4GHz

FHSS或DSSS

2Mbps

802.11a

5GHz

OFDM

54Mbps

802.11b

2.4GHz

HR-DSSS

11Mbps

802.11g

2.4GHz

OFDM

54Mbps

802.11n

2.4或5GHz

OFDM

540Mbps（理论）

通过比较分析可以看出，目前IEEE802.11b最常用，但IEEE802.11g更具下一代标准的实力，802.11n也在快速发展中。

而且各种标准都是根据不同的使用场合，不同的用户需求而制定的。

有的是为了增加带宽和传输距离，有的则是考虑移动性和经济性，局部最优不等于全局最优。

因此，更应视实际需求选择适合自己的标准。

2.3无线局域网的网络拓扑结构

一个简单的无线局域网包括无线局域网客户端和无线局域网基站。

无线局域网客户端的作用是与无线基站进行管理关联，使设备具有无线接入功能并接入到无线局域网中进行通信。

包含多种类型的设备，最常见的是具有各种接口类型的无线网卡。

无线局域网基站设备指的是处于网络拓扑中心位置的设备，通常按功能划分为无线局域网接入点、无线局域网桥、无线局域网路由器。

这些功能上的划分，有的仅仅是一种工作模式上的划分，设备硬件本身并没有区别，在同一设备上有可能实现多种功能。

a.无线网卡

又称无线适配器，无线网卡主要由网络接口卡单元，扩频通信机和天线三个功能模块组成。

每个网卡只有一个MAC地址，计算机接收信息时，扩频通信机通过天线接收并处理判断是否给网络接口卡。

b.无线AP

无线AP是无线网络中负责数据接收和转发的设备，功能相当于网络集线器和交换机，是一个桥接的无线基站，固定位置并可接有线网络。

通常将AP分为胖AP和瘦AP。

胖AP普遍应用于SOHO家庭网络或小型无线局域网，有线网络入户后，可以部署胖AP进行室内覆盖，室内无线终端可以通过胖AP访问INTERNET。

而瘦AP是指需要无线控制器进行管理、调试和控制的AP。

c.无线网桥

无线网桥是工作于数据链路层的网络互连设备，用于连接两个或多个独立的网络段。

以接收、存储、地址过滤、转发通信，分隔广播通信量，数据链路层相同协议。

点对点、点对多点、中继连接等桥接。

d.无线路由器

无线路由器是一种集无线AP与有线宽带路由器于一体的产品。

具有简单、高效、使用方便、部署简单特点，动态主机配置协议，网络地址转换，防火墙功能，即插即用等。

e.无线天线

无线天线功能是发射和接收电磁波，扩展无线局域网的覆盖范围，性能参数是传播方向，工作频段，天线接口，天线增益。

信号方向分为全向天线和定向天线。

f.交换器

交换机即交换式的集线器。

交换器的每个埠（port）都享有一个专属的频宽并具备资料交换功能，使得网路传输效能在同一时间内所能传输的资料量较大[3]。

2.3.2无线局域网络的组网方式

目前无线局域网的组网方式主要有点对点模式、多AP模式、无线网桥模式和无线中继器模式等组网方式。

a.点对点模式

点对点模式也称为AdhoC模式，该模式要求网中的任意两个无线客户端之间均可直接通信，网络中的所有无线客户端的地位平等，无需设置任何的中心控制节点。

点对点中的一个无线客户端必须能同时连接到网络中的其他无线客户端，否则就认为网络中断。

它主要用来在没有基础设施的地方快速而轻松地建无线局域网。

图6：

点对点结构拓扑图

b.多AP模式

多AP模式是指由多个AP以及连接他们的分布式系统组成的基础勾结模式网络，也称为扩展服务区。

扩展服务区中的每个AP都是一个独立的无线网络基本服务区，所有AP共享同一个扩展服务区标示符（ESSID）。

相同ESSID的无线网络间可以进行漫游，不同ESSID的无线网络形成逻辑子网。

图7：

多AP模式拓扑图

c.无线网桥模式

无线网桥模式是利用一对AP连接两个有线或者无线局域网网段[6]。

图8：

无线网桥模式的组网

第三章校园无线局域网的设计

3.1无线网络设计原则

采用成熟的技术和思想，运用先进的集成技术，以实用、开放、安全、使用方便和易于操作为原则，突出系统功能的实用性，尽快投入使用，发挥较好的效能。

本系统在软硬件设备以及整个系统设计上依照以下原则确定：

a.统一性

网络要统一规划，分步实施，便于网络管理。

b.实用性

本系统在充分满足系统应用需求的前提下，应采用先进的、成熟的、实用性强的技术和产品，不要盲目的追求设备的高档、技术的超前。

以免造成不必要的资金浪费。

c.易扩充性，灵活性

系统要易于扩展，可方便地进行设备