资源描述
摘 要随着校园网的的不断普及，无线网络成为了有线网络的有益补充。根据学校目前的有线校园网络和校区环境布局的情况，确定室内、楼宇间、操场等无线覆盖区内的AP最佳定位，对实训楼、图书馆和操场等有线盲区分别进行无线AP的接入覆盖。随着以太网的广泛应用,因特网的日益普及,以及移动终端的不断增加,人们对移动IP接入的需求迅速增长.无线局域网WLAN作为有线以太网的延伸,一定程度上满足了这种需求。无线局域网采用射频技术构成局域网络,是一种便利的数据传输系统。由于无线局域网设备一般工作于免授权频段,在频段的使用上无需高昂的许可费用,加之WLAN技术的日趋成熟,使得WLAN的应用已经从单纯的有线网络的延伸拓展开来,成为小区尤其是热点地区重要的高速无线数据接入手段之一,应用潜力巨大.同时WLAN的先期部署将促进移动数据业务需求的增长和相关业务应用的成熟。今天,无线局域网的应用范围已经非常广泛,如果将其应用划分为室内和室外的话,室内应用包括大型办公室,车间,会议室,证券市场,体育馆,会展中心,飞机场,医院,等;室外应用包括城市建筑群间通信,学校校园网络,工矿企业厂区自动化控制与管理网络,银行金融证券城区网,军事,公安流动网等。可以预见,凭借无线接入技术本身具有的应用灵活,安装速度快,建设周期短等优势,以及地理应用环境的无限制特性,WLAN必将作为一种高速无线数据接入手段与有线网络一起,构成灵活,高效,完善的宽带网络。本毕业设计课题将主要以校园无线网的建设来展开论证，从中可能用到各种技术资料及实施方案为设计导向，为校园无线网的建设提供理论依据和实践指导。关键字：无线局域网,无线接入技术，有线网络，AP目 录摘 要1引 言4第一章 无线网络技术基本概念5第二章 无线网络接入技术52.1 WiMAX即全球微波接入互操作性。52.2 WIFI(Wireless Fidelity)即无线保真62.2.1 IEEE 802.1162.2.2 IEEE802.a72.2.3 IEEE802.llb72.2.4 IEEE802.ll82.2.5 IEEE802.ll102.3 3G即第三代移动通信技术。132.3.1 3G技术简介132.3.2 主流技术-CDMA2000142.3.3 主流技术-WCDMA142.3.4主流技术-TD-SCDMA152.4 LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目152.4.1 LTE的主要技术特征：162.4.2 LTE的网络结构和核心技术16第三章 无线网络的应用173.1 无线局域网的优势173.2无线校园网在教育中的发展与应用183.3无线局域网拓扑结构203.3.1点对点模式 Ad-hoc (Peer-to-Peer)203.3.2 基础架构模式 Infrastructure203.3.3多 AP 模式213.3.4 无线网桥模式213.3.5无线中继器模式22第四章 无线网络设备224.1 无线网卡224.2 无线AP224.3无线路由244.4无线网桥244.5无线天线25第五章 校园网中的无线网络275.1无线校园网概述275.2校园网应用需求分析275.3无线校园网方案产品选择285.4 无线校园网关键技术295.4.1微蜂窝覆盖及漫游295.4.2无线中继点295.4.3覆盖开阔区域305.4.4无线网桥305.5无线校园网可行性分析315.6网络设计原则315.7无线校园网网络拓扑图325.8无线校园网实施方案325.8.1室内方案325.8.2室外方案35第六章 无线网络的安全部署376.1无线局域网的安全认证376.1.1 开放认证386.1.2共享密钥认证386.2无线局域网的加密技术386.2.1选择无线局域网安全策略的原则39总 结40参 考 文 献41引 言无线局域网（Wireless Local Area Network）是指去除了传统网络中的网络传输线缆，利用微波等无线技术进行信息传递的局域网。无线局域网是90年代计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它提供了使用无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信，并为通信的移动化、个人化和多媒体应用提供了潜在的手段。随着计算机技术与通信技术的日渐发达，无线网络的应用范围也越来越广。作为与有线网络的相互补充相得益彰的新型技术，无线网络发展至今日，技术已日渐成熟。在我国，越来越多的学校开始在校园中构建和铺设无线网络。无线校园网络的快速发展与应用，将对学校的教学模式、教学理念及教学管理产生深远的影响，也将对学校教师、学生的学习、生活方式产生积极影响。无线局域网络不仅可以覆盖课堂、教室、宿舍、阅览室等经常使用网络的场所，除此之外，校园的草坪、树林更是无线网络发挥功效的场所。由于以往室外环境无法提供上网条件，因此许多教学活动受到限制，而无线校园网络的建设恰巧弥补了这些环节的不足，把课堂延伸到易于激发学习热情的广阔空间上。无线网络技术可以实现终端设备移动漫游的功能，因此，在整个校园内，同一个设备可以在任何时候、任何地方与校园网络连接，不间断地访问校园网络资源。无线网络的特征是以一个固定的信息点为基础，形成一个网络覆盖面，将校园网络的覆盖面渗透到校园的任何地方，因而使网络无所不在。对于终端用户而言，直接能够感受到的是无线网络带来的便捷性。第一章 无线网络技术基本概念WLAN是Wireless Local Area Network的缩写，指应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。无线局域网本质的特点是不再使用通信电缆将计算机与网络连接起来，而是通过无线的方式连接，从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。 无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。从专业角度讲，无线局域网利用了无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信，并为通信的移动化、个性化和多媒体应用提供了可能。通俗地说，无线局域网（Wireless local-area network，WLAN）就是在不采用传统缆线的同时，提供以太网或者令牌网络的功能。 但是，仅仅从缆线这个角度来看待无线局域网是不够的无线局域网已经重新定义了局域网。联接不仅仅是连接，“本地”的计量单位也从米延伸到了公里。基础设施不需要再埋在地下或隐藏在墙里，它已经能够随着公司的发展而移动或变化。第二章 无线网络接入技术2.1 WiMAX即全球微波接入互操作性。 WiMAX全称World Interoperability for Microwave Access(全球微波接入互操作性)是一项基于IEEE 802.16标准的宽带无线接入城域网技术，是针对微波和毫米波频段提出的一种空中接口标准。 WiMAX系统主要有两个技术标准，一个是指满足固定宽带无线接入的WiMAX80216d标准，另一个是满足固定和移动的宽带无线接入技术WiMAX80216e标准。 作为线缆和xDSL的无线扩展技术，802.16a规范于2003年1月29日被IEEE通过。这是一种全新的宽带FWA技术，是为解决宽带接入最后一公里的问题而设计的。在亚洲，目前xDSL是WiMAX在最后一公里接入市场主要的竞争对手，因此，通常也将WiMAX称为无线DSL。 实现更远的传输距离：WiMAX所能实现的50km的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的，网络覆盖面积是3G发射塔的10倍，只要少数基站建设就能实现全城覆盖，这样就使得无线网络应用的范围大大扩展。 提供更高速的宽带接入。据悉，WiMAX所能提供的最高接入速度是70Mbit/s，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。 提供优良的最后一公里网络接入服务。作为一种无线城域网技术，它可以将Wi-Fi连接到互联网，也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展，实现最后一公里的宽带接入。用户无需线缆即可与基站建立宽带连接。 提供多媒体通信服务。由于WiMAX较Wi-Fi具有更好的可扩展性和安全性，从而能够实现电信级的多媒体通信服务。 2.2 WIFI(Wireless Fidelity)即无线保真目前，WLAN的推广和认证工作主要由产业标准组织WiFi（Wireless Fidelity,无线保真）联盟完成，所以WLAN技术常常被称之为WiFi。WLAN通过空气发送和接收数据，工作在2.4GHz5.8GHz频段。用户可以在WLAN覆盖范围内任意地点以无线方式连接到网络上。根据目前普遍采用的技术，WLAN的数据传输速率可以达到54Mbps，传输距离可以远至20KM以上，可以基本满足目前网络资源的无线传输需求。WLAN技术目前的四种标准： IEEE 802.11协议、蓝牙（Bluetooth）、HomeRF和红外线（Infrared）。2.2.1 IEEE 802.11 1990年IEEE(国际电气电子工程师协会)802标准化委员会成立IEEE802.n无线局域网标准工作组，主要研究无线设备和网络发展的全球标准，该组织于1997年6月颁布的 IEEE802.n标准是第一代无线局域网标准之一，IEEE802.11作在2.4GHz的ISM即工业，科学和医用开放频段，支持IMbps和ZMbps的数据传输速率。无线局域网只涉及OSI/RM模型中的数据链路层与物理层两层协议(如图2.3所示)，没有复杂的中转、路由等网络控制，网络结构也相对简单。根据局域网的特点，数据链路层又可进一步划分为逻辑链路控制层(LLG)与媒体访问控制层(MAC)，各层中无线局域网相关的协议簇如图1一2所示。IEEE802.u协议定义了物理层(PHY)和媒体访问控制层规范，物理层定义了数据传输的信号特征和调制方法，允许无线局域网及无线设备制造商建立互操作网络设备。为了尽量减少数据的传输碰撞和重试发送，防止各站点无序地争用信道，有线局域网媒体访问控制中采用了CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)协议，由于无线局域网征冲突检测较困难，无线局域网媒体访问控制中使用CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突防止)协议，CSMA/CA通信方式将时间域的划分与帧格式紧密联系起来，保证某一时刻只有一个站点发送，实现了网络系统的集中控制。2.2.2 IEEE802.a IEEE802.a工作在SGHzU一Nll频带，从而避开了拥挤的2.4GHz频段，所以相对802.llb来说几乎是没有干扰。物理层速率可达54MbPs，传输层可达25Mbps，基本上满足现行局域网绝大多数应用的速度要求，采用正交频分复用(OFDM)的独特扩频技术;可提供25MbPs的无线ATM接口、10MbPs以太网无线帧结构接口和 TDD/TDMA的空中接口，支持语音、数据、图像业务，一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。IEEESO2.lla在使用频率的选择和数据传输速率上都优于IEEE802.llb，不过其不兼容IEEE802.llb、空中接力不好、点对点连接很不经济，不适合小型设备，另外由于技术成本过高，缺乏价格竞争力，经济规模始终无法扩大，加上SGHz并非免费频段，在部分地区面临频谱管制的问题，市场销售情况一直不理想。相比而言，业界非常看好IEEE802.llb。2.2.3 IEEE802.llb IEEE802.llb工作于开放的2.4GHz频段，支持最高11MbPs的传输带宽，无需直线传播。其实际的传输速率在5砒Ps左右，与普通的 10Base一T规格有线局域网处于同一水平。使用动态速率转换，传输速率可因环境干扰或传输距离而变化，可将数据传输速率降低为5.SMbps、ZMbps和IMbps。且当工作在ZMbps、IMbps速率时可向下兼容IEEE802.11。IEEE802.llb的使用范围在室外为300米，在办公环境中则最长为100米，信号传输不受墙壁的阻挡。使用与以太网类似的连接协议和数据包确认，来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。而随着网络应用中视频、语音等关键数据传输需求越来越多，速率问题将会成为 802.llb进一步发展的主要障碍。目前，借助于先进的调制解调技术，IEEE802.llb产品完全可以提供高达22MbPs和44MbPs的传输速率，成为无线产品市场的新宠。此外802.llb在安全问题也不容忽视，目前主要通过WEP加密协议来弥补这一缺陷，不过IEEE已经出台了一个标准802.Hi来专门解决WLAN中的安全问题。IEEE802.llb+是一个非正式的标准，称为增强型IEEE802.llb，与IEEE802.llb完全兼容，只是采用了特殊的数据调制技术，所以，能够实现高达22MbPs的通讯速率，比IEEE802.llb标准快一倍。同时，由于IEEE802.llb+产品在价格上与IEEE802.llb相差无几，因此，具有很好的市场前景。2.2.4 IEEE802.llIEEE802.11工作组近年来开始定义新的物理层标准IEEE802.11。与以前的IEEE802.11协议标准相比，IEEE802.11草案有以下两个特点：在24GHz频段使用正交频分复用（OFDM）调制技术，使数据传输速率提高到20Mbit/s以上；能够与IEEE802.11的Wi-Fi系统互联互通，可共存于同一AP的网络里，从而保障了后向兼容性。这样原有的WLAN系统可以平滑地向高速WLAN过渡，延长了IEEE80211b产品的使用寿命，降低了用户的投资。2003年7月IEEE802.11工作组批准了IEEE802.11草案，该标准成为人们关注的新焦点。IEEE 802.11g在现行WLAN技术中的优势还是相当明显的。OFDM技术具备的高数据率和极强的多路径冗余能力，使得遵循802.11g协议技术的无线设备能够实现高数据率传输和远距离地域覆盖。OFDM缓解信号衰耗 。 在当今WLAN应用中，OFDM被认为是最佳波形技术。众所周知，对WLAN设备设计者来说，要解决的最大难题是多路径传输中的信号衰耗问题。在室内环境，信号可从多个方向抵达天线。由于每条传输路径的距离不一样最大可达数百英尺（近百米），因而不同信号从发送器到接收器会有特定的时间延迟和相移，这会造成信号严重失真。信号带宽中一些频率干涉使信号增强；而有些频率产生相消干涉，使得特定频率的信号减弱，甚至有可能消失。 在室内环境下，载波经由不同延迟路径到达接收天线会导致信号“溢出”。多路径引发的信号间冲突（ISI）会引发严重的信号失真；更有甚者，在单一信号周期内失真情况会不一样。IEEE 802.11b协议技术采用波形称为补充代码键控（CCK），调制实质是单载波正交相移键控（QPSK），因而也存在多路径延迟问题。802.11b 采用信道均衡技术解决多路径引发的ISI问题，但要增加信号中继，而且其中复杂的均衡器设计会影响到系统性能。 相对于单载波系统，OFDM系统不采用补偿办法来消除多路径引发的ISI问题。OFDM脉冲具备保护间隔，可将其视为包含冗余信息的信号前缀，在接收器一方可丢弃而不影响正常的信号解码。设置此保护间隔为OFDM系统的最重要特性。保护间隔比一般延迟路径的时间都要长，802.11 a/g为800纳秒，接收器很容易在信号内容中识别并将其舍弃。而且，OFDM原来应用于802.11a系统中，“移植”到2.4GHz频段将有利于保持与传统802.11b设备间的兼容性。 802.11 WLAN系统采用的主要信道共享机制为CSMA/CA（载波监听多路接入/冲突检测），即“会话前监听”机制。其中每个节点负责监听传输，它处于基本服务集（BSS）中，服务集包含一个接入点（AP）和所有相关客户端。这就引发一个问题，802.11b无线信号将无法监听到采用OFDM的802.11g信号。 802.11g采用所有802.11信号都能识别的传统RTS/CTS（请求发送/允许发送）应答方式解决了这一问题。在802.11网中，所有节点应在AP接收范围内，但有可能无法相互识别，这时采用RTS-CTS机制能明显减少冲突。802.11g正是采用这类机制实现与802.11b间的互操作。运用RTS/CTS机制，802.11g AP能对传统无线设备进行监控，如果没有发现传统802.11b设备，则舍弃RTS/CTS信号，吞吐率随之提高。 远距离地域覆盖 。如上所述，OFDM波形技术特别适合于室内WLAN应用。从物理学角度来说，传输距离跟波长是成正比的，因而采用工作于2.4GHz频段（波长较长）的OFDM技术，传输距离比工作于5GHz（波长较短）频段的类似系统要远。当然这是在自由空间的情形，在应用于室内如家庭或办公室时，情况会略有不同，但低频率仍有传输距离优势。从无线频率传输角度看，可将任何物体量化为具备特定波长。但在多数室内WLAN应用系统中，大部分无线信号得穿透墙壁，并绕过家具或其它障碍物。2.2.5 IEEE802.ll802.11n主要是结合物理层和MAC层的优化来充分提高WLAN技术的吞吐。主要的物理层技术涉及了MIMO、MIMO-OFDM、40MHz、Short GI等技术,从而将物理层吞吐提高到600Mbps。如果仅仅提高物理层的速率，而没有对空口访问等MAC协议层的优化，802.11n的物理层优化将无从发挥。就好比即使建了很宽的马路，但是车流的调度管理如果跟不上，仍然会出现拥堵和低效。所以802.11n对MAC采用了Block确认、帧聚合等技术，大大提高MAC层的效率。802.11n对用户应用的另一个重要收益是无线覆盖的改善。由于采用了多天线技术，无线信号(对应同一条空间流)将通过多条路径从发射端到接收端，从而提供了分集效应。在接收端采用一定方法对多个天线收到信号进行处理，就可以明显改善接收端的SNR，即使在接受端较远时，也能获得较好的信号质量，从而间接提高了信号的覆盖范围。其典型的技术包括了MRC等。除了吞吐和覆盖的改善，11n技术还有一个重要的功能就是要兼容传统的802.11 a/b/g，以保护用户已有的投资。802.11n的关键技术：(1).MIMO：MIMO是802.11n物理层的核心，指的是一个系统采用多个天线进行无线信号的收发。它是当今无线最热门的技术，无论是3G、IEEE 802.16e WIMAX，还是802.11n，都把MIMO列入射频的关键技术。图1 MIMO架构通过多条通道，并发传递多条空间流，可以成倍提高系统吞吐。通过多条通道，无线信号通过多条路径从发射端到达接收端多个接收天线。由于经过多条路径传播，每条路径一般不会同时衰减严重，采用某种算法把这些多个信号进行综合计算，可以改善接收端的SNR。需要注意的是，这里是同一条流在多个路径上传递了多份，并不能够提高吞吐。在MRC部分将有更多说明。(2)SDM：当基于MIMO同时传递多条独立空间流(spatial streams)，如下图中的空间流X1,X2，时，将成倍地提高系统的吞吐。图2 通过MIMO传递多条空间流MIMO系统支持空间流的数量取决于发送天线和接收天线的最小值。如发送天线数量为3,而接收天线数量为2，则支持的空间流为2。MIMO/SDM系统一般用“发射天线数量接收天线数量”表示。如上图为2*2 MIMO/SDM系统。显然，增加天线可以提高MIMO支持的空间流数。但是综合成本、实效等多方面因素，目前业界的WLAN AP都普遍采用33的模式。MIMO/SDM是在发射端和接收端之间，通过存在的多条路径(通道)来同时传播多条流。有意思的事情出现了：一直以来，无线技术(如OFMD)总是企图克服多径效应的影响，而MIMO恰恰是在利用多径来传输数据图3 MIMO利用多径传输数据(3)MIMO-OFDM：在室内等典型应用环境下，由于多径效应的影响，信号在接收侧很容易发生(ISI)，从而导致高误码率。OFDM调制技术是将一个物理信道划分为多个子载体(sub-carrier),将高速率的数据流调制成多个较低速率的子数据流，通过这些子载体进行通讯，从而减少ISI机会，提高物理层吞吐。OFDM在802.11a/g时代已经成熟使用，到了802.11n时代，它将MIMO支持的子载体从52个提高到56个。需要注意的是，无论802.11a/g，还是802.11n，它们都使用了4个子载体作为pilot子载体，而这些子载体并不用于数据的传递。所以802.11n MIMO将物理速率从传统的54Mbps提高到了58.5 Mbps(即54*52/48)。(4). FEC (Forward Error Correction) ：按照无线通信的基本原理，为了使信息适合在无线信道这样不可靠的媒介中传递，发射端将把信息进行编码并携带冗余信息，以提高系统的纠错能力，使接收端能够恢复原始信息。802.11n所采用的QAM-64的编码机制可以将编码率(有效信息和整个编码的比率)从3/4 提高到5/6。所以，对于一条空间流，在MIMO-OFDM基础之上，物理速率从58.5提高到了65Mbps(即58.5乘5/6除以3/4)。(5). Short Guard Interval (GI) ：由于多径效应的影响，信息符号(Information Symbol)将通过多条路径传递，可能会发生彼此碰撞，导致ISI干扰。为此，802.11a/g标准要求在发送信息符号时，必须保证在信息符号之间存在800 ns的时间间隔，这个间隔被称为Guard Interval (GI)。802.11n仍然使用缺省使用800 ns GI。当多径效应不是很严重时，用户可以将该间隔配置为400，对于一条空间流，可以将吞吐提高近10%，即从65Mbps提高到72.2 Mbps。对于多径效应较明显的环境，不建议使用Short Guard Interval (GI)。(6). 40MHz绑定技术：这个技术最为直观：对于无线技术，提高所用频谱的宽度，可以最为直接地提高吞吐。就好比是马路变宽了，车辆的通行能力自然提高。传统802.11a/g使用的频宽是20MHz，而802.11n支持将相邻两个频宽绑定为40MHz来使用，所以可以最直接地提高吞吐。需要注意的是：对于一条空间流，并不是仅仅将吞吐从72.2 Mbps提高到144.4(即72.22 )Mbps。对于20MHz频宽，为了减少相邻信道的干扰，在其两侧预留了一小部分的带宽边界。而通过40MHz绑定技术，这些预留的带宽也可以用来通讯，可以将子载体从104(522)提高到108。按照72.2*2*108/104进行计算，所得到的吞吐能力达到了150Mbps。(7). MCS (Modulation Coding Scheme)：在802.11a/b/g时代，配置AP工作的速率非常简单，只要指定特定radio类型(802.11a/b/g)所使用的速率集，速率范围从1Mbps到54Mbps,一共有12种可能的物理速率。到了802.11n时代，由于物理速率依赖于调制方法、编码率、空间流数量、是否40MHz绑定等多个因素。这些影响吞吐的因素组合在一起，将产生非常多的物理速率供选择使用。比如基于Short GI,40MHz绑定等技术，在4条空间流的条件下，物理速率可以达到600Mbps(即4*150)。为此，802.11n提出了MCS的概念。MCS可以理解为这些影响速率因素的完整组合，每种组合用整数来唯一标示。对于AP，MCS普遍支持的范围为0-15。(8). MRC (Maximal-Ratio Combining)：MRC和吞吐提高没有任何关系，它的目的是改善接收端的信号质量。基本原理是：对于来自发射端的同一个信号，由于在接收端使用多天线接收，那么这个信号将经过多条路径(多个天线)被接收端所接收。多个路径质量同时差的几率非常小，一般地，总有一条路径的信号较好。那么在接收端可以使用某种算法，对这些各接收路径上的信号进行加权汇总(显然，信号最好的路径分配最高的权重)，实现接收端的信号改善。当多条路径上信号都不太好时，仍然通过MRC技术获得较好的接收信号。2.3 3G即第三代移动通信技术。 2.3.1 3G技术简介 国际电信联盟(ITU)在2000年5月确定W-CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文件2000年国际移动通讯计划(简称IMT-2000)。为了提供3G服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps(兆字节每秒)、384kbps(千字节每秒)以及144kbps的传输速度3G标准组织主要由3GPP、3GPP2组成，以CDMA码分多址技术为核心。其中TD-SCDMA、WCDMA由3GPP负责具体标准化工作；而CDMA2000由3GPP2负责具体标准化工作2.3.2 主流技术-CDMA2000 CDMA2000是由IS-95A/B标准演进而来的第三代移动通信标准，由3GPP2负责具体标准化工作。目前CDMA2000有由3GPP2制定的Release 0、A、B、C和D五个支持CDMA2000 1X及其增强型技术的版本，以及由EIA/TIA发布的支持CDMA2000 1X EV-DO的IS-856和IS-856A标准。 CDMA2000 1x EV-DO定位于Internet的无线延伸，能以较少的网络和频谱资源（在1.25MHz标准载波中）支持平均速率为：(1)静止或慢速移动：1.03Mbps（无分集）和 1.4Mbps（分集接收）(2)中高速移动：700Kbps（无分集）和 1.03Mbps（分集接收）(3)其峰值速率可达2.4Mbps，而且在IS-856版本A中可支持高达3.1M的峰值速率。2.3.3 主流技术-WCDMAWCDMA是一种由3GPP具体制定的，基于GSM MAP核心网，UTRAN（UMTS陆地无线接入网）为无线接口的第三代移动通信系统。目前WCDMA有Release 99、Release 4、Release 5、Release 6等版本。 W-CDMA2（宽带码分多址）是一个ITU(国际电信联盟)标准，它是从码分多址（CDMA）演变来的，从官方看被认为是IMT-2000的直接扩展，与现在市场上通常提供的技术相比，它能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。WCDMA采用直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）、频分双工（FDD）方式，码片速率为3.84Mcps，载波带宽为5MHz.基于Release 99/ Release 4版本，可在5MHz的带宽内，提供最高384kbps的用户数据传输速率。W-CDMA能够支持移动/手提设备之间的语音、图象、数据以及视频通信，速率可达2Mb/s（对于局域网而言）或者384Kb/s（对于宽带网而言）。输入信号先被数字化，然后在一个较宽的频谱范围内以编码的扩频模式进行传输。窄带CDMA使用的是200KHz宽度的载频，而W-CDMA使用的则是一个5MHz宽度的载频。2.3.4主流技术-TD-SCDMATD-SCDMA为TDD模式，在应用范围内有其自身的特点：一是终端的移动速度受现有DSP运算速度的限制只能做到240km/h；二是基站覆盖半径在15km以内时频谱利用率和系统容量可达最佳，在用户容量不是很大的区域，基站最大覆盖可达304km。TD-SCDMA的无线传输方案综合了FDMA，TDMA和CDMA等基本传输方法。智能天线凭借其定向性降低了小区间频率复用所产生的干扰，并通过更高的频率复用率来提供更高的话务量。基于高度的业务灵活性，TD-SCDMA无线网络可以通过无线网络控制器（RNC）连接到交换网络，如同三代移动通信中对电路和包交换业务所定义的那样。在最终的版本里，计划让TD-SCDMA无线网络与INTERNET直接相连。TD-SCDMA所呈现的先进的移动无线系统是针对所有无线环境下对称和非对称的3G业务所设计的，它运行在不成对的射频频谱上。TD-SCDMA传输方向的时域自适应资源分配可取得独立于对称业务负载关系的频谱分配的最佳利用率。因此，TD-SCDMA通过最佳自适应资源的分配和最佳频谱效率，可支持速率从8kbps到2Mbps的语音、互联网等所有的3G业务。2.4 LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目LTE是英文Long Term Evolution的缩写。LTE也被通俗的称为3.9G，具有100Mbps的数据下载能力，被视作从3G向4G演进的主流技术。LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是3G的演进，始于2004年3GPP的多伦多会议。LTE并非人们普遍误解的4G技术，而是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准,它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。在20MHz频谱带宽下能够提供下行326Mbit/s与上行86Mbit/s的峰值速率。改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。2.4.1 LTE的主要技术特征：(1)通信速率有了提高，下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。(2)提高了频谱效率，下行链路5(bit/s)/Hz，(3-4倍于R6版本的HSDPA);上行链路2.5(bit/s)/Hz，是R6版本HSU-PA的2-3倍。(3)以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。(4)QoS保证，通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务(如VoIP)的服务质量。(5)系统部署灵活，能够支持1.25MHz-20MHz间的多种系统带宽，并支持“paired”和“unpaired”的频谱分配。保证了将来在系统部署上的灵活性 (6)降低无线网络时延：子帧长度0.5ms和0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达U-plan5ms，C-plan100ms。(7)增加了小区边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率。如MBMS(多媒体广播和组播业务)在小区边界可提供1bit/s/Hz的数据速率。(8)强调向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。2.4.2 LTE的网络结构和核心技术LTE采用由NodeB构成的单层结构，这种结构有利于简化网络和减小延迟，实现了低时延，低复杂度和低成本的要求。与传统的3GPP接入网相比，LTE减少了RNC节点。名义上LTE是对3G的演进，但事实上它对3GPP的整个体系架构作了革命性的变革，逐步趋近于典型的IP宽带网结构。3GPP初步确定LTE的架构如图1所示，也叫演进型UTRAN结构(E-UTRAN)3。接入网主要由演进型NodeB(eNB)和接入网关(aGW)两部分构成。aGW是一个边界节点，若将其视为核心网的一部分，则接入网主要由eNB一层构成。eNB不仅具有原来NodeB的功能外，还能完成原来RNC的大部分功能，包括物理层、MAC层、RRC、调度、接入控制、承载控制、接入移动性管理和Inter-cellRRM等。Node B和Node B之间将采用网格(Mesh)方式直接互连，这也是对原有UTRAN结构的重大修改。第三章 无线网络的应用3.1 无线局域网的优势与有线校园网相比，无线校园网具有很人的优势：(1)移动性强。无线校园网吸引人的一个特点是移动性用户可以在教室、办公室、实验室、图书馆之间自由移动并和网络保持持续连接。并且传输范围大大拓宽，最大传输范围可达到数50km。无线网络中的终端通过无线方式进行通信，在任何地方都能提供实时的信息服务，摆脱了线缆的束缚，增强了可移动性。同时，无线局域网不仅支持移动终端之间的通信，还允许无线设备接入有线网络。在有线局域网中，两个站点的距离在使用铜缆（粗缆）时被限制在500m，即使采用单模光纤也只能达到3km，而无线局域网中两个站点间的距离，目前可达到50km。受环境条件的限制小，摆脱了线缆的约束，师生在校园内可以直接使用带有WLAN接口的终端设备“随时随地”访问校园网和互联网。(2).灵活性高。无线网组网灵活，易于扩展，能满足具体的应用和安装需要，系统结构可以适用于小数量用户的对等网络，也可以适用于几千名移动用户的完整基础网络。可以以一种独立于有线网络的形式存在，在需要时可以随时建立临时网络，而不依赖有线骨干网。在无线局域网中增加或减少移动主机都是相当容易的，增加无线接入点就可以增大用户数量和覆盖范围，并且允许在较大范围内进行漫游。(3)投资回报快。在许多情况下，安装一个无线网络比常规的有线网络要便宜，特别是现在许多高校有多个校区，校区如果通过光纤连接的话，费用相当高，而通过无线网络则可以节约一部分费用。并且在两个不同大楼内的计算机联网时，楼间的电缆价格昂贵，有时还受施工和其他方面的限制，而无线网络可以提供一个简单直接的解决方案；从长远考虑，单位改组、内部调整、人才更变、新配办公室、新增办公大楼、加强部分职能等，节省大量资金。相对于有线网络，无线局域网的安装工作非常简单，它无需施工许可证，不需要布线或开挖沟槽，它的组建、配置和维护较为容易，一般计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。同时，无线网络设备可以随办公环境的变化而轻松转移和布置，有效提高设备的利用率并保护用户的设备投资。(4)传输速率高，码分多址能力强。无线网络的速度可达108M，可支持300个用户连接，且易于扩展，以适应更大量的读者需求。(5)可靠性强。有线网络线路由于金属接头生锈、渗水、人为地意外地切断或者网络的联接不良而造成中断，线路失效，可能破坏网络的数据交换，检查问题往往需要很长时间。而无线网络则不存在这些问题。同时，无线网络不易受自然环境、地形及灾害影响。(6). 维护成本低。由于后期维护方便，维护成本比有线网络可减少50左右，而且对于经常移动、增加和变更的动态环境，无线网络的长远投资收益就更加明显。同时，无线网络设备可以随办公环境的变化而轻松转移和布置，有效的提高了设备的利用率。(7)便于教学。校园无线网络能提供对整个校园网用户的无线上网服务，通过无线网络师生可以在学校任何地方很方便地连入校园网，进行信息的查询，并且马上可以得到数字化的全文信息，方便地进行学习。以一节体育课为例，我们可以在学校体育场任何位置通过无线网络查找到相关的信息，并进行精确的内容检索，然后，利用这些内容进行教学。3.2无线校园网在教育中的发展与应用无线校园网的建立发展不断地改变我们学生老师的日常学习生活各个方面都有典型的应用比如:(1)提供教学无线网络。通过无线校园网络覆盖教学楼及些校内公共课教学环境，如计算机公共机房、电教楼公共教室等。为广大师生提供了一个更为有效的网络互动平台，加强了学习生活的交流，同时为学生在教室内的自习提供一个方便的查询资料的网络环境。(2)提供图书馆无线网络。通过无线校园网覆盖整个图书馆内所有的区域，教师和学生可以很方便地利用无线网络使用图书馆提供的各种数字化服务，能够了解查阅各类信息知识。(3)提供行政办公网络。通过无线校园网覆盖学校的各系、院办公楼和行政办公区，通过对办公区域提供无线网络，提高了各职能部门的效率，满足了教职员工的在线查询能力，大大提高了各职能部门的服务质量。(4)提供教工、学生宿舍网络。在部分的教工宿舍和大部分的校内宿舍提供了无线局域网无限覆盖，满足了教工和学生临时上网的要求。(5)无线应急系统。在出现需要突发性大规模网络服务要求的场合，提供临时性的无线网络服务，满足用户对网络的需求。3.3无线局域网拓扑结构3.3.1点对点模式 Ad-hoc (Peer-to-Peer) 由无线工作站组成，用于一台无线工作站和另一台或多台其他无线工作站的直接通讯，该网络无法接入到有线网络中，只能独立使用。无需 AP ，安全由各个客户端自行维护。3.3.2 基础架构模式 Infrastructure 由无线访问点（ AP ）、无线工作站（ STA ）以及分布式系统（ DSS ）构成，覆盖的区域称基本服务区（ BSS ）。无线访问点也称无线 hub ， 用于在无线 STA 和有线网络之间接收、缓存和转发数据，所有的无线通讯都经过 AP 完成。无线访问点通常能够覆盖几十至几百用户，覆盖半径达上百米。 AP 可以连接到有线网络，实现无线网络和有线网络的互联。3.3.3多 AP 模式 是指由多个 AP 以及连接它们的分布式系统 ( DS ) 组成的基础架构模式网络，也称为扩展服务区（ ESS ）。扩展服务区内的每个 AP 都是一个独立的无线网络基本服务区（ BSS ），所有 AP 共享同一个扩展服务区标示符（ ESSID ）。分布式系统 ( DS ) 在 802.11 标准中并没有定义，但是目前大都是指以太网。相同 ESSID 的无线网络间可以进行漫游，不同 ESSID 的无线网络形成逻辑子网。3.3.4 无线网桥模式 利用一对AP连接两个有线或者无线局域网网段。3.3.5无线中继器模式 无线中继器用来在通讯路径的中间转发数据，从而延伸系统的覆盖范围。第四章 无线网络设备4.1 无线网卡无线网卡的作用类似于以太网中的网卡,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,主要分为三种类型,即PCMCIA无线网卡,PCI无线网卡和USB无线网卡. 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. PCI接口无线网卡适用于普通的台式计算机使用.其实PCI接口的无线网卡只是在PC转接卡上插入一块普通的PC卡. USB接口无线网卡适用于笔记本电脑和台式机,支持热插拨.不过,由于USB网卡对笔记本而言是个累赘,因此,USB网卡通常被用于台式机.4.2 无线AP无线AP（Access Point）:即无线接入点，它是用于无线网络的无线交换机，也是无线网络的核心。无线AP是移动计算机用户进入有线网络的接入点，主要用于宽带家庭、大楼内部以及园区内部，典型距离覆盖几十米至上百米，目前主要技术为802.11系列。大多数无线AP还带有接入点客户端模式（AP client），可以和其它AP进行无线连接，延展网络的覆盖范围。 无线AP（AP，Access Point，无线访问节点、会话点或存取桥接器）是一个包含很广的名称，它不仅包含单纯性无线接入点（无线AP），也同样是无线路由器（含无线网关、无线网桥）等类设备的统称。 各种文章或厂家在面对无线AP时的称呼目前比较混乱，但随着无线路由器的普及，目前的情况下如没有特别的说明，我们一般还是只将所称呼的无线AP理解为单纯性无线AP，以示和无线路由器加以区分。它主要是提供无线工作站对有线局域网和从有线局域网对无线工作站的访问，在访问接入点覆盖范围内的无线工作站可以通过它进行相互通信。 单纯性无线AP就是一个无线的交换机，仅仅是提供一个无线信号发射的功能。单纯性无线AP的工作原理是将网络信号通过双绞线传送过来，经过AP产品的编译，将电信号转换成为无线电讯号发送出来，形成无线网的覆盖。根据不同的功率，其可以实现不同程度、不同范围的网络覆盖，一般无线AP的最大覆盖距离可达300米。 多数单纯性无线AP本身不具备路由功能，包括DNS、DHCP、Firewall在内的服务器功能都必须有独立的路由或是计算机来完成。目前大多数的无线AP都支持多用户（30-100台电脑）接入，数据加密，多速率发送等功能，在家庭、办公室内，一个无线AP便可实现所有电脑的无线接入。 单纯性无线AP亦可对装有无线网卡的电脑做必要的控制和管理。单纯性无线AP即可以通过10BASE-T（WAN）端口与内置路由功能的ADSL MODEM或CABLE MODEM（CM）直接相连，也可以在使用时通过交换机/集线器、宽带路由器再接入有线网络。 无线AP跟无线路由器类似，按照协议标准本身来说IEEE 802.11b和IEEE 802.11g的覆盖范围是室内100米、室外300米。这个数值仅是理论值，在实际应用中，会碰到各种障碍物，其中以玻璃、木板、石膏墙对无线信号的影响最小，而混凝土墙壁和铁对无线信号的屏蔽最大。所以通常实际使用范围是：室内30米、室外100米（没有障碍物）。 因此，作为无线网络中重要的环节无线接入点、无线网关也就是无线AP（Access Point），它的作用其实就类似于我们常用的有线网络中的集线器。在那些需要大量AP来进行大面积覆盖的公司使用得比较多，所有AP通过以太网连接起来并连到独立的无线局域网防火墙。4.3无线路由无线路由器：就是带有无线覆盖功能的路由器，它主要应用于用户上网和无线覆盖。市场上流行的无线路由器一般都支持专线xdsl/ cable，动态xdsl，pptp四种接入方式，它还具有其它一些网络管理的功能，如dhcp服务、nat防火墙、mac地址过滤等等功能。无线路由器（Wireless Router）好比将单纯性无线AP和宽带路由器合二为一的扩展型产品，它不仅具备单纯性无线AP所有功能如支持DHCP客户端、支持VPN、防火墙、支持WEP加密等等，而且还包括了网络地址转换（NAT）功能，可支持局域网用户的网络连接共享。可实现家庭无线网络中的Internet连接共享，实现ADSL和小区宽带的无线共享接入。无线路由器可以与所有以太网接的ADSL MODEM或CABLE MODEM直接相连，也可以在使用时通过交换机/集线器、宽带路由器等局域网方式再接入。其内置有简单的虚拟拨号软件，可以存储用户名和密码拨号上网，可以实现为拨号接入Internet的ADSL、CM等提供自动拨号功能，而无需手动拨号或占用一台电脑做服务器使用。此外，无线路由器一般还具备相对更完善的安全防护功能。此外，大多数无线路由器还包括一个4个端口的交换机，可以连接n台使用有线网卡的电脑，从而实现有线和无线网络的顺利过渡。在接入速度上，目前符合11Mbps、54Mbps、108Mbps的无线路由器产品皆有。无线路由器适合于不带路由的ADSL、CM猫等用户以及带路由的ADSL、CM猫。无线路由器将多种设备合而为一，亦比较适合于初次建网的用户，其集成化的功能可以使用户只用一个设备而满足所有的有线和无线网络需求。4.4无线网桥无线网桥是为使用无线（微波）进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。它是一种在链路层实现lan互联的存储转发设备，可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离（可达20km）、高速（可达11mbps）无线组网。无线网桥有三种工作方式，点对点，点对多点，中继连接。特别适用于城市中的远距离高以及是否加用双向放大器。 从作用上来理解无线网桥，它可以用于连接两个或多个独立的网络段，这些独立的网络段通常位于不同的建筑内，相距几百米到几十公里。所以说它可以广泛应用在不同建筑物间的互联。同时，根据协议不同，无线网桥又可以分为2.4GHz频段的802.11b或802.11以及采用5.8GHz频段的802.11a无线网桥。在无高大障碍（山峰或建筑）的条件下，一对速组网和野外作业的临时组网。其作用距离取决于环境和天线，现7km的点对点微波互连。一对27dbi的定向天线可以实现10km的点对点微波互连。12dbi的定向天线可以实现2km的点对点微波互连；一对只实现到链路层功能的无线网桥是透明网桥，而具有路由等网络层功能、在网络24dbi的定向天线可以实层实现异种网络互联的设备叫无线路由器，也可作为第三层网桥使用。无线网桥通常是用于室外，主要用于连接两个网络，使用无线网桥不可能只使用一个，必需两个以上，而AP可以单独使用。无线网桥功率大，传输距离远（最大可达约50km），抗干扰能力强等，不自带天线，一般配备抛物面天线实现长距离的点对点连接。4.5无线天线当计算机与无线AP或其他计算机相距较远时，随着信号的减弱，或者传输速率明显下降，或者根本无法实现与AP或其他计算机之间通讯，此时，就必须借助于无线天线对所接收或发送的信号进行增益（放大）。无线设备本身的天线都有一定距离的限制，当超出这个限制的距离，就要通过这些外接天线来增强无线信号，达到延伸传输距离的目的。这里面要涉及到两个概念一、频率范围 它是指天线工作的频段。这个参数决定了它适用于哪个无线标准的无线设备。比如802.11a标准的无线设备就需要频率范围在5GHz的天线来匹配，所以在购买天线时一定要认准这个参数对应相应的产品。二、增益值 此参数表示天线功率放大倍数，数值越大表示信号的放大倍数就越大，也就是说当增益数值越大，信号越强，传输质量就越好。无线天线有多种类型，不过常见的有两种，一种是室内天线，优点是方便灵活，缺点是增益小，传输距离短；一种是室外天线。室外天线的类型比较多，一种是锅状的定向天线，一种是棒状的全向天线，室外天线的优点是传输距离远，比较适合远距离传输。1、室内无线天线全向天线 室内全向天线适合于无线路由、AP这样的需要广泛覆盖信号的设备上，他可以将信号均匀分布在中心点周围360度全方位区域，适用于链接点距离较近，分布角度范围大，且数量较多的情况。定向天线 室内定向天线适用于室内，它因为能量聚集能力最强，信号的方向指向性也极好。在使用的时候应该使得它的指向方向与接收设备的角度方位相当集中。2、室外无线天线全向天线 室外的全向天线也会将将信号均匀分布在中心点周围360度全方位区域，要架在较高的地方，适用于链接点距离较近，分布角度范围大，且数量较多的情况。定向天线 室外的定向天线的能量聚集能力最强，信号的方向指向性极好。同样因为是在室外，所以也应架在较高的地方。当远程链接点数量较少，或者角度方位相当集中时，采用定向天线是最为有效的方案。扇面天线 扇面天线具有能量定向聚集功能，可以有效地进行水平180度、120度、90度范围内的覆盖，因此如果远程链接点在某一角度范围内比较集中时，可以采用扇面天线。组合天线 上述三种天线各具一定的特性，因此在实际项目中，经常会出现组合使用的情况，例如利用多幅扇面天线，或者扇面天线和定向天线相结合使用。无线天线相当于一信号放大器，主要用来解决无线网络传输中因传输距离、环境影响等造成的信号衰减。第五章 校园网中的无线网络5.1无线校园网概述无线校园网，就是通过无线局域网（Wireless Local Area Network，简称WLAN）技术，在校园中建立的无缝无线通讯网络，使校园的每个角落都处在网络中，形成真正意义上的校园网。 目前绝大多数学校
展开阅读全文