校园无线网络的规划与设计毕业论文

云南林业职业技术学院学院

毕业设计（论文）

题目校园无线网络的规划与设计

学生姓名云南香位

专业班级计算机应用技术

学号 131********

院（系）林业信息工程学院

教师(职称)云南香位

完成时间 2016年 4月

摘要 (3)

第一章. 无线局域网络的定义与特点 (4)

1.1无线局域网络的定义 (4)

1.2无线局域网络的特点 (4)

第二章、无线校园网络的接入方式 (6)

2.1、无线网卡 (7)

2.2、无线接点与无线网桥 (7)

2.3、无线天线发射与接收 (8)

2.4、无线局域网接入控制器（AC ）与认证服务器（AS ） (8)

第三章、构建无线校园网络的基础架构 (9)

3.1规划拓扑结构 (9)

3.2规划网络层次 (10)

3.3汇聚层和接入层设计 (10)

3.4主干网设计 (11)

3.5局域网设计 (12)

3.6通信设备的选型 (14)

第四章、构建校园无线局域网的方案 (15)

4.1、WLAN网络规划流程 (15)

4.2、调研及勘查 (16)

4.3覆盖设计 (16)

第五章校园网络建设对信息化的实现，无线网络拓宽了校园网络的应用20第六章网络通信与信息的安全 (22)

第七章、无线校园网络的实施方案 (24)

第八章、无线校园网络实施步骤与应用 (26)

第九章、无线校园网络的发展前景 (28)

总结 (29)

致谢 (30)

参考文献 (31)

摘要

随着现代教育技术的应用手段的更新，校园网络的地位在学校教育教学中越来越重要，无线网络技术的不断成熟和普及，拓宽了有线校园网络的应用空间，无线网络解决方案更能满足校园网络的师生要求，并且拥有传统网络所不能比拟的易扩容性和移动性，已经逐渐成为众多网络建设的最佳方案选择。在校园中安装无线接入点，学校师生教职员工可以很方便接入校园网络，为工作、学习带来方便和提高了效率，也提高了教学效果。本文就无线校园网络建设提供了一些技术性参考和设计意见。

关键词：无线网络;校园网络;AP;无线网卡;局域网；网络建设

第一章. 无线局域网络的定义与特点

1.1无线局域网络的定义

无线局域网络WLAN (Wireless Local Area Networks)是利用射频（RF）技术在空气中发送和接受数据，无需线缆介质，是一个相当便利的数据传输系统。它是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，使用无线信道来接入网络，为通信的移动化，个人化和多媒体应用提供了传输实现手段，并成为宽带接入网络的有效方案。无线网络取代了传统介质构成局域网络，提供有线局域网络的所有功能。无线局域网的数据传输速率现已经能够稳定达到11MB/S，最新协议可以将无线传输的速度提高到54MB/S，传输距离可以达到20KM以上。但根据目前的技术情况，无线局域网络不是用来取代有线局域网络，而是用来弥补有线局域网络的不足，以达到网络延伸的目的和追求。

目前，与有线局域网相比较，无线局域网具有开发运营成本低、时间短，投资回报快，易扩展，受自然环境、地形及灾害影响小，组网灵活快捷等优点。无线局域网除能传输语音信息外，还能顺利地进行图形、图像及数字影像等多种媒体的传输。而且随着ATM无线局域网的投入使用，其数据传输率将达到20M～25Mbps，可更好地满足用户的需求。

1.2无线局域网络的特点

1)、组网速度快、工程周期短，开发、运营成本低

在网络建设当中，网络布线的施工一般情况下是施工周期最长、对周边环境影响最大的。在施工程时，往往需要破墙掘地、穿线架管。而无线局域网最大的优点就是减少了繁杂的网络布线的工作量，一般只要安放一个或多个接入点AP（Access Point 无线Hub）设备就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络，减少了对布线的需求和与

布线相关的一些开支，还可以为用户提供灵活性更高、移动性更强、扩充性更方便的方式。

2)、使用灵活，具有高移动性

无线局域网络，通信范围不受环境条件的限制，拓宽了网络的传输范围。在有线网络中，网络设备的安放位置受网络信息的限制。无线局域网可以使用网络设备的位置选择变得更为容易，只要无线网的信号覆盖区域内，任何一个位置都可以接入网络。

3)、扩展能力强，管理方便

在已有无线网络的基础上，只需通过增加AP(无线接入点)及相应的软件设置即可对现有网络进行有效扩展。同时，相对于有线网络，无线局域网的组建、配置和维护较为容易，一般的计算机教师和工作人员都可以胜任网络的管理工作。

4)、抗干扰性强，安全性能高

无线局域网采用特定的带宽频率传输信号，减少了外界信号的干扰，增强传输代码的可靠性，减少误码和错码的出现提高了抗干扰性。另外，无线局域网以空气为介质，传输的信号可跨越很宽的频段，数据不容易被窃取，保证了网络传输的安全性，同时无线局域网采取网络隔离及网络认证措施；无线局域网设置有严密的用户口令及认证措施，防止非法用户入侵；同时，无线局域网设置附加的第三方数据加密方案，即使信号被盗听也难以理解其中的内容。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。

5)、受自然环境、地形及灾害影响小。

无线网络由于本身特点，可根据客户需求灵活定制网络环境，覆盖范围大，几乎不受地理环境制约。

第二章无线校园网络的接入方式

局域网组建规划是多学科知识的综合，涉及系统工程学、通信技术、网络技术、安全技术、软件工程等领域。如图2-1：

C/S用户 B/S用户

网络应用平台

网络资源安全

网络应用支持平台

网络通信安全

网络通信平台

网络通信支持环境

图2-1

无线局域网（WLAN）技术大致有蓝牙（Bluetooth）、IEEE 802.11 系列、HiperLAN、HomeRF技术等。

目前得到广泛应用的较成熟的技术是IEEE 802.11 系列：分为有IEEE 802.11b、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g。其中，IEEE 802.11b支持11Mbps共享接入速度，采用2.4GHz ISM频段；IEEE 802.11b 技术，它采用了5GHz频段，其速率高达成54Mbps；而IEEE 802.11g是一种混合标准，它即能适应IEEE 802.11b标准，又符合IEEE 802.11a 标准，但技术不是很成熟。综合目前技术情况考虑，IEEE 802.11b无论是传输距离还是传输速率都占有优势，因此，大部分无线校园网可选择IEEE 802.11b标准。

无线局域网的组成包括无线网卡、无线接入点（Access Point，简称AP）和无线天线，以及接入控制器AC和认证服务器AS 。无线局域网利用常规的局域网（如

10/100/1000M以太网）及其互联设备（路由器、交换机）构成骨干支撑网。利用无线接入点（AP）来支持移动终端（MT）的移动和漫游。配有无线网卡的台式PC机、笔记本电脑或其他设备就可以与无线网络连接起来。

2.1、无线网卡

对于客户端，无线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，主要有三种类型：PCMCIA无线网卡、PCI无线网卡和USB无线网卡。

1）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。

2）PCI接口无线网卡适用于普通的台式计算机使用。

3）USB接口无线网卡适用于笔记本电脑和台式机，支持热插拔。这种类型的网卡一般外置有天线，拆卸方便，是一种非常好的选择。

2.2、无线接点与无线网桥

无线接入点AP（Access Point）的作用是完成WLAN和LAN之间的桥接。其作用类似于以太网中的集线器。当网络中增加一个无线AP之后，即可成倍扩展网络覆盖直径。根据产品特性，一个AP可以支持的接入计算机的数量相关很大，一般产品可供接入的计算机数目是30-40台，最多可以支持到100台左右。由于无线AP基本上都拥有一个以太网接口，可以很方便与有线网络实现无缝连接。许多无线AP还拥有代理服务器和路由功能，借助于ADSL或Cable Modem等连接，从而实现Internet 接入共享。

无线网桥（Bridge ）是在以太网之间提供高速、远距离（30Km 以内）的连接。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和环境。

2.3、无线天线发射与接收

WLAN工作站也可漫游（Roaming）在不同的AP之间。AP的覆盖理论上可达到约250m左右，在半开放性空间，或有间隔的区域，也只能达到30-50m左右。由于微波是直线传播，所以微波都是小角度穿透几面墙体，墙体将减弱信号，如果墙体为钢筋混凝土，信号则会更弱。所以，在实际情况下，都要加装外接增益天线（天线主要有全向和指向天线），对所接收或发送的信号进行增益，使距离到达更远、信号更强。

2.4、无线局域网接入控制器（AC ）与认证服务器（AS ）

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。

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 、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。

第三章、构建无线校园网络的基础架构

3.1规划拓扑结构

拓扑结构

中小型、小型局域网一般可采用星型结构；大中型局域网络考虑链路传输的可靠性，可采用冗余结构。

考虑因素

1）地理环境

2）传输介质与距离

3）可靠性如图2-7

星型星型冗余

接入层

汇聚层

核心层

图2-7

3.2规划网络层次

局域网分层是按照网络规模划分为三个层次：

(1)核心层

(2)汇聚层

(3)接入层如图2-8：

如图2-8

(4)中小型、小型局域网一般可采用核心/接入层；

(5)大型、大中型局域网络一般可采用核心/汇聚/接入层。

3.3汇聚层和接入层设计

汇聚层:存在与否，取决于网络规模的大小。当建筑楼内信息点较多（比如，大于22个点）超出一台交换机的端口密度，而不得不增加交换机扩充端口时，就需要

有汇聚交换机。交换机间如果采用级连方式，即将一组固定端口交换机上联到一台背板带宽和性能较好的汇聚交换机上，再由汇聚交换机上联到主干网的核心交换机。如果采用多台交换机堆叠方式扩充端口密度，其中一台交换机上联，则网络中就只有接入

接入层:即直接信息点，通过此信息点将网络资源设备（PC 等）接入网络。汇聚层采用级连还是堆叠，要看网络信息点的分布情况。

汇聚层、接入层:一般采用100Base-TX 快速交换式以太网，采用10/100Mbps 自适应交换到桌面，传输介质是超五类或五类双绞线。要根据应用需求可选择支持1–2个光端口模块 .

3.4主干网设计

主干网技术的选择，要根据以上需求分析中用户网络规模大小、网上传输信息的种类和用户可投入的资金等因素来考虑。

主干网用来连接建筑楼宇和服务器群，可能会容纳网络上50–80%的信息流，是网络大动脉。

连接建筑群的主干网一般以光缆作传输介质，典型的主干网技术主

要有汇聚层接入层级连堆叠

100Mbps-FX以太网、1000Mbps SX/LX以太网等。

3.5局域网设计

你是否有这样的愿望？在校园的任何一个角落，无论在操场上，草坪上或者教室，办公室，亦或教职工小区或者学生宿舍区。只要有一台笔记本电脑（或者台式机），一块无线网卡您便可以轻松实现宽带上网，查阅自己需要的资料，欣赏网上精彩的电影。这一切在以前也许只是一个梦想，必须通过烦琐的综合布线来实现。而现在，随着无线网络的发展，一切都问题都迎任而解，通过无线方式接入，可以彻底摆脱有线的束缚，轻松实现无线宽带接入互联网，并且价格已不再昂贵。并且已经在我国知名学府，如北京大学，南开大学率先投入使用。

无线网络是由无线网卡、无线集线器、无线交换机、计算机及其它相关设备组成，利用无线微波信道作为传输介质的计算机网络，简称为WLAN(无线局域网)。无线局域网的网络速度与以太网相当。一个AP (Access Point,也称无线集线器)最大可支持200多个用户的接入。WLAN的数据传输率目前最高可达11Mbps，传输距离可远至1.5公里，它可以与现有的有线连网和谐地结合起来，不仅传输距离远，而且使网上的计算机也具有可移动性，能快速方便地解决使用有线方式不易实现的移动办公网络的连接问题。

大家可以想象一下，当学生们惊奇地发现自己的笔记本电脑在学校任何角落都可以上网时的那份兴奋劲……现在这一切的实现都不是梦了。

无线局域网设计

无线网络，网络无限

1. 对等方式图1

2. 接入方式图2

3. 中继方式图3

图1无线对等局域网图2 无线网中继连接

图3 以AP 为中心的星型结构

建成的无线网络的性能：

将建成的无线校园覆盖网络，能够达到如下要求：

1．最高带宽为11M ，单片网卡下载速率最高可达400K ，远远超过了ADSL 和拨号上网；

2．单个AP 覆盖半径为1.5公里，能覆盖整个校园；增加若干分中心以后，可以覆盖更大的范围，并且能完全屏蔽盲区；

3．四层网络密码和入网MAC 地址设备号认证，可有效控制上网计算机，管理十分方便；

膝上型计算机

立式 PC PC机笔记本笔记本笔记本笔记本 AP 服务器交换机

4．利用校园现有的网络基础设施，免除学校挖沟布线的麻烦，节约学校投资；可在学校操场、演播厅等任意地方畅游网络；

5．节省用户投资：每户只需一块无线网卡（USB无线网卡或PCMCIA笔记本无线网卡），即可共享单位的Internet出口。

3.6通信设备的选型

1.通信设备选型基本原则

2.品牌选择

扩展性考虑

“量体裁衣”策略

性价比高、质量可靠的原则

3. 核心交换机选型要求

高性能，高速率

便于升级和扩展, 高可靠性

强大的网络控制能力，提供QoS和网络安全，以持RADIUS、TACACS+等认证机制

良好的可管理性，支持通用网管协议，如SNMP、RMON、RMON2等

4. 汇聚和接入层交换机选型要求

灵活性

高性能

在满足技术性能要求的基础上，最好价格便宜，使用方便，即插即用，配置简单具备一定的网络服务质量和控制能力以及端到端的QoS（服务质量）

如果用于跨地区企业分支部门通过公网进行远程上联的交换机，还应支持虚拟专网VPN标准协议。

支持多级别网络管理。

5. 远程接入与访问设备选型要求

第四章、构建校园无线局域网的方案

4.1、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。在此基础上制定合理的WLAN网络规划总体原则和策略。

覆盖设计阶段首先确定WLAN网络的覆盖方式，即采用室内还是室外覆盖方式、单独建设还是与移动通信网络合路等。确定覆盖方式之后根据现场环境参数进行链路预算，在此基础上初步确定AP点位及数量。在有条件情况下，进行WLAN仿真，预测规划效果，并根据仿真结果进行调整，直到各项参数达到目标值。

覆盖设计之后根据前面确定的AP点位及数量进行合理频率规划，规避频率干扰，力求将干扰降到最小。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。

4.2、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。

4.3覆盖设计

4.3.1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。

4.3.2室内单独建设方式

这是目前最简单、应用最广的WLAN建设方式。如图1为某办公楼WLAN网络点位图。

图1 某办公楼WLAN网络点位图

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。

4.3.3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。

如图2所示，将WLAN的无线射频信号通过合路器馈入室内分布系统，各频段信号共用天馈进行覆盖。

图2 室内型

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。

4.3.4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 室外型

采用室外型覆盖方式建设速度快，网络维护简单，投资少见效快。但应注意下面几方面问题。

（1）室外WLAN信号和室内WLAN信号之间的干扰；

（2）WLAN为共享带宽，无法保障单个用户的带宽；

（3）室内WLAN信号的覆盖效果。

4.3.5Mesh型网络覆盖方式

对于室外较大面积（如城市、校园等）的WLAN覆盖可以采用Mesh型网络覆盖。如图4所示，Mesh技术采用网状网结构，通过若干个基于无线互联的AP群对目标区域进行覆盖，并将数据回传至有线IP骨干网。