基于IEEE802.11协议的 WLAN在高职院校中的应用

周俊峰

摘要：随着WLAN技术的发展和其规模的扩大，并有数据传输方便、组建简单、造价便宜及施工影响面小等优点，使得WLAN逐步成为现阶段高职校园网的补充和延伸。本文主要分析基于IEEE802.11协议的WLAN技术，并提出在高职院校中WLAN的连入以及在室内和室外的具体实施方案。

关键词：IEEE802.11协议；WLAN；高职院校随着高职院校近几年的快速发展，建设WLAN的需求主要来自网络教育的需求、端口数量限制、分校区质检的网络连接、移动教育等方面，特别是网络教育的需求快速增长，更加促进了无线校园网的普及，信息化校园也已成为各高职院校基础建设的重要标志之一。怎样才能使基于IEEE802.11协议方便地、经济有效地在高职院校部署WLAN，怎样才能在不降低可靠性、可用性和性能的情况下，在原有设置的有线网络基础上拓展WLAN的应用空间成为当前迫切需要解决的问题。

1WLAN技术和IEEE802.11协议

WLAN是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。本质上来说，它是有线局域网的一种延伸，使用起来与前者一样。WLAN技术有IEEE802.11系列、蓝牙(Bluetooth)、HiperLAN、HomeRF技术等。其中，目前得到广泛应用的技术是IEEE802.11系列，在某些环境下还可以替换传统的有线网络。与之相比，WLAN有以下几方面的优点：

⑴安装便捷：WLAN的安装工作简单，它无需施工许可证，不需要布线或开挖构槽，他的安装时间只是安装有线网络时间的零头。

⑵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WLAN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里。

⑶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的考虑未来发展的需要，所以往往导致预设大量利用率低的信息点。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。

⑷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“漫游”（Roaming）等有线网络无法提供的特性。

⑸传输速率高：WLAN的数据传输速率现在已经能够达到54Mbit/s，传输距离可远至20km以上，应用最新的IEEE802.11n技术，数据传输速率甚至可达到300Mbit/s。IEEE802.11b(通常称Wi-Fi，WirelessFidelity)，是目前最普及的无线标准之一，有无线以太网兼容性联盟WECA的支持，并在WLAN领域占据优势。802.11b使用开放的2.4GHz频段，采用直接序列扩频(DSSS)技术，最大数据传输速率为11Mbps。具有3个不重叠信道，支持范围在室外300米，在办公室环境中最长为100米。

IEEE802.11a是一种新技术的代表，与802.11b互不兼容。它工作在5GHz频带，采用正交频分复用(OFDM)的独特扩频技术,最大传输速率为54Mbps。其优点是:高带宽、5GHz频段存在干扰少，8个不重迭信道，具有更高的部署灵活性。缺点为：传输距离较短，覆盖范围小；成本偏高。通常用作WLAN的中继链路而非用于覆盖。

IEEE802.11g是一种混合标准，能向下兼容传统的802.11b标准。IEEE802.11g54Mbps的高数据吞吐量是802.11b的5倍，使高带宽数据应用成为可能，如：同时传送多个DVD质量的视频流。IEEE802.11g覆蓋方法类似于802.11b设备，具有3个不重叠信道。802.11g将逐渐成为WLAN的主流产品。

2WLAN网络结构

1.IEEE802.11协议能提供的服务包括数字音频/视频广播、数字电话、异步传输模式ATM、因特网接入、电话网络中无线中继和帧中继。IEEE802.11协议工作原理是基于Client/Server的访问控制和认证协议，尤其在宽带城域网的建设中可以发挥重大的作用。它可以限制未经授权的用户/设备通过接入端口访问LAN/MAN。在获得交换机或LAN提供的各种业务之前，802.1x对连接到交换机端口上的用户/设备进行认证。在认证通过之前，802.1x只允许EAPoL(基于局域网的扩展认证协议)数据通过设备连接的交换机端口，认证通过以后，正常的数据可以顺利地通过以太网端口。基于端口的网络访问技术的基本思想是网络系统可以控制面向最终用户的以太网端口，使得只有网络系统允许并授权的用户可以访问网络系统的各种业务。IEEE802.11网络通常是由所谓基本服务集(BSS，Basic Service Set)所构成，一个BSS所覆盖的区域被称为基本服务区域(BSA，Basic Service Area)。从概念上讲，在一个BSA内的所有站点都是可以同本区域内的其他站点互通的，由这样的独立的BSA可以构成自组织型的Ad-hoc网络结构。独立的BSS是IEEE802.11无线网络最基本的形态，不同的独立的BSS之间可以互相覆盖，一个站点属于哪个BSS是由站点自身状况动态决定。最小的IEEE802.11WLAN至少包括两个站点，如果我们在每个独立的BSS中设立接入控制点(AP，Access Point)，通过这样一些类似于基站的AP设备，以及这些AP之间的媒体连接，可以把这些独立的BSS连接成为一个结构化的网络，这就是第二种网络结构（如图1）。

对于高职院校师生来说，由于需要布设多个AP来覆盖整个办公、教学、实训基地等区域，为使各AP都能正常、高效的工作。而当前WLAN网络各个AP实际是处于相互独立的工作状态，无法作到信息的共享，因此，当前的产品不适合用于大规模企业网络，针对这个问题，IEEE802.11工作组对标准进行改进，以满足用户RF管理的需求，我们给出一种新的WLAN的框架结构，将有助于以上问题的解决。它的核心组件是“分离MAC”架构，即将对IEEE802.11数据和管理协议的处理，以及接入点功能分别部署于一个轻型接入点和一个集中WLAN控制器（如图2所示）。

3具体实施措施

3.1 设计原则

可靠性；先进性；实用性；可兼容及可扩展性。

3.2 WLAN的设备运用

WLAN运用的主要设备有：无线网卡、无线接入点、接入控制器、无限网关、无线网桥、认证服务器。此外还包括天线、POE供电设备、适配器等。

⑴无线网卡(Wireless LAN Card)：安装在用户的笔记本电脑或PDA等设备上,提供可移动的无线连接。功能类似于有线LAN中的网卡。

⑵无线接入点AP(Access Point)：每个AP可以支持多个无线网卡,并在室内或室外环境提供蜂窝式无线覆盖。作为无线网卡的集线器(或中心点)与有线以太网连接。在大型的配置中，多个AP可以提供蜂窝式漫游的功能，使用户在自由移动的同时，能够无缝隙、无中断的接入到网络中。

⑶WLAN接入控制器AC(Access Control)：无线局域网接入控制器(AC)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。

⑷无线网关(Wireless Gateway)：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。

⑸无线网桥(Wireless Bridge)：无线网桥产品在以太网之间提供高速、远距离(30Km以内)的视距连接。一般用于连接两个或多个LAN(每个LAN位于不同建筑物内)，适合高吞吐量的应用,以及有线难以铺设的场所。

⑹认證服务器(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、AC、AP之间使用标准的RA-DIUS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。

3.3 实施方案

⑴室内建设方案。室内区域指原先没有安装有线网络的教室、会议室、临时移动办公室等房间。在室内部署WLAN的第一步是要确定AP的数量和位置。也就是要将多个AP形成的各自的无线信号覆盖区域进行交叉覆盖，各覆盖区域之间无缝连接。所有AP通过双绞线与有线骨干网络相连，形成以有线网络为基础，无线覆盖为延伸的大面积服务区域。所有无线终端通过就近的AP接人网络，访问整个网络资源。覆盖区的间隙会导致在这些区域内无法连通。安装人员可以通过地点调查来确定AP的位置和数量。地点调查可以权衡实际环境(如教室的面积等)和用户需求考虑到教学环境对网络带宽、网络速度的要求，这包括覆盖频率、信道使用和吞吐量需求等。多个AP通过线缆连接在有线网络上，使无线终端能够访问网络的各个部分。通常情况下，一个AP最多可以支持多达80台计算机的接人，当然，数量为20-30台时工作站的工作状态最佳，AP的典型室内覆盖范围是30-100m。根据教室和会议厅的大小，可配置1个或多个无线接人点。例如，可在教室中放置4台AP，使这个教室最多可容纳80-120个无线网络用户。

⑵室外建设方案。室外指校园操场及其他公共场所等。

1)设备的选择：AP、无线全向天线、无线定向天线。其中：无线全向天线用于在所有水平方位上信号的发射和接收都相等的情况。无线定向天线用子在一个方向上发射和接收大部分的信号。

2)室外考虑因素：与室内建设方案不同的是，在校园区室外配置无线接人点要复杂一些，因为它要把各自连成一个局域网而又有一定距离的各栋楼房连接起来。此时，可以在网络的每一端接人AP，并在距离远或信号弱地方，同时外接高增益天线，这样就可以实现几公里以内的两个网段之间的互连了。具体操作时，要根据实际情况(如各楼之间的实际距离以及障碍物等)来考虑选择设备(如设备型号、是否要加用全向天线，以及增减设备数量等)。当然，在楼房上架设无线网络设备还需要加装避雷器、防潮箱等设备，以防止无线网络设备的损坏。

4结语

在高职院校，学生密集的WLAN服务区域内有许多相邻的BSS，可能就会导致它们之间的RF干扰，我们可以通过控制AP的发射功率来减小RF干扰，而减小的干扰将会导致系统总的吞吐量的增加，也就是说可以有效的提高资源共享的利用率。高职院校中无线信道的传输环境是随时发生变化的，因此，最初的功率配置无法完全实现对目标区域的覆盖，导致覆盖漏洞。同样，如果网络中的某个AP发生故障而无法工作，也会造成覆盖漏洞，处于覆盖漏洞内的STA将无法得到服务。为了解决这些问题，必须对网络中的AP进行动态的功率控制，通过发射功率的调整完成对漏洞的覆盖。也可以考虑在以后的AP中采用MIMO技术，因为MIMO技术可以调整AP天线的方向图，利用方向图的改变完成对漏洞的覆盖，而AP功率的调整将不会对网络中其他AP造成干扰。这种功率控制方法仅仅是对网络中部分AP的功率及方向图的调整，不需要对整个网络进行调整，对于AP较多的大规模WLAN网络是很有意义（比如在报告厅、比赛场馆等）。

WLAN为高职院校的校园网建设提出了新的思路。WLAN技术的发展将能够与现有的计算机网络进行平滑无缝的连接，并能与现有的计算机网络和终端设备互联，与有线网络资源具有良好的兼容性和整合性，弥补了传统有线局域网的不足，为局域网开辟了一个崭新的技术和应用领域。

[参考文献]

[1]段水福,等,编著.无线局域网设计与实现.浙江大学出版社，2007.

[2]汪涛,主编.无线网络技术导论（第二版）.清华大学出版社，2012.