【正文】 基于MESH技術(shù)的校園無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案摘要：近年來(lái)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅猛，但現(xiàn)有技術(shù)帶寬容量低、WLAN接入點(diǎn)(AP)的覆蓋范圍有限等缺點(diǎn)阻礙了人們對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的需求擴(kuò)展。作為“最后一公里”寬帶無(wú)線(xiàn)接入非常重要的技術(shù)之一，無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)(WMN)作為一種新型大容量、高速率的分布式無(wú)線(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)，它擁有可改善無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的性能，提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍以及易于管理等特點(diǎn)。 本文在分析對(duì)比傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和MESH網(wǎng)絡(luò)技術(shù)后，針對(duì)現(xiàn)有校園網(wǎng)絡(luò)提出了一個(gè)基于MESH技術(shù)并結(jié)合了校園有線(xiàn)骨干網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化措施的設(shè)計(jì)方案，并針對(duì)本網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提出了相關(guān)的管理、安全及計(jì)費(fèi)方案。在方案的基礎(chǔ)上做出了簡(jiǎn)易的測(cè)試。關(guān)鍵字：IEEE； 無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)；校園網(wǎng)；安全管理The Design Plan for College Network Based on The Technology of Wireless Mesh Net workAbstract: In recent years, the technology of wireless network developed rapidly,but traditional technology of wireless network has its disadvantages,such as the coverage of access point is limited,which increase the cost for the construction of wireless network and limited the development of the mesh networks (WMNs) are considered a promising solution to last mile broadband access thanks to its low upfront cost, easy network maintenance, robustness, and reliable service coverage.The thesis drew up an action plan to design a college network which bined with the technology of wireless mesh network and some optimizing measures for the backbone area of the network after contrasted the traditional technology of wireless network and technology of wireless mesh network ,and drew up some measures for the safety management and last,some simple tests were done basd on the paln.Keywords: IEEE，Wireless Mesh Network ，College network，Safety Management目 錄第1章 緒論 5 課題研究背景 5 課題研究目的和意義 5 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展及現(xiàn)狀 6 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及研究 6 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)利技術(shù) 7 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)集成 7 本論文研究?jī)?nèi)容 7第2章 無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 8 傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 8 8 其他標(biāo)準(zhǔn) 9 無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 10 11 11 無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 13 無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)絡(luò)拓展性 15 無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù) 15 MESH網(wǎng)絡(luò)與其它無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)區(qū)別 17第3章 校園無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)需求分析 19 校園無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求分析 19 校園無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思路 21第4章 校園無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)絡(luò)部署及管理 24 24 現(xiàn)有校園網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 24 校園無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)絡(luò) 25 26 校園無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)絡(luò)管理 32 32 校園無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理 33 34 35第5章 模擬實(shí)驗(yàn) 37 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 37 實(shí)驗(yàn)工具 37 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 37 實(shí)驗(yàn)總結(jié) 44總結(jié)與展望 45致謝 46參考文獻(xiàn) 47第1章 緒論當(dāng)今社會(huì)信息技術(shù)尤其是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展迅猛，相比于傳統(tǒng)的有線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，基于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的應(yīng)用給予了教師和學(xué)生一種新的工作和學(xué)習(xí)方式。而如何有效的結(jié)合有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)以滿(mǎn)足學(xué)生和老師日益增長(zhǎng)的在學(xué)習(xí)、娛樂(lè)和工作上對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需要和依賴(lài)，組建基于數(shù)字化、交互式的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)已經(jīng)成為我們必須面對(duì)和解決的問(wèn)題。因?yàn)橐粋€(gè)優(yōu)秀的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)不僅能夠有效促進(jìn)信息的獲取、提升教學(xué)質(zhì)量以及吸引優(yōu)秀生源還能對(duì)學(xué)校的教學(xué)模式、教學(xué)理念及教學(xué)管理產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。隨著國(guó)力提升，在綜合大學(xué)的教學(xué)科研水平不斷提高，學(xué)術(shù)交流活動(dòng)、學(xué)生社團(tuán)活動(dòng)的日益增多的背景下，在體育場(chǎng)、綜合教學(xué)樓、學(xué)生教師公寓、圖書(shū)館、自習(xí)室、行政樓、公共綠地甚至食堂等公共開(kāi)放性場(chǎng)所提供網(wǎng)絡(luò)接入環(huán)境的需求也越來(lái)越強(qiáng)烈，而隨著移動(dòng)終端設(shè)備諸如智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦逐漸普及，傳統(tǒng)的布線(xiàn)建設(shè)受環(huán)境影響，周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、施工難度大等諸多問(wèn)題在的在特定的場(chǎng)所也顯得更加突出。改進(jìn)校園網(wǎng)現(xiàn)有的管理模式已經(jīng)迫在眉睫，必須提供一個(gè)新的環(huán)境來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。為此，眾多學(xué)校啟動(dòng)了無(wú)線(xiàn)校園網(wǎng)計(jì)劃，旨在建成高速度、廣覆蓋、易管理和安全可靠的校園無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，滿(mǎn)足校園網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展的要求，進(jìn)一步提升學(xué)校的綜合實(shí)力，為師生帶來(lái)前所未有的無(wú)線(xiàn)體驗(yàn)。我校建校10年以來(lái)，校園網(wǎng)的組建已趨于穩(wěn)定而高效，成為校園生活不可缺少的一部分，是教師和學(xué)生獲取資源和信息的主要途徑之一，它把學(xué)校中的學(xué)生、院系和社交、學(xué)術(shù)、業(yè)務(wù)活動(dòng)的行政人員緊密地聯(lián)系在一起。然而經(jīng)過(guò)行業(yè)多年技術(shù)的改進(jìn)和提升，學(xué)校目前穩(wěn)定的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)也逐漸顯示其擴(kuò)展性等方面的不足，例如維護(hù)復(fù)雜，很多教學(xué)樓、圖書(shū)館網(wǎng)絡(luò)端口數(shù)量有限，寢室內(nèi)區(qū)域?qū)W生宿舍一般只留有2個(gè)的固定有線(xiàn)端口，不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)上網(wǎng)的需求從而出現(xiàn)了一個(gè)寢室要買(mǎi)12個(gè)集線(xiàn)器的情況；有些建筑物具有一定的歷史意義，不適合鉆孔布線(xiàn)；西科大主校區(qū)分東西新老校區(qū)，若鋪設(shè)線(xiàn)路成本費(fèi)用較大等。傳統(tǒng)校園網(wǎng)還存在著諸多“網(wǎng)絡(luò)盲點(diǎn)”，比如在圖書(shū)館自習(xí)室、演播廳、體育場(chǎng)等許多不宜網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)的場(chǎng)館設(shè)施如何聯(lián)網(wǎng)以及如何突破網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)限制等。這些情況成為了和師生日益對(duì)校園網(wǎng)依賴(lài)性增長(zhǎng)、對(duì)隨時(shí)隨地與互聯(lián)網(wǎng)相連的這樣的新需求的矛盾體現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)使用戶(hù)能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)均能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的目標(biāo)，要求傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由有線(xiàn)向無(wú)線(xiàn)、由固定向移動(dòng)、由單一業(yè)務(wù)向多媒體發(fā)展，由此無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)以其易接入、易部署和高寬帶的優(yōu)勢(shì)，可以突破有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)限制，大大地增加了校園網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)，為師生提供多樣的信息獲取途徑，提升學(xué)校的信息化水平，為教育信息化平臺(tái)提供了新的平臺(tái)。2004年1月， Working Group正式專(zhuān)門(mén)成立了MESH研究組（Mesh Study Group），同年3月又成立了MESH任務(wù)組（Mesh Task Group），由此WMN技術(shù)邁上了廣泛標(biāo)準(zhǔn)化道路。另外，、（DSRC）也開(kāi)始探索如何通過(guò)網(wǎng)格嵌入式設(shè)備來(lái)改進(jìn)其現(xiàn)有技術(shù)。[5]近10來(lái)，包括移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和WMN在內(nèi)的許多研究，已經(jīng)取得了眾多成果，主要有以下方面：1) 路由協(xié)議的研究，協(xié)議的核心是適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)中心控制和網(wǎng)絡(luò)時(shí)變的特征；2) 媒體接入控制（MAC）協(xié)議的研究，主要是解決隱藏終端和提高接入能力等問(wèn)題，如MACA協(xié)議、控制信道和數(shù)據(jù)信道分裂的雙信道方案和基于定向天線(xiàn)的MAC協(xié)議等；3) 在網(wǎng)絡(luò)連接性方面的研究，主要的背景是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，探討問(wèn)題的核心是節(jié)點(diǎn)密度與分布問(wèn)題；4) 在多播/組播協(xié)議、TCP協(xié)議、地址和帶寬等網(wǎng)絡(luò)資源分配、功率（節(jié)能）控制、安全性問(wèn)題、分布式算法、QoS等方面有一些研究成果，但各部分的數(shù)量相對(duì)較少；5) 一些針對(duì)WMN的協(xié)議和系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)研究有了一些新的結(jié)果。在短距離Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建上，最近一些學(xué)者正在研究藍(lán)牙散射網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)。[7]　　與WMN相關(guān)的專(zhuān)利技術(shù)目前主要掌握在一些美國(guó)公司及研究機(jī)構(gòu)手中，例如Mesh Networks公司2002年6月獲得專(zhuān)利“為端到端和端到基礎(chǔ)設(shè)施的通信網(wǎng)絡(luò)提供無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)消息存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的系統(tǒng)和方法”。該專(zhuān)利提出了一種實(shí)現(xiàn)不在彼此傳輸范圍內(nèi)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施部件間進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信的系統(tǒng)和方法，基本思想是利用了中間移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所具有的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)信息的能力。2004年4月，該公司獲得專(zhuān)利“無(wú)線(xiàn)端到端Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由中對(duì)IP地址到MAC地址映射及所存在網(wǎng)關(guān)的自動(dòng)配置和發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)和方法”。該專(zhuān)利的主要思想是采用一個(gè)Hash函數(shù)將IP地址變換為一個(gè)6字節(jié)的MAC地址，并附加在路由廣播中主動(dòng)傳輸給其他節(jié)點(diǎn)。此外，摩托羅拉公司在2003年10月獲得專(zhuān)利“在Ad Hoc網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)中提高服務(wù)效率的方法和設(shè)備”，其中涉及在WMN中增強(qiáng)業(yè)務(wù)有效性的通信系統(tǒng)與設(shè)備。另外在2002年3月Caly公司獲得專(zhuān)利“網(wǎng)格無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中包數(shù)據(jù)通信協(xié)議”，其中主要涉及網(wǎng)格無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間包數(shù)據(jù)的通信方法。 近年來(lái)，由于無(wú)線(xiàn)通信需求的推動(dòng)以及相關(guān)電子技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)也經(jīng)歷了一個(gè)快速發(fā)展的階段，WLAN技術(shù)等多種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均取得了令人矚目的成就。行業(yè)界認(rèn)為未來(lái)的4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是各種不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的集成，其中包括未來(lái)的蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、公共電話(huà)交換網(wǎng)絡(luò)、WLAN網(wǎng)絡(luò)等，這些網(wǎng)絡(luò)均集成到因特網(wǎng)骨干網(wǎng)或通過(guò)WMN集成到因特網(wǎng)中，有此WMN可看作“因特網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)版”，該技術(shù)將是未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域重大技術(shù)革新。本文依據(jù)當(dāng)今無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀以及西南科技大學(xué)的實(shí)際情況，在重點(diǎn)研究無(wú)線(xiàn)MESH技術(shù)的前提下，提出一種綜合現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和有線(xiàn)骨干網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的校園無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)絡(luò)，提出規(guī)劃方案以及管理方案。第2章 無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)絡(luò)技術(shù)隨著人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信需求的不斷提高，人們希望不論何時(shí)、何地、與何人都能夠進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的通信，為了提高工作效率，并且克服現(xiàn)有通信系統(tǒng)的缺點(diǎn)，達(dá)到通信的“無(wú)所不在”，最近，業(yè)界提出了一種新型的寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)絡(luò)(Wireless Mesh Network)。WMN是移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的一種特殊形態(tài)，早期研究源于移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的研究與開(kāi)發(fā)。它是一種高容量高速率的分布式網(wǎng)絡(luò)，被認(rèn)作為一種可以解決“最后一公里”瓶頸問(wèn)題的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。WMN被寫(xiě)入了IEEE相關(guān)的諸多標(biāo)準(zhǔn)中。WMN技術(shù)作為一項(xiàng)能夠?qū)崿F(xiàn)靈活組網(wǎng)的技術(shù)以及它本身的諸多優(yōu)勢(shì)必將給無(wú)線(xiàn)寬帶領(lǐng)域帶來(lái)重大變。 傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 目前，在傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范方面,、HomeRF、HyperLAN2以及藍(lán)牙技術(shù)等，它們各有特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域也不盡相同。 作為無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)協(xié)議族中最成熟的IEEE802．1lb主要是工作在2．4GHz頻段，頻段范圍為2．4—2．483GHz，物理層的調(diào)制方式為CCK(補(bǔ)碼鍵控)的DSSS。80211b規(guī)定的是動(dòng)態(tài)速率，允許數(shù)據(jù)速率根據(jù)噪音狀況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。這就意味著802．1lb設(shè)備在噪聲的條件下將以比正常速率11Mbps更低的速率，如1Mbps、2Mbps、5．5Mbps等多種速率進(jìn)行傳輸。多速率機(jī)制的MAC(介質(zhì)接人控制)確保當(dāng)工作站之間距離過(guò)長(zhǎng)、干擾太大或信噪比低于某個(gè)門(mén)限時(shí)，傳輸速率能夠從11Mbps自動(dòng)降到5．5Mbps，或者根據(jù)直接序列擴(kuò)頻技術(shù)調(diào)整到2Mbps和1Mbps。IEEE802．1la擴(kuò)充了標(biāo)準(zhǔn)的物理層，規(guī)定該層使用5GHz的頻帶，頻段范圍為：5．15—5．25．25—5．35及5．725—5．825GHz，采用OFDM(正交頻分復(fù)用)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，其物理層的吞吐量分別為1123454Mbps。高端的5．8GHz頻段，由于輸出功率高，適于建筑物之間或室外環(huán)境的無(wú)線(xiàn)應(yīng)用；低端的5．2GHz和中部的5．3GHz頻段特別適合于建筑物內(nèi)的產(chǎn)品，對(duì)于5．2GHz的設(shè)備必須使用集成天線(xiàn)。[1]另外IEEE在2002年初新推出的試驗(yàn)型802．1lg技術(shù)，采用的調(diào)制方式有兩種，包括IEEE802．1la中采用的OFDM(正交頻分復(fù)用)與IEEE802．1lb中采用的CCK(補(bǔ)碼鍵控)。802．1lg其實(shí)是一種混合標(biāo)準(zhǔn)，它既能適應(yīng)傳統(tǒng)的802．1lb標(biāo)準(zhǔn)，在2．4GHz頻率下提供每秒11Mbit/s數(shù)據(jù)傳輸率，也符合802．1la標(biāo)準(zhǔn)在5GHz頻率下提供54Mbit/s數(shù)據(jù)傳輸率。802．1lg不但能夠兼容802．11b，保護(hù)現(xiàn)有的設(shè)備投資，而且還可以達(dá)到54Mbit/s的速率。802．1lg技術(shù)現(xiàn)在還沒(méi)有芯片廠家提供，提供成熟的大規(guī)?？缮逃卯a(chǎn)品還需一段時(shí)間，但有可能會(huì)對(duì)雙頻無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生影響。目前正在制訂中的標(biāo)準(zhǔn)有：802．1li：MAC層安全性增強(qiáng)規(guī)范(2004年6月24日已獲批準(zhǔn))；802．1lh：動(dòng)態(tài)頻道選擇和發(fā)射功率控制；802．1le：MAC層增強(qiáng)一服務(wù)質(zhì)量保證(QoS)；802．1ln：下一代無(wú)線(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)希望將無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的傳輸速度增加至100Mbps以上。:1)分發(fā)系統(tǒng)(Distrbution system):是協(xié)議中的一個(gè)邏輯部件，它用來(lái)連接一定數(shù)量的AP，從而完成把數(shù)據(jù)幀傳遞到分發(fā)系統(tǒng)內(nèi)的目的地。2)接入點(diǎn)(Access Point，AP):。AP就負(fù)責(zé)有線(xiàn)到無(wú)線(xiàn)的網(wǎng)橋功能。當(dāng)然，AP也有其它一些功能，但橋接是其主要功能。3)無(wú)線(xiàn)