XXX中学校园无线网设计方案.docx
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XXX中学校园无线网设计方案
XXX中学校园无线网设计方案
摘要
在世界范围内,无线局域网技术已迅速发展成为计算机网络中一个至关重要的组成部分,它的应用领域也在飞速扩大,随着IEEE802.11无线局域网标准的制定成功,无线技术已摆脱了过去那种互不兼容的状态,从而能为无法采用有线系统安装的领域提供了可靠的、移动的网络互连方案。
本文首先介绍了无线局域网的基础知识,了解无线局域网的整体状况及相对于其他技术的优点。
然后重点介绍了无线局域网的设计过程、如何确定设计方法、无线组网所特有的设计规则、无线网络与有线网络的结合等内容,并通过一个无线局域网工程设计实例来说明了此工程项目的背景及概况、功能需求分析、项目系统规划、项目总体方案设计、无线网络系统具体设计及实现等内容,从而给出了一个完整的以无线局域网为关键性技术的网络工程设计方案。
最后,结合无线局域网当前存在的一些不足对今后无线局域网的前景做进一步的展望。
关键词:
无线局域网(WLAN)校园网设计与规划
一引言
目前,国际互连网络(Internet)在全球迅猛发展,从最初用于大学、政府、研究机构之间共享资源和信息通讯发展至今天,已成为拥有数千万用户和庞大信息资源库的网络,成为现代信息技术革命的主要内容。
在Internet浪潮的带动下,各地区、团体、行业相继建立起自己的Intranet(局域网),使得在自身范围内实现资源共享、协同工作,同时通过相应的入口与Internet连接,以达到世界范围内的信息交流的目的。
与此同时,随着集成电路技术的发展,计算机的价格不断下降,计算机已经不仅仅局限于实验室,正越来越普遍地走入广大市民的家庭、走入中小学校的教室。
中小学教育用计算机市场发展迅速,已成为中国计算机市场重要的增长点之一。
但是,由于教育软件的相对落后,往往不能使计算机充分发挥辅助教学的作用,在很多情况下流于游戏机、打字机;另一方面,中小学校的网络建设还很不完善,即使是在校园内部也不能实现很大程度的资源共享,更不用说校际的信息交流了。
因此,为把两方面的有利因素相结合,有了建设“中小学教育信息系统”的设想。
这一工程的实施,将充分地利用信息港丰富的网络资源,极大地推动对传统教育手段的革新,是现代化的教学手段与先进网络技术的有机结合,对中小学教育将起到重大的促进作用。
二无线局域网的基础知识
2.1无线局域网的定义
无线局域网络(WirelessLocalAreaNetworks;WLAN)是相当便利的数据传输系统,它利用射频(RadioFrequency;RF)的技术,取代旧式碍手碍脚的双绞铜线(Coaxial)所构成的局域网络,使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它。
作为传统布线网络的一种替代方案或延伸,无线局域网把个人从办公桌边解放了出来,使他们可以随时随地获取信息,提高了员工的办公效率,达到「信息随身化、便利走天下」的理想境界。
此外,WLAN还有其他一些优点。
它能够方便地实施联网技术,因为WLAN可以便捷、迅速地接纳新加入的雇员,而不必对网络的用户管理配置进行过多的变动。
WLAN还可以在有线网络布线困难的地方比较容易实施,使用WLAN方案,则不必再实施打孔敷线作业,因而不会对建筑设施造成任何损害。
2.1无线网的优点
无线局域网的网络速度与以太网相当。
一个AP最多可支持100多个用户的接入,最大传输范围可达到几十公里,具有以下几大特点。
(1)具有高移动性,通信范围不受环境条件的限制,拓宽了网络的传输范围。
在有线局域网中,两个站点的距离在使用铜缆(粗缆)时被限制在500m,即使采用单模光纤也只能达到3000m,而无线局域网中两个站点间的距离目前可达到50km。
(2)抗干扰性强。
我们知道微波信号传输质量低,往往是因为在发送信号的中心频点附近有能量较强的同频噪声干扰,导致信号失真。
无线局域网使用的无线扩频设备直扩技术产生的11位随机码元能将源信号在中心频点向上下各展宽11MHz,使源信号独占22MHz的带宽,且信号平均能量降低。
在实际传输中,接收端接收到的是混合信号,即混合了(高能量低频宽的)噪声。
混合信号经过同步随机码元解调,在中心频点处重新解析出高能的源信号,依据同样算法,混合的噪声反而被解调为平均能量很低可忽略不计的背景噪声。
(3)安全性能强,无线扩频通信本身就起源于军事上的防窃听技术;扩频无线传输技术本身使盗听者难以捕捉到有用的数据;无线局域网采取网络隔离及网络认证措施;无线局域网设置有严密的用户口令及认证措施,防止非法用户入侵;无线局域网设置附加的第三方数据加密方案,即使信号被盗听也难以理解其中的内容。
对于有线局域网中的诸多安全问题,在无线局域网中基本上可以避免。
(4)扩展能力强。
无线网络的易扩展性是有线网络所不能比拟的。
在已有无线网络的基础上,只需通过增加AP(无线接入点)及相应的软件设置即可对现有网络进行有效扩展WLAN有多种配置方式,能够根据需要灵活选择。
这样,WLAN就能胜任从只有几个用户的小型局域网到上千用户的大型网络。
(5)建网容易,管理方便。
相对于有线网络,无线局域网的组建、配置和维护较为容易,一般计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。
(6)组网速度快、工程周期短。
一般在网络建设中,施工周期最长、对周边环境影响最大的,就是网络布线施工工程。
在施工过程中,往往需要破墙掘地、穿线架管。
而WLAN最大的优势就是免去或减少了网络布线的工作量,一般只要安装一个或多个接入点(AccessPoint)设备,就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。
(7)开发运营成本低。
无线局域网在人们的印象中是价格昂贵的,但实际上,在购买时不能只考虑设备的价格,因为无线局域网可以在其它方面降低成本。
由于有线网络缺少灵活性,这就要求网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要,这就往往导致预设大量利用率较低的信息点。
而一旦网络的发展超出了设计规划,又要花费较多费用进行网络改造。
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。
使用无线局域网不仅可以减少对布线的需求和与布线相关的一些开支,还可以为用户提供灵活性更高、移动性更强的信息获取方法。
(8)受自然环境、地形及灾害影响小。
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。
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。
2.3无线局域网的技术标准
目前,无线局域网产品所采用的技术标准主要有IEEE802.11系列、欧美的HiperLAN系列HomeRF、IrDA、Zigbee等。
一般来说,IEEE802.11系列标准比较适用于企业办公和家庭娱乐环境的无线网络,HomeRF和IrDA比较适用于家庭中移动数据/语音设备之间的通信,蓝牙非常适用于短距离的无线通信,Zigbee则以其低成本、低功耗而适用于工业环境。
目前这些标准还处于并存状态,但从长远看,随着产品与技术的不断发展,这些标准将逐步走向融合。
特别是IEEE802.11系列标准,由于该系列标准的开放性,是得他们已被全球上百家厂商、上千种认证产品所支持。
2.3.1IEEE801.11
IEEE802.11标准问世于1997年6月,工作频率为2.4GHz,数据传输速率最高为2Mb/s,主要用于办公室局域网和校园中设备的接入。
IEEE802.11标准规划了无线局域网的媒体访问控制层(MAC)和物理层(PHY),并在媒体访问控制层和物理层之间增加了智能。
MAC层是数据链路的一个子层,提供无线媒体访问、网络连接、数据验证和保密等功能。
物理层为数据链路层提供物理连接,实现比特流的透明传输,所传输的数据单位为比特(bit)IEEE802.11保持了与三种最流行的无线电传输方式(直接序列扩频、调频扩频、红外线)的兼容性。
IEEE802.11定义了两种类型的设备:
一种为无线终端,通常由一台PC加上一块无线网卡构成;另一种称为无线AP,无线AP不仅可以作为一个无线交换机连接网络范围内的多无线终端,还可以提供无线和有线网络之间的桥接。
IEEE802.11定义了两种工作模式:
基础结构模式和Ad-Hoc(自组织)模式。
在基础结构模式中,无线局域网至少有一个和有线网络连接的无线接入点,以及一系列的无线终端,这种配置构成一个BSS,两个或多个BSS构成一个ESS。
Ad-Hoc模式也称为点对点模式或IBSS模式,它是一种较简单的系统构成方式,以这种方式连接的设备间可以直接通信。
IEEE802.11帧结构分为前导信号、信头和负载。
(1)前导信号主要用于无线客户端和无线AP之间何时发送和接收数据,传输进行时告知其他无线客户端以免冲突,同时传输同步信号和帧间隔。
前导信号完成,接收方才开始接收数据。
(2)信头在前导信号之后,用于传输一些重要的数据比如负载长度、传输速率、服务等信息。
(3)由于数据率及要传送字节的数量不同,负载的包长变化很大,可以十分短也可以十分长。
2.3.2IEEE802.11b
为了支持更高的数据传输速率,1999年9月,IEEE小组又相继批准了IEEE802.11b和IEEE802.11a标准。
IEEE802.11b标准是IEEE802.11标准的高速扩展,依然工作于2.4GHz频段。
由于IEEE802.11b无线产品具有高宽带、覆盖范围广、成本低的特点,使得它在与蓝牙,HomeRF的竞争中脱颖而出。
其特点可概括为表2-1。
特点
说明
速度
2.4GHz直接序列扩频,最大数据传输速率为11Mb/s
动态速率转换
当射频情况变差时,可以将数据的传输速率降低为5.5Mb/s、2Mb/s、1Mb/s
覆盖范围
室外最大300m,办公环境中最大100m
可靠性
使用与以太网类似的连接协议和数据包确认,可提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用
互用性
只允许一种标准的信号发送技术,无线以太网兼容性联盟将认证产品的互用性
电源管理
网络接口卡可转到休眠模式,接入点将信息缓冲到客户,延长的笔记本电脑的电池寿命
漫游支持
当用户在楼房或公司部门移动时,允许在接入点之间无缝隙连接
可伸缩性
最多三个接入点可以同时定位于有效使用范围中,可以支持上百个用户
安全性
内置式身份认证和密码
2.3.3IEEE802.11a
IEEE802.11a工作5GHz频段上,使用OFDM调制技术可支持54Mbps的传输速率。
802.11a与802.11b两个标准都存在着各自的优缺点,802.11b的优势在于价格低廉,但速率较低(最高11Mbps);而802.11a优势在于传输速率快(最高54Mbps)且受干扰少,但价格相对较高。
另外,11a与11b工作在不同的频段上,不能工作在同一AP的网络里,因此11a与11b互不兼容。
2.3.4IEEE802.11g
为了解决上述问题,为了进一步推动无线局域网的发展,2003年7月802.11工作组批准了802.11g标准,新的标准终于浮出水面成为人们对无线局域网关注的焦点。
IEEE802.11工作组开始定义新的物理层标准IEEE802.11g。
该草案与以前的802.11协议标准相比有以下两个特点:
其在2.4G频段使用OFDM调制技术,使数据传输速率提高到20Mbps以上;IEEE802.11g标准能够与802.11b的WIFI系统互相连通,共存在同一AP的网络里,保障了后向兼容性。
这样原有的WLAN系统可以平滑的向高速无线局域网过渡,延长了IEEE802.11b产品的使用寿命,降低用户的投资。
2.3.5IEEE802.11n
IEEE已经成立802.11n工作小组,以制定一项新的高速无线局域网标准802.11n。
802.11n工作小组是由高吞吐量研究小组发展而来的,由802.11g工作小组主席Matthew
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