校园无线网络的构建及其在教学中的应用

1、校园无线网络的构建及其在教学中的应用摘要：介绍无线网络的优势，阐述其技术分类、网络传输方式、拓扑结构及网络设备，并给出一个组建校园无线网络的方案及建设注意事项。关键词：无线网络；校园网；构建一、前言中国教育和科研计算机网CERNET在2005年5月27日举行的2005中国无线校园网建设与发展论坛上宣布，将利用在下一代互联网上的领先优势，联合各大厂商，通过贷款方式打造300所笔记本大学的宏伟计划，2005年将优先建设100所无线校园网及笔记本大学。无线局域网（Wireless Local Area Network）是指去除了传统网络中的网络传输线缆，利用微波等无线技术进行信息传递的局域网。无线局

2、域网是90年代计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它提供了使用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、个人化和多媒体应用提供了潜在的手段。随着计算机技术与通信技术的日渐发达，无线网络的应用范围也越来越广。作为与有线网络的相互补充相得益彰的新型技术，无线网络发展至今日，技术已日渐成熟。在我国，越来越多的学校开始在校园中构建和铺设无线网络。无线校园网络的快速发展与应用，将对学校的教学模式、教学理念及教学管理产生深远的影响，也将对学校教师、学生的学习、生活方式产生积极影响。二、无线网络的优势1移动性强。无线校园网吸引人的一个特点是移动性用户可以在教室、办公室、实验室、图

3、书馆之间自由移动并和网络保持持续连接。并且传输范围大大拓宽，最大传输范围可达到数50km。无线网络中的终端通过无线方式进行通信，在任何地方都能提供实时的信息服务，摆脱了线缆的束缚，增强了可移动性。同时，无线局域网不仅支持移动终端之间的通信，还允许无线设备接入有线网络。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3km，而无线局域网中两个站点间的距离，目前可达到50km。由于没有线缆的限制，用户可以随心所欲地增加工作站或重新配置工作站，通信范围受环境条件的限制小，拓宽了网络的传输范围。2灵活快捷。无线局域网可以以一种独立于有线网络的形式存在，在需

4、要时可以随时建立临时网络，而不依赖有线骨干网。无线局域网组网灵活，可以满足具体的应用和安装需要。系统结构可以适用于小数量用户的对等网络，也可以适用于几千名移动用户的完整基础网络。在无线局域网中增加或减少移动主机都是相当容易的，增加无线接入点就可以增大用户数量和覆盖范围，并且允许在较大范围内进行漫游。3投资回报快。在许多情况下，安装一个无线网络比常规的有线网络要便宜，特别是现在许多高校有多个校区，校区如果通过光纤连接的话，费用相当高，而通过无线网络则可以节约一部分费用。并且在两个不同大楼内的计算机联网时，楼间的电缆价格昂贵，有时还受施工和其他方面的限制，而无线网络可以提供一个简单直接的解决方案；

5、从长远考虑，单位改组、内部调整、人才更变、新配办公室、新增办公大楼、加强部分职能等，节省大量资金。相对于有线网络，无线局域网的安装工作非常简单，它无需施工许可证，不需要布线或开挖沟槽，它的组建、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。同时，无线网络设备可以随办公环境的变化而轻松转移和布置，有效提高设备的利用率并保护用户的设备投资。4传输速率高，码分多址能力强。无线网络的速度可达10M，可支持200个用户连接，且易于扩展，以适应更大量的读者需求。5可靠性强。有线网络线路由于金属接头生锈、渗水、人为地意外地切断或者网络的联接不良而造成中断，线路失效，可能破坏网络的数据交换，

6、检查问题往往需要很长时间。而无线网络则不存在这些问题。同时，无线网络不易受自然环境、地形及灾害影响。6便于教学。校园无线网络能提供对整个校园网用户的无线上网服务，通过无线网络师生可以在学校任何地方很方便地连入校园网，进行信息的查询，并且马上可以得到数字化的全文信息，方便地进行学习。以一节体育课为例，我们可以在学校体育场任何位置通过无线网络查找到相关的信息，并进行精确的内容检索，然后，利用这些内容进行教学。三、无线网络技术1无线网络技术无线网络和有线网络一样，同样需要传送介质，常见的传送介质有射频系统、红外线、微波以及激光。无线网络技术包括LMDS、WLAN、GPRS、CDMA等系统。LMDS技

7、术LMDS（Local Multipoint Distribution Services）是一种点对多点的无线宽带技术，工作在较高的频段（通常为24GHz39GHz），可以提供较宽的带宽（达1GHz以上）。LMDS采用一种类似蜂窝的服务区结构，将一个需要提供业务的区域划分为若干服务区，每个服务区内设基站，基站设备经点到多点无线链路与服务区内的用户端通信。每个服务区覆盖范围为几公里到十几公里，并可相互重叠。 WLAN技术WLAN（Wireless Local Area Network）通过空气发送和接收数据，工作在2.4GHz5.8GHz频段。用户可以在WLAN覆盖范围内任意地点以无线方式连接到

8、网络上。根据目前普遍采用的技术，WLAN的数据传输速率可以达到54Mbps，传输距离可以远至20KM以上，可以基本满足目前网络资源的无线传输需求。WLAN技术目前的三种标准：802.11a、802.11b、802.11g，它们的性能比较如图1。其中802.11b技术是无线网络的基本技术，而且现在笔记本电脑的无线网卡大多是802.11b，因此，802.11b技术比较适合建设校园无线网络。表1类型802.11802.11a802.11b802.11g频率2.4GHz5GHz2.4GHz2.4/5GHz调制PSKOFDMCCK传输速率2Mbps54Mbps11Mbps11/54Mbps传输距离100

9、m，可扩展5-10km100m100m应用业务数据语音、数据、图像数据、图像语音、数据LMDS+WLAN组网LMDS和802.11这两种技术结合使用，可以实现整个校园无线网络连接。所提供的带宽能够毫无障碍的运行一般多媒体课件。在校园网内设置无线接入基站，在一定范围内用户可以通过无线网卡自由上网，没有任何束缚，如果再配合笔记本电脑、PDA使用，完全可以实现随时随地学习的目标。2无线网络传输方式无线局域网主要采用射频系统，射频描述的是无线电波一秒钟振动的次数，无线电信号可以穿过轻障碍物，射频无线局域网是目前最流行的无线局域网。同有线以太网相似，无线局域网也是打包方式发送数据的。每块网卡都有一个永久

10、的、唯一的ID号作为它的地址，而数据包里不仅包含所要发送的数据，还必须包含发送和接收双方的地址。无线网卡和以太网卡也很相似，它也是在向网络中发送数据包之前先检查网络的状态。当它检测到空闲时，就发送数据包；如果检测到此无线电频率上有其他数据的话，就先等待一段时间，然后再试。3无线网络的拓扑结构无线网络通常使用两种拓扑结构中的一种来组织网络：其中一种拓扑结构被称为对等网，在这种被称为基点拓扑（infrastructure topology）的网络结构中，每台装有这种无线网卡的PC机，可以同距其300英尺以内的装有这种网卡的所有PC机发送和接收数据。在另一种拓扑结构中，每台PC机接收和发送数据则要通

11、过一个接入点，这种设备外形很像一个伸出天线的小盒子，通常安装在墙壁上或天花板上。当接入点接收到数据后，能够更大范围的将信号通过无线频率传送到所覆盖区域的其他PC机上去，或者传送到有线的以太网络上。这种网络的接入点能够提供更大范围的服务，但这种额外的设备增加了不少开销。4无线网络设备无线用户站(网卡/Station)。无线网卡是高频(2.4GHz)、宽带(2Mbps或11Mbps)等无线组网设备。有适用于便携机的内置PCMCIA卡、台式机的内置PCI+PCMCIA卡、以及两者皆适用的外接USB适配器等种类。它们用于数字设备(计算机、掌上型电脑等)之间的短距离高速无线组网。无线基站AP(Acces

12、sPoint)。无线接入点AP是一个无线子网的基站。在多个WLAN站设备组网时，AP作为子网核心是必不可少的设备。同时，它也实现WLAN和LAN之间的桥接。其作用半径取决于天线的方向图和增益。无线网桥(WirelessBridge)。无线网桥是为使用无线(微波)进行远距离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之间的远距离(可达20km)、高速(可达11Mbps)无线组网。特别适用于城市中的远距离高速组网和野外作业的临时组网。其作用距离取决于环境和天线，以及是否加用双向放大器。只实现到链路层功能的无线网桥是透明网桥。而具有路由等网络层功能、在网络层

13、实现异种网络互联的设备叫无线路由器。无线网关(WirelessGateway)。无线网关也叫无线协议转换器，在传输层实现网络互联，是最复杂的网间互联设备，仅用于两个高层协议不同的网络互联。无线网关通过不同设置可完成无线网桥和无线路由器的功能，也可以直接连接外部网络，如WAN，同时实现AP功能。无线局域网接入控制器AC（AccessControl）。无线局域网接入控制器是WLAN和IP骨干网和外部网络之间的接口网关。在非802.1x的WLAN中，AC负责发起认证请求，监视用户实时使用情况并采集计费信息送入AS中进行计费。认证服务器AS。提供与WLAN无线接入区域之间的IP认证和计费信息接口。AS

14、、AC、AP之间使用标准的RADIUS协议传送认证、鉴权和计费信息。AS能支持多个AC和AP，即能够同时满足大范围的WLAN接入需求。四、校园无线网络的建设我校无线网络主要覆盖是教学楼、学生公寓、实验楼、体育场、图书馆等区域（如图1）。方案中Vivato2.4GHz室内Wi-Fi交换机是首选的产品，它被设计成放置在墙上或建筑物的角落里，为整个一层提供连接。室内交换机可把Wi-Fi范围扩展到300米远。而且它只需要一个电源和以太网接口。安装all-in-one Vivato Wi-Fi交换机可以不必安装无数的访问点， 节省了开支与安装工程。Vivato 2.4G Hz室外Wi-Fi交换机可以在外

15、面为建筑物内提供Wi-Fi覆盖.室外交换机的覆盖范围最典型的是可视距离内4 公里直接连接， 建筑物内的标准Wi-Fi用户的连接最远可达1 公里。从建筑物外为用户提供连接是一个创新， 它是一种有力的低费用的宽带拉入解决方案。具体如下：室外基站用VP2210，建在图书馆楼上，也是校园网络中心所在的楼。覆盖校园所有的建筑物，即教学楼、学生宿舍1区、学生宿舍2区、实验楼、食堂、田径运动场。Vivato室外基站有很强的建筑物穿透能力，其覆盖不到的一些特殊的室内盲区由Vivato室内无线网桥/路由器VA2200来完成无线连接，对于室内无线信息点需求比较多的建筑物内也可以使用Vivato VP2200无线室

16、内基站。如在大会议室、阶梯教室等。Vivato VP2200无线室内基站是基于802.11g(54Mbps)的室内Wi-Fi基站。由于采用了具有专利权的PacketSteeringä技术，以及相控阵天线，它的覆盖面积是传统访问点覆盖面积的12倍。高数据率以及安装的低成本，使大规模覆盖的Wi-Fi网络成为可能。 在墙上或角落里安装VP2200,就可以为整个房子，或是一层提供网络接入。这种方法使Wi-Fi在应用中不必使用过去那样多的设备，更不用使用那么多的访问点，这使系统更易于安装管理。图1无线校园网拓扑图在本方案中，对用户的接入认证计费系统由Radius认证计费软件和服务器两

17、部分组成，采用先认证，后分配IP，再通过Radius服务器的数据统一计费。由单台Radius服务器构成的计费系统最多可支持2048个宽带用户的计费，随着用户数量的增加，可通过增加Radius服务器数量的方式方便地扩充系统容量。该解决方案可很好地满足校园运营商的需要。用户操作更为方便，对于只具备初步计算机知识的学生与教师们非常适用。对于无线接入点的管理方面，Radius管理系统可以主动探测网络中存在的无线接入点（AP），并实时给系统管理员提供无线接入点的工作状态，及时排除由于网络故障导致用户不能正常使用的问题。此外，Radius管理系统还具有用户访问日志功能，便于记录用户的整个网上活动过程，实现

18、网络的安全控制。五、校园无线网络建设注意的事项1无线局域网不可能完全取代有线局域网，只能作为有线网络的补充和完善。二者并不是技术竞争，而是技术互补，互为完善，互为补充。无线局域网是在现有的有线网络的基础上增加更多实际功能，学校的网络中心作为Internet的接入点，也作为无线站的中心站，负责控制所有站点对网络的访问。2为适应网络以后的扩展和升级，应慎重考虑选择网络所使用的协议标准和设备。3无线网络基础构建的时候要考虑采用专业的设施，聘请专业的队伍去操作，否则在规模扩大到一定程度时就会遇到功率控制、频率选择、环境噪声等很多问题。4妥善考虑无线网络的支撑系统（包括无线网管、无线安全，无线计费等），否则无线设备之间的不兼容性，或者网络管理的混乱会导致大量问题。5由于无线局域网依靠无线电波的传播，电波发射时，受墙壁、大型用具和其他障碍物阻碍，使得网络的性能降低。因此，在校园网内要做到有线和无线的合理布局。6无线电波地本质上不要求物理性的访问联接，但如果获得网络的访问代码，那么，在无线电波广播范围内的任何人，都可以监听网络的通信。例如,在停车场附近的人可以很容易地破坏办公室的无线网络，利用访问代码和适当的设备截取敏感数据。因此，要加强数据的安全性。7要建立可靠的网络