WLAN论文：WLAN无线宽带校园覆盖方案研究.doc

WLAN论文：WLAN无线宽带校园覆盖方案研究【摘要】本文在概述wlan无线网络覆盖原理基础上，探讨了wlan无线宽带覆盖校园必须解决的关键性问题，并根据校园网络的实际情况，具体设计了三套高效可行的无线覆盖实施方案。【关键词】wlan；无线宽带；校园覆盖；方案近年来，无线宽带网络因其自由移动、灵活高效等特性成为教育信息化建设的主流方向，使校园网络需要覆盖整个校园，而那些拥有多个分校区的学校，还要实现校本部与各个分校区的互联互通，乃至校际互联。无线局域网（wlan）与有线网络相比，无须线缆介质，具有安装便捷、使用灵活、易于扩展、经济节约等优势，通过电磁波在空气中发送和接收数据，使校园这一蕴藏丰富知识宝藏的场所，能够更加自由自在地上网遨游、方便快捷地获取信息、随时随地沟通交流，从而对教育理念、教学模式及教学管理产生深远影响。一、wlan无线网络覆盖原理简述最简单的wlan只要两个装有无线适配卡（wireless adapter card）的pc，置于有效距离内，即所谓对等（peer-to-peer）网络。它不必经过特殊组合，无需专人管理，两个移动式pc之间也不需要中央服务器（central server）便可相互对通。无线网络访问点（access point，简称ap）可以增大ad-hoc网络移动室pc之间的有效距离达原来的2倍。因为访问点连接在有线网络上，移动式pc之间可经服务器而实现网络的互连互通。每个访问点都可容纳许多pc，根据数据传输的实际要求，其容量可达15至63个pc。无线网络交换机和pc之间的有效距离，在户外约为300米，室内约为150米。校园内往往需要多个访问点，网桥位置需事先考察选定，使wlan无线宽带能够覆盖校园，使每个用户都可以在一群访问点覆盖的范围内漫游（roam），并确保通讯不会中断。为解决覆盖问题，可用接力器（extension point，简称ep）增大网络的转接范围。接力器的功能类似于访问点，但它并非接在有线网络上。接力器把信号从一个ap传递到另一个ap或ep，使无线网络的覆盖范围得以延伸。ep串在一起，即可将讯号从一个ap传递到远方。楼宇之间的无线网络范围扩展，可通过安装定向天线来实现。天线的方向要互相对准，比如第一栋楼的天线经网桥连接有限网络，第二栋楼的天线则接在第二栋楼的网桥上，这样就可使无线网络接通两个或多个相距较远的建筑物。wlan作为共享介质，将可用的吞吐量分割为若干份，而不是为每个接入设备提供专线速度。这对无线网络的吞吐量规划提出一个现实要求，就是在计算接入点数目时需要多预留一些空间。常遇到的是来自网络内部其它接入点甚或是网络外部的干扰，要靠一定量的良性蜂窝覆盖重迭以允许用户漫游（20到30为最佳）。wlan的覆盖范围既受不同射频带及吞吐量变化造成的波传播特征影响，又受到自由空间路径损耗和衰减的限制。自由空间路径损耗可视为开放或户外环境的问题，其实质是无线电信号因波前扩展而引起扩散，导致接收天线接收不到信号。而衰减在wlan的室内安装中则比较常见，是振幅下降或射频信号在穿过门、墙或其它障碍物时减弱所造成的。这正是wlan在密集建筑物周围性能较差的原因所在。影响覆盖范围的重要因素还有多路径效应，此即信号被反射并回送现象。多数情况下多路径效应使接收到的信号被削弱甚至完全抵消，有一些本应充分传播信号的区域没有射频信号覆盖。防止的办法是拆除或重新安置机柜和网络设备机架之类干扰对象，并增加接入点密度或功率输出。二、wlan无线宽带覆盖校园必须解决的关键性问题wlan以无线电波连接取代铜线或光纤电缆，为校园网络带来了很强的弹性、机动性与便利性，以及良好的扩充性，使网上遨游如同呼吸空气中的氧一样轻松自如。wlan可大可小，升级来得方便，只需增加无线接入点ap便可拓展涵盖范围和容量。相对于有线网络，它还具有灵活的拓展性，能够满足用户数量的快速增加，并具有一次性投入的施工周期短、费用低廉、维护方便等优点。然而，构建覆盖校园的wlan无线宽带无疑是一项极具挑战性的系统工程，必先解决现实中面临的一些关键性问题。首先，因为无线电波在传送过程中易受周边环境的影响，在不同地理及自然环境下的射频特性也相去甚远，使得校园网络在实施大范围连续wlan覆盖时必须为避免无线信号干扰而仔细规划各ap的射频信道，并调整其射频功率大小。又因为规模较大的学校园区所跨越的地理区域范围往往也比较大，而且自然环境较为复杂，现实中必须解决射频规划和设备部署问题。其次，因为无线电波是无形无影的传输介质，在不借助专业仪器的情况下人们无法感知无线射频环境的变化，特别是当网络中某个ap发生故障时，相应区域将出现射频覆盖的盲区，而当网络中新增加一台ap，新ap工作信道上的无线信号有可能会对邻近的ap产生干扰。为了能够及时发现并排除故障和干扰，现实中必须解决射频管理的问题。再次，因为无线电波不只是通过直线传播，还通过反射、折射、衍射等多种方式传播和扩散，使其覆盖范围很难确定。一旦无线网络提供不了足够的安全性，在无线信号的有效覆盖范围内难免会有黑客等不良用心者对网络进行破坏或窃取服务器中的机密，或私自放置ap以诱骗无线用户接入，造成用户重要信息的泄漏并导致无法弥补的损失。这就需要有足够强健的安全机制以保障无线网络的整体安全。另外，因为不同的学校规模要求实现的无线覆盖区域范围不同，校园网络中无线设备数量从几十台到几百台甚至上千台不等。又因受无线网络部署特点所决定，网络中ap的布放位置及环境很复杂，或被布放在室内吊顶、墙壁、桌面，或被布放在室外灯杆、外墙、楼顶。这对网络管理者来说，要管理数量庞大且分布广泛的无线网络设备无疑是一大难题。基于对校园网络建设及应用需求的调查了解，并借助专业化的分析研究，笔者特为教育行业用户提供独具行业特色的wlan无线宽带校园覆盖方案，以期充分满足现代化教育网络在射频规划和部署、射频管理、安全性、可管理等方面的严格要求。三、wlan无线宽带校园覆盖方案至关重要的是，wlan在应用中需要一个覆盖制高点，以满足覆盖范围内所有用户的上网需求，接收端可采用室外防水cpe架构，置高功率无线网卡于天线壳体内，通过室外延长线到室内完成无线上网。此方案可提高无线信号的接收质量，还可避免高功率无线网卡微波辐射的问题，绿色、安全、高性能。为确保网络接入的高质量，可融合多种先进的无线技术和设计：增加ap功率以扩大覆盖半径；采用具备水平和垂直两种极化方式的90扇区天线覆盖；接收端采用cpe架构；中心机房采用网关认证服务器以方便管理；认证网关支持负载均衡和流量控制，防止bt下载等造成网络拥塞。笔者根据校园网络的实际情况，具体设计了三套高效可行的无线覆盖解决方案。方案之一：多点覆盖，并于ap覆盖点使用bwb510a+全向天线，每一个ap可接入30个左右并发用户，使之可采用就近接入方式连入internet网络，此方案要求单ap无阻挡，其覆盖半径约为1.5公里。类似于wireless mesh net模式，用一个高宽带接入点（几百或千兆光纤）来形成几个ap覆盖点。发挥bwb510a的双模块优点，2.4ghz模块外接2.4ghz全向天线用于周边360无线覆盖，而5.8ghz模块利用自带扇区天线将宽带信号回传给附近辅覆盖点的5.8ghz定向天线，再通过2.4ghz的全向天线覆盖周边范围。方案之二：建一个宽带接入点，依凭100mbps光纤宽带接入bwb510a设备，采用中间加功分器连接两个902.4ghz扇区天线的覆盖半径，即3公里左右无阻挡、无死角覆盖。用户端使用改装后的cpe设备，使其通过自带天线接收无线上网信号并通过内置网卡连接无线网络，同时通过网线改装的usb延长线到计算机，从而实现上网功能。方案之三：利用bwb5