校园无线局域网的设计方案.doc
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1、内容摘要校园网已经成为校园生活的重要组成部分,成为教师和学生获取资源和信息的主要途径之一。目前多数校园网均是建立在有线网络基础之上,随着信息技术的飞速发展,“随时随地获取信息”已成为广大师生们的新需求。但是,传统的有线校园网存在着诸多“网络盲点”,比如在图书馆、大型会议室、体育馆等许多不宜网络布线的场馆设施如何联网?在教室、实验室等场合如何突破网络节点限制、实现多人同时上网的问题?随着无线技术的迅速发展,无线技术在各行各业得到广泛的应用。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。本文介绍了校园无线局域网的应用需求,以及校园无线局域网的设计思路。对校园无线局域网作出了
2、物理和逻辑上的设计。该设计方案既考虑了无线技术本身的特点,同时也考虑了校园网的应用和日后的升级需求。是一个可以灵活部署、易于扩展、高性价比的校园无线局域网设计。关键词 无线技术 局域网 IEEE802.11 校园网目 录第一章 WLAN在校园的应用概述1第二章 校园网WLAN应用需求1第三章 校园网WLAN设计思想33.1 校园网WLAN设计原则33.2 校园网WLAN设计思想4第四章 校园网WLAN建设方案44.1 物理设计44.2 有线部分物理独立组网64.3 无线覆盖方案74.3.1 覆盖区域74.3.2 设计指标、原则及覆盖方式74.3.3 室内覆盖84.3.4 室外覆盖104.4 逻
3、辑设计144.4.1 SSID和VLAN144.4.2 地址和路由164.4.2.1 无线用户接入地址和路由规划164.4.2.2 无线网络地址和路由规划164.4.2.3 IPv6规划考虑184.4.2.4 认证和计费19第五章 解决方案的设计亮点205.1 高性能的IPv6和IPv4无线接入205.2 基于个人用户的运营管理205.3 支持数据、语音等多种业务,有其它智能业务扩展能力205.4 满足校园特点的安全和可靠性215.5 满足生产、运营网络要求的运维和管理215.6 支持用户全网漫游215.7 灵活部署、易于扩展、高性价比22第一章 WLAN在校园的应用概述校园网已经成为校园生活
4、的重要组成部分,成为教师和学生获取资源和信息的主要途径之一,它把学校中的学生、院系和社交、学术、业务活动的行政人员紧密地联系在一起,在高校教育中的作用与地位日益显著。经过这些年有线网络建设、运行、维护,从实践结果来看,由于目前网络是“有线”的,所以在有些应用领域会出现困难。例如,很多高校只是在部分区域接通了网络,而不能顾及所有区域,布置了网线的教室、图书馆数量有限;有些高校经费比较紧张,很难投入较大的财力来铺设光缆;有些高校的建筑物具有一定的历史意义,不适合钻孔布线;有些高校由多个校区组成,校区之间联网成本较高,等等。随着信息技术的飞速发展,教师和学生对高校校园网的依赖性相当之高,“随时随地获
5、取信息”已成为广大师生们的新需求。但是,传统的有线校园网存在着诸多“网络盲点”,比如在图书馆、大型会议室、体育馆等许多不宜网络布线的场馆设施如何联网?在教室、实验室等场合如何突破网络节点限制、实现多人同时上网的问题?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。现在如何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?想象一下,当学生们放完暑假返回校园,惊奇地发现自己的笔记本电脑在学校任何地方都可以上网时的那份欣喜若狂现在这已经是一些学校的现实。第二章 校园网WLAN应用需求高性能的IPv6和IPv4无线接入中国下一代互联网项目(CNGI)正在顺利展开,基于纯IPv
6、6的骨干网在CERNET已经建设完成并可以提供接入服务。现在建设高校无线网络,除了要考虑对现有IPv4网络终端的无线接入,满足当前高校师生对无线网络的需求外;又要支持高性能的IPv6的用户接入,以适应网络发展趋势,并保护网络投资。基于个人用户的运营管理无线网络系统需要支持运营管理功能,能够根据单个用户实现用户管理,包括:认证、计费、安全控制、QoS控制等。支持数据、语音等多种业务,有其它智能业务扩展能力校园无线网络在支持数据转发的同时,应该是真正为语音业务优化的无线设计,包括一体化的IP电话解决方案,通过新技术延长客户端待机时间,实现室内外语音不中断的安全漫游。为学校提供内部话音的无缝覆盖,以
7、提高学校办公效率和教学质量。为保证无线话音的质量,要求无线网络具有良好的QoS控制机制,包括无线话音呼叫控制等手段。无线网络还应该支持其他智能业务的扩展,如支持精准的无线物理定位、无线视频等。满足校园特点的安全和可靠性校园无线网的目标是建设一个收费的、可运营网络,这样的定位对可靠性、安全、加密和非授权用户的控制提出了更明确的要求:l 支持精确的无线入侵、射频干扰、非法AP定位和隔离。l 冗余的中央服务控制保证校园复杂接入环境的安全无线接入。l 独特的访客隔离机制,保证跨校园漫游用户与校园网用户的隔离。l 同时支持端到端的网络可靠性保证技术。满足生产、运营网络要求的运维和管理校园无线网络规模大、
8、环境复杂,因此无线网络系统应该支持高效的运营网络级的管理功能,方便未来无线网络的运维管理。室内、室外、Mesh系统一体化控制:所有AP均工作在同一Controller群组(cluster)管理下,可在全网范围内实现无缝漫游、设备定位、自动射频管理和安全控制。可分级的一体化网络管理系统:有线、无线网络管理相结合,集中与分布式管理相结合,为运营维护提供高效率和低成本。支持用户全网漫游校园无线网络应支持用户全网快速、安全、无缝漫游,保证用户在园区移动过程中可以保证IP地址不变、网络连接不间断、应用会话不间断,从而保证用户网络应用在移动中的不间断性。灵活部署、易于扩展、高性价比为方便校园网络的部署和未
9、来维护的方便性,校园无线网络应具有灵活部署、易于扩展的特性,支持无线接入点的即插即用功能。当然,校园无线网络要具有良好的性价比。第三章 校园网WLAN设计思想3.1 校园网WLAN设计原则实用性:遵循面向应用,注重实效,急用先上,逐步完善的原则;充分保护已有投资,不设计成华而不实的无线网络,也不设计成利用率低下的网络,我们以实用性的原则要求为依据,建设具有最低的TCO(拥有的总成本最低),有最高的性价比的校园无线局域网络。先进性:采用先进成熟的网络概念、技术、方法与设备,反映当今先进水平,又给未来的发展留有余地;充分采用目前国际、国内流行和成熟的技术,保证网络能适应技术的快速发展。可靠性:系统
10、必须可靠运行,主要的、关键的设备应有冗余,一旦系统某些部分出现故障,应能很快恢复工作,并且不能造成任何损失。开放性:选择的产品应具有好的互操作性和可移植性,并符合相关的国际标准和工业标准;无论发生任何变化,均能够最大可能性的开放标准。可扩充性:系统是一个逐步发展的应用环境,在系统结构、产品系统、系统容量与处理能力等方面必须具有升级换代的可能,这种扩充不仅能充分保护原有资源,而且具有较高的性能价格比;可维护性:系统具有良好的网络管理、网络监控、故障分析和处理能力,使系统具有极高的可维护性;安全性:必须具有高度的保密机制,灵活方便的权限设定和控制机制,以使系统具有多种手段来防备各种形式的非法侵入和
11、机密信息的泄露。3.2 校园网WLAN设计思想建议校园网WLAN采用思科公司集中管理架构下的“瘦AP”无线网络架构,以保证无线网络可管理性、安全性、QoS、无缝漫游等功能需求,尤其是方便未来的运维管理。建议网络部署应该结合高校的实际情况,采用室内、室外多种无线接入方式相结合的方式,以满足高校楼宇多、广场多的特点。如在必要的时候采用室外Mesh WLAN技术通过无线回传技术解决有线网络传输距离的合布线难度的问题。同时由于采用室内、外多种无线接入手段在满足无线覆盖的前提下,可以节省无线接入点的数量,从而提高无线网络的性价比。校园无线网络在满足现有网络应用的同时,保证对未来网络技术和应用的支持,如I
12、Pv6、无线话音、无线视频、组播等技术的支持,以满足高校教学和科研的要求。为满足高校网络的安全性,建议校园无线网络采用独立的有线网络系统实现无线接入点的互联,同时本次无线网络在满足用户接入安全认证、加密的同时,支持无线射频的安全防护功能。第四章 校园网WLAN建设方案4.1 物理设计在目前的校园网环境下,借助于Cisco的瘦AP架构(专业叫法为“轻量型AP”模式),可以在现有校园有线网络的基础上建立逻辑独立的无线网络。由于前端的无线AP运行在LWAPP模式,通常模式下所有无线数据及控制流量均交由无线控制器来处理(在特殊应用场合可以通过Cisco提供的H-REAP功能将某些SSID的流量终结在本
13、地VLAN),因此借用现有校园网的交换机/路由器组成集中控制管理的“覆盖式”(Overlay)无线网络,是比较经济实惠的选择。在此模式下的物理组网结构图如下。AP连接在现有校园网的接入交换机,则IP地址由现有校园网有线端提供动态地址/或者符合当地IP地址规划的静态地址。虽然从原理上来讲AP和无线控制器的AP-Manager只要IP可达即可创建并维护数据/控制隧道,但是从性能/可管理性等角度出发,建议在满足下列条件的前提下将AP接入现有网络交换机:l AP和无线控制器的AP-Manager之间端到端环回延迟(round trip delay)-80dbm。1、一般来讲室内容许最大覆盖距离为351
14、00米,室外容许最大距离100400米2、障碍物阻挡要观测无线覆盖周围的障碍物确定AP的数量和放置位置。2.4G电磁波对于各种建筑材质的穿透损耗的经验值如下:A. 水泥墙(1525cm): 衰减1012dBB. 木板墙(510cm): 衰减56dBC. 玻璃窗(35cm): 衰减57dB各种建筑材料对无线讯号的影响如下:当AP与终端隔一座水泥墙时,AP的可传送覆盖距离约剩下 5米有效距离。当AP与终端中间隔一座木板墙时, AP 的传送距离约剩下 15米有效距离。当AP与终端中间隔一座玻璃墙时, AP 的传送距离约剩下 15米 有效距离。所以在安装选点时,一定要注意以避开墙、柱子等覆盖方式:在覆
15、盖区域内,选择教学楼和办公楼为主,其他区域为辅的覆盖方式,实现全校整体无线覆盖。具体分为室内覆盖和室外覆盖两种方式,其中室外覆盖部分包含部分区域采用Mesh方式进行覆盖。根据国家无线电管理委员会1997年2.4GHz频段的管理办法中规定的场强标准,选配不同技术规格的全向天线、扇区天线,既要考虑到每个信号输出点的电频强度,又要顾及信号对人体可能存在的危害,达到“绿色环保”的效果。再经过现场的覆盖区域现场勘测后,可以对无线覆盖区域进行再进行详细描述。4.3.3 室内覆盖室内覆盖规划原则: AP的放置要遵循两个原则AP覆盖区域无间隙; AP重叠区域最小。相邻AP工作在不同频道,以 1, 6,11三个
16、频道实现全方位的覆盖。 根据经验值,当相邻AP设定相同频点时, 要求间隔25米以上;当相邻AP设定相邻频点时, 要求AP间隔16米以上;当AP设定相隔频点时, 要求间隔12米以上。室内典型环境覆盖(一)主要特点是:环境开阔、用户数量相对集中、对带宽需求较高,主要用户群是校内教师、学生,例如:多功能厅、会议室、报告厅等。主要用户群:校领导、教师以及来访用户,用户使用环境相对封闭。室内典型环境覆盖(二)环境特点是:房间多、用户数量不多但分布较分散的楼宇,楼长、墙体结构厚、房间多,用户无线应用也比较频繁。主要用户群是校内教师、学生。如:教学楼、科研楼等。这个典型环境包括:法学大楼、新闻大楼、人文大楼
17、、经济大楼、科研办公楼、教学1楼、新图书馆、多媒体教学楼等。该环境下,覆盖AP安装楼道内,通过内置天线覆盖楼道两侧房间,微波通过房间的门窗传输到室内,实现了比较细腻的覆盖环境,AP通过有线接入到楼层交换机。教学楼四层室内无线覆盖示意图教学楼长约120m,宽约100m,楼层最高处是14层。教学楼AP具体安装位置和数量根据各楼层办公室或教室数量和位置而定,AP安装在楼道装饰掉顶内,基本每台AP覆盖其周围两侧8间教室或办公室。教学楼四层是楼层面积教大一层,其覆盖AP分布如上图所示,共采用11台AP安装在楼道内,AP的间隔距离根据房间的分布而定。在报告厅内安装12台AP进行覆盖报告厅整个会场。教学楼室
18、内1层无线覆盖示意图教学楼整体形状是“回”字型,长约80m,宽约60m,露高4层。在四周楼道内分别布置AP。如图所示,每台AP覆盖的左右810间教室。科研教学楼室内1层覆盖示意图科研楼分为3各区域,中间区域高3层主要是礼堂和会议室,其他两区域楼道长度约为3040m。中间区域通过3台AP覆盖礼堂和会议室,其他两区域没层各安装1台AP进行覆盖,具体位置选择在楼道拐角处。4.3.4 室外覆盖室外设备的AP使用数量大概也遵循室内的条件,但外AP的放置和设计又有它的独特性主要包括: 天线的使用天线的正常使用包括对天线增益和天线类型的选择。 对室外设备特殊要求室外设备应该放置在密封盒内;天线布置应该增加避
19、雷器放置雷击;不提供本地供电的场所,应尽量选用POE远程供电设备;室内覆盖区域AP分配:室内覆盖建筑AP数量法学大楼20新闻大楼11经济大楼A42经济大楼B20人文大楼13科研教学楼25教学1楼40新图书馆16多媒体教学楼15小计:202室外典型环境覆盖(一)环境特点是:宿舍楼、家属楼、部分教学楼、后勤、体育场、室外空旷休息区等区域相对比较分散、无线用户应用更加灵活、活动范围更广。整体校区室外部分进行全面覆盖,通过室外无线接入点外接增益天线的方式覆盖室内区域。体现覆盖范围最大化的覆盖原则,来保证无线用户需求。从整体上对全校室外部分进行规划,通过室外建设Wlan射频基站对室外和室内用户进行无线覆
20、盖。室外射频基站由室外型AP、外接天线(全向、扇区)以及配套避雷设备和报杆等组成。根据复杂的室外建筑结构,外接天线的选择更加尤为重要。选择天线型号时应根据现场环境考虑如下因素:增益、水平波束宽度、垂直波束宽度、极化方式、视觉效果(尺寸、外形、重量)。 增益当规划覆盖范围较小,安装位置距重点覆盖区域也很近时,天线增益可以低一些。当天线置于楼顶,目标为覆盖周围地区较大面积时,选择增益较大的天线为益。 水平、垂直波束宽度(1)当AP天线安装在墙壁上时,天线挂高低于周围建筑物高度,为了既能充分覆盖低层室内部分,又能兼顾楼层较高部分的室内覆盖,根据楼层高度不同,可以选择垂直波束宽度范围3580的定向天线
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