（教育技术学专业论文）应用无线局域网技术构建高度交互的教室环境.pdf

应用无线局域网技术构建高度交互的教室环境 刘豫钧 摘要t 近年来，无线局域网技术得到了迅猛的发展，并且逐渐渗透到各个 领域，其应用范围越来越广，教育也不可避免地受到这般“无线旋风”的影响。 无线局域网技术在教育领域尤其是高等教育的全面应用将是大势所趋。如何把这 项技术与现有的教育教学资源相整合，刨建一种全新的教学环境和模式，改善和 提高教学和学习的效果将成为教育技术研究的一个新课题。 目前，国内对无线局域网络在教育教学中应用的研究还不多，大多数还停留 在为提倡推广无线技术在教育中应用而摇旗呐喊的理论阶段，少数一些研究也上 升到了应用层次，但是却过于偏重其作为网络接入手段这一单一层面和作用。 无线局域网技术作为一种新的网络接入技术，它能够给教育带来的不仅仅是 简单的网络接入。由于其组网灵活、无缆线约束等自身固有的优势，使得它能够 为传统课堂教学在方法和形式上带来巨大的突破。本研究从传统课堂教学出发， 通过分析现有课堂环境之优劣，同时结合建构主义学习理论，构建一种无线网络 支持下多种交互模式相结合的无线教室环境及应用，并在此基础上对在无线教室 环境下的教学和学习进行了尝试性的设计。 通过建立起高度交互的无线教室环境和应用，辅以适合的教学设计方案，能 够改善传统教学中教师主导、学生消极被动、师生间缺乏交流和沟通的单一教学 模式，借助先进的教学和学习理论，使教师和学习者积极参与到交互和协作中， 从而有效激发学习者的思维，使他们在相互交流和理解的过程中得到知识的迅速 内化和固化，完成认知结构的重新建构，最终获得有意义的知识学习。 本文主要研究了在传统教室环境下应用无线局域网技术构建高度交互的无线 教室环境和应用，并对在该环境下进行教学进行了尝试性的教学设计。在研究过 程采用了文献检索、系统设计、应用程序设计及实践应用等方法。 主要完成了如下工作： 1 文献检索 为了较科学地构建高度交互的无线教室系统，笔者查阅了大量国内外对无线 技术应用的相关文献。尤其是与教学和学习密切结合的领域，如移动学习、无线 学习等。一方面很好的了解了该领域目前在国内外的发展现状，另一方面通过学 习和吸收先进的思想、方法和经验，保证了在设计上的科学性和前瞻性。 2 程序设计 在构建无线教室硬件系的同时，还需要一套与之相配套的软件应用，软件应 用在实现上使用了p 肿+ f l a s hm x2 0 0 4 + a c t i o n s c r i p t + m y s q l 技术，功能模块 主要有：( 1 ) 直播授课，教师可通过麦克风和摄像头实旌广播授课。学生可远程 接受，并通过答疑通道与教师实现互动交流。( 2 ) 协同知识构建，学习者通过分 工协作完成对某一课题的系统的知识建设。( 3 ) 共享式演示白板，教师和学习者 可使用白板提供的绘制工具，绘制表达知识和概念的关系图、结构图和概念图等， 它既是一种有效的教学和学习工具( 4 ) 即时测试，教师可根据教学需要，快速 的组织起随堂测验，学生通过个人设备进行测验，测验完成的同时能够马上获得 全体学生测验的统计结果( 5 ) 投票，学生通过个人设备对某一议题进行投票，投 票的动态变化过程及最终结果将被实时的显示。 3 教学设计 在完成对无线教室环境及其应用的设计和实现之后又对在实际教学中如何 有效使用这一环境及其应用作了尝试性的设计。 另外，由于目前条件的限制，对于如何把无线网络技术应用于课堂教学的研 究还处于设计和探索阶段，还不能够把这一设计放置到实际应用中去检验和评价。 因此，存在一定的问题和缺陷是不可避免的，这些问题和缺陷还有待于在后续的 研究和实验中去进一步解决和修正。 关键词：无线局域网无线教室交互 j i g s a w a p p l y i n g w i r e l e s sl a n t e c h n o l o g y t ob u i l dah i g h l yi n t e r a c t i v e c l a s s r o o m l i u y u d u n a b s t r a c t ：w i r e l e s sl a n t e c h n o l o g yh a sb e e nd e v e l o p e dr a p i d l yi nt h el a s tf e w y e a r sa n d h a sb e e nw i d e l yu s e di nm a n yi 1 1 a s t h ee d u c a t i o nf i e l dh a sb e e ni m p a c t e d g r e a t l yb yt h i sw i r e l e s ss t o r m i ti so b v i o u st h a tt h en e wt e c h n o l o g yw i l lh a v eg r e a t p o t e n t i a li no u rf u t u r ee d u c a t i o n , e s p e c i a li nt h eh i g h e re d u c a t i o nd o m a i n t h e r e f o r e ，i t w i l lb ean e wr e s e a r c ht o p i ct h a th o wt oi n t e g r a t et h en e w t e c h n o l o g ya n dt h ee x i s t i n g e d u c t i o nr e s o u r c e st oi m p r o v et h et e a c j l i i i ga n d l e a r n i n ge f f e c t , w h a tk i n do f p o w e r f u l n e w t e a c h i n ga n dl e a r n i n ge x p e r i e n c e s a r ep o s s i b l e a sw e k n o w n ，t h ew i r e l e s sl a nt e c h n o l o g yi san e w f o r mo f n e t w o r k i n t e r f a c e 。i t h a ss o m eu n i q u ea d v a n c e sa n df e a t u r e sw h i c hc a r t g i v et r e m e n d o u sc h a n g e si n t r a d i t i o n a lt e a c h i n gm e t h o d sa n dm o d e l s t h i sp a p e rf i r s ta n a l y s e st h eb e n e f i t sa n d s h o r t c u t so ft h ee x i s t i n gc l a s s r o o me n v i r o n m e n t , a f t e rt h a t , w e t r y i n gt oi n t e g r a t et h e n e wt e c h n o l o g yw i t ht h ec o n s t r u c t i o nt h e o r yt ob u i l dah i g h l yi n t e r a c t i v ew i r e l e s s c l a s s r o o me n v i r o n m e n tt o g e t h e rw i t has e to fa p p l i c a t i o nt o o l st of a c i l i t a t et h e c l a s s r o o mi n t e r a c t i o n f i n a l l y , w ei n t e g r a t et h ew i r e l e s sc l a s s r o o me n v i r o n m e n ta n di t s a p p l i c a t i o np l a t f o r m w i t ho n eo ft h e p e d a g o g i c a l m o d e l s - t h e j i g s a wm o d e l t o d e m o n s t r a t eh o ws u c hh i g h l yi n t e r a c t i v et e a c h i n ga n dl c 丑i n i n ge n v i r o n m e n tc 妣b e s t p r o m o t e i n s t r u c t o r st e h i 】唱a n ds t u d e n t s l e a r n i n g i nt h et r a d i t i o n a lc l a s s ，s t u d e n t sw i l la s s u m eap o s t u r eo f ”c i v i la t t e n t i o n ”a n d p a s s i v e l yr e c e i v ew h i l et h ei u s t r u c t o rp l a y st h er o l eo f ”t h es a g eo nt h es t a g e ”a n d a c t i v e l yd e l i v e r t h eh i g h yi n t e r a c t i v ew i r e l e s se n v i r o n m e n tc o u p l e dw i t hac o m p a t i b l e i n s t r u c t i o n a ld e s i g nc 锄g r e a t l y c h a n g e d t h e d e f i c i e n c yi nt h e t r a d i t i o n a lc l a s s w i t ht h e s u p p o r to f as e to fi n t e r a c t i o na n dc o l l a b o r a t i o nt o o l s ，t h ei n s t r u c t o ra n ds t u d e n t sc a n e a s i l yc a r r yo u td i f f e r e n tt y p eo fl e a r n i n ga n di n s t r u c t i o na c t i v i t y , t h u sh e l pt os p a r kt h e s t u d e n t s t h i n k i n g , c o n s t a n t l yc h a n g et h e i rc o g n i t i v es t r u c t u r e , a n df u r t h e rp r o m o t e i n d i v i d u a lh i g h e ro r d e r c o g n i t i v ed e v e l o p m e n t 1 1 f o l l o w i n g r e s e a r c hm e t h o d sw e r eu s e di no u rr e s e a r c h ： 1 l i t e r a t u r es e a r c h i no r d e rt oc o n s t r u c tt h ew i r e l e s sc l a s s r o o me n v i r o n m e n ts c i e n t i f i c a l l y , t h ea u t h o r c o n s u l t e d p l e n t y o fl i t e r a t u r ea b o u tt h e a p p l i c a t i o n o fw i r e l e s sl a nt e c h n o l o g y , l e s p e c i a l l yi nt h e m o b i l el e a r n i n ga n dw i r e l e s sl e a r n i n gd o m a i n , t h u sm a k et h i sr e s e a r c h p r e c o n s c i o u s 2 p r o g r a md e s i g n as e r i e so f p r o g r a m t o o l sa n dt e c h n i q u e sw e r eu s e di nt h eb u i l d i n go f a p p l i c a t i o n p l a t f o r m ，s u c ha sp h p , f l a s hn i x ，a c t i o n s c r i p ta n dm y s q l 1 1 1 ea p p l i c a t i o np l a t f o r m h a st h ef o l l o w i n gf u n c t i o nm o d e l s ：( 1 ) c l a s sb r o a d c a s t i n g ：mi n s t r u c t o r 锄e a s i l y b r o a d c a s tt h e i r i m a g ea n dv o i c et o d i s t a n tl e a r n e r sw i t hm i c r o p h o n ea n dw e b c a m t h r o u g ht h ei n t e m e t ( 2 ) c o l l a b o r a t i v ek n o w l e d g eb u i l d i n g ：i ti sas e to f t o o l st oh e l p l e a r n e r sc a r r yo u td i v e r s ec o l l a b o r a t i v el e a r n i n ga c t i v i t y ( 3 ) s h a r e dw h i t e b e a r d ：i t h e l p st h ei n s t r u c t o ra n dl e a r n e r s t oe x p r e s st h e i ri d e a sa n d c o n c e p t sb yd r a w i n g s c h e m a ( 4 ) q u i z i th e l p st h ei n s t r u c t o rt ob u i l dq u i z z e sq u i c k l y ；t h el e a r n e r sc a nt a k et h e i r q u i z z e s o nt h e i rd i g i t a ll e a r n i n gd e v i c e sa n dt h ef e e d b a c kw i l lb ed e l i v e r e di n s t a n t l y ( 5 ) p o l l ：i t 啪b eu s e di ns o m ec i r c u m s t m a c ew h i c h h e l p sb o t hi n s t r u c t o ra n d l e a r n e r st o m a k ed e c i s i o n s 3 i n s t r u c t i o n a ld e s i g n f i n a l l y ，t h i sp a p e rt r i e st oe x p l o r et h ei m t m c t i o n a ld e s i g ni nt h en o w c l a s s r o o m e n v i r o n m e n t , w h i c hu n d e rt h es u p p o r to ft h ew i r e l e s sl a n a n dt h es e to f a p p f i c a f i o n p l a t f o r m w et r y t oa p p l yo n eo ft h et r a d i t i o n a lp e d a g o g i c a lm o d e l s t h ej i g s a wm o d e l t ot h en e we n v i r o n m e n tt od e m o n s u a t eh o ws u c hh i g h l yi n t e r a c t i v e t e a c h i n ga n d l e a n f i n ge n v i r o n m e n t c a nb e s t p r o m o t e i n s t r u c t o r st e a c h i n ga n ds t u d e n t s l e a r n i n g mr e s e a r c hi nt h i sp a p e ri ss t i ui nt h ee x p l o r i n gl e v e l d u et ot h el i m i t a t i o no f e q u i p m e n t , w eh a v ed i f f i c u l t i e st op u tt h ew h o l ed e s i g ni n t or e a lp r a c t i c e ，a n da r en o t a b l et oe v a l u a t et h en e we n v i r o n m e n ti nr e a lc i r c a m s t a n c e t h e r ea l es t i l ls o r t i e p r o b l e r n s n e e dt ob es o l v e di no u rf h m l e rr e s e a r c h k e y w o r d s ：w i r e l e s sl a n w i r e l e s s - c l a s s r o o mi n t e r a c t i o n j i g s a w i v 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得陕西师范大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文 中作了明确说明并表示谢意。 作者签名；日期： 2 0 l , s 、5 - 学位论文使用授权声明 本人同意研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属陕西师范大 学。本人保证毕业离校后。发表本论文或使用本论文成果时署名单位仍为陕西师 范大学。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其它指定机构送交论文的电 子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校 图书馆、院系资料室被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索； 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。 作者签名：日期：2 竺 绪论 一、选题的意义 多年来，教育技术领域的研究者们一直致力于研究如何通过新的技术手段改 变人们的学习方式和方法，从而使得学习变得更加优化和高效。随着计算机技术 和互联网络的出现，这方面的研究变得更加活跃，成果卓著。越来越多的新技术 被应用到了各个领域人们的学习之中，从初等教育到高等教育，从传统教育到网 络远程教育，从常规教育到继续教育以及终身教育。多年来的研究表明，技术的 使用对教学和学习都将起到非常积极的影响和促进作用，技术支持下的教学和学 习效果往往明显优于无技术支持下的教学和学习。技术在人类学习过程中所起到 的作用使得教育技术研究者们更加重视对技术在教学领域应用潜力的研究和挖 掘。 近年来无线局域网技术迅速崛起并且日益成熟，目前已经在很多领域得到 广泛地应用。同时也不可避免地开始渗透到了教育领域，并成为教育技术研究的 一个新的亮点和热点。一些国外的研究表明，无线技术的应用大大便利了学习者 对网络资源的获取，从而提高网络的利用率；由于无线网络摆脱了连接缆线的约 束，使得学习方式变得更加自由和快捷，学习者可以在不同环境下从事与学习相 关的活动；覆盖校园的无线网络把整个校园从物理意义的学习场所变成了一个庞 大的虚拟学习环境，这种虚拟的教学和学习环境增强了教师和学习者之间的交互， 能够有效地激发学习者之间的参与和协作动力，有助于教师和学习者在角色和关 系上的转变和重构，有助于学习者进行以闯题为中心的协作和探究式学习，同时 也迎合了建构主义学习和教学理论，有利于学习者进行有意义的建构学习。总之， 无线技术的应用对于改变传统课堂教学模式、改善教师与学生之间、学生与学生 之间的交流和沟通等起到的非常积极的影响和促进作用。 与此同时，一些研究者们也对无线技术支持下的教学所达到的教学效果持保 守态度。他们认为无线技术并不能够适用于所有形式的课堂教学活动，包括教学 方法、课程内容、成员之间的协作意识以及信息素养等因素都将直接影响到无线 技术在实际应用中与教学的整合。因而，如何整合这项新技术，并能够在特定的 教学和学习情境下通过结合相应的教学模式最终达到预期的目标和效果，就成了 目前教育技术领域的一个新的、具有现实意义的研究课题。 二、研究的问题 从建构主义的观点来看，学生在课堂环境下获得有意义的学习需要所有学习 成员之问进行有效的交互，包括教师与学生之间，学生与学生之同。交互在教学 和学习过程中是一个非常重要的因素，它能够帮助和激发教师和学生的思维，有 利于在学习过程中知识的快速内化和意义建构。没有持续不断的交互作用，就无 法保持持久的兴趣和注意，也无法促进批判性学习，而教学的质量在很大程度上 取决于鼓励学习者对各种知识和不同观点进行批判性分析，并由此建构个人的解 释和通过交互证实自己的理解。因此，交互对于高级的认知学习是必不可少的重 要手段。 传统的课堂教学一直以来延续着以教师讲、学生听为主的讲授模式，这种教 学模式决定下的课堂教学对交互不够重视，尤其忽略了学习者之间的交互作用。 此外，课堂环境下的物理布置和格局( 黑板、讲台和学生课桌的物理位置) 对交 互也产生了一定的抑制和消极影响，课堂交互由于缺乏一定的技术手段支持而显 得难于进行。交互的障碍一方面影响学生的问题得不到教师的及时解答和指导， 另一方面也影响教师无法及时获得学生的反馈信息，使教学无法及时调控、评价 和修正。因此，如何利用适合的理论指导和技术手段来科学地设计课堂交互并有 效改善课堂交互质量，显得至为关键。 本研究正是以这一思想为出发点，在建构主义学习理论指导下，将无线局域 网技术和无线数字化学习设备与传统课堂教学相整合，应用无线局域网技术构建 一个网络支持的课堂教学环境，并针对这一环境设计建立一套相应的交互应用支 持平台。进而通过技术的整合，去努力地探索新的教育技术是如何影响复杂的教 室环境下师生之间的交互以及在新的技术环境下如何构建师生之间快速高效的交 互活动。 本论文在第一章和第二章分别对无线网络技术及其在国内外高等教育中的应 用做了一个基本的介绍；第三章对课堂环境下交互傲较为深入地分析，分别阐述 了在无线教室环境下将要实现的四种交互类型，并对四种交互各自的特性、优势 和局限性做了简要的分析和说明；第四章和第五章，利用无线局域网络构建了新 的教学和学习环境，并对其在硬件和软件两方面的设计和实施方案进行较为详细 的阐述；第六章主要对无线教室环境下的教学设计做了简要论述，并通过一个与 j i g s a w 教学模型相结合的教学实例来展示如何在无线教室环境中，在无线数字化 学习设备支持下进行一种全新的协作学习活动。 三、创新之处 本研究的主要创新之处体现在以下几个方面： 1 敢于涉足教育技术的新领域 随着移动计算技术( m o b i l ec o m p u t i n g ) 的迅猛发展和日益成熟，它也逐渐 成为一种新兴的教育技术手段，能够被很好的应用于传统教学和网络远程教学中， 以移动计算技术为支撑的移动学习或无线学习应运而生。移动学习( 无线学习) 目前在国内还处于刚起步阶段，作为教育技术的一个新领域，国内该领域的研究 成果寥寥无几。本研究属于无线学习在传统课堂教学的应用和实践研究，是无线 学习的一个重要组成部分，体现出对教育技术新领域的尝试和探索。 2 立足于利用新技术改造课堂教学 计算机技术和互联网的出现，使得网络远程教育得到了蓬勃发展，一时之闾， 网络远程教育成为了教育技术领域研究的中心和重点，甚至变成了教育技术的一 个代名词，成为了教育技术领域研究的全部。在大部分研究者把目光投向计算机 和网络技术在时空分离的远程教学和学习中的应用的同时，传统的课堂教学中存 在的问题似乎被人遗忘，变得无人问津，或者一谈到传统课堂教学就必须将其置 之死地而后快。其实，课堂教学无论在哪个国家仍然是教育的主流形式，仍然是 教育技术研究的重点和核心，问题在于我们如何利用新技术改造课堂教学。 本研究中始终立足于课堂教学，以传统课堂教学中存在的问题为出发点，通 过结合计算机与网络技术试图建立一套用于改善传统课堂教学的支持平台，以期 取得较好的教学效果。 3 尝试性地进行了无线局域网技术与教学技术的整合 无线局域网络技术虽然已经在教育领域中得到了一定的应用，国内多所大学 都建立起了各自的无线校园网络，但总体上来说，国内教育技术领域对无线技术 在教育教学中应用的研究还很少，大多数还停留在摇旗呐喊的理论阶段，少数一 些研究上升到了应用层次，但却往往偏重作为网络接入这一单一层面。 本研究突破了仅仅把无线网络作为接入手段这一局限性，通过利用无线网络 在技术和特性上的优势，同时辅以一套完善的无线教室应用平台，使得传统教学 和学习在形式、方法、效率和效果上得到了非常显著的改善，弥补了传统课堂教 学中一直存在的弊端，实现了无线网络技术与传统课堂教学完美的整合。 4 初步实现了虚拟与现实的结合、远程教学与课堂教学的结合 本文中所设计和实现的无线教室应用平台是一套基于b s 结构的网络应用平 台，它主要为教师和学习者在课堂环境下进行交互活动提供辅助，包括：协同知 识构建、共享式演示白板、即时测试和投票等功能模块。除此之外，在设计时还 充分考虑到网络的连通性以及在远程教学中的优势，特意添加了远程视音频模 块，通过该模块，远程学习者也可以通过互联网接收到课堂教学的全过程，与课 堂内的教师和学习者进行视音频双向交流，在参与课堂内进行的协作学习活动 中，初步实现了虚拟与现实相结合、远程教学和课堂教学的结合。 第一章无线局域网技术概述 一、什么是无线局域网 无线局域网( w l a n ，w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ) ，可定义为，使用射频 ( r f ，r a d i of r e q u e n c y ) 、微波( m i c r o w a v e ) 或红外线( i n f r a r e d ) ，在一个有 限地域范围内实现互联设备的通信系统。就应用层面来讲，它与有线网络的用途 完全相似，两者最大的不同之处在于数据传输的媒介不同。 通常计算机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制；布线、改线工程量大；线路容易损坏；网中 的各节点不可移动。特别是当要把相离较远的节点联接起来时，敷设专用通信线 路的布线施工难度大、费用高、耗时长，对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的 瓶颈阻塞。 无线局域网能够很好地解决了以上的问题。它在连接上不使用双绞线或光纤， 它使用的是红外线( i r ) 或射频( 1 f ) 。在这两者之中，r f 因其作用距离长、带宽 大及覆盖范围更广而更加受到欢迎。今天的大多数无线局域网都工作在2 4 g h z 的 频率波段，这是世界范围内r f 频谱中为非许可备保留的唯一波段。它可以作为有 线局域网的扩展来使用，也可以独立作为有线局域网的替代设施，提供了很强的 灵活组网性。 无线局域网在组网时使用的基本设备包括无线网卡和a p 。无线网卡具有发送 器、接收器、天线以及与移动终端接口的硬件，安装在移动终端上；a p 为a c c e s s p o i n t 的简称，即无线访问节点，又称为无线基站，是用于数据发送和接收的设备， 一个a p 能够在几十至上百米的范围内连接多个无线用户，在同时具有有线和无线 网络的情况下，a p 可以通过标准的以太网电缆与传统的有线网络相连，作为无线网 和有线网络的连接点，从而把无线用户和有线用户连接在一起 无线局域网所能覆盖的范围应视环境的开放与否而定，若不加外接天线，在 视野所及之处约2 5 0 米；若属半开放性空间，有间隔的区域，则约3 5 5 0 米左右； 若加上外按天线，距离可达更远。无线局域网的产生使我们要对局域网的概念重 新定义，局域的概念不再以米来度量，而是以公里来度量# 系统的基础结构不再 需要埋在地下或藏在墙里，它是可移动的，并具有极高的灵活性，可随着网络结 构的增长而灵活变化和扩展。 ：、无线局域网的标准 随着无线通信技术的发展和对无线局域网通信速率要求上的不断提高，无线 局域网的标准也在不断发展，总的趋势是数据速率越来越高、安全性越来越好、 4 服务质量越来越有保证。 而从无线局域网标准的支持者及被采用的地域范围来看，目前主要有三大阵 营，分别是i e e e 的8 0 2 1 1 系列标准、欧洲的h i p e r l a n l h i p e r l a n 2 和日本的m m a c 系列标准，其中i e e e8 0 2 ii 系列标准是目前应用最为广泛的 ( 一) i e e e8 0 2 i i 系列标准 表i - i ：i e e e8 0 2 i i 系列标准 8 0 2 1 l8 0 2 i l a8 0 2 1 l b 8 0 2 1 1 9 标准通过的 1 9 9 7 71 9 9 9 91 9 9 9 92 0 0 3 2 时间 可用带宽删z8 3 53 0 08 3 58 3 5 2 4 2 4 8 3 55 1 5 5 3 5 ( o f d m2 4 - 2 4 8 3 52 4 - 2 4 8 3 5 工作频率g h z ( d s s s ，f h s s ) 5 7 2 5 5 8 2 5 ( 删( d s s s )( d s s s ，0 f d i d 数据速率( 信5 4 ，4 8 ，3 6 。2 4 ，5 4 ，3 6 ，3 3 ，2 4 ，2 2 ，1 2 道) m b i t s l ，21 1 ，5 5 2 ，1 1 8 ，1 2 ，9 ，6，1 1 ，9 8 ，5 5 。2 ，1 d q p s kd p s kb p s kq p s k d q p s k c c kq f d m j c c ko f d m 调制方式 4 g f s k2 g f s k1 6 q 越w6 4 q 艘d q p s kd b p s k d o | p s k c 瓤d q p s x 互不重叠1 3 ( u s ) 333 频段数量 1 9 ( e u r o p e ) 支持的业务 酶皴酣懒愀黯o 、酶黼圈像类型 在8 0 2 1 1 系列标准中，涉及物理层的有4 个标准，分别是8 0 2 i i 、8 0 2 1 l b 、 8 0 2 1 l a 、8 0 2 。l l g ，如表卜l 所示。 i e e e 8 0 2 1 l 标准于1 9 9 7 年7 月推出的，它工作于2 4 g h z 频段，物理层采用 红外、直接序列扩频( d s s s ) 或调频扩频( f s s s ) 技术，共享数据速率最高可达 2 m b p s 。由于其数据速率不能满足日益发展的业务需要，于是i e e e 在1 9 9 9 年相继 推出了8 0 2 i i b 、8 0 2 1 1 a 两个标准，并且在2 0 0 3 年又通过8 0 2 i i g 标准草案。 i e e e8 0 2 1 l b 标准制定于1 9 9 9 年9 月，它扩展了原先的8 0 2 1 l 规范，通过 使用新的调制技术，大大提高了数据传输的速率。8 0 2 1 1 b 工作在2 4 g h zi s m ( 工 业、科技、医疗) 频带，采用直接序列扩频技术( d s s s ) 和补码键控技术( c c k ) ， 能够支持5 5 m b p s 和l l m b p s 两种速率，可以与速率为i m b p s 和2 m b p s 的8 0 2 1 1 直接序列扩频( d s s s ) 系统交互操作，但不能与i m b p s 和2 m b p s 的8 0 2 i i 跳频扩 5 频( f h s s ) 系统交互操作。 8 0 2 儿8 工作在最近分配的不需经许可的国家信息基础设施( u n i i ， u n l i c e n s e dn a t i o n a li n f o r m a t i o ni n f r a s t r u c t u r e ) 5 g h z 频段上。它采用正交 频分复用( o f 删) 技术，支持5 4 m b p s 最大数据速率。 8 0 2 1 l a 与8 0 2 1 1 b 两个标准都存在着各自的优缺点，8 0 2 1 l b 的优势在于价 格低廉，但速率较低( 最高1 1 m b p s ) ；而8 0 2 1 l a 优势在于传输速率快( 最高5 4 m b p s ) 且受干扰少，但价格相对较高。另外，l l a 与l l b 工作在不同的频段上，不能工 作在同一a p 覆盖的网络里，因此8 0 2 1 l a 与8 0 2 1 l b 互不兼容。 为了解决上述问题，进一步推动无线局域网的发展，i e e e8 0 2 i i 工作组开始 定义新的物理层标准8 0 2 1 l g ，并于2 0 0 3 年2 月批准了8 0 2 1 l g 标准草案。8 0 2 1 l g 草案与以前的8 0 2 i i 协议标准相比有以下两个特点：首先，它工作于2 4 g h z i s m ( 工业、科技、医疗) 频带，与8 0 2 1 1 b 不同的是它采用了正交频分复用( o f d m ) 调制技术，因而可以实现最高5 4 m b p s 的数据传输率，与8 0 2 1l a 相当； 其次， 8 0 2 1 l g 标准能够与8 0 2 i i b 标准的系统互相连通，共存于同一a p 覆盖的网络 下，保证了后向兼容性。8 0 2 1 l g 标准的制定使得之前8 0 2 1 l b 标准的网络系统可 以平滑的向高速无线局域网过渡，延长了8 0 2 1 l b 产品的使用寿命，降低用户的 投资。 i e e e8 0 2 i i 系列标准仍然在进一步的发展中，目前，为了促进8 0 2 1 1 a 在欧 洲的推广和应用，与e t s i 的h i p e r l a n 2 竞争，i e e e 又提出了新的8 0 2 1 l h 标准， 该标准在8 0 2 1 l a 基础上增加自动频率选择( d f s ) 和发送功率控制( t p c ) 功能， 它迎合8 0 2 1 l a 在欧洲推广发展的需要，符合欧洲有关管制规定的要求。 ( 二) h i p e r l a n l h i p e r l a n 2 标准 在i e e e 制订8 0 2 1 1 系列无线局域网标准的同时，欧洲e t s i ( 欧洲通信标准学 会) 则在大力推广h i p e r l a n l h i p e r l a n 2 标准 h i p e r l a n l 发布于1 9 9 6 年，它工作于5 g h z 频带，采用的调制方式为高斯滤波 最小移频键控( g m s k ) ；h i p e r l a n l 提供的数据速率最高可达2 5 m b p s 。整体上 h i p e r l a n l 与8 0 2 1 i b 是相当的。 h i p e r l a n 2 是h i p e r l a n l 的第二代版本，于2 0 0 0 年底通过e t s i 批准成为标准。 它对应于i e e e 的8 0 2 1 l a ，工作在5 g h z 频带，采用o f d m 技术，并且具备动态频 率选择( d f s ) 、发送功率控制( t p c ) 功能，支持最高数据速率为5 4 m b p s 。在m a c 层，h i p e r l a n 2 采用预留t d m a 多址方式，动态t d d 双工方式。并且能够在高吞吐 率下支持q o s ，从而为视频流、话音等实时应用提供支持。 ( 三) 蛳a c 标准 日本的多媒体移动接入通信促进委员会一直致力于无线局域网技术的研究和 标准制订工作，相继制订了h i s w a n a 和h i s w a n b 标准。其中h i s w a n a 工作于5 g h z 频段，h i s w a n b 工作于2 5 2 7 g h z 频段，支持数据速率为6 - 5 4 m b p s ，采用o f d m 调 制、t d m a 多址方式、t d d 双工方式。 三、无线局域网的组网模式 i e e e8 0 2 1 l 标准中定义了两种组网模式，分别是a d h o c 模式和 i n f r a s t r u c t u r e 模式：此步 ，从网络拓扑结构来看，无线局域网又可以分为独立 式无线局域网的和非独立无线局域网。 ( 一) a d - h o c 模式和i n f r a s t r u c t u r e 模式 i e e e 标准中把a d - h o c 模式定义为i n d e p e n d e n tb a s i cs e r v i c es e t ( i b s s ) ， 它实际为一种点对点模式，如图1 - 1 所示。在这种模式下，任何一个用户都能够 与其他用户在通信范围之内通过无线网卡直接通信，它是一种无线网卡与无线网 卡之间的通信方式，对于小型的无线网络来说，这是一种比较方便的连网方式， 最多可同时连接2 5 6 个用户。 刷户2 图卜1h d - h o c 模式 图卜2i n f r a s t r u c t u r e 模式 i e e e 标准中把i n f r a s t r u c t u r e 模式定义为b a s i cs e r v i c es e t ( b s s ) ，或称 之为基础模式，它是无线网络规模扩充或无线与有线网络并存时的通信方式，如 图l 一2 所示。在该模式下，用户之间的通信必须通过无线接入点中转，无线接入 点连接周边的无线网络终端，形成星形网络结构。无线接入点( a c c e s sp o i n t ， 简称a p ) 相当于以太网中的集线器。它是负责无线客户机的管理以及协调无线与 有线网络之间通信的关键部件。 ( 二) 独立w l a n 模式 独立w l a n 指整个网络只使用无线通信连接的模式。在这种模式下有两种网络 一 一 弗 拓扑结构，一种是以a d h o c 模式连接而成的对等网络拓扑结构，另一种是以 i n f r a s t r u c t u r e 模式连接而成的星型网络拓扑结构。 在a d h o c 模式下，所有用户之间以点对点方式通过无线网卡直接通信。如果 网络内的用户需要访问i n t e r n e t ，可采用网络代理方案，即为其中一台用户机加 装一块有线网卡并将这台用户机连入i n t e r n e t ，其他网内用户可共享该用户的互 联网接入，如图卜3 所示。 ll 图卜3a d h o c 下的独立w l a n 在i n f r a s t r u c t u r e 模式下，所有用户通过a p 中转连接，a p 本身具有路由功 能，可将a p 的l o b a s e t 接1 ：3 与网线直接连接，在该a p 传输距离内的所有用户即 可接入互联网，如图卜4 所示。此外，当网络规模较大时，可将相邻的多个a p 与 交换机相连，从而把多个分散的无线网段连接成为整体，用户可在其覆盖范围之 内实现移动漫游，如图卜5 所示。 固足铲i ”7 q 一 。 怂裟挲 图卜4i n f r a s t r u c t u r e 下的独立w l a n 一_ i 8 图卜5i n f r a s t r u c t u r e 模式下的独立w l a n ( 多网段) 以上提到的两种独立w l a n 模式具有组网灵活、快捷方便的特点，但由于独立 的无线网络通信距离有限，当用户数量增多时，网络性能会明显下降，因此主要 适用于网络规模小、网络要求不高的家庭、小型办公室等场所。 ( 三) 非独立w l a n 模式 虽然无线技术可以作为一种成熟的通信技术独立存在，但在大多数情况下， 它更多的是与有线网络共存，并作为有线网络的补充和扩展，我们把这种模式称 为非独立礼a n 模式。在这种配置下，a p 通过各自的1 0 b a s e t 以太网接口连接到 有线网络上，无线网络用户与有线网络用户可以互访各自的资源，同时，利用有 线网络现有的路由功能无线网络用户也可以访问i n t e r n e t ，从而使有线网络与无 线网络融为一个整体，如图卜6 所示。 图l