校园无线局域网的设计方案

XXXX技术职业学院无线局域网设计题目：校园无线局域网的设计方案学院电子工程学院专业：计算机网络技术年级：学号：学生：指导教师：完成日期：2011年12月5日引言当今是一个信息爆炸时代，如何更加有效的获取资讯及其知识是当前迫切需要解决的问题，而高效的获取方式有多种，寻求一条属于适合于特定场合特定地点的获取渠道更是迫切的要求。无线网络具有高移动性，通信范围不受环境条件的限制、扩展能力强，无线网络具有组网速度快、工程周期短、建网容易，管理方便、开发运营本钱低、受自然环境、地形及灾害影响小等优越性，无线网的优越性越来越受到人们的关注和使用。她的灵活性，便捷性是其他网络无法比较的。她给用户广阔用户带来了全新的体验和应用理念，给人们的工作效率和生活质量带来了巨大的改善。在学校，随着校园文化的开展以及广阔师生对信息需求的日益增长，相应的对网络的依赖也逐渐升级，而有线网络显然不能适应这样的需求了，在学校不可能为了开一个活动或者研讨会而专门搭建一个临时的有线网络，显然这样所消耗的资源和人力是巨大的，而且效率并不见得很好。而无线网络技术可以担此重任！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，实现了真正的“无缝连接”，这也是本文所要介绍〔无线局域网〕的。关键词信息效率校园无线局域网目录第一章介绍———无线局域网技术11.1无线局域网的优点11.2无线局域网的结构组成11.3无线局域网的设备2第二章无线局域网的关键技术32.1扩频技术32.2蓝牙〔Bluetooth〕技术42.3IEEE802.11系列标准4IEEE802.11a4IEEE802.11b5IEEE802.11g5IEEE802.11e5IEEE802.11i52.4其他技术无线局域网技术6第三章重庆信息技术职业学院无线局域网设计63.1环境介绍63.2需求分析73.3设计系统结构8物理设计83.4平安设计9室内设计10室外设计113.5测试验收13第四章结束语13介绍———无线局域网技术无线网络是计算机网络技术与无线通信技术相结合的产物，采用电磁波充当通信信道，既可以独立的作为有线网络的替代设施，也可以作为有线网络的扩展。不管是一个效劳器，还是一部终端，都可以随时随地的接入无线网络，无线网络就是以无线的各种设备和技术组建的网络，以到达实现数据资源共享的目的，让用户更加便捷的提供网络效劳和获取网络资源，无线网络技术给人们带来了前所未有的体验和交流方式。无线局域网的优点在传统的有线网络技术中，“有线”总是让人们所恼，组网本钱高，周期长，难度大，费用高，网络节点不可移动等，其中最让人无法忍受的是在珍贵的建筑物上打空布线。无线局域网有效的解决了这些困扰，特别是在架设有线网络难度大、本钱高、临时性的办公场所。无线局域网有优点具体有以下五点：〔1〕灵活性和移动性。在有线网络中，网络设备的安放位置受网络位置的限制，而无线局域网在无线信号覆盖区域内的任何一个位置都可以接入网络。无线局域网另一个最大的优点在于其移动性，连接到无线局域网的用户可以移动且能同时与网络保持连接。〔2〕安装便捷。无线局域网可以免去或最大程度地减少网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点设备，就可建立覆盖整个区域的局域网络。〔3〕易于进行网络规划和调整。对于有线网络来说，办公地点或网络拓扑的改变通常意味着重新建网。重新布线是一个昂贵、费时、浪费和琐碎的过程，无线局域网可以防止或减少以上情况的发生。〔4〕故障定位容易。有线网络一旦出现物理故障，尤其是由于线路连接不良而造成的网络中断，往往很难查明，而且检修线路需要付出很大的代价。无线网络那么很容易定位故障，只需更换故障设备即可恢复网络连接。〔5〕易于扩展。无线局域网有多种配置方式，可以很快从只有几个用户的小型局域网扩展到上千用户的大型网络，并且能够提供节点间"漫游"等有线网络无法实现的特性。无线局域网的结构组成无线局域网包括三个根本组件：无线工作站〔STA〕、无线ＡＰ和端口。无线工作站(STA)也称无线客户端，可以是装有无线网卡的计算机，也可以是有WiFi模块的智能。STA可以是移动的，也可以是固定的，是无线局域网的最根本组成单元。无线AP〔AP，AccessPoint，无线访问节点、会话点或存取桥接器〕是一个包含很广的名称，它不仅包含单纯性无线接入点〔无线AP〕，也同样是无线路由器〔含无线网关、无线网桥〕等类设备的统称，无线客户端通过无线ＡＰ与有线网络或其他无线客户端得通信。端口是设备的信道，计算机与外界通讯交流的出口，可以支持个点对点连接。无线局域网的设备无线设备包括无线网卡、无线ＡＰ、无线网桥、无线路由器、无线天线、无线局域网交换机等。无线网卡是终端无线网络的设备，是无线局域网的无线覆盖下通过无线连接网络进行上网使用的无线终端设备。具体来说无线网卡就是使你的电脑可以利用无线来上网的一个装置，但是有了无线网卡也还需要一个可以连接的无线网络，如果在家里或者所在地有无线路由器或者无线AP的覆盖，就可以通过无线网卡以无线的方式连接无线网络可上网。无线AP〔AccessPoint〕即无线接入点，它是用于无线网络的无线交换机，也是无线网络的核心。无线AP是移动计算机用户进入有线网络的接入点，主要用于宽带家庭、大楼内部以及园区内部，典型距离覆盖几十米至上百米，目前主要技术为802.11系列。大多数无线AP还带有接入点客户端模式〔APclient〕，可以和其它AP进行无线连接，延展网络的覆盖范围。无线网桥顾名思义就是无线网络的桥接，它可在两个或多个网络之间搭起通信的桥梁〔无线网桥亦是无线AP的一种分支〕。无线网桥除了具备上述有线网桥的根本特点之外，无线网桥工作在2.4G或5.8G的免申请无线执照的频段，因而比其它有线网络设备更方便部署。无线路由器是带有无线覆盖功能的路由器，它主要应用于用户上网和无线覆盖。市场上流行的无线路由器一般都支持专线xdsl/cable，动态xdsl，pptp四种接入方式，它还具有其它一些网络管理的功能，如dhcp效劳、nat防火墙、mac地址过滤等等功能。当计算机与无线AP或其他计算机相距较远时，随着信号的减弱，或者传输速率明显下降，或者根本无法实现与AP或其他计算机之间通讯，此时，就必须借助于无线天线对所接收或发送的信号进行增益〔放大〕。无线天线有多种类型，不过常见的有两种，一种是室内天线，优点是方便灵活，缺点是增益小，传输距离短；一种是室外天线。室外天线的类型比较多，一种是锅状的定向天线，一种是棒状的全向天线。室外天线的优点是传输距离远。比较适合远距离传输。无线设备本身的天线都有一定距离的限制，当超出这个限制的距离，就要通过这些外接天线来增强无线信号，到达延伸传输距离的目的。这里面要涉及到两个概念：1、频率范围它是指天线工作的频段。这个参数决定了它适用于哪个无线标准的无线设备。比方802.11a标准的无线设备就需要频率范围在5GHz的天线来匹配，所以在购置天线时一定要认准这个参数对应相应的产品。2、增益值此参数表示天线功率放大倍数，数值越大表示信号的放大倍数就越大，也就是说当增益数值越大，信号越强，传输质量就越好。无线局域交换机，就是进行无线局域网数据交换的终端网络设备，可以广泛用于家庭、企业，免去有线数据交换的布线，后期维护的麻烦！对目前大局部IPTV无法实现无线连接，实现了可能！无线局域网的关键技术目前，无线局域网所采用的技术主要有扩频技术、蓝牙技术、红外技术以及IEEE802.11系列和HomeRF等。扩频技术扩频技术其特点是传输信息所用的带宽远大于信息本身带宽。扩频通信技术在发进行扩频调制，在收端以相关解调技术收信。其原理是：将无线信道分解成假设干个正交子信道。然后将高速的数据信号转换成并行的、低速子数据流，并调制到每个子信道上，由于信号带宽小于信道的相关带宽，从而减少了各个载波之间的相互干扰。扩频通信技术在发端以扩频编码进行扩频调制，在收端以相关解调技术收信，这一过程使其具有诸多优良特性：〔1〕、抗干扰性能好：它具有极强的抗人为宽带干扰、窄带瞄准式干扰、中继转发式干扰的能力，有利于电子反对抗。如果再采用自适应对消、自适应天线、自适应滤波，可以使多径干扰消除，这对军用和民用移动通信是很有利的。〔2〕、隐蔽性强、干扰小：因信号在很宽的频带上被扩展，那么单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低。信号淹没在白噪声之中，别人难于发现信号的存在，再加之不知扩频编码，就更难拾取有用信号。而极低的功率谱密度，也很少对其它电讯设备构成干扰。扩频通信技术把被传送的信号带宽展宽，从而降低了系统在单位频带内的电波“通量密度”，这对空间通信大有好处。国际无线电咨询委员会及国际电信联盟规定了空间通信系统在地面上产生“通量密度”的国际标准，以防止对地面通信的干扰。例如规定在S波段内每4KHz频带内“通量密度”为-154dB/m2。〔3〕、易于实现码分多址：扩频通信占用宽带频谱资源通信，改善了抗干扰能力，是否浪费了频谱资源呢？其实正相反，是提高了频带的利用率。正是由于扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送，而信号接收需要用相同的扩频编码之间的相关解扩才能得到，这就给频率复用和多址通信提供了根底。充分利用不同码型的扩频编码之间的相关特性，分配给不同用户不同的扩频编码，就可以区别不同用户的信号，众多用户，只要配对使用自己的扩频编码，就可以互不干扰地同时使用同一频率通信，从而实现了频率复用，使拥挤的频谱得到充分的利用。〔4〕、数模兼容：可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。常规的无线电通信是在频率上分配〔称为频分〕或从时间上分配〔称为时分〕给通信用户，使之在频段上或时间上互不相同，以使彼此互不干扰共用频谱资源。扩频通信是以各用户使用不同的扩频编码来共用同一频率。采用扩频通信多址方式的频谱利用率高于采用频分多址方式的频谱利用率。而且扩频码分多址还易于解决增加新用户的问题。扩频系统的缺点：1.系统用频带宽。2.相对于FDMA、TDMA多址方式，采用扩频技术的CDMA多址方式在移动通信的系统实现更为复杂。蓝牙〔Bluetooth〕技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球标准，它以低本钱的近距离无线连接为根底，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。其程序写在一个9x9mm的微芯片中，可以方便的嵌入到各种数码设备中。IEEE802.11系列标准IEEE802.11系列标准主要针对无线局域网的媒体访问控制(MAC)层和物理〔PHY〕层。我们通常所说的IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g，等无线局域网标准主要是根据PHY层得不同来区分的，这些标准之间的区别主要表达在他们的工作频段、数据传输速率、最大传输距离等指标上。而IEEE802.11e、IEEE802.11i等标准工作在MAC层上，他们为整个IEEE802.11系列标准所共用。另外IEEE802.11n标准是一个横跨MAC层与PHY层的标准。IEEE802.11aIEEE无线网络标准，指定最大54Mbps的数据传输速率和5GHz的工作频段。802.11a标准是已在办公室、家庭、宾馆、机场等众多场合得到广泛应用的802.11b无线联网标准的后续标准。它工作在5GHzU-NII频带，物理层速率可达54Mb/s，传输层可达25Mbps。可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TDMA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。802.11的第二个分支被指定为802.11a。承受着风险将802.11带入了不同的频带——5.2GHzU-NII频带，并被指定高达54Mbps的数据速率。802.11a的传输技术是多载波调制技术。IEEE802.11bIEEE802.11b是一种11Mb/s无线标准，工作在2.4GHz频段，可为笔记本电脑或桌面电脑用户提供完全的网络效劳，改变了无线局域网的设计和应用现状，满足了人们在一定区域内实现不间断移动办公的需求，为我们创造了一个自由的空间。IEEE802.11b系统可以与数据传输速率为1M/s和2M/s的IEEE802.11DSSS系统兼容，但却无法与数据传输速率为1M/s和2M/s的IEEE802.11FHSS系统兼容。IEEE802.11gIEEE802.11g在2．4GHz频段使用正交频分复用〔OFDM〕调制技术，使数据传输速率提高到20Mbit/s以上，能够与IEEE802.11ｂ的Wi-Fi系统互联互通，可共存于同一AP的网络里，从而保障了后向兼容性。IEEE802.11eEEE802.11e定义了无线局域网的效劳质量〔quality-of-service，QOS〕，例如对语音IP〔voice-overIP〕的支持。802.11e标准定义了混合协调功能(HCF)。HCF以新的访问方式取代了DCF和PCF，以便提供改善的访问带宽并且减少了高优先等级通信的延迟。这称作“增强分布式协调访问”(EDCA)的访问方式扩展了DCF的功能，名为“混合控制信道访问”(HCCA)的访问方式扩展了PCF的功能。IEEE802.11iIEEE802.11的i工作组致力于制订被称为IEEE802.11i的新一代平安标准，这种平安标准为了增强WLAN的数据加密和认证性能，定义了RSN〔RobustSecurityNetwork〕的概念，并且针对WEP加密机制的各种缺陷做了多方面的改良。IEEE802.11i规定使用802.1x认证和密钥管理方式，在数据加密方面，定义了TKIP〔TemporalKeyIntegrityProtocol〕、CCMP〔Counter-Mode/CBC-MACProtocol〕和WRAP〔WirelessRobustAuthenticatedProtocol〕三种加密机制。其中TKIP采用WEP机制里的RC4作为核心加密算法，可以通过在现有的设备上升级固件和驱动程序的方法到达提高WLAN平安的目的。CCMP机制基于AES〔AdvancedEncryptionStandard〕加密算法和CCM〔Counter-Mode/CBC-MAC〕认证方式，使得WLAN的平安程度大大提高，是实现RSN的强制性要求。由于AES对硬件要求比较高，因此CCMP无法通过在现有设备的根底上进行升级实现。WRAP机制基于AES加密算法和OCB〔OffsetCodebook〕，是一种可选的加密机制。其他技术无线局域网技术HomeRFHomeRF(家庭射频)是对现有无线通信标准的综合和改良：当进行数据通信时，采用IEEE802.11标准中的TCP/IP传输协议；当进行语音通信时，那么采用数字增强型无绳通信标准。但是，该标准与802.11b不兼容，并占据了与802.11b和Bluetooth相同的2.4GHz频率段，所以在应用范围上会有很大的局限性，更多的是在家庭网络中使用。主要的特点有以下七点：通过拨号、xDSL或moden上网。传输交互话音数据采用ＴＤＭＡ技术，传输高速数据包采用ＣＳＭＡ/CA技术。数据压缩采用ＬＺＲＷ－Ａ算法。不受墙壁和楼层的影响。通过独特的网络ＩＤ来实现数据平安。无线电干扰小。支持近似线性音质和业务。红外技术红外技术研究红外辐射的产生、传播、转化、测量及其应用的技术科学。重庆信息技术职业学院无线局域网设计环境介绍校园的环境大致是以下图所示：其中1号教学楼6层，2号教学楼4层，宿舍为6层，食堂5层图书馆3层行政楼5层。还有教师宿舍6层。需求分析根据重庆信息技术职业学院地形特色，加上师生使用笔记本电脑的普及以及接入互联网的需求增长，加之校园开展的活动和学术交流的增多，相对于有线网络来说，无法满足“临时需求”这样一个灵活性，导致学校对无线网络的需求越来越大。加之学校很多建筑物不易撤除和打孔，在不破坏建筑物的情况下实现校园整体的信息化只有无线网络技术可以完成。设计系统结构物理设计在目前的校园网环境下，借助于Cisco的瘦AP架构〔专业叫法为“轻量型AP”模式〕，可以在现有校园有线网络的根底上建立逻辑独立的无线网络。由于前端的无线AP运行在LWAPP模式，通常模式下所有无线数据及控制流量均交由无线控制器来处理〔在特殊应用场合可以通过Cisco提供的H-REAP功能将某些SSID的流量终结在本地VLAN〕，因此借用现有校园网的交换机/路由器组成集中控制管理的“覆盖式”〔Overlay〕无线网络，是比较经济实惠的选择。模式图如下：在此模式下的物理组网结构图如下：AP连接在现有校园网的接入交换机，那么IP地址由现有校园网有线端提供动态地址/或者符合当地IP地址规划的静态地址。虽然从原理上来讲AP和无线控制器的AP-Manager只要IP可达即可创立并维护数据/控制隧道，但是从性能/可管理性等角度出发，建议在满足以下条件的前提下将AP接入现有网络交换机：AP和无线控制器的AP-Manager之间端到端环回延迟(roundtripdelay)<100毫秒－局域网交换环境均能实现AP尽量不与一般有线网络设备混合在一个VLAN中，防止有线设备的异常流量阻断AP和无线控制器之间的通讯连接在同一L3交换机端口下的所有AP，建议放置在一个受保护的VLAN中，部署时统一分配给这些AP静态IP地址，以便于管理上述要求的实现，需要修改现有交换机的VLAN参数设置，现有L3交换机的路由设置，需要和现有校园网的网管部门进行协调。平安设计无线网络设计实现全校范围无线网络接入环境，其中包括教学楼、学生和教师宿舍楼、办公楼、、图书馆、一体馆、室外场所等。1、一般来讲室内容许最大覆盖距离为35~100米，室外容许最大距离100~2、障碍物阻挡要观测无线覆盖周围的障碍物确定AP的数量和放置位置。2.A.水泥墙(15~25cm):衰减10~12dBB.木板墙(5~10cm):衰减5~6dBC.玻璃窗(3~5cm):衰减5~7dB各种建筑材料对无线讯号的影响如下：当AP与终端隔一座水泥墙时,AP的可传送覆盖距离约剩下<5米当AP与终端中间隔一座木板墙时,AP的传送距离约剩下<15米当AP与终端中间隔一座玻璃墙时,AP的传送距离约剩下<15米室内设计室内具体环境多样，如多功能厅、会议室、报告厅图书馆等比较开阔、用户数量相对集中室内环境；也有用户使用环境相对封闭、房间多、用户数量不多但分布较分散的墙体结构厚、用户无线应用也比较频繁的室内环境，如师生宿舍，教学楼区域，行政楼等。该环境下，覆盖AP安装楼道内，通过内置天线覆盖楼道两侧房间，微波通过房间的门窗传输到室内，实现了比较细腻的覆盖环境，AP通过有线接入到楼层交换机。教学楼长约120m，宽约100m，楼层最高处是6层。教学楼AP具体安装位置和数量根据各楼层办公室或教室数量和位置而定，AP安装在楼道装饰掉顶内，根本每台AP覆盖其周围两侧8间教室或办公室。共采用11台AP安装在楼道内，AP的间隔距离根据房间的分布而定。在报告厅内安装1－2台AP进行覆盖报告厅整个会场。室内覆盖区域AP分配：室内覆盖建筑AP数量1号教学楼182号教学楼9驷和公司8行政楼12女生宿舍50男生宿舍30教师宿舍20图书馆6教务处2小计：155室外设计室外设备的AP使用数量大概也遵循室内的条件，但外AP的放置和设计又有它的独特性主要包括：天线的使用天线的正常使用包括对天线增益和天线类型的选择。对室外设备特殊要求室外设备应该放置在密封盒内；天线布置应该增加避雷器放置雷击；不提供本地供电的场所，应尽量选用POE远程供电设备；宿舍楼、局部教学楼、体育场、室外空旷休息区等区域相比照较分散、无线用户应用更加灵活、活动范围更广。整体校区室外局部进行全面覆盖，通过室外无线接入点外接增益天线的方式覆盖室内区域。表达覆盖范围最大化的覆盖原那么，来保证无线用户需求。整体上对全校室外局部进行规划，通过室外建设Wlan射频基站对室外和室内用户进行无线覆盖。室外射频基站由室外型AP、外接天线〔全向、扇区〕以及配套避雷设备和报杆等组成。根据复杂的室外建筑结构，外接天线的选择更加尤为重要。选择天线型号时应根据现场环境考虑如下因素：增益、水平波束宽度、垂直波束宽度、极化方式、视觉效果〔尺寸、外形、重量〕。增益当规划覆盖范围较小，安装位置距重点覆盖区域也很近时，天线增益可以低一些。当天线置于楼顶，目标为覆盖周围地区较大面积时，选择增益较大的天线为益。水平、垂直波束宽度〔1〕当AP天线安装在墙壁上时，天线挂上下于周围建筑物高度，为了既能充分覆盖低层室内局部，又能兼顾楼层较高局部的室内覆盖，根据楼层高度不同，可以选择垂直波束宽度范围35~80°的定向天线。水平波束宽度的考虑与天线的安装位置及其覆盖目标有关。可以选择水平波束宽度60~150°的定向天线，或者全向天线、双向天线〔即8字形天线〕。需要选择天线垂直和水平的角度要相对较大扇区天线，天线的增益也需要选择增益较大天线，保证更大的覆盖范围。并且，天线的安装位置需要根据现场环境进行细微调节，到达最好的覆盖效果，可以选择安装在覆盖楼本身中间侧面墙或相关周围有利于无线传输的其他建筑，例如：金龙湖。〔2〕当AP天线置于楼顶或灯杆高处时，也可选择水平波束宽度较大的定向天线或者全向天线。选择定向天线，主要是通过对楼反射信号覆盖本身楼房；而选择全向天线时，信号覆盖将比较均匀。具体方案应从现场覆盖需求，楼身宽度和楼群分布情况角度出发来确定。当楼房建筑较窄，楼层较多时，一般将选择定向天线。例如：行政楼。CiscoAironet1500系列AP可以同时支持IEEE802.11h和802.11b/g标准，同时采用一种目前正在申请专利的自适应无线路径协议〔AWP〕，在远程接入点之间建立一个动态的无线网状网络。AironetAP可以在提供