重慶郵電大學移通學院通信工程本科畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 ...................................................................................... 48 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 前 言 無線局域網(wǎng)技術(shù) (Wireless Local Area Network, WLAN)的興起，是基于現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)廣泛的應用而產(chǎn)生巨大的技術(shù)進步。隨著人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髋c因特網(wǎng)關(guān)系的日益密切，無論在家庭或是室外，還是差旅，無線網(wǎng)絡(luò)都逐漸進入了人們的視野。而在學校這種高密度環(huán)境中，訪問因特網(wǎng)的需求也越來越多，更多的師生也希望在無拘無束的環(huán)境下體驗上網(wǎng)的沖浪樂趣。因此本設(shè)計根據(jù)移通學院的具體情況，規(guī)劃和設(shè)計了校園無線局域網(wǎng)。以便能使學校的教學更接近現(xiàn)代化，師生們的生活更加豐富多彩。 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 第一章 無線局域網(wǎng)（ WLAN）的概述 第一節(jié) 無線局域網(wǎng)的簡述及發(fā)展史 一、無線局域網(wǎng)的基本 概念 無線局域網(wǎng)的含義：無線局域網(wǎng)（ Wireless local Area Net， WLAN）就是在局部區(qū)域內(nèi)以無線（ No Wire or Wireless）媒體或介質(zhì)（ Medium）進行通信的無線網(wǎng)絡(luò)。這就是廣義的概念，實際上無線局域網(wǎng)有著豐富的內(nèi)涵。 圖 WLAN 二、無線局域網(wǎng)的背景及發(fā)展狀況 （一） 無線局域網(wǎng)（ Wireless Local Area Network，縮寫為“ WLAN”）是高速發(fā)展的現(xiàn)代無線通信技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)中的應用，是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 （二） 無線局域網(wǎng)是無線通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的產(chǎn)物。從專業(yè)角度講，無線局域網(wǎng)就是通過無線信道來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信，并實現(xiàn)通信的移動化 /個性化和寬帶化。通俗地講，無線局域網(wǎng)就是在不采用網(wǎng)絡(luò)的情況下，提供以太網(wǎng)互聯(lián)功能。 三、無線局域網(wǎng)的發(fā)展史 （一） 在 1971 年時，夏威夷大學的研究員創(chuàng)造了第一個基于封包式技術(shù)的無線電通訊網(wǎng)絡(luò)。這就被稱 ALONHNET 的網(wǎng)絡(luò)，可以算是當時早期的無線局域網(wǎng) (WLAN)。重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 從這時開始，無線局域網(wǎng)可以說是正式誕生了。 （二） 1990 年， IEEE 正式啟用了 項目。 IEEE (WIFI)誕生以來 , 有 和 ， ， ， ， ， ， 等標準指定或者醞釀。現(xiàn)在，為實現(xiàn)高寬度、高質(zhì)量的 WLAN 服務(wù)， 也即將橫空出世。 （ 三） 2021 年以來，無線網(wǎng)絡(luò)市場熱度迅速飆升，已經(jīng)成為 IT 市場中新的增長亮點。 （ 四） 在美國， 300 多家星巴克咖啡連鎖店已經(jīng)為客人提供無線接入服務(wù)，今年年底這數(shù)字將變成 2021。在日本，隨處可見年輕人拿彩色屏幕的 3G 手機下載信息，撥打可視電話。在新加坡， 用戶通過手機、 PDA 或者筆記本電腦連接到 UOB 網(wǎng)絡(luò)銀行，可以查詢他們的個人銀行賬戶、支付賬單、買賣信貸或者預定賓館。 （五） 在我國，信息產(chǎn)業(yè)部最近發(fā)出通知：今后，無線局域網(wǎng)、無線寬帶、藍牙設(shè)備和交通無線電臺等將共同使用 的頻段。 （六） 5 月 17 日世界電信日，中國移動也宣布其 GPRS 網(wǎng)絡(luò)正式投入商業(yè)運營，覆蓋全國 138 個城市，中國移動甚至宣稱，他們將從第四季度開始建設(shè)無線局域網(wǎng)。而中國聯(lián)通大規(guī)模建設(shè) CDMA 1X 網(wǎng)絡(luò)的工作也已全面展開。一切表明，我國無線已越來越近，觸手可及。 四、研究的意義 無線 局域網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)從長遠來看，其主要意義是有利于學校教學、科研的快速發(fā)展，它能使廣大教師和學生利用計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進行教學，開展科研活動，進而提高學校的教學質(zhì)量和科研水平，面向未來高素質(zhì)人才提供有力的保障 [1]。 第二節(jié) 無線局域網(wǎng)的特點 一、無線局域網(wǎng)的優(yōu)點 無線局域網(wǎng)利用空中的電磁波 (Airwave)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的纜線進行信息傳輸，可以作為傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的延伸 (Extend)、補充（ Complementary）或替代（ Alternate）。相比較而言，無線局域網(wǎng)具有以下許多優(yōu)點： 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 4 （一）移動性（ Mobility） 移動性分為用戶移動性和用戶設(shè)備移動兩類。在無線局域網(wǎng)中，無線局域網(wǎng)設(shè)備的移動又可分為不移動或固定（ Fixed）、半移動（ Nomadic）或便攜式（ Portable）移動和全移動（ Mobile 或 Moving）。目前的無線局域網(wǎng)系統(tǒng)一般只支持固定、半固定，半移動和慢速移動。 （二） 靈活性（ Flexibility） 安裝容易，使用簡單，組網(wǎng)靈活。無線局域網(wǎng)可以將網(wǎng)絡(luò)延伸到線纜無法連接的地方，并可方便地增減、移動和修改設(shè)備。 （三）可伸縮性（ Scalability） 在適當?shù)奈恢没蛱砑咏尤朦c（ Access Point， AP）或擴展點（ Extend Point， EP），就可以滿足擴展組網(wǎng)的需要。 （四）經(jīng)濟性（ Saving） 無線局域網(wǎng)可用于物理布線困難或不適合進行物理布線的地方，如危險區(qū)和古建筑等場合，節(jié)省了纜線及其附件的費用，省去布線工序，可快速組網(wǎng)，可以節(jié)省人員費用，并能將網(wǎng)絡(luò)快速投入使用，提高了經(jīng)濟效益。 二、無線局域網(wǎng)的局限性 無線局域網(wǎng)并非完美無缺，也有很多面臨的問題需要解決，這些局限性實際上也是無線局域網(wǎng)必須克服的技術(shù)難點。這些局限性有些是低層技術(shù)方面的問題，需要無線局域網(wǎng)設(shè)計者在研發(fā)過程中加以考慮，有些則是應用層面的問題，需要使用者在應用時克服和注意。 （一）可靠性（ Reliability） 有線局域網(wǎng)的信道誤比特率可優(yōu)于 109，這樣就保證了通信系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。無線局域網(wǎng)采用無線信道進行通信，而無線信道是一個不可靠信道，存在著各種各樣的干擾和噪聲，從而引起信號的衰落和誤碼，進而導致網(wǎng)絡(luò)吞吐性能的下降和不穩(wěn)定。 （二） 兼容性（ Compatibility） 兼容性包括多個方面：無線局域網(wǎng)要兼容現(xiàn)有的有線局域網(wǎng)；兼容現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)操重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)軟件；多種無線局域網(wǎng)標準的兼容，如 的兼容， 對 的兼容等。 （三）覆蓋范圍 無線局域網(wǎng)的低功率和高頻率限制了其覆蓋范圍。為了擴大覆蓋范圍，需要引入蜂窩或微蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，或者通過中繼與橋接等其他措施來實現(xiàn)。 （四）干擾 外界干擾可對無線信道和無線局域網(wǎng)設(shè)備形成干擾，無線局域網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部也會形成自干擾。同時，無線局域網(wǎng)系統(tǒng)還會干擾其他無線系統(tǒng)。 （五）安全性 無線局域網(wǎng)的安全性有兩方面的內(nèi)容：一個是信息安全（ Security），即保證信息傳輸?shù)目煽啃浴⒈Ｃ苄浴⒑戏ㄐ院筒豢纱鄹男浴Ａ硪粋€是人員安全（ Safety），即電磁波的輻射對人體健康（ Health）的損害。 （六）節(jié)能管理 由于無線網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備是便攜設(shè)備，如筆記本電腦、 PDA（個人數(shù)字助理）等，為了節(jié)省電池的消耗，延長設(shè)備的使用時間和提高電池的使用壽命，網(wǎng)絡(luò)應具有節(jié)能管理 功能。 （七）多業(yè)務(wù)與多媒體 現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)標準和產(chǎn)品主要面向突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而對于語音業(yè)務(wù)、圖像業(yè)務(wù)等多媒體業(yè)務(wù)的適宜性很差，需要開發(fā)保證多業(yè)務(wù)和多媒體服務(wù)質(zhì)量相關(guān)的標準和產(chǎn)品 [2]。 第三節(jié) 無線局域網(wǎng)的技術(shù)標準 無線局域網(wǎng)是利用射頻技術(shù)實現(xiàn)無線通信的網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)產(chǎn)生于 20世紀 80年代 ，它能支持較高數(shù)據(jù)速率 (1～ 300Mbit/s)、采用微蜂窩、微微蜂窩結(jié)構(gòu) 的 自主管理的計算機局部網(wǎng)絡(luò)。還可以采用無線電或紅外線作為傳輸媒質(zhì) ， 采用擴展頻譜技術(shù) ， 移動的終端可通過無線接 入 點來實現(xiàn)對 Inter 的訪 問。無線局域網(wǎng)有以下常用標準 : 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 一、主要的 協(xié)議標準 表 主要的 系列標準 二、藍牙（ Bluetooth）標準 藍牙技術(shù)是一種用于替代便攜或固定電子設(shè)備上使用的電纜或連線的短距離無線連接技術(shù)。其設(shè)備使用全球通行的、無需申請許可的 頻段，可實時進行數(shù)據(jù)和語音傳輸，其傳輸速率可達到 10Mbps， 在支持 3 個話音頻道的同時還支持高達 的數(shù)據(jù)傳輸速率。藍牙收發(fā)器的一般有效通信范圍為 10 米，強的可以達到 100 米 左右。 “藍牙”是一種先進的近距離無線數(shù)字通信的技術(shù)標準，其目標是實現(xiàn)最高數(shù)據(jù)傳輸速度 1Mbps（有效傳輸速率為 721kbps）、傳輸距 離為 10 厘米 ～ 10 米，通過增加發(fā)射功率可達到 100 米。 三、 HomeRF（家庭網(wǎng)絡(luò)）標準 SWAP 規(guī)范定義了一個新的通用空中接口，此接口支持家庭范圍內(nèi)語音、數(shù)據(jù)的無線通信。用戶使用符合 SWAP 規(guī)范的電子產(chǎn)品可實現(xiàn)如下功能：在 PC 的外設(shè)、無繩電話等設(shè)備之間建立一個無線網(wǎng)絡(luò)，以共享語音和數(shù)據(jù) 。 在家庭區(qū)域范圍內(nèi)的任何地方，可以利用便攜式微型顯示設(shè)備瀏覽 Inter。 合法頻寬 325MHz 頻率范圍 GHz 調(diào)制技術(shù) FHSS/DSSS CCK/DSSS OFDM CCK/OFDM 非重疊信道 3 3 12 3 物理發(fā)送速率 1,2 1,2,11 6,9,12,18,24,36,48,54 6,9,12,18,24,36,48,54 無纜覆蓋范圍 N/A 100M 50M 100M 兼容性 N/A 與 11 產(chǎn)品互通 與 11b/g 不能互通 與 11b 產(chǎn)品可互通 理 論 上 最 大UDP 吞 吐 量（ 1500byte） 理 論 上 的TCP/IP 吞吐量（ 1500byte） 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 四、各協(xié)議之間的區(qū)別 系列協(xié)議是由 IEEE 制定的，目前居于主導地位的無線局域網(wǎng)標準。HomeRF 主要是為家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的，是 與 DECT 的結(jié)合。 HomeRF 和藍牙都工作在 ISM 頻段，并且都采用跳頻擴頻（ FHSS）技術(shù)。因此， HomeRF 產(chǎn)品和藍牙產(chǎn)品之間幾乎沒有相互干擾。藍牙技術(shù)適用于松散型的網(wǎng)絡(luò)，可以讓設(shè)備為一個單獨的數(shù)據(jù)建立一個連接 。 組建 HomeRF 網(wǎng)絡(luò)前 ， 必須為各網(wǎng)絡(luò)成員事先確定一個惟一的識別代碼，比藍牙技術(shù)更安全。 使用的是 TCP/IP 協(xié)議，適用于功率更大的網(wǎng)絡(luò)，有效工作距離比 其他兩種技術(shù) 要長得多 [3]。 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 第二章 校園無線局域網(wǎng) (WLAN)的設(shè)計 第一節(jié) 校園網(wǎng)的需求分析 一、建設(shè)背景 在信息迅猛發(fā)展的今天，國內(nèi)很多高校均實現(xiàn)了有線校園網(wǎng)的建設(shè)。但隨著教學設(shè)施的完善，越來越多的便攜式計算機終端被帶進了教室，越來越多的學生也開始擁有了帶有無線網(wǎng)卡的計算機終端。教師和學生對高校校園網(wǎng)的依賴性相當之高，“隨時隨地獲取信息”已成為廣大師生們的新需求 [4]。 二、 WLAN 由以下幾 個部分組成 （一） Client（客戶端）：帶有無線網(wǎng)卡的便攜機。 （二） Access Point（無線路由器，接入點）：執(zhí)行橋接操作的設(shè)備，在客戶端（ Client）和局域網(wǎng)（ LAN）之間對無線幀和有線幀進行相互轉(zhuǎn)換。 （三） Access Controller（ AC，無線控制管理器）：對 WLAN 內(nèi)所有無線路由器進行管理和控制的設(shè)備，通過與認證服務(wù)器的通信來進行信息過濾。 （四） Wireless Medium（無線媒介）：用于客戶端間進行幀傳輸?shù)拿浇椤Ｔ? WLAN系統(tǒng)里使用無線電頻率做為媒介。 三、總體建設(shè) 目標 （一） 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進一步擴展校園網(wǎng)的覆蓋范圍，使全校師生能夠隨時隨地、方便高效地使用校園網(wǎng)絡(luò)； （二） 促進教學和科研發(fā)展，進一步拓展應用空間； （三） 提升校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提高管理水平和效率，推動學校信息化建設(shè)； （四） 要覆蓋部分原來沒有有線網(wǎng)的空間，諸如：宿舍、教室、辦公樓、圖書館、實驗室等； 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 第二節(jié) 組網(wǎng)方案的分析 一、組網(wǎng)原則 無線局域網(wǎng)的主要指標決定了設(shè)計無線局域網(wǎng)的原則是以數(shù)目盡可能少的無線路由器來為所有網(wǎng)絡(luò)用戶提供服務(wù)。 設(shè)計原則：無線覆蓋設(shè)計將遵循按照信號范圍最大化原則，在全校全面覆蓋的前提下重點選擇部分區(qū)域進行更加細膩的覆蓋。并且，保證無線網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性并與絕大多數(shù)主流無線網(wǎng)卡兼容，同時兼顧考慮網(wǎng)絡(luò)擴容，為今后網(wǎng)絡(luò)擴容做好預留 [7]。 二、拓撲結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)拓撲是網(wǎng)絡(luò)形狀 ， 或者是它在物理上的連通性 。 構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)有很多種。它主要有 一下幾種： （一）星型拓撲結(jié)構(gòu) 星型結(jié)構(gòu)是指各 工作站 以星型方式連接成網(wǎng)。這種結(jié)構(gòu)以中央節(jié)點為中心，因此又稱為 集中式網(wǎng)絡(luò)。 星型拓撲結(jié)構(gòu)便于集中控制，因為端用戶之間的通信必須經(jīng)過中心站。星型拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)延遲時間較小