科研训练报告无线局域网

1、西安郵電大學科 研 训 练 报 告 书系部名称：计算机学院学生姓名：专业名称：软件工程指导老师：舒新峰班 级：软件工程1201学号：04123033时间： 至 2015年 9 月14日2016年1 月 1日 校园无线局域网技术1 背景、意义及目标1.1 选题背景 近些年来,信息技术的发展日新月异,正以不可抗拒的力量改变着人们的生产方式、生活方式, 同时也正在影响并改变着学校的管理模式、教学模式、学习方式乃至师生的生活方式。目前除少数高职院校、民办高校外,国内高校几乎都已建立校园网,随着校园网规模不断扩大,硬件环境逐渐完善,校园网络在高校教学、科研、管理中的应用也在逐步深化。在校园网( 有线网络

2、) 建设、运行和维护的实践过程中, 由于众多高校的校园网基本上是通过光纤、网线连接起来的“有线网”,在技术实施，现实应用中不可避免地存在一定弊端,而且随着这种弊端的日益严重, 在一定程度上困扰甚至阻碍着校园网建设和教育信息化的进程。诸如很多学校只在部分区域接入网络,而无法顾及所有区域;部分学校由于经费紧张导致布置网线的室、图书馆数量有限; 学校中有些具有历史意义的或年久失修的建筑物不适合钻孔布线。此外, 在现阶段,高校还有一个显著的特点就是建立分校区,校本部与分校区之间的网络联结就成了一个非常大的工程, 通常组网的传输媒介主要依赖铜缆或光缆, 构成有线局域网。但有线网络在某些场合要受到布线的限

3、制,比如布线、改线工程量大;线路容易损坏;网中的各节点不可移动等等。特别是当要把相离较远的节点联接起来时, 架设专用通信线路的布线施工难度大、费用高、耗时长,因此对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的瓶颈阻塞。如何合理的解决此类问题, 已成为高校校园网建设初期必须慎重考虑的问题。传统有线校园网的“网络盲点”问题, 与师生员工“随时随地获取信息”的新需求之间的矛盾一度困扰着高校教育信息化决策和建设人员。如今随着无线技术的快速发展和日趋成熟,无线网络虽然还不能完全脱离有线网络,虽然教育行业的无线网络还未呈普及态势,但无线网络已经成功服务于某些高校, 以它的高速传输能力和灵活性发挥日益重要的作用。1.

4、2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状1999年10月，美国卡内基.梅隆大学在世界上率先启动了校园无线网络，尽管当初采用了2M传输技术，但是无线网络技术注入校园，无疑是IT技术在校园信息化中的一次重要突破，同时也带动了无线校园的发展。近两年，随着Wi-Fi技术快速发展，802.11n市场的逐步成熟，越来越多的电子消费产品开始支持Wi-Fi，包括数码相机、投影仪、电子相框等等，加之英特尔迅驰2平台的发布，更多的笔记本将支持802.11n，这也为用户视频、语音、游戏、高清IPTV的应用提供了支持。而在多应用普及的情况下，无线校园明显提速，在接下来的几年，美国杜克大学、明尼苏大学、加拿大Conc

5、ordia大学、英国Emmanuel学院等相继进行了无线校园的部署。据研究机构ABI的数据，Wi-Fi无线局域网设备（包括AP和控制器）在全球高等教育机构市场的收入将从去年的1.37亿美元猛增到2013年的8.37亿美元，增长6倍多。而全球中小学Wi-Fi无线局域网设备市场规模将从去年的4700万美元增长到2013年的6.44亿美元。目前北美地区仅有2.3大学部署了Wi-Fi无线局域网，但到2013年，美国大学Wi-Fi普及率将达到99%以上。同时欧洲地区也正在快速追赶上来。 1.2.2 国内研究现状 目前无线局域网仍处于众多标准共存时期,IEEE发布的最新标准为 802.11g。现在，支持1

6、1Mbps以上用户传输速率的系统相当成熟;速率在40MbpS甚至80MbpS及以上的系统实现己在加拿大、美国、欧洲、日本等国家的专门实验室展开。研究的范围从无线电设计、物理层实现、媒体接入控制(MAC)技术直至网络对无线多媒体的支持。根据技术发展趋势和研究情况，在未来10年左右的时间里，为用户提供高达1Gbps速率的系统是可能的。正是这样的发展速度刺激了今天无线网络快速的发展和应用。1.2.3 当前研究存在的问题 无线网络应用于校园,如同计算机网络应用于校园一样,是一项大的系统工程,是实现校园信息化的有效途径。在校园无线网络建设中,我们可以借鉴已经实现无线网络教学的高校的应用经验力争最大限度的

7、发挥无线网络的功能,使之成为广大师生得心应手的交流平台和应用平台,大力促进现代远程教育信息化水平的发展。虽然无线网络应用广泛，并从根本上解除了网线对电脑的束缚，但是在无线网络的运用过程中，也出现了一些迫切需要解决的问题，其中诸如如何提高无线网络的速率和传输安全性等热点问题。正是由于这些关注，无线网络正朝着更快速、更安全、更廉价的方向发展。1.3 主要研究内容 随着社会对计算机依赖性的增加，用户要求互连的计算机数量更多，类型更为复杂。但传统有线网络由于受设计或环境条件的制约，在物理、逻辑和资金方面普遍存在着很多问题，特别是当涉及到网络移动和重新布局时，所以发展一种可行的无线通信网络技术作为现有数

8、据连接的扩充己成为一种需要。自从上个世纪90年代以来，随着个人数据通信的发展，为了实现任何人在任何时间、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，更进一步推动了无线局域网 (WirelessLAN，WLAN)的发展。与有线局域网相比较，无线局域网具有移动性高、传输距离长、网络保密性好、开发运营成本低、易扩展、受自然环境影响小，组网方式灵活、管理方便等特点，弥补了传统有线局域网的不足。2 文献检索综述中国知网、百度文库、豆瓣网、比特网；3 可行性分析 3.1技术可行性 技术上的可行性分析现有的技术条件是否能顺利完成开发工作，软、硬件能

9、否满足开发者的需求等。一些公司开发关于局域网的兼容性，实用性，开展各方面的问题。 3.2经济可行性在得到基本测试数据以及分析了原因之后就可以提出一些针对性的方案了。如果是因为信号太弱，那么我们应该考虑通过加AP，增加AP发射功率，调整AP位置来改善。无线信号对天花板，地板穿透力都较强，而对植物，铝箔，有色玻璃等的穿透力相对弱得多。同时无线信号也有一定的反射和折射能力，在实施过程中应该充分考虑到这些因素。如果是因为外部干扰，那么我们就让干扰源尽可能地远离AP，同时考虑增强AP的覆盖和密度。如果是因为内部干扰，那么我们就考虑合理的信道划分和AP信号强度的合理分配。在实际实施过程中这是个比较棘手的问

10、题，因为信道的划分很多时候与信号的覆盖范围以及信号强度大小产生矛盾，这就需要我们根据实际情况，通过不断地尝试找到一种最合理的方案。在规划的时候严格按照相隔5个信道的原则(即使用1、6、11信道)来部署AP，以尽量避免同频和邻频干扰。根据实际情况，参照建筑平面图以及AP的位置和信道在满足覆盖地区的信号质量的前提下做出一个大体的方案，然后根据方案来逐步调整，同时也对方案做才出相应地调整，直至找出一个相对最理想的方案。原则上在满足需覆盖区域信号质量的前提下尽可能减少AP的数量和功率，同时要考虑来自于相邻房间和楼层其他的AP影响。4 实现（或设计）方案4.1 需求分析 通过征询用户来了解所要建设的网络

11、需要满足的需求,根据校园的特点,一般有如下需求：（1）功能需求应该能满足校区之间、楼宇之间的通信,师生在移动的情况下可以对校园网、图书馆、Internet 资源进行访问,支持多媒体教室等地的多媒体信息高质传输,这些需求可归纳为:支持教学、提供资源与综合服务。（2）性能要求性能直接决定了校园无线网络的服务质量，因此必须明确校园无线网络的性能要求,以下即为不同地点局部无线网络的性能要求：1）校园内部的室外场所（草坪、操场等）:速率要求高，安全要求一般，主要是满足在网络使用人数激增时仍然能够保证服务质量。2）办公室或会议室：速率要求一般、安全要求高，因为这类场所的网络应用主要是收发邮件、浏览网页、聊

12、天等，对速率要求不高，但涉及个人隐私、账户等信息，因此对安全性要求较高。3）图书馆、多媒体教室或计算机机房：速率要求高，安全要求低，因为教学信息多以多媒体的形式呈现，只有很高的传输速率才能保证传输的带宽和时延，有效地支持教学活动。（3）网络运行环境的要求根据具体情况而定，如果对网络安全性和服务性能要求较高，一般选择UNIX 类(含Linux、FreeBSD 等)操作系统，因为该系统比较灵活、安全性好、而且服务质量高；而如果要求不高，则可选择微软的Windows Server 2003或Windows Server 2008。在其他软件的选择上则可根据具体应用需求而定，例如Linux 下，若需提

13、供电子邮件服务可使用Qmail、Sendmail 等，架设Web 服务器可使用Apache，提供DNS 服务一般选择Bind 等。另外还可以根据需要选用账户认证软件、计费软件等。（4）网络的可扩展性和可维护性要求校园无线网络在扩展性和维护性上要求较高：在扩展性上，校园内无线网络的用户比较多且访问的人数不确定，因此要求较高；在维护上，校园是从事教学为主的地方，专业维护人员较少，因此网络要便于维护管理。4.2 对现有校园网络的体系结构进行分析如果学校从未建设过任何网络，则可跳过这个过程。目前，大多数院校一般已经建设了以有线传输介质为主的网络，因此在学校经费有限的情况下可以考虑将有线网络与无线网络混

14、合，这样可以最大程度地保护原有投资，降低建设成本。在将无线网络和有线网络混合时，主要是通过双绞线等有线介质将无线网络的AP（无线接入点）、无线交换机、无线路由器等无线设备与有线网络的Hub或者交换机、路由器等连接。4.3 校园无线网络物理结构设计 （1）全局无线网络如果建设全校范围的无线网络,总体上可采用如图2-9所示的物理结构,校园骨干网通过光纤接入高速Internet,并通过有线介质连接到配有各种网络服务器的计算机中心,然后通过无线介质将图书馆子网、教学/办公楼子网、实验楼子网、宿舍子网等连接起来,并为室外的移动用户提供连接。 图4-1 校园全局无线网平面图 （2）局部无线网络局部无线网络

15、根据校园地点的不同设计不同的网络结构，主要分以下三种类型：1）室外场所（草坪、操场等）如图2-10所示，通过全向天线，用户在校园内室外用自己的笔记本电脑或PDA等移动设备可接入网络。 图4-2 室外场所2）办公室或会议室如图2-11所示，寝室内选用的AP通过有线介质与校园骨干网提供的接入层连接，而寝室内的各种设备与AP连接即可。 图4-3 接入校园网骨干网的拓扑图5 结论及讨论 每一种无线通信方式都有其独特之处，超宽带技术传输速率高，Wi-Fi 技术覆盖范围广。随着无线通信技术的发展，人们对高速短距离无线通信的要求越来越高，超宽带技术、Wi-Fi 技术都有着广泛的发展前景。在校园无线网络建设中

16、,我们可以借鉴已经实现无线网络教学的高校的应用经验力争最大限度的发挥无线网络的功能,使之成为广大师生得心应手的交流平台和应用平台,大力促进现代远程教育信息化水平的发展。参考文献 1邓永红.详述无线局域网安全协议.有线电视技术,2004 2Kavel Pahlavan，Prashant Krishnamurthy著，刘剑，安晓波，李春生等译.无线网络通信原理与应用.Princeples of Wireless Networks，20023曹秀英.无线局域网安全技术.电信技术，20034刘乃安.无线局域网原理,技术及应用M.西安电子科技大学出版社,2004.5张振川.无线局域网络.沈阳:东北大学出

17、版社，2003 6周靖等.无线网络安全.第1版.北京:电子工业出版社，20047金纯，郑武，陈林星.无线网络安全一一技术与策略.第1版.北京:电子工业出版社，20048金纯，陈林星，杨吉云.IEEE802.11无线局域网.第1版.北京:电子工业出版社，2004 9周贵堂.无线局域网密钥管理机制研究.福州大学硕士研究生学位论文,200510李翠然，李承恕.浅析无线局域网的主要标准.中国数据通信，200311黄振海.无线局域网安全和中国产业发展.信息技术与标准化,200312党三，唐雪飞.无线局域网安全技术和标准的发展与研究.计算机应用，200413王鹏卓，张尧弼.802.11WLAN的安全缺陷及

18、其对策.计算机工程，2004 吴晓春、王晓明 C/S和B/S模式的教务管理系统的设计与实现 电话教育研究、杨辉、王建新 基于C/S和B/S结构的高校教务管理系统的设计和实现 湖南工业大学等 附：英文资料翻译Early wireless LAN products, introduced in the late 1980s, were marketed as substitutes for traditional wired LANs. A wireless LAN saves the cost of the installation of LAN cabling and eases the ta

19、sk of relocation and other modifications to network structure. However, this motivation for wireless LANs was overtaken by events. First, as awareness of the need for LAN became greater, architects designed new buildings to include extensive prewiring for data applications. Second, with advances in

20、data transmission technology, there has been an increasing reliance on twisted pair cabling for LANs and, in particular, Category 3 unshielded twisted pair. Most older building are already wired with an abundance of Category 3 cable. Thus, the use of a wireless LAN to replace wired LANs has not happ

21、ened to any great extent.在20世纪80年代后期出现的无线局域网早期产品都是作为传统有线局域网替代品而问世的。无线局域网可以节省局域网缆线的安装费用，简化重新布局和其他对网络结构改动的任务。但是，无线局域网的这个动机被以下一系列的事件打消。首先，随着人们越来越清楚地认识到局域网的重要性，建筑师在设计新建筑时就包括了大量用于数据应用的预先埋设好的线路。其次，随着数据传输技术的发展，人们越来越依赖于双绞线连接的局域网。特别是3类和5类非屏蔽双绞线。大多数老建筑中已经铺设了足够的3类电缆，而许多新建筑里则预埋了5类电缆。因此，用无线局域网取代有线局域网的事情从来没有发生过。H

22、owever, in a number of environments, there is a role for the wireless LAN as an alternative to a wired LAN. Examples include buildings with large open areas, such as manufacturing plants, stock exchange trading floors, and warehouses; historical buildings with insufficient twisted pair and in which

23、drilling holes for new wiring is prohibited; and small offices where installation and maintenance of wired LANs is not economical. In all of these cases, a wireless LAN provides an effective and more attractive alternative. In most of these cases, an organization will also have a wired LAN to suppor

24、t servers and some stationary workstations. For example, a manufacturing facility typically has an office area that is separate from the factory floor but which must be linked to it for networking purposes. Therefore, typically, a wireless LAN will be linked into a wired LAN on the same premises. Th

25、us, this application area is referred to as LAN extension.但是，在有些环境中无线局域网确实起着有线局域网替代品的作用。例如，象生产车间、股票交易所的交易大厅以及仓库这样有大型开阔场地的建筑；没有足够双绞线对，但又禁止打洞铺设新线路的有历史价值的建筑；从经济角度考虑，安装和维护有线局域网划不来的小型办公室。在以上这些情况下，无线局域网向人们提供了一个有效且更具吸引力的选择。其中大多数情况下，拥有无线局域网的机构同时也拥有支持服务器和某些固定工作站的有线局域网。因此，无线局域网通常会链接到同样建筑群内的有线局域网上。所以我们将此类应用领域成

26、为局域网的扩展。Cross-Building InterconnectAnother use of wireless LAN technology is to connect LANs in nearby buildings, be they wired or wireless LANs. In this case, a point-to-point wireless link is used between two buildings. The devices so connected are typically bridges or routers. This single point-t

27、o-point link is not a LAN per se, but it is usual to include this application under the heading of wireless LAN.建筑物的互连无线局域网技术的另一种用途是邻楼局域网之间的连接，这些局域网可以是无线的也可以是有线的。在这种情况下，两个楼之间采用点对点的无线链接。被链接的设备通常是网桥或路由器。这种点对点的单链路从本质上看不是局域网，但通常我们也把这种应用算作无线局域网。Nomadic AccessNomadic access provides a wireless link betwee

28、n a LAN hub and a mobile data terminal equipped with an antenna, such as a laptop computer or notepad computer. One example of the utility of such a connection is to enable an employee returning from a trip to transfer data from a personal portable computer to a server in the office. Nomadic access

29、is also useful in an extended environment such as a campus or a business operating out of a cluster of buildings. In both of these cases, users may move around with their portable computers and may wish access to the servers on a wired LAN from various locations.漫游接入漫游接入提供局域网和带有天线的移动数据终端之间的无线链接，如膝上型

30、电脑和笔记本电脑。这种应用的一个例子是从外地出差回来的职员将数据从个人移动电脑传送到办公室的服务器上。漫游接入在某种延伸的环境下也是十分有用的，如在建筑群之外操作的一台电脑或一次商务行为。在以上两种情况下，用户会带着自己的电脑随意走动，并希望可以从不同的位置访问有线局域网上的服务器。Ad Hoc NetworkingAn ad hoc network is a peer-to-peer network (no centralized server) set up temporarily to meet some immediate need. For example, a group of e

31、mployees, each with a laptop or palmtop computer, may convene in a conference room for a business or classroom meeting. The employees link their computers in a temporary network just for the duration of the meeting.自组网络自组网络（ad hoc network）是为了满足某些即时需求而临时而建立的一种对等网络（没有中央服务器）例如，有一群职员，每人带着一台膝上电脑或掌上电脑，会聚在

32、商务会议室或课堂上。这些职员会将他们的电脑链接起来，形成一个临时性的、仅仅在会议期间存在的网络。Wireless LAN TechnologyWireless LANs are generally categorized according to the transmission techniquethat is used. All current wireless LAN products fall into one of the following categories:Infrared (IR) LANs. An individual cell of an IR LAN is limit

33、ed to a single room, as infrared light does not penetrate opaque walls.Spread Spectrum LANs. This type of LAN makes use of spread spectrum transmission technology. In most cases, these LANs operate in the ISM (Industrial, Scientific, and Medical) bands, so that no FCC licensing is required for their

34、 use in the U.S.Narrowband Microwave. These LANs operate at microwave frequencies but do not use spread spectrum. Some of these products operate at frequencies that require FCC licensing, while others use one of the unlicensed ISM bands.无线局域网通常根据它所采用的传输技术进行分类。目前所有无线局域网产品都可归为以下三个大类之一：红外线（IR）局域网：红外线局域

35、网的一个蜂窝只能限制在一个房间里，因为红外线无法穿过不透明的墙。扩频局域网：这种类型的局域网利用了扩频传输技术。在大多数情况下，这些局域网运行在ISM(个人、科学和医学)波段内，因此，在美国使用这些局域网不需要联邦通信委员会（FCC）发放的许可证。窄带微波：这些局域网运行在微波频率是，但没有使用扩频技术。其中有些产品运行的频率需要FCC的许可证，而其他一些产品则使用了不需要许可的波段。A set of wireless LAN standards has been developed by the IEEE 802.11 committee. The terminology and some

36、of the specific features of 802.11 are unique to this standard and are not reflected in all commercial products. However, it is useful to be familiar with the standard as its features are representative of required wireless LAN capabilities.无线局域网有一个特性是人们乐意接受的，虽然不是必要的，那就是不需要通过麻烦的授权过程就能使用。每个国家的许可证发放制度

37、都不一样，这就使事情变得更加复杂。在美国，FCC在ISM波段内特许了两个不需要许可证的应用：最大功率为1瓦的扩频系统合最大运行功率为0.5瓦的低功率系统。自从FCC开放了这个波段以来，在扩频无线局域网中的应用就越来越普遍。1990年IEEE802.11工作组成立，它的宪章就是要为无线局域网开发MAC协议以及物理媒体规约。The smallest building block of a wireless LAN is a basic service set (BSS), which consists of some number of stations executing the same MA

38、C protocol and competing for access to the same shared medium. A basic service set may be isolated, or it may connect to a backbone distribution system through an access point. The access point functions as a bridge. The MAC protocol may be fully distributed or controlled by a central coordination f

39、unction housed in the access point. The basic service set generally corresponds to what is referred to as a cell in the literature. An extended service set (ESS) consists of two or more basic service sets interconnected by a distribution system. Typically, the distribution system is a wired backbone

40、 LAN. 无线局域网中最小的模块是基本服务集（Basic Service Set, BSS）,它由一些执行相同MAC协议并争用同一共享媒体完成接入的站点组成。基本服务集可以是孤立的，也可以通过接入点（Access Point, AP）连到主干分发系统（Distribution System, DS）上。接入点的功能相当于网桥。MAC协议可以是完全分布式的，也可以由位于接入点的中央协调功能控制。BBS通常与文献中的蜂窝相对应，而DS则有可能是交换机或有线网络，也可以是无线网络。Wi - Fi technology introduction In recent years, the number

41、 of WAP at a rapid pace, wireless network convenience and efficient make its rapid popularization. Whether wireless urban construction, or business unit of LAN opening, or mobile phones Wi - Fi function, all with Wi - Fi technical advantages of itself is not divided: 近几年，WAP 的数量呈迅猛增长，无线网络的方便与高效使其得到迅速的普及。无论是无线城市的建设，还是企事业单位局域网的开通，还是手机的 Wi-Fi 功能，都与Wi-Fi 技术自身的优势是分不开的： 1) wider LAN coverage Based on bluetooth radio coverage is very small, radius, and only abo