连云港职业技术学校无线组网设计教学子网A.docx
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连云港职业技术学校无线组网设计教学子网A
淮海工学院
课程设计报告书
课程名称：
通信工程专业综合课程设计
题目：
连云港职业技术学院无线校园网
组网工程设计
系（院）：
电子工程学院
学期：
2014-2015-1
专业班级：
通信工程112
姓名：
学号：
评语：
成绩：
签名：
日期：
连云港职业技术学院教学子网A无线校园网组网工程设计
1课程设计的目的和任务
本次课程设计是根据“通信工程专业培养计划”要求而设定。
综合课程设计是通信工程专业的学生在学完所有专业课后进行的综合性课程设计。
其目的在于使学生在课程设计过程中能够理论联系实际，在实践中充分利用所学理论知识分析和研究设计过程中出现的各类技术问题，为以后走向工作岗位进行设计打下坚实的基础。
课程设计的任务包括让同学掌握一般通信系统方案设计的过程、步骤、要求、工作内容及设计方法；训练学生组网工程项目管理、需求分析、网络方案设计、系统合成、综合布线能力等；训练学生综合运用专业知识的能力，提高学生进行通信网络工程设计、工程实施的能力。
2项目实际环境
设计项目被分成各个子网区域，6名小组成员分别负责各自区域，我主要负责教学子网A，即致远楼和实验楼。
致远楼分由四个楼组成，形成一个回字状，其中A区一二层主要是多媒体教室，其中大教室14间，可容2100人，中教室7间，可容560人，共可容2660人，三四五层主要是各个学院的办公室研究室和会议室，按面积覆盖；B区、C区都是学校的主要授课区域，其中，B区大教室13间，可容1422人，中教室67间，可容4288人，教室办公室2间，可容24人，共可容5734人；C区大教室12间，可容1296人，中教室14间，可容896人，共可容2192人；D区主要是报告厅，共三层，结构类似，大教室12间，可容1440人，超大教室6间，可容1500人，共可容2940人。
实验楼有5层，主要为实验室和办公室，超大教室15间，可容2400人，大教室70间，可容7000人，小教室20间，可容1000人，办公室10间，可容40人，共可容10400人。
图2.1是致远楼和实验楼环境图。
图2.1实验楼和致远楼环境图
3需求分析
随着无线技术的发展，原来的一个信息点扩展成了一个信息区域。
无线网络具有自由移动漫游工作、使用方便、组网灵活、不用布线、施工量少、维护方便，成本低的特性。
这样，师生们就可以在学校的任何地点轻松上网。
目前的传统有线网络的局限性愈发暴露：
学校经费紧张导致布置网线的教室数量有限，即网络信息点无法满足需求；地点的局限性，使得师生无法随心所欲上网；有些建筑物不适合钻孔布线；室内网线凌乱影响美观等。
那么，如何解决这些传统有线校园网的“网络盲点”问题已是十分必要了。
无线组网技术作为功能强大、应用最成熟、普及范围最广的无线网络技术，以及其距离远、高适应性、灵活性、移动性、安全性和经济性好等诸多优势，能够为学院的广大师生提供便捷、稳定、安全且高性能的无线接入网络，更好地满足师生用户移动上网、集中上网、随时随地网络通信等学校和生活中的网络通信需求。
同时还可以满足校方信息化教学、移动教学、移动办公等需求。
4市场调研
根据我们小组本次对连云港职业技术学校进行无线WLAN组网的设计需求，我们需要的设备主要有无线AP、层交换机、楼交换机、区交换机、接入控制器AC、核心交换机、服务器、防火墙、光纤、双绞线、光电转换器等。
我们通过翻阅大量相关书籍和浏览相关网站，基本掌握无线局域网的基础知识，和了解建设无线局域网的所需的相应设备。
通过充分调研和市场调查，我们充分了解了市场的无线局域网主流产品的性能、价格、参数。
根据本部校区的实际情况，我们选择了性价比高的产品，以下是本组研究得出的市场上的无线局域网主流产品的性能，价格，参数分析，详细参数见下面各表。
无线AP参数表如表4-1所示。
表4-1无线AP参数表
产品型号
最大功率
天线增益
端口
适用环境
报价（元）
TP-LINKTL-AP302C-PoE
100mW
2dBi
1个10M/100MRJ45LAN口
室内
435
海联达Ai-AP100
100mW
2dBi
1个10/100MbpsRJ45LAN口
室内
214
T-LINKTL-WA7210N
500mW
12dBi
1个接地孔位
1个10/100MRJ45LAN口
1个RP-SMA外置天线接口
室外
680
TP-LINKTL-AP300P
500mW
9dBi
2个10/100M屏蔽RJ45LAN口
室外
750
层交换机设备参数表如表4-2所示。
表4-2层交换机设备参数表
产品型号
产品类型
接口数
背板带宽
端口描述
报价（元）
H3CS1024
快速以太网交换机
24个
4.8Gbps
24个10/100M自适应以太端口，接口介质：
10/100Base-TX：
3/4/5类双绞线
500
华为S1700-24-AC
绿色节能以太接入交换机
24个
4.8Gbps
24个10/100M自适应以太端口，接口介质：
10/100Base-TX，3/4/5类双绞线
528
楼交换机设备参数表如表4-3所示。
表4-3楼交换机设备参数表
产品型号
产品类型
接口数
背板带宽
报价（元）
华为QuidwayS2326TP-SI
运营级交换机
24
32Gbps
1400
H3CS5024P-EI
千兆以太网交换机
24
48Gbps
2499
华为S2700
智能交换机
24
32Gbps
1398
H3CS3100V2
快速以太网交换机
24
32Gbps
2139
区交换机设备参数表如表4-4所示。
表4-4区交换机设备参数表
产品型号
产品类型
接口数
背板带宽
端口描述
报价（元）
华为QuidwayS3328TP-EI（AC）
运营级接入交换机
28个
64Gbps
24个10/100Base-TX端口，2个100/1000Base-XSFP端口，2个千兆Combo口
4300
H3CS2626
运营级接入交换机
28个
32Gbp
24个10/100Base-TX以太网端口，2个10/100/1000Base-T以太网端口，2个复用的100/1000Base-XSFP端口
1599
接入控制器AC设备参数如表4-5所示。
表4-5接入控制器AC设备参数表
型号
交换机类型
背板带宽
端口数
端口描述
报价（元）
华为QuidwayS5328C-EI-24S
运营级接入交换机
256Gbps
24个
24个100/1000Base-X端，4个10/100/1000Base-TCombo口
10000
华为QuidwayS5328C-SI
运营级接入交换机
128Gbps
24个
24个10/100/1000Base-T端口，4个1000Base-XSFP端口
7900
光纤参数表如表4-6所示。
表4-6光纤设备参数表
型号
性能
价格（元）
立孚8芯多模室外铠装光缆
多模光纤；波长：
1300nm，850nm；纤芯数量：
8；损耗：
850/3.5dB/km、1300/1.0dB/km
5/m
大唐电信12根钢丝铠装6芯多模室外直埋光缆
多模光纤；波长：
1300nm，850nm；纤芯数量：
6；损耗：
850/3.5dB/km、1300/1.0dB/km
10/m
大唐保镖室外直埋铠装单模8芯光缆
单模光纤，1300nm，1550nm；纤芯数量：
8；损耗：
850/3.7dB/km、1300/1.2dB/km
6/m
立孚6芯单模室外铠装光缆
单模光纤，1300nm，850nm；纤芯数量：
6；损耗：
850/3.5dB/km、1300/1.0dB/km
10/m
双绞线参数表如表4-7所示。
表4-7双绞线参数表
型号
参数
价格（元）
AMP工程超五类非屏蔽双绞线
产品类型：
超五类双绞线，产品适用：
100Base-T，最大单段长度：
100米，传输速率：
100Mbps，包装长度：
305米/捆
590
康普超五类四对网线
超五类双绞线，1000Base-TX，最大单段长度：
100米，传输速率：
1000Mbps，包装长度：
305米/捆
530
光电转换器参数表如表4-8所示。
表4-8光电转换器参数表
型号
模数
接口类型
传输数率（Mbps）
最大数据传输距离
价格（元）
D-LinkDGE-872
单模
10/100/1000Base-TX/SC
1000
20Km
550
D-Link
DGE-871
多模
10/100/1000Base-TX/SC
1000
550m
450
水晶头参数表如表4-9所示。
表4-9水晶头参数表
型号
类型
报价（元）
TCLRJ45
超5类RJ45网络
100/盒
安普4-554720-3
超5类RJ45网络
400/盒
HHT-6LB
6类RJ45网络
400/盒
根据连云港职业学校各区域子网的实际情况、各设备价格以及设备间兼容性，本小组选择的各产品设备如下：
室内无线AP：
TP-LINKTL-AP302C-PoE和；室外无线AP：
TP-LINKTL-WA7210N；层交换机：
华为S1700-24-AC；楼交换机：
华为S2700；区交换机：
华为QuidwayS3328TP-EI；AC（接入控制器）：
华为S5328C-SI；光纤：
立孚8芯多模室外铠装光缆；双绞线：
AMP工程超五类非屏蔽双绞线；光电转换器：
D-LinkDGE-872（最大传输距离20km）和D-LinkDGE-871（最大传输距离550m）；水晶头：
安普4-554720-3。
5总体方案设计
对于局部无线网络，主要采用的是以AP或者无线交换机等为中心结点的星型结构，其目的是为了满足多用户的需求。
而如果建设全局无线校园网，可将网络划分为核心层、汇聚层、接入层进行设计，在整体上一般采用以树型和星型混合的拓扑结构。
在主要通信接点上采用树型拓扑是为了组网便捷、管理方便，出现故障时可迅速排查，同时在主干通信链路上还要考虑冗余链路设计，不仅可以达到负载均衡的目的，还可保证网络的可用性。
5.1接入层设计
接入层通常指网络中直接面向用户连接或访问的部分，是由无线网卡、AP和LANSwitch组成，按照宽带网络的定义，接入层的主要功能是完成用户流量的接入和隔离。
对于无线局域网WLAN用户，用户终端通过无线网卡和无线接入点AP完成用户接入。
在一个网络中，它通常由无线AP、交换机及集线器构成。
它的目的是允许终端用户连接到网络，因此接入层交换机具有低成本和高端口密度特性。
接入交换机是最常见的交换机，它直接与外网联系，使用最广泛，尤其是在一般办公室、小型机房和业务受理较为集中的业务部门、多媒体制作中心、网站管理中心等部门。
在传输速度上，现代接入交换机大都提供多个具有10/100/1000Mbps自适应能力的端口。
AP相当于基站，一个AP能够在几十至上百米的范围内连接多个无线用户，AP的主要作用是将无线网络接入以太网，其次要将各无线网络客户端连接到一起，相当于以太网的集线器，使装有无线网卡的PC可以通过AP共享有线局域网络甚至广域网络的资源，AP工作于2.4GHz频段。
图5.1为接入层网络拓扑图。
图5.1接入层网络拓扑图
5.2汇聚层设计
汇聚层是楼群或小区的信息汇聚点,是连接接入层和核心层的网络设备,为接入层提供数据的汇聚、传输、管理、分发处理。
汇聚层为接入层提供基于策略的连接,如地址合并,协议过滤,路由服务,认证管理等.通过网段划分（如VLAN）与网络隔离可以防止某些网段的问题蔓延和影响到核心层.汇聚层同时也可以提供接入层虚拟网之间的互连,控制和限制接入层对核心层的访问,保证核心层的安全和稳定。
图5.2为汇聚层网络拓扑图。
图5.2汇聚层网络拓扑图
无线组网汇聚层设备主要完成无线用户业务的分布、汇聚，提供用户管理、业务控制，网络安全及认证计费等功能，AC就处在此关键位置。
在汇聚层设计时，针对网络稳定性、宽带具体要求具体设计，主要可以采用冗余连接和简单连接两种方式。
网络中，计算机数量的多寡分别选用前者或后者。
在结构上，汇聚层可以分为环形和星型拓扑结构，其中环形拓扑结构主要用于覆盖范围较广的校园网，汇聚多个节点；而星型拓扑结构则反之，用于规模较小的校园网，正因为如此，星型拓扑结构较之环形拓扑结构在管理和维护上更为简单，从而成为最为常见的汇聚层拓扑结构。
5.3核心层设计
核心层完成骨干流量的交换，要求可靠性高、吞吐量大，路由转发能力强大，一般采用大容量三层交换机或者GSR。
核心层的功能主要是实现骨干网络之间的优化传输,骨干层设计任务的重点通常是冗余能力、可靠性和高速的传输。
网络的控制功能最好尽量少在骨干层上实施。
核心层一直被认为是所有流量的最终承受者和汇聚者，所以对核心层的设计以及网络设备的要求十分严格，由于核心层设备将占投资的主要部分，所以设计核心层时需要考虑冗余设计。
本设计所设计的无线组网汇聚层直接接入学校的核心层，最终接入城域网中。
图5.3为核心层网络拓扑图。
图5.3核心层网络拓扑图
5.4无线接入点（AP）
AP相当于基站，一个AP能够在几十至上百米的范围内连接多个无线用户，AP的主要作用是将无线网络接入以太网，其次要将各无线网络客户端连接到一起，相当于以太网的集线器，使装有无线网卡的PC可以通过AP共享有线局域网络甚至广域网络的资源，AP工作于2.4G频段。
使用室内直放AP布点覆盖，需考虑及遵循以下几个问题和原则：
（1）需要有入户线缆资源（双绞线）。
（2）如果在一个教室里只安装一个AP，则尽量把AP安放在教室的中央位置，而且好是放置于教室天花板上；如果同一空间安装两个AP，则可以放在两个对角上。
（3）保持信号穿过墙壁和天花板的数量最小。
2.4GHz信号能够穿透墙壁和天花板，然而，每一面墙壁和天花板都将使AP信号的覆盖范围减少1到30米。
应放置AP与计算机于合适的位置，使墙壁和天花板阻碍信号的路径最短，损耗最小。
（4）考虑AP和覆盖区域之间直线连接。
注意AP的放置位置，要尽量使信号能垂直的穿过（90度角）墙壁或天花板。
（5）不同的建筑材料产生不同的传输效果。
由金属的框架或门构成的建筑物会使WLAN无线信号的传输距离变小。
放置AP的位置应使信号通过干燥的墙壁或敞开的门，避免放置在使信号必须通过金属材料的位置。
（6）AP天线方向可调，安装AP的位置应确保天线主波束方向正对覆盖目标区域，保证良好的覆盖效果。
（7）AP安装位置需远离电子设备（起码l到2米），例如微波炉、监视器、电视等。
无线接入点AP的频率配置要遵循的原则：
（1）在室内覆盖相距25M以内的不同AP不可以使用相同频点；超过40M的不同AP可以考虑使用相同的频点；
（2）在室内覆盖相距25M以内但中间有3面以上水泥墙隔开的2个AP可以考虑使用相同的频点；
（3）在室外覆盖相距200M以内的不同AP不可以使用相同频点；超过300M的可以考虑使用相同频点；
6无线网络规划与覆盖设计
6.1无线网络频率规划
802.11g使用的是开放的2.4GHzISM频段，可工作的频道数为13。
对于真正相互不重叠信道只有相隔5个信道的工作中心频点，因此理论上只能进行三信道的规划无缝覆盖。
表6.1各无线网络频点对应的频率表
频点：
频率
频点：
频率
频点：
频率
CH1
2412MHz
CH2
2417MHz
CH3
2422MHz
CH4
2427MHz
CH5
2432MHz
CH6
2437MHz
CH7
2442MHz
CH8
2447MHz
CH9
2452MHz
CH10
2457MHz
CH11
2462MHz
CH12
2467MHz
CH13
2472MHz
三组信道的规划如下：
第一组：
信道1、信道6、信道11
第二组：
信道2、信道7、信道12
第三组：
信道3、信道8、信道13
由于只有三组可行的频率规划，现规定第一组CH1、CH6、CH11和第二组CH2、CH7、CH12适用于室内的分布，第三组CH3、CH8、CH13适用于室外的分布。
教学子网A只使用前两组信道。
频率与序号（n）的关系：
f1（n）=2412+（n-1）*5MHz，频点的布置如图6.1。
图6.1频点规划示意图
AP对无线组网涉及覆盖方法有两种方式，第一种，按照AP的覆盖半径来覆盖。
AP实际覆盖距离的规划准则：
（式6-1）
其中，AP的发射功率
（dBm）；发射天线增益
（dBd）；无线网卡的接收增益
（dBd）；无线网卡的灵敏度
（dBm）。
（dB）为自由空间传播路径损耗，
（式6-2）
第二种，按照区域所需AP的传输速率来覆盖。
每个AP最大带宽为54Mbps，应根据教学子网A不同楼不同房间的具体性质以及人数来决定分配500Kbps或者1Mbps的速率。
6.2教学子网A覆盖设计及频点网络规化
6.2.1致远楼的无线组网设计
致远楼分由四个楼组成，形成一个回字状，A区一二层是多媒体教室，每个大教室可以容纳150个人，每个中教室可以容纳80人，每个人分的500Kbps的速率，AP最大带宽为54Mbps，按80%的使用率，一个AP可以覆盖86人，每层需要17个AP；三四五层是办公室及会议室，按面积覆盖，每个AP覆盖的圆半径大概是14米，所以需要5个AP，A区的一二层和三四五层的俯视图及频点分布如图6.2和图6.3。
图6.2A区一二层频点分布示意图
图6.3A区三四五层频点分布示意图
致远楼A区长的50米,宽约为42米，高约为18米，经过计算可得1、2层AP与层交换机的双绞线长约为522米,3、4、5层AP与层交换机的双绞线长约167米。
A区主视图如图6.4所示。
图6.4致远楼A区主视图
图6.4为致远楼A区的正视图，显示层交换机和楼交换机的分布。
由图可知，一共有5个层交换机和1个楼交换机，并且长约为50米，楼高约18米，可估算出连接层交换机和楼交换机的双绞线长约45米。
B区、C区都是学校的主要授课区域，其中，B区大教室13间，可容1404人，中教室67间，可容4288人，教室办公室2间，可容24人，共可容5716人。
同样的，每个教室按人数来分布AP，每个人分得500Kbps的速率，一个AP可以覆盖86人，每个大教室可容108人，分配两个AP，中教室可以容纳64人，放置一个AP，因主要的教室办公室不在这边，所以办公室也按照教室的标准来分配。
B区的俯视图及频点分布如图6.5和图6.6。
图6.5致远楼B区一二三层主视图
图6.6致远楼B区四五层主视图
1、2、3层每层需要22个AP，4、5层每层需要20个AP。
博远楼B区长的82米,宽约为14米，高约为18米。
经过计算1、2、3层AP与层交换机连接的双绞线长约173米，4、5层AP与层交换机连接的双绞线长约157米。
B区主视图如图6.7所示。
图6.7致远楼B区主视图
图6.7为博远楼B区的正视图，显示层交换机和楼交换机的分布。
由图可知，一共有5个层交换机和1个楼交换机，并且长约为82米，楼高约18米，可估算出连接层交换机和楼交换机的双绞线长约60米。
图6.8为博远楼C区楼层的的俯视图,该区域分布着教室，其中有两个中教室和四个大教室，小教室可以容纳64人，大教室可以容纳108人。
故仍是每个中教室安置一个AP，每个大教室分布两个AP，每层需要10个AP。
博远楼C区长约30米，宽约14米。
经过计算每层AP与层交换机连接的双绞线长约71米。
图6.8致远楼C区俯视图
图6.9是致远楼C区主视图。
图6.9致远楼C区主视图
图6.9为博远楼C区的正视图，显示层交换机和楼交换机的分布。
由图可知，一共有4个层交换机和1个楼交换机，并且长约为30米，楼高约16.8米，可估算出连接层交换机和楼交换机的双绞线长约32米。
D区主要是报告厅，共三层，结构类似，报告厅每个人分得200Kbps的速率，每个教室里面都放置两个AP，每层总共12个AP，每层放置一个交换机。
图6.10致远楼D区俯视图
图6.10为博远楼D区楼层的的俯视图,该区域分布着教室和报告厅，该区域分布着四个教室和两个报告厅，每个报告厅可以容纳250个人。
每个AP可以支持200左右各人，故可以放置2个AP，每个教室里面可以容纳108人，每个教室放置2个AP。
博远楼D区长约36米，宽约15米。
经过计算每层AP与层交换机连接的双绞线长约310米。
图6.11是致远楼D区主视图。
图6.11致远楼D区主视图
图6.11为博远楼D区的正视图，显示层交换机和楼交换机的分布。
由图可知，一共有3个层交换机和1个楼交换机，并且长约为36米，楼高约9米，可估算出连接层交换机和楼交换机的双绞线长约23米。
6.2.2实验楼的无线组网设计
实验楼有5层，主要为实验室和办公室，超大教室15间，可容2400人，大教室60间，可容6000人，小教室20间，可容1000人，办公室10间，可容40人，共可容9400人。
实验楼每个人分得1M的速率，每个AP可以覆盖40人，每个超大教室里面放置4个AP，每个大教室放置3个AP，每个小教室放置2个AP，每个办公室放置1个AP，北侧教室总共有39个AP，放置2个交换机南侧教室有24个AP，放置1个交换机。
图6.12是实验楼的俯视图。
图6.12实验楼俯视图
图6.12为实验楼的俯视图,该区域分布着教室和实验楼，实验楼长约90米，宽约70米。
经过计算北侧每层AP与层交换机连接的双绞线长约533米，南侧每层AP与层交换机连接的双绞线长约1068米。
图6.13是实验楼区主视图。
图6.13实验楼主视图
图6.13为实验楼的正视图，显示层交换机和楼交换机的分布。
由图可知，一共有15个层交换机和1个楼交换机，并且长约为90米，楼高约16米，可估算出连接层交换机和楼交换机的双绞线长约135米。
7连云港职业技术学院教学子网无线校园网组网解决方案
7.1网络拓扑
每个楼层的AP跟层交换机相连，层交换机跟楼交换机相连，楼交换机跟区交换机相连然后再接入有线网。
教学子网A总体网络拓扑图如图7.1所示。
图7.1网络拓扑图
7.2网络设备统计
建立教学子网选用到的合理网络设备统计见表7-1。
表7-1网络设备统计表
名称
数量
型号
单价（元）
AP
546
TL-AP302C-PoE
435
层交换机
32
华为S1700-24-AC
528
楼交换机
6
华为S2700
1398
区交换机
1
华为QuidwayS3328TP-EI（AC）
4300
光纤
200
立孚8芯室外多模光缆
5/m
双绞线
49
AMP工程超五类非屏蔽双绞线
590/捆
光电转换器
3
D-LinkDFE87
升级会员 