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支持移动学习的无线校园网建设

2020-09-19 来源:好234汽车资讯网
计算机系统应用 http://www.c~S a.org.ca 2011年第2O卷第11期 支持移动学习的无线校园网建 黄伟强,梁卓明 (华南师范大学网络中心,广州510631) 摘要:随着移动技术以及数字化技术的飞速发展和广泛应用,各类便携式、多功能、可移动智能终端的普及, 人们对移动学习和移动办公提出了更高的要求,建设新一代支持移动学习的无线校园网应运而生。研究支持移 动学习的无线校园网建设规划和设计,探讨无线校园网IPv6的支持,并提出移动学习应用需求。 关键词:移动学习;802.1ln;Mesh;802.1li:WAPI;IPv6 Mobile Learning Support in Wireless Campus Network Construction HUANG Wei—Qiang,LIANG Zhuo-Ming (Center ofNetwork,South China Normal University,Guangzhou 5 1063 1,China) Abstract:With the rapid development and the widespread application of the mobile technology and digital technology, popularization of various types of oprtable,multi-function,movable intelligent terminals,request for moving learning and moving ofifce is getting higher,based on which creating a new generation of wireless network to support the moving learning arises.This paper analyzes the new generation of the wireless mainstream application technology 802.1 1 n,researches the construction planning and design of the wireless campus network which supports moving learning,discusses the supporting for iPv6 on wireless campus network,and puts ofrward the application requirement of moving learning. Key words:mobile leaming;802.1 ln;Mesh;802.1 li;WAPI;lPv6 1 引言 实验性部署。运行几年以来,在带宽、容量和覆盖范 无线移动技术的不断发展以及信息化技术的广泛 围方面已经无法满足现在移动学习的需求。建立移动 应用,推动了无线校园网建设的发展和教学方式的改 数字化学习体系是我校“十二五”期间信息化工作的 变。依托移动通信网络,学校的教学、科研、管理和 一项重要内容,已被列入到学校的“十二五”事业发 服务等各项业务变得更加快速便捷,学校师生对无线 展规划中。学校已近开始通过组织有关部门及人员对 网络的倚赖程度,已经变得越来越高。无线网络接入 新一代无线校园进行技术调研、学习和交流,形成我 的便捷,高校的教学方式的改变,教学手段的更新以 校移动数字化学习环境的建设理念、建设模式和建设 及高容量、高带宽业务的广泛应用,对无线校园网建 方案,为我校移动数字化学习环境建设的全面铺开作 设提出了更高要求,建设支持移动学习的无线校园网 好准备。 已是迫在眉睫。 我校支持移动学习的无线校园网建设需要适应学 校整体的发展统筹,目标是建设稳定、高效、可拓展、 2支持移动学习的无线校园网调研 同时融合多种业务的校园无线网络,实现随时随地的 我们学校无线网络建设是从2007年开始的,最初 网络接入,提供丰富的移动学习应用,为移动数字化 选择几个示范点,使用802.1lb/g无线设备进行前期的 学习提供良好的网络支撑平台。 ①收稿时间:2011.03.25;收到修改稿时fnq:201I-04-30 14系统建设System Construction 2011年第20卷第11期 http://www.c-s-a.org.cn 计算机系统应用 支持移动学习的无线校园网建设要配合数字化校 网卡的用户,在采用802.1In模式下,由于802.11n为 了向下兼容802.1lb/g或802.11a,会影响802.11n设备 的整体性能。因此在802.1ln设备上调整射频配置, 通过两路射频提供用户接入。例如将一路工作在5个 园的整体建设,按照“统一规划、分步实施”的原则 进行部署。实现校园环境和资源的移动信息化,从而 达到提高教学管理水平和效率,提升办学质量的目的。 GHz频段配置为802.1ln模式,专门为802.11n网卡用 3支持移动学习的无线校园网总体规划设 计研究 3.1无线校园网采取主流应用技术802.1ln 随着802.1 In技术的标准正式发布,采用代表无 线网络先进接入技术802.1In协议来构建新一代无线 户提供高速接入;另一路工作在2.4G频段为混合兼容 模式,确保传统的802.1lg客户的正常接入,为不同 用户分别提供最佳适应性的上网体验。 如图1所示: 校园网已经成为一种趋势。802.1In协议作为新一代 的WI.FI标准,其使用2.4GHz频段和5GHz频段, 覆盖范围比传统无线技术提高20%.30%,对用户容量 较大的区域有很好的覆盖承载能力;802.1In传输带宽 是传统无线的5倍,传输速率理论上最高可达 500Mbps,实际速率也超过了100Mbps 802.1ln还提 供并发双频操作,能为宽带多媒体应用提供更多的信 道容量,可以满足高带宽、高质量的移动学习服务【1]。 表1是IEEE802.11无线通讯技术的比较。 表1 802.1la 802.11b 802.1lg 802.1In 图1 802.1In双频工作 3.2无线校园网组网方式 3.2.1自治式 自治式也称为的Fat AP组网方式,AP设备作为 单独的个体独立工作,将WLAN的物理层、用户数据 加密、用户认证、QoS、网络管理、漫游技术以及其 54Mbps +100Mbps 传输速 蛊 54Mbps 11MI,ps 频段 5GHz 2.4GHz 2.4GHz 2.4,-,5G 他应用层的功能集于一个AP里,通过无线方式与用 户进行数据接收与发送。 传输距 离 mEE认 证 7Om 100m lo0m +l00m 自治式模式的业务功能较单一,在设备运行前需 1999笠 1999焦 2003芷 2007笠 对每一个AP设备进行单独配置、管理、监控及控制。 目前多用于为用户提供简单数据接入业务,较难扩展 到大型、连续、协调的无线校园网和增加移动学习应 用。 802.1ln中,MINO(Multiple Input Multiple Output, 多输入多输出)是其中的核心技术,利用多支天线来 改进传输品质:接收端的天线除了接收强度最大的信 号外,也会收到经过反射或散射而来的信号。适合多 人使用同一无线网络资源的情况,例如:在教室,无 线网络用户在使用单独的无线网络节点,那样教室内 其他用户就可以同时使用该节点了。而在传统无线网 络中,如果多个用户同时使用一个节点,网络性能会 被弱化。有了802.11n的核心技术MIMO,单独的天 3.2.2集中控制型AC+FitAP组网方式 在这种无线网架构下,需要由接入控制器AC(无 线交换机)来统一进行配置管理。FitAP本身不带有任 何软件及配置,AC集中实现了射频监控、数据流量管 理、安全认证、QoS、接入控制、负载均衡以及AP的 控制管理等功能,AP只实现802.的空口功能,完成无 线电波的收发任务。采用AC+Fit AP架构,实质就是 降低了AP的复杂性,将网络智能向上层控制设备转 移,从而有效地解决FatAP组网架构模式下暴露出来 的问题。 线也可以分配给多个用户使用,而其速度不会有明显 影响,从而保证移动教学的服务质量,提供更佳用户 移动学习体验。 在实际环境中,校园客观还存在大量的802.1 lb/g 采用AC集中转发方式,所有数据必须到AC上 System Construction系统建设1 5. 计算机系统应用 http://www.c-S—a.org.crl 2011年第2O卷第11期 处理转发。这种方式便于集中规划和维护,维护工作 简单,配置灵活。缺点是AC容易成为无线网络瓶颈。 3.2-3 Mesh组网方式 无线Mesh网络(Wireless Mesh Networks, 区域,设置接入点的位置才能体现支持移动学习无线 校园网的高性能,让诸如实时教学等得到充分运用。 wMN1,也叫无线网状网或无线多条网,是通过无线 链路把固定的和移动的节点连接起来构成的一个多跳 (multi.hop)的移动自组织网 。在无线Mesh网络 中,任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器, 网络中的每个节点都可以发送和接收信号,每个节点 都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信p】。 无线校园网存在以下几个突出特点:一是校园无 线网络的规模巨大,不仅地域范围大,用户多,而且 通信量也大,因为在移动学习中,学生会更多地使用 多媒体;二是网络覆盖的要求高,网络必须能够实现 室内、室外、礼堂、宿舍、图书馆、公共场所等之间 的无缝漫游;三是负载平衡非常重要,由于学生经常 要集中活动,当学生同时在某个位置使用网络时就可 能发生通信拥塞现象。解决这些问题的传统作法是在 室内高密度地安装AP,而在室外安装的AP数量则很 少。但由于校园网的用户需求变化较大,有可能经常 需要增加新的AP或调整AP的部署位置,这会带来 很大的成本增加。而在无线Mesh网络中,AP的增加 或调整变得更容易、配置更灵活、安装和使用成本更 低,尤其是对于那些需要经常移动接入点的区域,无 线Mesh技术的多跳结构和配置灵活将非常有利于网 络拓朴结构的调整和升级。使用Mesh方式组网,合 理布署的Mesh节点,较好的完成空旷区域的广覆盖, 不仅易于实现网络的结构升级和调整,而且无线Mesh 网络允许网络用户共享带宽,消除了目前单跳网络的 瓶颈,并且能够实现网络负载的动态平衡,在无线管 理能力方面,融合集中控制的优势,在安全可管理上 又比自治式有很大的提高【3】。 综合考虑,无线Mesh网络融合了传统胖AP和 瘦AP两者的优势,是一种组网方便、支持多跳、高 容量高速率的网络,可以很方便地提供健壮的、可靠 的支持移动学习的网络覆盖。 无线Mesh校园网络组网如图2。校园各个区域节 点组成Mesh骨干网络。 3-3无线校园网覆盖区域的规划 虽然802.1ln的标准数据传输速度和Mesh组网的 效率得到了提高,但是只有正确规划无线校园网覆盖 16系统建设System Construction 图2无线Mesh校园网 3.3.1室内覆盖 室内覆盖区域的大小和建筑结构的复杂程度往往 差别很大,根据学校的具体需求,设计多种室内覆盖 解决方案。一般来讲,针对局部开发的室内大环境, 如图书阅览室、国际会议厅、体育馆、大教室等,网 络用户数量较多而集中,推荐设计以单个AP(Access Point,无线接入点)小面积覆盖,多个AP整合交叉 覆盖形成大面积覆盖区域,每个AP都独立接到交换 机上,保证有效带宽更宽。在具体实施项目中,一般 采用兼容802.1In标准的室内无线AP产品完成无线 网络的室内覆盖【4j。 3-3.2室外覆盖 主要是利用室外AP对目标场景进行信号覆盖。 学校体育场、中心广场、教学楼宇间公共区域等,一 般是学校需要实现无线覆盖的室外公共区域。根据需 覆盖的室外区域的实际情况,可以设计建立多个无线 覆盖基站,采用重叠交叉无线覆盖的方式,完成区域 的无缝无线覆盖。为学校举办大型活动提供良好的网 络支撑,提高办事效 钔。 3-3.3综合覆盖 对学校既有室外场景,又有室内建筑的大型站点 进行无线信号覆盖。针对办公楼、教学楼等结构较为 复杂的室内区域,可根据建筑结构具体情况,选用以 下两种方案:方案一,采用高灵敏度、穿透能力强的无 线AP产品,配合分离式吸顶天线,以一个AP配合 一个天线,或一个AP配合多个天线,完成室内区域 的完全覆盖。一般要选用专用的无线AP,配合室内吸 2011年第2O卷第11期 http://www.c-s・a.org.ca 计算机系统应用 顶天线,完成楼宇内部无线覆盖。采用分离式天线设 本专科生、研究生、博士生和留学生; 计,可以适应无线设备与高增益天线的连接使用,以 短期进修教师,访问学者。 保障高质量的无线信号能够覆盖更远距离,同时增强 (2)用户权限的管理 设备在干扰较大的频率环境中使用的能力。方案二, 根据不同的用户群,设置不同的用户权限,根据 采用室外覆盖方式,选用室外无线AP,通过天线聚集 不同的用户权限设置不同访问权限。 无线信号,使无线覆盖范围更大、更远,穿透能力更 (3)统一认证管理 强。设备与天线安置于楼宇顶部或底部,以无线信号 无线网络和有线网络统一身份认证,全校师生可 向下或向上整体覆盖楼 钔。 以通过统一的身份和认证界面访问校园网,实现多个 针对我校的网络现状及需求,采用了基于有线、无 校区之间的无线漫游。 线一体化的整体解决方案,无线网络将优先覆盖包含教 学楼、图书馆、行政办公楼、院系楼、会议室、广场在 内的重点区域。在这些地区中,办公区和会议区的是负 责学校正常运转的重点区域,信号强度和网络容量是主 要考虑的内容;对于广场、体育场、饭堂等室外休闲区 域,由于上网人数少且分散,则是尽量提高覆盖面为主, 保证覆盖效果;对于宿舍区,公共机房,由于现有有线 网络已足够支撑覆盖,建设优先可以相对放低,这些区 域用户上网密集度高、建筑物结构复杂,无线网络的设 计以信号强度、用户容量和QoS保障为主。因此,在 图3无线有线统一认证 无线网络设计中,将区域分为重点和非重点进行按需要 覆盖,按照“保证所有无线用户都能上网”的设计原则, 如图3所示,无线网络与现有有线网络认证平台 最大程度控制网络建设成本。 对接,采用同一套用户信息数据库,无线网络与有线 3.4无线校园网的管理 网络均可使用同一套802.1x客户端软件,或者Web 3.4.I射频管理 Protal认证方式上网。 无线信号在空间是自由传输的方式,无线环境也 3.5无线校园网的安全部署 是不断变化的,考虑信道的互相干扰对无线信号传播 无线网数据传输的信道是开放的,存在的安全隐 造成的影响,需要不断地对无线校园网进行射频调整 患不得不考虑。支持移动学习的无线校园网安全部署 来适应无线用户环境的变化。以往无线校园网射频管 主要从身份认证、数据加密和数据完整性三个方面考 理是依靠工程师手动配置的,这种固定式、静态的管 虑。目前WAPI与IEEE 802.1li分别作为国内外主导 理手段并不灵活,有很大缺陷,尤其不能适应大规模 的无线局域网传输协议。 的无线网部署及动态复杂多变的无线环境,因此,我 3.5.1Ⅵ PI 们需要更智能化的动态射频管理。 WAPI((Wireless LAN Authentication and Privacy AP与AP之间的射频信息通过无线交换机汇总 Infrastructure)无线局域网鉴别和保密基础结构,是一 后,统一通过智能控管,可以很方便地自动调节线上 种安全协议,同时也是中国无线局域网安全强制性标 所有AP的电波特性,自动进行频谱配置,而无需逐 准。 一设置,减少AP之间的干扰。自动配置可以设置在 WAPI核心内容是认证基于WAPI独有的WAI协 每天特定的时间,如用户使用少的时间,凌晨2点。 议,使用证书作为身份凭证;数据加密采用SMS4算 3.4.2用户的管理 法;基于3次握手过程完成单播密钥协商,两次握手 (1)用户群的分类 过程完成组播密钥协商。 无线校园用户群体主要包含以下几种: 3.5.2 802.1li 校内教学,科研和管理人员; 802.11i核心内容包括基于802.1x身份认证;基 计算机系统应用 http:llwv ̄v.c-s-a.org.cn 2011年第2O卷第11期 于TKIP、CCMP等加密算法实现数据加密;基于4次 在支持802.11e服务质量的基础上,增加了基于用户状 握手实现用户会话密钥的动态协商t 。 态流的区分和优先级映射。通过区分数据流的各种参 在身份认证方面,802.1li和WAPI都支持数字证 数,包括源/目的地址、协议、服务,设置流分类、优 书形式认证,可以实现无线校园网接入设备和无线客 先级标记、流量限速、队列调度等灵活的QoS策略, 户端的双向鉴别。 和有线网络QoS相协同,实现符合校园网多种业务并 在数据加密方面,WAPI强制使用数字证书作为 行发展的全网端到端的QoS,从而更加有效的服务于 身份凭证,既方便了安全管理,同时还提升了安全性。 学校的各项移动学习应用业 】。 802.1li支持多种加密方式,在互通时要采用相同的加 全局QoS部署可以考虑基于每个用户的带宽管 密方式,而且在多种加密方式并存的接入环境中,广 理,基于每个SSID的带宽管理以及基于每个SSI一 D的 播/组播包只能采用较低安全等级的加密算法传输,容 资源权重管理,比如将STP和RTP协议设定在高队列, 易产生漏洞。 而一般应用则放在较低队列。这样对于语音、视频等 在数据完整性方面,WAPI特别保证了鉴别信息 对时延敏感的业务,将可以得到最佳的带宽与传输质 的完整型,在802.1 li中,鉴别成功信息不包含完整性 量保证。 校验,鉴别消息容易被篡改对网络构成安全威胁。 3.7 IPv6的支持 虽然802.1 li存在一定的安全漏洞,但是该协议由 对于提供移动学习平台的无线校园网,IPv6的意 Wi—Fi组织倡导,目前大多数无线网络产品所采用的都 义不是单纯为替换IPv4,丰富IP地址资源而已。通过 是IEEE 802.11i传输协议,WAPI作为中国积极倡导和 IPv6,为每一位学生,老师,每一间教室,每一处教 发展的无线局域网标准,其在无线网络安全上的优势, 学设施,每一本书籍分配IPv6地址,将学校的人、事、 也受到越来越多的关注,无线局域网芯片和设备厂商 物全部连接成为一个有机的整体,增加额外的性能和 纷纷加入了WAPI阵营。在无线校园网安全部署中要 功能,让学与教互动的方式,从单纯的屏幕控制,提 考虑稳定性同时兼顾可扩展性,因此考虑同时支持 升到使用无线感应的个性化。 802.1li和WAPI安全策略,积极引入试点WAPI。 在具体建设中,由于一些无线设备不一定支持 WAPI应用如图4所示: IPv6协议,可以让IPv6的协议报文透明传输,通过IPv4 认证后,联通上一级支持IPv6设备自动分配IPv6地 址并且路由,实现IPv6资源的访问。 试证融务器 } 4校园移动学习的应用需求  l4.1校园移动学习应用终端支持 |; |÷。 校园移动学习终端就是通过无线技术上网接入移 譬鼍 | 动学习校园网的终端设备,它的主要功能就是移动上 网学习,因此对于无线网络的支持就十分重要。目前 智能手机,笔记本电脑,平板电脑等移动互联网设备 绺端 都可以作为校园移动学习应用终端。 WAPI应用 4.2校园移动学习应用系统支持 目前主要的移动智能系统有Android,IOS, WAPI终端设备和AP都支持WAPI认证加密协 Windows Phone和Symbian,在开发校园移动学习应用 议。在WAPI终端设备和AP设备以及认证服务器上 中必须主要考虑是否适合目前的网络环境,移植性, 都预置了数字证书文件。当WAPI终端设备开始接入 通用性是否满足大多数师生移动学习的需要。 无线网络时,AP对这个终端设备进行认证。 4-3校园移动学习应用平台 3.6QoS部署 目前各高校大多已经建立以网络为基础的办公 学校支持移动学习的无线校园网QoS的布署可以 自动化、综合教务管理、财务管理、科研管理、设备 1 8系统建设System Construction 2011年第2O卷第11期 htrp://www.c-S-a.org.cn 计算机系统应用 资产管理、网络教学、综合信息服务等系统,为学校 师生提供各类信息服务。目前系统与无线网络平台的 结合将成为建设的难点。创造一个开放的、支持多种 应用协议并且可管理的移动学习应用平台,要求系统 能全面支持高校教学、科研和办公等各种典型应用, 习终端的学生和教师都可以自如享受移动学习应用。 参考文献 1段炳玺,李柏年,马金定.WLAN中IEEE802.1ln标准及关 键技术研究.通信技术,2008,8:123—125. 如手机网站web浏览、收发邮件、文件传输、跨校区 班车查询,校内地图导航、校历课程安排等,尤其是近 年来迅速发展的各种多媒体应用,如实时或非实时视 频点播、视频会议、即时通讯、II,电话、教学博客和 互动社区等。 2王华,李静静,何振,韩姗姗.无线Mesh网络技术研究.南京信 息工程大学学报(自然科学版),2010,2(4):332—336. 3陈永坚,丛林.无线网状网与应用技术.网络通讯与安全, 2010,6(13):3369—337 2. 4魏晓波.无线校园建设方案及常见问题.中国信息技术教育, 2009,4:86-87. 5结语 随着我校对支持移动学习无线校园网技术研究的 进一步深化,通过建设支持移动学习的校园无线网络, 可以给学生和老师提高自己的学习能力、研究水平创 建移动学习平台,并且在原有数字化校园基础上逐渐 扩充出其他新的业务应用,让每一个拥有支持移动学 5吴暑静.基于IEEE802.11无线局域网安全性研究.湖南科技 学院学报,2010,3 1(12):86—88. 6赵隽,黄振海,赵跃华.WAPI与IEEE 802.1 li安全协议通信 性能分析.通信技术,2007,12(40):228—231. 7朱智达.无线校园网建设中QoS部署与应用研究.广西轻工 业。2009.10:85—86. (上接第54页) Symposium on Advances in Databases and Information to Wrapper Induction.Proc.of the Third International Systems(ADBIS),1997,1—8. 2 Arocena GO,Mendelzon AO.WebOQL:Restructuring documen ̄,databases,and W_ebS.Proc.of the 14th IEEE Conference on Autonomous Agents rAA-99).1999. 7 Chang CH,Lui SC.IEPAD:Information Extraction Based on Paaem Discovery.Proc.of the Tenth International Intenatrional Conference on Data Engineering(ICDE).1998, 24—33. ConferellCe onWorldWideWeb(www).2001,223-231. 8 Chang CH,Kuo SC.OLERA:A Semi-supervised Approach or Web Datfa Extraction with Visual Support.IEEE 3 Liu L,Pu C,Han W XWRAP:An XML—Enabled Wrapper Construction System for Web Information Sources.Proc.of he 1t 6th IEEE International Conference on Data Engineering Intelligent Systems.2004.1 9(6):56—64. 9 Crescenzi、‘Mecca G Merialdo P RoadRunner:Towards Automatic Data Extraction from Large Web Sites.Proc.of he 26tth International Conference on Very Large Database (ICDE).2000,61 1-621. 4 Soderland S.Learning Information Extraction rules or Semif- structured and Free Text.Journal ofMachine Learning,1999, Systems(VLDB).2001,109-118. 10 Wang J,Lochovsky FH.Data Extraction and Label Assign- 34(1—3):233-272. 5 KushmerickN,Weld D,Doorenbos R.Wrapper induction for information extraction.Proc.of the FiReenth Intemational ment for W_eb Databases.Proc.of the Twelth Interfnational Conference on ^Ddd Wide Wleb(www).2003.187-196. Conference on Artiifcial Intelligence(IJCAI).1 997,729-735. 6 Muslea I,Minton S,Knoblock C.A Hierarchical Approach 1l吴晓彦.基于结构语义熵的互联网商品信息抽取技术研究 [硕士学位论文】.上海:复旦大学,2009. System Construction系统建设l 9 

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