基于IEEE802.11協(xié)議的 WLAN在高職院校中的應用

周俊峰

摘要：隨著WLAN技術的發(fā)展和其規(guī)模的擴大，并有數(shù)據(jù)傳輸方便、組建簡單、造價便宜及施工影響面小等優(yōu)點，使得WLAN逐步成為現(xiàn)階段高職校園網(wǎng)的補充和延伸。本文主要分析基于IEEE802.11協(xié)議的WLAN技術，并提出在高職院校中WLAN的連入以及在室內和室外的具體實施方案。

關鍵詞：IEEE802.11協(xié)議；WLAN；高職院校隨著高職院校近幾年的快速發(fā)展，建設WLAN的需求主要來自網(wǎng)絡教育的需求、端口數(shù)量限制、分校區(qū)質檢的網(wǎng)絡連接、移動教育等方面，特別是網(wǎng)絡教育的需求快速增長，更加促進了無線校園網(wǎng)的普及，信息化校園也已成為各高職院校基礎建設的重要標志之一。怎樣才能使基于IEEE802.11協(xié)議方便地、經(jīng)濟有效地在高職院校部署WLAN，怎樣才能在不降低可靠性、可用性和性能的情況下，在原有設置的有線網(wǎng)絡基礎上拓展WLAN的應用空間成為當前迫切需要解決的問題。

1WLAN技術和IEEE802.11協(xié)議

WLAN是計算機網(wǎng)絡與無線通信技術相結合的產(chǎn)物。本質上來說，它是有線局域網(wǎng)的一種延伸，使用起來與前者一樣。WLAN技術有IEEE802.11系列、藍牙(Bluetooth)、HiperLAN、HomeRF技術等。其中，目前得到廣泛應用的技術是IEEE802.11系列，在某些環(huán)境下還可以替換傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡。與之相比，WLAN有以下幾方面的優(yōu)點：

⑴安裝便捷：WLAN的安裝工作簡單，它無需施工許可證，不需要布線或開挖構槽，他的安裝時間只是安裝有線網(wǎng)絡時間的零頭。

⑵覆蓋范圍廣：在有線網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡設備的安放位置受網(wǎng)絡信息點位置的限制。而WLAN的通信范圍不受環(huán)境條件的限制，網(wǎng)絡的傳輸范圍大大拓寬，最大傳輸范圍可達到幾十里。

⑶經(jīng)濟節(jié)約：由于有線網(wǎng)絡缺少靈活性，這就要求網(wǎng)絡規(guī)劃者盡可能的考慮未來發(fā)展的需要，所以往往導致預設大量利用率低的信息點。而一旦網(wǎng)絡的發(fā)展超出了設計規(guī)劃，又要花費較多費用進行網(wǎng)絡改造。WLAN不受布線接點位置的限制，具有傳統(tǒng)局域網(wǎng)無法比擬的靈活性，可以避免或減少以上情況的發(fā)生。

⑷易于擴展：WLAN有多種配置方式，能夠根據(jù)需要靈活選擇。這樣，WLAN就能勝任從只有幾個用戶的小型網(wǎng)絡到上千用戶的大型網(wǎng)絡，并且能夠提供“漫游”（Roaming）等有線網(wǎng)絡無法提供的特性。

⑸傳輸速率高：WLAN的數(shù)據(jù)傳輸速率現(xiàn)在已經(jīng)能夠達到54Mbit/s，傳輸距離可遠至20km以上，應用最新的IEEE802.11n技術，數(shù)據(jù)傳輸速率甚至可達到300Mbit/s。IEEE802.11b(通常稱Wi-Fi，WirelessFidelity)，是目前最普及的無線標準之一，有無線以太網(wǎng)兼容性聯(lián)盟WECA的支持，并在WLAN領域占據(jù)優(yōu)勢。802.11b使用開放的2.4GHz頻段，采用直接序列擴頻(DSSS)技術，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為11Mbps。具有3個不重疊信道，支持范圍在室外300米，在辦公室環(huán)境中最長為100米。

IEEE802.11a是一種新技術的代表，與802.11b互不兼容。它工作在5GHz頻帶，采用正交頻分復用(OFDM)的獨特擴頻技術,最大傳輸速率為54Mbps。其優(yōu)點是:高帶寬、5GHz頻段存在干擾少，8個不重迭信道，具有更高的部署靈活性。缺點為：傳輸距離較短，覆蓋范圍小；成本偏高。通常用作WLAN的中繼鏈路而非用于覆蓋。

IEEE802.11g是一種混合標準，能向下兼容傳統(tǒng)的802.11b標準。IEEE802.11g54Mbps的高數(shù)據(jù)吞吐量是802.11b的5倍，使高帶寬數(shù)據(jù)應用成為可能，如：同時傳送多個DVD質量的視頻流。IEEE802.11g覆蓋方法類似于802.11b設備，具有3個不重疊信道。802.11g將逐漸成為WLAN的主流產(chǎn)品。

2WLAN網(wǎng)絡結構

1.IEEE802.11協(xié)議能提供的服務包括數(shù)字音頻/視頻廣播、數(shù)字電話、異步傳輸模式ATM、因特網(wǎng)接入、電話網(wǎng)絡中無線中繼和幀中繼。IEEE802.11協(xié)議工作原理是基于Client/Server的訪問控制和認證協(xié)議，尤其在寬帶城域網(wǎng)的建設中可以發(fā)揮重大的作用。它可以限制未經(jīng)授權的用戶/設備通過接入端口訪問LAN/MAN。在獲得交換機或LAN提供的各種業(yè)務之前，802.1x對連接到交換機端口上的用戶/設備進行認證。在認證通過之前，802.1x只允許EAPoL(基于局域網(wǎng)的擴展認證協(xié)議)數(shù)據(jù)通過設備連接的交換機端口，認證通過以后，正常的數(shù)據(jù)可以順利地通過以太網(wǎng)端口。基于端口的網(wǎng)絡訪問技術的基本思想是網(wǎng)絡系統(tǒng)可以控制面向最終用戶的以太網(wǎng)端口，使得只有網(wǎng)絡系統(tǒng)允許并授權的用戶可以訪問網(wǎng)絡系統(tǒng)的各種業(yè)務。IEEE802.11網(wǎng)絡通常是由所謂基本服務集(BSS，Basic Service Set)所構成，一個BSS所覆蓋的區(qū)域被稱為基本服務區(qū)域(BSA，Basic Service Area)。從概念上講，在一個BSA內的所有站點都是可以同本區(qū)域內的其他站點互通的，由這樣的獨立的BSA可以構成自組織型的Ad-hoc網(wǎng)絡結構。獨立的BSS是IEEE802.11無線網(wǎng)絡最基本的形態(tài)，不同的獨立的BSS之間可以互相覆蓋，一個站點屬于哪個BSS是由站點自身狀況動態(tài)決定。最小的IEEE802.11WLAN至少包括兩個站點，如果我們在每個獨立的BSS中設立接入控制點(AP，Access Point)，通過這樣一些類似于基站的AP設備，以及這些AP之間的媒體連接，可以把這些獨立的BSS連接成為一個結構化的網(wǎng)絡，這就是第二種網(wǎng)絡結構（如圖1）。

對于高職院校師生來說，由于需要布設多個AP來覆蓋整個辦公、教學、實訓基地等區(qū)域，為使各AP都能正常、高效的工作。而當前WLAN網(wǎng)絡各個AP實際是處于相互獨立的工作狀態(tài)，無法作到信息的共享，因此，當前的產(chǎn)品不適合用于大規(guī)模企業(yè)網(wǎng)絡，針對這個問題，IEEE802.11工作組對標準進行改進，以滿足用戶RF管理的需求，我們給出一種新的WLAN的框架結構，將有助于以上問題的解決。它的核心組件是“分離MAC”架構，即將對IEEE802.11數(shù)據(jù)和管理協(xié)議的處理，以及接入點功能分別部署于一個輕型接入點和一個集中WLAN控制器（如圖2所示）。

3具體實施措施

3.1 設計原則

可靠性；先進性；實用性；可兼容及可擴展性。

3.2 WLAN的設備運用

WLAN運用的主要設備有：無線網(wǎng)卡、無線接入點、接入控制器、無限網(wǎng)關、無線網(wǎng)橋、認證服務器。此外還包括天線、POE供電設備、適配器等。

⑴無線網(wǎng)卡(Wireless LAN Card)：安裝在用戶的筆記本電腦或PDA等設備上,提供可移動的無線連接。功能類似于有線LAN中的網(wǎng)卡。

⑵無線接入點AP(Access Point)：每個AP可以支持多個無線網(wǎng)卡,并在室內或室外環(huán)境提供蜂窩式無線覆蓋。作為無線網(wǎng)卡的集線器(或中心點)與有線以太網(wǎng)連接。在大型的配置中，多個AP可以提供蜂窩式漫游的功能，使用戶在自由移動的同時，能夠無縫隙、無中斷的接入到網(wǎng)絡中。

⑶WLAN接入控制器AC(Access Control)：無線局域網(wǎng)接入控制器(AC)是WLAN和IP骨干網(wǎng)和外部網(wǎng)絡之間的接口網(wǎng)關。在非802.1x的WLAN中，AC負責發(fā)起認證請求，監(jiān)視用戶實時使用情況并采集計費信息送入AS中進行計費。

⑷無線網(wǎng)關(Wireless Gateway)：無線網(wǎng)關也叫無線協(xié)議轉換器，在傳輸層實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(lián)，是最復雜的網(wǎng)間互聯(lián)設備，僅用于兩個高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡互聯(lián)。無線網(wǎng)關通過不同設置可完成無線網(wǎng)橋和無線路由器的功能，也可以直接連接外部網(wǎng)絡，如WAN，同時實現(xiàn)AP功能。

⑸無線網(wǎng)橋(Wireless Bridge)：無線網(wǎng)橋產(chǎn)品在以太網(wǎng)之間提供高速、遠距離(30Km以內)的視距連接。一般用于連接兩個或多個LAN(每個LAN位于不同建筑物內)，適合高吞吐量的應用,以及有線難以鋪設的場所。

⑹認證服務器(AS)：提供與WLAN無線接入?yún)^(qū)域之間的IP認證和計費信息接口。AS、AC、AP之間使用標準的RA-DIUS協(xié)議傳送認證、鑒權和計費信息。AS能支持多個AC和AP，即能夠同時滿足大范圍的WLAN接入需求。

3.3 實施方案

⑴室內建設方案。室內區(qū)域指原先沒有安裝有線網(wǎng)絡的教室、會議室、臨時移動辦公室等房間。在室內部署WLAN的第一步是要確定AP的數(shù)量和位置。也就是要將多個AP形成的各自的無線信號覆蓋區(qū)域進行交叉覆蓋，各覆蓋區(qū)域之間無縫連接。所有AP通過雙絞線與有線骨干網(wǎng)絡相連，形成以有線網(wǎng)絡為基礎，無線覆蓋為延伸的大面積服務區(qū)域。所有無線終端通過就近的AP接人網(wǎng)絡，訪問整個網(wǎng)絡資源。覆蓋區(qū)的間隙會導致在這些區(qū)域內無法連通。安裝人員可以通過地點調查來確定AP的位置和數(shù)量。地點調查可以權衡實際環(huán)境(如教室的面積等)和用戶需求考慮到教學環(huán)境對網(wǎng)絡帶寬、網(wǎng)絡速度的要求，這包括覆蓋頻率、信道使用和吞吐量需求等。多個AP通過線纜連接在有線網(wǎng)絡上，使無線終端能夠訪問網(wǎng)絡的各個部分。通常情況下，一個AP最多可以支持多達80臺計算機的接人，當然，數(shù)量為20-30臺時工作站的工作狀態(tài)最佳，AP的典型室內覆蓋范圍是30-100m。根據(jù)教室和會議廳的大小，可配置1個或多個無線接人點。例如，可在教室中放置4臺AP，使這個教室最多可容納80-120個無線網(wǎng)絡用戶。

⑵室外建設方案。室外指校園操場及其他公共場所等。

1)設備的選擇：AP、無線全向天線、無線定向天線。其中：無線全向天線用于在所有水平方位上信號的發(fā)射和接收都相等的情況。無線定向天線用子在一個方向上發(fā)射和接收大部分的信號。

2)室外考慮因素：與室內建設方案不同的是，在校園區(qū)室外配置無線接人點要復雜一些，因為它要把各自連成一個局域網(wǎng)而又有一定距離的各棟樓房連接起來。此時，可以在網(wǎng)絡的每一端接人AP，并在距離遠或信號弱地方，同時外接高增益天線，這樣就可以實現(xiàn)幾公里以內的兩個網(wǎng)段之間的互連了。具體操作時，要根據(jù)實際情況(如各樓之間的實際距離以及障礙物等)來考慮選擇設備(如設備型號、是否要加用全向天線，以及增減設備數(shù)量等)。當然，在樓房上架設無線網(wǎng)絡設備還需要加裝避雷器、防潮箱等設備，以防止無線網(wǎng)絡設備的損壞。

4結語

在高職院校，學生密集的WLAN服務區(qū)域內有許多相鄰的BSS，可能就會導致它們之間的RF干擾，我們可以通過控制AP的發(fā)射功率來減小RF干擾，而減小的干擾將會導致系統(tǒng)總的吞吐量的增加，也就是說可以有效的提高資源共享的利用率。高職院校中無線信道的傳輸環(huán)境是隨時發(fā)生變化的，因此，最初的功率配置無法完全實現(xiàn)對目標區(qū)域的覆蓋，導致覆蓋漏洞。同樣，如果網(wǎng)絡中的某個AP發(fā)生故障而無法工作，也會造成覆蓋漏洞，處于覆蓋漏洞內的STA將無法得到服務。為了解決這些問題，必須對網(wǎng)絡中的AP進行動態(tài)的功率控制，通過發(fā)射功率的調整完成對漏洞的覆蓋。也可以考慮在以后的AP中采用MIMO技術，因為MIMO技術可以調整AP天線的方向圖，利用方向圖的改變完成對漏洞的覆蓋，而AP功率的調整將不會對網(wǎng)絡中其他AP造成干擾。這種功率控制方法僅僅是對網(wǎng)絡中部分AP的功率及方向圖的調整，不需要對整個網(wǎng)絡進行調整，對于AP較多的大規(guī)模WLAN網(wǎng)絡是很有意義（比如在報告廳、比賽場館等）。

WLAN為高職院校的校園網(wǎng)建設提出了新的思路。WLAN技術的發(fā)展將能夠與現(xiàn)有的計算機網(wǎng)絡進行平滑無縫的連接，并能與現(xiàn)有的計算機網(wǎng)絡和終端設備互聯(lián)，與有線網(wǎng)絡資源具有良好的兼容性和整合性，彌補了傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的不足，為局域網(wǎng)開辟了一個嶄新的技術和應用領域。

[參考文獻]

[1]段水福,等,編著.無線局域網(wǎng)設計與實現(xiàn).浙江大學出版社，2007.

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