校园WLAN的规划方案设计规划(一).doc

*实践教学*兰州理工大学计算机与通信学院2011年秋季学期 移动通信课程设计 题 目： 校园WLAN的规划方案设计 专业班级： 通信工程四班 姓 名： 苟新伟 学 号： 09250419 指导教师： 李 立 成 绩： 摘 要校园网已经成为校园生活的重要组成部分，是教职员工和学生获取资源和信息的主要途径。本此课程设计介绍了校园无线局域网的应用需求，以及校园无线局域网的设计思路。对校园无线局域网作出了物理和逻辑上的设计。该设计方案以校本部为背景，既考虑了无线技术本身的特点，同时也考虑了校园网的应用和日后的升级需求。是一个可以灵活部署、易于扩展、高性价比的校园无线局域网设计。 关键字：无线、局域网、无线技术 前 言 学生们一边坐在草地上，惬意的喝着饮料，一边通过无线网络与专家、老师进行网上讨论，访问图书馆电子资源；课堂上老师和学生可以通过手持无线设备进行自由沟通；在学校内任何地方观看赛事直播这样一个美好校园网的实现，当然离不开无线网络在校园网中的应用。无线局域网络不仅可以覆盖课堂、教室、宿舍、阅览室等经常使用网络的场所，除此之外，校园的草坪、树林更是无线网络发挥功效的场所。由于以往室外环境无法提供上网条件，因此许多教学活动受到限制，而无线校园网络的建设恰巧弥补了这些环节的不足，把课堂延伸到易于激发学习热情的广阔空间上。无线网络技术可以实现终端设备移动漫游的功能，因此，在整个校园内，同一个设备可以在任何时候、任何地方与校园网络连接，不间断地访问校园网络资源。无线网络的特征是以一个固定的信息点为基础，形成一个网络覆盖面，将校园网络的覆盖面渗透到校园的任何地方，因而使网络无所不在。对于终端用户而言，直接能够感受到的是无线网络带来的便捷性。 目 录摘要1前言3第1章 无线网络技术介绍31.1 无线网络技术基本概念31.2 无线网络的协议标准41.3 无线网络的应用5第2章 无线网络设备62.1 无线网卡62.2 无线AP72.3无线路由82.4无线网桥82.5无线天线93.1、WLAN网络规划流程93.2、调研及勘查103.3覆盖设计103.3.1覆盖方式103.3.2共用室内分布系统建设方式103.3.3室外型AP覆盖方式11第4章校园无线网设计114.1网络设计原则114.2网络拓朴结构134.3无线校园网实施方案17总结19参考文献20致谢21第1章 无线网络技术介绍1.1 无线网络技术基本概念 WLAN是Wireless Local Area Network的缩写，指应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。无线局域网本质的特点是不再使用通信电缆将计算机与网络连接起来，而是通过无线的方式连接，从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。 无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。从专业角度讲，无线局域网利用了无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信，并为通信的移动化、个性化和多媒体应用提供了可能。通俗地说无线局域网（Wireless local-area network，WLAN）就是在不采用传统缆线的同时，提供以太网或者令牌网络的功能。 但是，仅仅从缆线这个角度来看待无线局域网是不够的无线局域网已经重新定义了局域网。联接不仅仅是连接，“本地”的计量单位也从米延伸到了公里。基础设施不需要再埋在地下或隐藏在墙里，它已经能够随着公司的发展而移动或变化。1.2 无线网络的协议标准 目前常用的无线网络标准主要有美国IEEE（电机电子工程师协会，The Institute of Electrical and Electronics Engineers）所制定的802.11标准（包括802.11a 、802.11b 及802.11g等标准），蓝牙（Bluetooth）标准以及HomeRF（家庭网络）标准等。802.11协议族之IEEE 802.11a 802.11a是802.11原始标准的一个修订标准，于1999年获得批准。802.11a标准采用了与原始标准相同的核心协议，工作频率为5GHz，使用52个正交频分多路复用副载波，最大原始数据传输率为54Mb/s，这达到了现实网络中等吞吐量(20Mb/s)的要求。如果需要的话，数据率可降为48，36，24，18，12，9或者6Mb/s。802.11a拥有12条不相互重叠的频道，8条用于室内，4条用于点对点传输。它不能与802.11b进行互操作，除非使用了对两种标准都采用的设备。由于2.4GHz频带已经被到处使用，采用5GHz的频带让802.11a具有更少冲突的优点。然而，高载波频率也带来了负面效果。802.11a几乎被限制在直线范围内使用，这导致必须使用更多的接入点；同样还意味着802.11a不能传播得像802.11b那么远，因为它更容易被吸收。IEEE 802.11b IEEE 802.11b是无线局域网的一个标准。其载波的频率为2.4GHz，传送速度为11Mbit/s。IEEE 802.11b是所有无线局域网标准中最著名，也是普及最广的标准。它有时也被错误地标为Wi-Fi。实际上Wi-Fi是无线局域网联盟（WLANA）的一个商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作，与标准本身实际上没有关系。在2.4-GHz-ISM频段共有14个频宽为22MHz的频道可供使用。IEEE 802.11b的后继标准是IEEE 802.11g，其传送速度为54Mbit/s。IEEE 802.11g 为了解决IEEE80211a与80211b的产品因为频段与物理层调制方式不同而无法互通的问题，IEEE又在2001年11月批准了新的80211g标准。80211g既适应传统的80211b标准，在24GHz频率下提供每秒11Mbps的传输速率；也符合80211a标准，在5GHz频率下提供54Mbps的传输速率。80211g中规定的调制方式包括80211a中采用的OFDM与80211b中采用的CCK。通过规定两种调制方式，既达到了用24GHz频段实现80211a54Mbps的数据传送速度，也确保了与80211b产品的兼容。IEEE 802.11n 802.11n计划将WLAN的传输速率从802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可达320Mbps，成为802.11b、802.11a、802.11g之后的另一场重头戏。和以往地802.11标准不同，802.11n协议为双频工作模式（包含2.4GHz和5GHz两个工作频段）。这样11n保障了与以往的802.11a b, g标准兼容。1.3 无线网络的应用 WLAN技术使网上的计算机具有可移动性，能快速、方便地解决有线方式不易实现的网络信道的连通问题。WLAN利用电磁波在空气中发送和接收数据，而无需线缆介质。 与有线网络相比，WLAN具有以下优点： 1）安装便捷：无线局域网的安装工作简单，它无需施工许可证，不需要布线或开挖沟槽。它的安装时间只是安装有线网络时间的零头。 2）覆盖范围广：在有线网络中，网络设备的安放位置受网络信息点位置的限制。而无线局域网的通信范围，不受环境条件的限制，网络的传输范围大大拓宽，最大传输范围可达到几十公里。 3）经济节约：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，所以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。WLAN不受布线接点位置的限制，具有传统局域网无法比拟的灵活性，可以避免或减少以上情况的发生。 4）易于扩展：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网络到上千用户的大型网络，并且能够提供像“漫游”（Roaming）等有线网络无法提供的特性。 5）传输速率高：WLAN的数据传输速率现在已经能够达到11Mbit/s，传输距离可远至20km以上。应用到正交频分复用（OFDM）技术的WLAN，甚至可以达到54Mbit/s。 此外，无线局域网的抗干扰性强、网络保密性好。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。而且相对于有线网络，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。 第2章 无线网络设备2.1 无线网卡 无线网卡的作用类似于以太网中的网卡,作为无线网络的接口,实现与无线网络的连接.无线网卡根据接口类型的不同,主要分为三种类型,即PCMCIA无线网卡,PCI无线网卡和USB无线网卡. PCMCIA无线网卡仅适用于笔记本电脑,支持热插拔,可以非常方便地实现移动式无线接入. PCI接口无线网卡适用于普通的台式计算机使用.其实PCI接口的无线网卡只是在PC转接卡上插入一块普通的PC卡. USB接口无线网卡适用于笔记本电脑和台式机,支持热插拨.不过,由于USB网卡对笔记本而言是个累赘,因此,USB网卡通常被用于台式机.2.2 无线AP 无线AP（Access Point）: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（AP client），可以和其它AP进行无线连接，延展网络的覆盖范围。 无线AP（AP，Access Point，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。 各种文章或厂家在面对无线AP时的称呼目前比较混乱，但随着无线路由器的普及，目前的情况下如没有特别的说明，我们一般还是只将所称呼的无线AP理解为单纯性无线AP，以示和无线路由器加以区分。它主要是提供无线工作站对有线局域网和从有线局域网对无线工作站的访问，在访问接入点覆盖范围内的无线工作站可以通过它进行相互通信。 单纯性无线AP就是一个无线的交换机，仅仅是提供一个无线信号发射的功能。单纯性无线AP的工作原理是将网络信号通过双绞线传送过来，经过AP产品的编译，将电信号转换成为无线电讯号发送出来，形成无线网的覆盖。根据不同的功率，其可以实现不同程度、不同范围的网络覆盖，一般无线AP的最大覆盖距离可达300米。 多数单纯性无线AP本身不具备路由功能，包括DNS、DHCP、Firewall在内的服务器功能都必须有独立的路由或是计算机来完成。目前大多数的无线AP都支持多用户（30-100台电脑）接入，数据加密，多速率发送等功能，在家庭、办公室内，一个无线AP便可实现所有电脑的无线接入。 单纯性无线AP亦可对装有无线网卡的电脑做必要的控制和管理。单纯性无线AP即可以通过10BASE-T（WAN）端口与内置路由功能的ADSL MODEM或CABLE MODEM（CM）直接相连，也可以在使用时通过交换机/集线器、宽带路由器再接入有线网络。 无线AP跟无线路由器类似，按照协议标准本身来说IEEE 802.11b和IEEE 802.11g的覆盖范围是室内100米、室外300米。这个数值仅是理论值，在实际应用中，会碰到各种障碍物，其中以玻璃、木板、石膏墙对无线信号的影响最小，而混凝土墙壁和铁对无线信号的屏蔽最大。所以通常实际使用范围是：室内30米、室外100米（没有障碍物）。 因此，作为无线网络中重要的环节无线接入点、无线网关也就是无线AP（Access Point），它的作用其实就类似于我们常用的有线网络中的集线器。在那些需要大量AP来进行大面积覆盖的公司使用得比较多，所有AP通过以太网连接起来并连到独立的无线局域网防火墙。2.3无线路由 无线路由器：就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服务、nat防火墙、mac地址过滤等等功能。无线路由器（Wireless Router）好比将单纯性无线AP和宽带路由器合二为一的扩展型产品，它不仅具备单纯性无线AP所有功能如支持DHCP客户端、支持VPN、防火墙、支持WEP加密等等，而且还包括了网络地址转换（NAT）功能，可支持局域网用户的网络连接共享。可实现家庭无线网络中的Internet连接共享，实现ADSL和小区宽带的无线共享接入。 无线路由器可以与所有以太网接的ADSL MODEM或CABLE MODEM直接相连，也可以在使用时通过交换机/集线器、宽带路由器等局域网方式再接入。其内置有简单的虚拟拨号软件，可以存储用户名和密码拨号上网，可以实现为拨号接入Internet的ADSL、CM等提供自动拨号功能，而无需手动拨号或占用一台电脑做服务器使用。此外，无线路由器一般还具备相对更完善的安全防护功能。 此外，大多数无线路由器还包括一个4个端口的交换机，可以连接n台使用有线网卡的电脑，从而实现有线和无线网络的顺利过渡。 在接入速度上，目前符合11Mbps、54Mbps、108Mbps的无线路由器产品皆有。无线路由器适合于不带路由的ADSL、CM猫等用户以及带路由的ADSL、CM猫。无线路由器将多种设备合而为一，亦比较适合于初次建网的用户，其集成化的功能可以使用户只用一个设备而满足所有的有线和无线网络需求。2.4无线网桥 无线网桥是为使用无线（微波）进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。它是一种在链路层实现lan互联的存储转发设备，可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离（可达20km）、高速（可达11mbps）无线组网。无线网桥有三种工作方式，点对点，点对多点，中继连接。特别适用于城市中的远距离高以及是否加用双向放大器。 无线网桥通常是用于室外，主要用于连接两个网络，使用无线网桥不可能只使用一个，必需两个以上，而AP可以单独使用。无线网桥功率大，传输距离远（最大可达约50km），抗干扰能力强等，不自带天线，一般配备抛物面天线实现长距离的点对点连接。2.5无线天线 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，达到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。比如802.11a标准的无线设备就需要频率范围在5GHz的天线来匹配，所以在购买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。 第3章构建校园无线局域网的方案3.1、WLAN网络规划流程 WLAN网络规划流程可以分为以下几个步骤：调研及勘查、覆盖设计、频率规划、容量规划、网络优化几个步骤。通过调研了解客户需求，明确网络覆盖目标、应用背景，分析用户对象群及数量、业务特征等；并对WLAN覆盖现场进行勘查，获得现场环境参数、传输及点位等资源情况。若频点始终无法合理规划，需重新调整AP的点位及数量。然后根据用户需求进行容量规划。容量规划与频率规划是相互关联又相互制约的，提升容量将增大干扰，降低干扰又会减少网络容量，容量规划的目的就是找到容量和干扰整体最优的结合点。最后，在WLAN网络建成之后，进行实际的测试，做相应的优化调整，使网络性能达到最优。当然，WLAN网络规划的这几个步骤之间是相互关联、不可分割的，进行实际规划设计时应综合考虑这几方面，这样才能减少网络规划往复次数，并使最终的WLAN网络性能接近最优。3.2、调研及勘查前期调研和规划是网络规划的基础，是获得规划输入参数的过程。调研阶段需与运营商进行良好沟通，以确定准确的覆盖目标、网络设计容量以及网络的预期质量。由于WLAN信号在空间衰减较快，且WLAN多应用于室内环境，建筑结构、房屋材质对WLAN信号的影响很大，需进行现场的勘查，为WLAN的规划、仿真做好前期准备。另外，WLAN使用的是非授权频段，前期勘查的另一目的是确认附近是否有干扰源，是否需要与其他运营商或企业商议频率问题或采取其它干扰规避措施。3.3覆盖设计3.3.1覆盖方式 WLAN网络大体可以分为下面两种场景、4类覆盖方式。（1）室内覆盖：单独建设方式、共用室内分布系统建设方式；（2）室外覆盖：室外型AP覆盖方式、Mesh型网络覆盖方式。 采取单独建设方式时，主要根据WLAN的覆盖和容量需求在相应的位置布放，并将走线长度控制在允许范围内。随后的链路预算只需计算空间损耗即可。一般来说，单独布放点位选择比较灵活，基本可以使用适合WLAN覆盖的最佳点位；并且由于使用了较多的AP，可以获得较大的网络容量。3.3.2共用室内分布系统建设方式目前很多高档写字楼已经进行了移动通信的室内分布系统建设，在引入WLAN时可以考虑采用共用室分系统的建设方式；另外，没有室分系统的楼宇在规划建设室内分布系统时可以将WLAN信号一同考虑。由于WLAN设备输出信号强度较小，一般采用后端合路，使AP尽量接近天线。共用室内分布系统的优点在于可以充分利用原有资源，工程量较小，经济快捷。另一方面，应注意WLAN使用与原有系统不同的频段，需更换支持2.4GHz的元器件；需重新进行链路预算。共用室内分布系统时天线点位可能不是最优的；且由于使用的AP较少，网络容量较低。3.3.3室外型AP覆盖方式对于居民楼、校园等以覆盖需求为主的地区，可以使用室外型AP进行覆盖。如图3所示，AP置于建筑物顶端或外墙，使用室外型AP和高增益天线，对室内进行覆盖。 图3.2 室外型第4章校园无线网设计4.1网络设计原则1）实用性遵循面向应用，注重实效，急用先上，逐步完善的原则；充分保护已有投资，已实用性原则为依据，建设具有最低TCO（拥有总成本最低、最高性价比）的WLAN。2）先进性采用先进成熟的网络概念、技术、方法与设备，既反映当今先进水平，又给未来的发展留有余地。3）可靠性系统必须可靠运行，主要的、关键的设备应有冗余，一旦系统某些部分出现故障，应能很快恢复工作，并且不能造成任何损失。4）可扩充系统是一个逐步发展的应用环境，必须具有升级换代的功能。5）可维护系统具有良好的网络管理、网络监控、故障分析和处理能力6）安全性必须具有高度的保密机制，灵活方便的权限设定和控制机制，以使系统具有多种手段来防备各种形式的非法侵入和机密信息的泄露。7）技术可行性无线传输速率从最初的12Mbit/s,到11Mbit/s直至今天的54Mbit/s。新制订的802.11n标准，其传输速率提高到108Mbit/s，甚至高达500Mbit/s。8) 经济可行性随着网络产品价格的不断下调和性能的日益提高，使其性价比逐步提高。相对于有线网络，无线投入远低于有线，其一次性投入比为1：5，甚至1：7。9) 操作可行性组网速度快，工程周期短 ；实施极为便利，免去布线的困难 ；网络可扩展能力强，应变性好，使用灵活。 4.2网络拓朴结构整个校园具体拓朴结构图如下图所示： 图4.1 兰州理工大学校本部无线校园网拓扑图4.3无线校园网实施方案室内方案 室内无线局域网主要针对不方便进行大规模布线或不宜布设太多信息点的建筑，如：图书馆、办公大楼、网络教室、会议室和报告大厅等，无线校园网络整体解决方案如图4.2。图4.2无线校园网整体方案1.大型建筑无线网络解决方案该方案针对难以进行全面布线的礼堂、图书馆、会议室等，用户可以利用已经存在的有线网络接口，轻松解决无线局域网的安装布设。可以方便、快捷地扩展信息接入点密度，实现移动办公。在大型建筑内，由于室内空间比较大，没有墙壁阻挡，在这里布置的无线AP不用像在大楼中那样用多个无线AP来实现无线网络信号的覆盖。大型建筑组建无线局域网有一个特点，在大型建筑周围一般都有有线网络的接入点，可使用网线实现接入点与无线AP的连接，然后将无线AP置于室内，就可将信号覆盖到整个室内。在这里要考虑一件事情，一个大型会议室或者礼堂内如果召开会议，其笔记本数量肯定不会少，而无线AP在通常情况下能够连接20多台无线接入终端，如果无线接入终端数量过多，将严重影响网络性能，为了不影响网络性能实现更多的无线接入终端接入无线局域网中，可在这里多增加无线AP。多个无线AP在同一个地方使用，信号覆盖一定会重叠，造成对网络性能的影响。要解决这一问题，就必需将无线AP上的频段进行设置，无线AP一般都提供了11个频道，我们只要将会议室内的无线AP设置为各自不同的频道，就不会造成信号覆盖重叠。图4.3大型建筑解决方案2.普通建筑无线网络的解决方案校园中大多数场合如普通教室、宿舍、办公室、实验室等，可以直接将神州数码的普通型AP接入校园网的以太网端口，作为有线网络的补充，如下图4.4所示：图4.4普通建筑解决方案不同楼层网络的布设情况如下图所示，采用多个无线接入点（AP），每个AP 可带30 个左右的用户，AP 间距可以根据各楼层的实际结构和无线节点的数量和分布情况而定。在楼道或房间中布置若干个AP，以实现上网区域都可以被无线信号完全覆盖为标准，这样可以承受较多用户同时上网的要求时，而不至于使网络堵塞或者瘫痪。AP 的放置与无线客户端尽可能视线以内为原则，可以放在天花板、墙壁等地方，这样可以尽可能地覆盖其中所有无线用户区域。每个AP 通过普通的五类双绞线与交换机相连，再将校园骨干网与楼内已经布好的交换机接口相连，就可以与校园网连通。每个AP 都应该有一个固定的IP 地址，只做网管使用，与无线用户端IP 无关。图4.5不同楼层布设方案室内覆盖区域AP分配：室内覆盖建筑AP数量教学楼20图书馆1514#15#16#17#406#7#3#8#2#30实验室13前家属院25教学1楼40后家属院26成教院教学楼15小计：430室外方案覆盖室外环境也是大学无线网络较多的一个应用。例如覆盖广场、操场、花园、以及室外大型活动等应急的室外网络接入需求，利用神州数码的企业级无线接入产品，通过配合不同种类的天线，可以实现室外广阔范围的无线网络覆盖。1)楼宇间的连接校园内的两幢建筑物或者分校之间不方便布线，则可采用室外无线桥接方式。所谓“无线桥接”是指通过无线的方式，点对点，或点对多点的连接两个建筑物的网络，主要有以下两种应用：1.通过一个已经布设有线网络的建筑和一个还未布设有线网络的建筑物之间的无线桥接，实现后者接入校园网络。如：某栋楼距离学校主体区域较远，如果通过布光纤的方式连接，成本太大，则可以选择无线桥接的方式，成本抵，容易操作。图4.6 无线桥接的方式2. 在两个都已经拥有无线网络的建筑物之间做无线桥接，以使这两个建筑物之间拥有第二条备份链路，以提高重点建筑物的网络可靠性。 图4.7 方式22)开阔区域的覆盖无线AP通过连接放大器和天线完全可以将无线信号覆盖到校园的任何角落。选用室外无线AP，通过天线或者放大器聚集无线信号，使无线覆盖范围更大、更远，穿透能力更强。图4.8开阔区域的覆盖图示 总 结 本文设计的无线校园网最大