校園無線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及其在教學(xué)中的應(yīng)用

1、校園無線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及其在教學(xué)中的應(yīng)用摘要：介紹無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，闡述其技術(shù)分類、網(wǎng)絡(luò)傳輸方式、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并給出一個(gè)組建校園無線網(wǎng)絡(luò)的方案及建設(shè)注意事項(xiàng)。關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò)；校園網(wǎng)；構(gòu)建一、前言中國教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)CERNET在2005年5月27日舉行的2005中國無線校園網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展論壇上宣布，將利用在下一代互聯(lián)網(wǎng)上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，聯(lián)合各大廠商，通過貸款方式打造300所筆記本大學(xué)的宏偉計(jì)劃，2005年將優(yōu)先建設(shè)100所無線校園網(wǎng)及筆記本大學(xué)。無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network）是指去除了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)傳輸線纜，利用微波等無線技術(shù)進(jìn)行信息傳遞的局域網(wǎng)。無線局

2、域網(wǎng)是90年代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它提供了使用無線多址信道的一種有效方法來支持計(jì)算機(jī)之間的通信，并為通信的移動(dòng)化、個(gè)人化和多媒體應(yīng)用提供了潛在的手段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的日漸發(fā)達(dá)，無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍也越來越廣。作為與有線網(wǎng)絡(luò)的相互補(bǔ)充相得益彰的新型技術(shù)，無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展至今日，技術(shù)已日漸成熟。在我國，越來越多的學(xué)校開始在校園中構(gòu)建和鋪設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)。無線校園網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展與應(yīng)用，將對(duì)學(xué)校的教學(xué)模式、教學(xué)理念及教學(xué)管理產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，也將對(duì)學(xué)校教師、學(xué)生的學(xué)習(xí)、生活方式產(chǎn)生積極影響。二、無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)1移動(dòng)性強(qiáng)。無線校園網(wǎng)吸引人的一個(gè)特點(diǎn)是移動(dòng)性用戶可以在教室、辦公室、實(shí)驗(yàn)室、圖

3、書館之間自由移動(dòng)并和網(wǎng)絡(luò)保持持續(xù)連接。并且傳輸范圍大大拓寬，最大傳輸范圍可達(dá)到數(shù)50km。無線網(wǎng)絡(luò)中的終端通過無線方式進(jìn)行通信，在任何地方都能提供實(shí)時(shí)的信息服務(wù)，擺脫了線纜的束縛，增強(qiáng)了可移動(dòng)性。同時(shí)，無線局域網(wǎng)不僅支持移動(dòng)終端之間的通信，還允許無線設(shè)備接入有線網(wǎng)絡(luò)。在有線局域網(wǎng)中，兩個(gè)站點(diǎn)的距離在使用銅纜（粗纜）時(shí)被限制在500m，即使采用單模光纖也只能達(dá)到3km，而無線局域網(wǎng)中兩個(gè)站點(diǎn)間的距離，目前可達(dá)到50km。由于沒有線纜的限制，用戶可以隨心所欲地增加工作站或重新配置工作站，通信范圍受環(huán)境條件的限制小，拓寬了網(wǎng)絡(luò)的傳輸范圍。2靈活快捷。無線局域網(wǎng)可以以一種獨(dú)立于有線網(wǎng)絡(luò)的形式存在，在需

4、要時(shí)可以隨時(shí)建立臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)，而不依賴有線骨干網(wǎng)。無線局域網(wǎng)組網(wǎng)靈活，可以滿足具體的應(yīng)用和安裝需要。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以適用于小數(shù)量用戶的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，也可以適用于幾千名移動(dòng)用戶的完整基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。在無線局域網(wǎng)中增加或減少移動(dòng)主機(jī)都是相當(dāng)容易的，增加無線接入點(diǎn)就可以增大用戶數(shù)量和覆蓋范圍，并且允許在較大范圍內(nèi)進(jìn)行漫游。3投資回報(bào)快。在許多情況下，安裝一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)比常規(guī)的有線網(wǎng)絡(luò)要便宜，特別是現(xiàn)在許多高校有多個(gè)校區(qū)，校區(qū)如果通過光纖連接的話，費(fèi)用相當(dāng)高，而通過無線網(wǎng)絡(luò)則可以節(jié)約一部分費(fèi)用。并且在兩個(gè)不同大樓內(nèi)的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，樓間的電纜價(jià)格昂貴，有時(shí)還受施工和其他方面的限制，而無線網(wǎng)絡(luò)可以提供一個(gè)簡單直接的解決方案；

5、從長遠(yuǎn)考慮，單位改組、內(nèi)部調(diào)整、人才更變、新配辦公室、新增辦公大樓、加強(qiáng)部分職能等，節(jié)省大量資金。相對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)，無線局域網(wǎng)的安裝工作非常簡單，它無需施工許可證，不需要布線或開挖溝槽，它的組建、配置和維護(hù)較為容易，一般計(jì)算機(jī)工作人員都可以勝任網(wǎng)絡(luò)的管理工作。同時(shí)，無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以隨辦公環(huán)境的變化而輕松轉(zhuǎn)移和布置，有效提高設(shè)備的利用率并保護(hù)用戶的設(shè)備投資。4傳輸速率高，碼分多址能力強(qiáng)。無線網(wǎng)絡(luò)的速度可達(dá)10M，可支持200個(gè)用戶連接，且易于擴(kuò)展，以適應(yīng)更大量的讀者需求。5可靠性強(qiáng)。有線網(wǎng)絡(luò)線路由于金屬接頭生銹、滲水、人為地意外地切斷或者網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接不良而造成中斷，線路失效，可能破壞網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換，

6、檢查問題往往需要很長時(shí)間。而無線網(wǎng)絡(luò)則不存在這些問題。同時(shí)，無線網(wǎng)絡(luò)不易受自然環(huán)境、地形及災(zāi)害影響。6便于教學(xué)。校園無線網(wǎng)絡(luò)能提供對(duì)整個(gè)校園網(wǎng)用戶的無線上網(wǎng)服務(wù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)師生可以在學(xué)校任何地方很方便地連入校園網(wǎng)，進(jìn)行信息的查詢，并且馬上可以得到數(shù)字化的全文信息，方便地進(jìn)行學(xué)習(xí)。以一節(jié)體育課為例，我們可以在學(xué)校體育場(chǎng)任何位置通過無線網(wǎng)絡(luò)查找到相關(guān)的信息，并進(jìn)行精確的內(nèi)容檢索，然后，利用這些內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)。三、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)一樣，同樣需要傳送介質(zhì)，常見的傳送介質(zhì)有射頻系統(tǒng)、紅外線、微波以及激光。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括LMDS、WLAN、GPRS、CDMA等系統(tǒng)。LMDS技

7、術(shù)LMDS（Local Multipoint Distribution Services）是一種點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無線寬帶技術(shù)，工作在較高的頻段（通常為24GHz39GHz），可以提供較寬的帶寬（達(dá)1GHz以上）。LMDS采用一種類似蜂窩的服務(wù)區(qū)結(jié)構(gòu)，將一個(gè)需要提供業(yè)務(wù)的區(qū)域劃分為若干服務(wù)區(qū)，每個(gè)服務(wù)區(qū)內(nèi)設(shè)基站，基站設(shè)備經(jīng)點(diǎn)到多點(diǎn)無線鏈路與服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶端通信。每個(gè)服務(wù)區(qū)覆蓋范圍為幾公里到十幾公里，并可相互重疊。 WLAN技術(shù)WLAN（Wireless Local Area Network）通過空氣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，工作在2.4GHz5.8GHz頻段。用戶可以在WLAN覆蓋范圍內(nèi)任意地點(diǎn)以無線方式連接到

8、網(wǎng)絡(luò)上。根據(jù)目前普遍采用的技術(shù)，WLAN的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到54Mbps，傳輸距離可以遠(yuǎn)至20KM以上，可以基本滿足目前網(wǎng)絡(luò)資源的無線傳輸需求。WLAN技術(shù)目前的三種標(biāo)準(zhǔn)：802.11a、802.11b、802.11g，它們的性能比較如圖1。其中802.11b技術(shù)是無線網(wǎng)絡(luò)的基本技術(shù)，而且現(xiàn)在筆記本電腦的無線網(wǎng)卡大多是802.11b，因此，802.11b技術(shù)比較適合建設(shè)校園無線網(wǎng)絡(luò)。表1類型802.11802.11a802.11b802.11g頻率2.4GHz5GHz2.4GHz2.4/5GHz調(diào)制PSKOFDMCCK傳輸速率2Mbps54Mbps11Mbps11/54Mbps傳輸距離100

9、m，可擴(kuò)展5-10km100m100m應(yīng)用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)語音、數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、圖像語音、數(shù)據(jù)LMDS+WLAN組網(wǎng)LMDS和802.11這兩種技術(shù)結(jié)合使用，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)校園無線網(wǎng)絡(luò)連接。所提供的帶寬能夠毫無障礙的運(yùn)行一般多媒體課件。在校園網(wǎng)內(nèi)設(shè)置無線接入基站，在一定范圍內(nèi)用戶可以通過無線網(wǎng)卡自由上網(wǎng)，沒有任何束縛，如果再配合筆記本電腦、PDA使用，完全可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)的目標(biāo)。2無線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式無線局域網(wǎng)主要采用射頻系統(tǒng)，射頻描述的是無線電波一秒鐘振動(dòng)的次數(shù)，無線電信號(hào)可以穿過輕障礙物，射頻無線局域網(wǎng)是目前最流行的無線局域網(wǎng)。同有線以太網(wǎng)相似，無線局域網(wǎng)也是打包方式發(fā)送數(shù)據(jù)的。每塊網(wǎng)卡都有一個(gè)永久

10、的、唯一的ID號(hào)作為它的地址，而數(shù)據(jù)包里不僅包含所要發(fā)送的數(shù)據(jù)，還必須包含發(fā)送和接收雙方的地址。無線網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡也很相似，它也是在向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù)包之前先檢查網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。當(dāng)它檢測(cè)到空閑時(shí)，就發(fā)送數(shù)據(jù)包；如果檢測(cè)到此無線電頻率上有其他數(shù)據(jù)的話，就先等待一段時(shí)間，然后再試。3無線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)通常使用兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的一種來組織網(wǎng)絡(luò)：其中一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被稱為對(duì)等網(wǎng)，在這種被稱為基點(diǎn)拓?fù)洌╥nfrastructure topology）的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，每臺(tái)裝有這種無線網(wǎng)卡的PC機(jī)，可以同距其300英尺以內(nèi)的裝有這種網(wǎng)卡的所有PC機(jī)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在另一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每臺(tái)PC機(jī)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)則要通

11、過一個(gè)接入點(diǎn)，這種設(shè)備外形很像一個(gè)伸出天線的小盒子，通常安裝在墻壁上或天花板上。當(dāng)接入點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)后，能夠更大范圍的將信號(hào)通過無線頻率傳送到所覆蓋區(qū)域的其他PC機(jī)上去，或者傳送到有線的以太網(wǎng)絡(luò)上。這種網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)能夠提供更大范圍的服務(wù)，但這種額外的設(shè)備增加了不少開銷。4無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無線用戶站(網(wǎng)卡/Station)。無線網(wǎng)卡是高頻(2.4GHz)、寬帶(2Mbps或11Mbps)等無線組網(wǎng)設(shè)備。有適用于便攜機(jī)的內(nèi)置PCMCIA卡、臺(tái)式機(jī)的內(nèi)置PCI+PCMCIA卡、以及兩者皆適用的外接USB適配器等種類。它們用于數(shù)字設(shè)備(計(jì)算機(jī)、掌上型電腦等)之間的短距離高速無線組網(wǎng)。無線基站AP(Acces

12、sPoint)。無線接入點(diǎn)AP是一個(gè)無線子網(wǎng)的基站。在多個(gè)WLAN站設(shè)備組網(wǎng)時(shí)，AP作為子網(wǎng)核心是必不可少的設(shè)備。同時(shí)，它也實(shí)現(xiàn)WLAN和LAN之間的橋接。其作用半徑取決于天線的方向圖和增益。無線網(wǎng)橋(WirelessBridge)。無線網(wǎng)橋是為使用無線(微波)進(jìn)行遠(yuǎn)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)間互聯(lián)而設(shè)計(jì)。它是一種在鏈路層實(shí)現(xiàn)LAN互聯(lián)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，可用于固定數(shù)字設(shè)備之間的遠(yuǎn)距離(可達(dá)20km)、高速(可達(dá)11Mbps)無線組網(wǎng)。特別適用于城市中的遠(yuǎn)距離高速組網(wǎng)和野外作業(yè)的臨時(shí)組網(wǎng)。其作用距離取決于環(huán)境和天線，以及是否加用雙向放大器。只實(shí)現(xiàn)到鏈路層功能的無線網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋。而具有路由等網(wǎng)絡(luò)層功能、在網(wǎng)絡(luò)層

13、實(shí)現(xiàn)異種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的設(shè)備叫無線路由器。無線網(wǎng)關(guān)(WirelessGateway)。無線網(wǎng)關(guān)也叫無線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，在傳輸層實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，是最復(fù)雜的網(wǎng)間互聯(lián)設(shè)備，僅用于兩個(gè)高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。無線網(wǎng)關(guān)通過不同設(shè)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(luò)，如WAN，同時(shí)實(shí)現(xiàn)AP功能。無線局域網(wǎng)接入控制器AC（AccessControl）。無線局域網(wǎng)接入控制器是WLAN和IP骨干網(wǎng)和外部網(wǎng)絡(luò)之間的接口網(wǎng)關(guān)。在非802.1x的WLAN中，AC負(fù)責(zé)發(fā)起認(rèn)證請(qǐng)求，監(jiān)視用戶實(shí)時(shí)使用情況并采集計(jì)費(fèi)信息送入AS中進(jìn)行計(jì)費(fèi)。認(rèn)證服務(wù)器AS。提供與WLAN無線接入?yún)^(qū)域之間的IP認(rèn)證和計(jì)費(fèi)信息接口。AS

14、、AC、AP之間使用標(biāo)準(zhǔn)的RADIUS協(xié)議傳送認(rèn)證、鑒權(quán)和計(jì)費(fèi)信息。AS能支持多個(gè)AC和AP，即能夠同時(shí)滿足大范圍的WLAN接入需求。四、校園無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)我校無線網(wǎng)絡(luò)主要覆蓋是教學(xué)樓、學(xué)生公寓、實(shí)驗(yàn)樓、體育場(chǎng)、圖書館等區(qū)域（如圖1）。方案中Vivato2.4GHz室內(nèi)Wi-Fi交換機(jī)是首選的產(chǎn)品，它被設(shè)計(jì)成放置在墻上或建筑物的角落里，為整個(gè)一層提供連接。室內(nèi)交換機(jī)可把Wi-Fi范圍擴(kuò)展到300米遠(yuǎn)。而且它只需要一個(gè)電源和以太網(wǎng)接口。安裝all-in-one Vivato Wi-Fi交換機(jī)可以不必安裝無數(shù)的訪問點(diǎn)， 節(jié)省了開支與安裝工程。Vivato 2.4G Hz室外Wi-Fi交換機(jī)可以在外

15、面為建筑物內(nèi)提供Wi-Fi覆蓋.室外交換機(jī)的覆蓋范圍最典型的是可視距離內(nèi)4 公里直接連接， 建筑物內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi用戶的連接最遠(yuǎn)可達(dá)1 公里。從建筑物外為用戶提供連接是一個(gè)創(chuàng)新， 它是一種有力的低費(fèi)用的寬帶拉入解決方案。具體如下：室外基站用VP2210，建在圖書館樓上，也是校園網(wǎng)絡(luò)中心所在的樓。覆蓋校園所有的建筑物，即教學(xué)樓、學(xué)生宿舍1區(qū)、學(xué)生宿舍2區(qū)、實(shí)驗(yàn)樓、食堂、田徑運(yùn)動(dòng)場(chǎng)。Vivato室外基站有很強(qiáng)的建筑物穿透能力，其覆蓋不到的一些特殊的室內(nèi)盲區(qū)由Vivato室內(nèi)無線網(wǎng)橋/路由器VA2200來完成無線連接，對(duì)于室內(nèi)無線信息點(diǎn)需求比較多的建筑物內(nèi)也可以使用Vivato VP2200無線室

16、內(nèi)基站。如在大會(huì)議室、階梯教室等。Vivato VP2200無線室內(nèi)基站是基于802.11g(54Mbps)的室內(nèi)Wi-Fi基站。由于采用了具有專利權(quán)的PacketSteeringä技術(shù)，以及相控陣天線，它的覆蓋面積是傳統(tǒng)訪問點(diǎn)覆蓋面積的12倍。高數(shù)據(jù)率以及安裝的低成本，使大規(guī)模覆蓋的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)成為可能。 在墻上或角落里安裝VP2200,就可以為整個(gè)房子，或是一層提供網(wǎng)絡(luò)接入。這種方法使Wi-Fi在應(yīng)用中不必使用過去那樣多的設(shè)備，更不用使用那么多的訪問點(diǎn)，這使系統(tǒng)更易于安裝管理。圖1無線校園網(wǎng)拓?fù)鋱D在本方案中，對(duì)用戶的接入認(rèn)證計(jì)費(fèi)系統(tǒng)由Radius認(rèn)證計(jì)費(fèi)軟件和服務(wù)器兩

17、部分組成，采用先認(rèn)證，后分配IP，再通過Radius服務(wù)器的數(shù)據(jù)統(tǒng)一計(jì)費(fèi)。由單臺(tái)Radius服務(wù)器構(gòu)成的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)最多可支持2048個(gè)寬帶用戶的計(jì)費(fèi)，隨著用戶數(shù)量的增加，可通過增加Radius服務(wù)器數(shù)量的方式方便地?cái)U(kuò)充系統(tǒng)容量。該解決方案可很好地滿足校園運(yùn)營商的需要。用戶操作更為方便，對(duì)于只具備初步計(jì)算機(jī)知識(shí)的學(xué)生與教師們非常適用。對(duì)于無線接入點(diǎn)的管理方面，Radius管理系統(tǒng)可以主動(dòng)探測(cè)網(wǎng)絡(luò)中存在的無線接入點(diǎn)（AP），并實(shí)時(shí)給系統(tǒng)管理員提供無線接入點(diǎn)的工作狀態(tài)，及時(shí)排除由于網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致用戶不能正常使用的問題。此外，Radius管理系統(tǒng)還具有用戶訪問日志功能，便于記錄用戶的整個(gè)網(wǎng)上活動(dòng)過程，實(shí)現(xiàn)

18、網(wǎng)絡(luò)的安全控制。五、校園無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)注意的事項(xiàng)1無線局域網(wǎng)不可能完全取代有線局域網(wǎng)，只能作為有線網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充和完善。二者并不是技術(shù)競爭，而是技術(shù)互補(bǔ)，互為完善，互為補(bǔ)充。無線局域網(wǎng)是在現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加更多實(shí)際功能，學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)中心作為Internet的接入點(diǎn)，也作為無線站的中心站，負(fù)責(zé)控制所有站點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的訪問。2為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)以后的擴(kuò)展和升級(jí)，應(yīng)慎重考慮選擇網(wǎng)絡(luò)所使用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備。3無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)構(gòu)建的時(shí)候要考慮采用專業(yè)的設(shè)施，聘請(qǐng)專業(yè)的隊(duì)伍去操作，否則在規(guī)模擴(kuò)大到一定程度時(shí)就會(huì)遇到功率控制、頻率選擇、環(huán)境噪聲等很多問題。4妥善考慮無線網(wǎng)絡(luò)的支撐系統(tǒng)（包括無線網(wǎng)管、無線安全，無線計(jì)費(fèi)等），否則無線設(shè)備之間的不兼容性，或者網(wǎng)絡(luò)管理的混亂會(huì)導(dǎo)致大量問題。5由于無線局域網(wǎng)依靠無線電波的傳播，電波發(fā)射時(shí)，受墻壁、大型用具和其他障礙物阻礙，使得網(wǎng)絡(luò)的性能降低。因此，在校園網(wǎng)內(nèi)要做到有線和無線的合理布局。6無線電波地本質(zhì)上不要求物理性的訪問聯(lián)接，但如果獲得網(wǎng)絡(luò)的訪問代碼，那么，在無線電波廣播范圍內(nèi)的任何人，都可以監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)的通信。例如,在停車場(chǎng)附近的人可以很容易地破壞辦公室的無線網(wǎng)絡(luò)，利用訪問代碼和適當(dāng)?shù)脑O(shè)備截取敏感數(shù)據(jù)。因此，要加強(qiáng)數(shù)據(jù)的安全性。7要建立可靠的網(wǎng)絡(luò)