无线组网技术及其在校园网上的应用

2023-01-20

1 引言

无线局域网 (WLAN) 技术始于20世界80年代中期, 是由美国联邦通信委员会 (FCC) 为工业、科研和医学 (ISM) 频段的公共应用提供授权而产生的。这项政策使各大公司和终端用户不需要获得FCC许可证, 就可以应用无线产品, 从而促进了W L A N技术的发展和应用。

随着W L A N技术标准的不断推出以及基于这些标准的无线产品的出现, W L A N的应用和普及已发展到了一个新阶段。而且, 从应用需求方面考虑, 无线网络很适合学校的一些不易于网络布线的场所应用。因此, W L A N技术的发展对校园网络的建设有何影响, 如何将该技术应用到校园中去, 这已成为业界人士日益关注的焦点。

无线局域网络绝不是用来取代有线局域网络, 而是用来弥补有线局域网络之不足, 以达到网络延伸之目的。为了学生与老师们更方便地访问校园网, 无线局域网的组建可作为校园有线局域网十分有益的补充与扩展。

2 无线组网技术概述

2.1 无线局域网的概念

无线局域网[1]的英文简称是WLAN (Wireless Local area Networks) , 一般来讲, 凡是采用无线传输媒体的计算机网都可称为无线网。它利用射频 (Radio Frequency;RF) 技术, 取代旧式碍手碍脚的双绞铜线所构成的局域网络, 使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它, 达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。

2.2 无线局域网的技术特点

无线局域网与以往的基于蜂窝电话网、专用分组交换网及其它技术的无线计算机通信相比, 有许多本质上的区别。无线局域网必须支持高速突发数据业务, 在室内使用时要解决包括多径衰落、相邻子网间串扰等问题。

目前无线网采用的传输媒体主要有两种, 即无线电波与红外线。在采用无线电波作为传输媒体的无线网又依调制方式不同, 又可分为扩展频谱方式与窄带调制方式。在扩展频谱方式中, 数据基带信号的频谱被扩展至几倍-几十倍后再被搬移至射频发射出去。这一作法虽然牺牲了频带带宽, 却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。由于单位频带内的功率降低, 对其它电子设备的干扰也减小了。在窄带调制方式中, 数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移到射频发射出去。

基于红外线的传输技术最近几年有了很大发展。目前广泛使用的家电遥控器几乎都是采用红外线传输技术。做为无线局域网的传输方式, 红外线的最大优点是这种传输方式不受无线电干扰, 且红外线的使用不受国家无线电管理委员会的限制。然而, 红外线对非透明物体的透过性极差, 这导致传输距离受限。

2.3 无线局域网的组网方式及原理

在实际应用中, WLAN技术的组网方式[2]可划分为对等方式、接入方式和中继方式等几种。

首先是对等方式。对等方式下的无线局域网, 不需要单独的具有总控接转功能的接入设备A P, 所有的基站都能对等地相互通信。在该种模式的局域网中, 一个基站会自动设置为初始站, 对网络进行初始化, 使所有同域的基站成为一个局域网, 并且设定基站协作功能, 允许有多个基站同时发送信息。这样在M A C帧中, 就同时有源地址、目的地址和初始站地址。

第二种是接入方式。这种方式以星型拓扑为基础, 以接入点AP为中心, 所有的终端通信要通过AP接转, 相当于以无线链路作为原有的基干网或其一部分, 相应地在MAC帧中, 同时有源地址、目的地址和接入点地址。通过各终端的响应信号, 接入点AP能在内部建立一个像路由表那样的桥连接表, 将各个终端和端口一一联系起来。当接转信号时, AP就通过查询桥连接表进行。由于接入点有以太网接口, 这样, 既能以AP为中心独立建一个无线局域网, 当然也能以AP作为一个有线网的扩展部分。这种方案是一个中心点可同时应付若干个外围分支点, 它主要可在近距离内用于多个工作站或局域网的互联。

最后一种方式是中继方式。中继是建立在接入原理之上, 以两个无线设备点对点进行链接的方式, 由于独享信道, 较适合两个局域网的远距离互连。在这种结构中局域网之间的通信是通过各自的无线网桥来实现的, 无线网桥起到了网络路由选择和协议转换的作用。在这种模式下, MAC帧使用了四个地址, 即源地址、目的地址、中转发送地址和中转接收地址。

将W L A N技术应用于校园网络建设中, 接入方式是应用前景最为广阔的一种方式。在校园内那些难以布线的环境;在那些需要联网、但网络设备使用率不高或无法固定的场所 (如会议室、报告厅等) ;在那些相隔很近、但又因自然条件限制无法用有线网络连接的建筑物群, 采用这种无线局域网接入方式进行组网, 是一种可行而又经济的联网方案。而中继方式的W L A N技术却为我们提供了一种较为灵活、带宽适合并且较为经济的互连方式。它适用于具有多校区的学校实现各校区间的网络互连。

3 无线组网技术在校园网中的应用

3.1 校园网组建方案

本方案是在原有的有线校园网基础上构建无线校园网络。

辽东学院的校园区域分布散落, 对容易布线的部分采用有线局域网共享上网。根据各部门对网络的不同需求, 其网络的规模、网络系统的复杂程度及其网络的应用程度都有所不同。在公共区域中使用无线局域网技术弥补有线网络所不能做到的功能。根据地理空间在一定的合理位置放一定数量的AP (无线接入点) 即可实现移动用户的以太网服务。

该解决方案的拓扑结构是有线网络加无线网络相结合的方式, 无线访问点使用户能够自由调整网络结构, 提供随时随地的校园网络资源访问, 提高学习和办公的效率。比如:在会议室和报告厅中能够方便添加和移动无线用户的使用。

3.2 校园无线网络的互联

3.2.1 无线设备

(1) 无线AP

一般俗称为网络桥接器, 顾名思义即是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之桥梁, 因此任何一台装有无线网卡之PC均可透过A P去分享有线局域网络甚至广域网络资源。除此之外, AP本身又兼具有网管的功能, 可针对接有无线网络卡之PC作必要之控管。

(2) WLC

一般称为无线网络卡, 其与传统的Ethernet网络卡的差别是在于前者的资料传送是藉由无线电波, 而后者则是透过一般的网络线。

目前无线网络卡的规格大致可分成2M, 5M, 11M三种, 而其适用的界面可分为P C M C I A, ISA, PCI三种界面。

(3) 天线

此天线与一般电视所用天线不同, 其原因是因为频率不同所致, W L A N所用天线频率为2.4GHz的频段。

天线的功能是将source之信号, 藉由天线本身的特性而传送至远处, 至于能传多远, 一般除了考虑source的output power强度之外, 其另一重要因素是天线本身的dBi值, 即俗称的增益值, dB值愈高, 相对所能传达的距离也更远。通常每增加8dB则相对之距离可增至原距离的一半。

一般天线有所谓指向性 (Uni-direction) 与全向性 (Omni-direction) 两种, 前者较适合于长距离使用, 而后者则较适合区域性之应用。

3.2.2 校园无线网络互联

可以分为室内和室外两个部分进行。

(1) 室内

指原先没有安装有线网络的教室、会议室、报告厅等房间。

以一个楼层为例:首先安装一个AP与现有的有线以太网相连, 然后在需要无线连接的终端设备通过双绞线与另一个AP的以太网口相连。这样两个AP可以形成无线网桥, 相当于以太网的透明网桥, A P与A P之间直接通讯, 就如同连接了一根双绞线一样。如果超过一个以上的终端需要无线网络连接, 只要再添加一个AP同连接在有线以太网络上的中心点AP无线桥接即可。

通常情况下, 一个AP最多可以支持多达80台计算机的接入, 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个或多个无线接入点。