智能小区WIFI覆盖解决方案<br />WIFI使用无线传输介质，是实现移动计算机网络的关键技..

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第2题

知识点：无线接入传输介质关键技术无线传输无线传输介质

智能小区WIFI覆盖解决方案
WIFI使用无线传输介质，是实现移动计算机网络的关键技术之一。智能小区规划与设计常用的无线接入解决方案，是对有线网络接入方式的一种补充。目前，WIFI网络已经成为人们日常生活中不可或缺的组成部分。

问题：2.1 请以“智能小区覆盖解决方案”为题，依次对以下四个方面进行论述：
1．概述WLAN的通信技术、体系结构、工业标准、以及安全措施。
2．简要阐述你参与建设的智能小区无线网络的需求分析。
3．根据需求详细论述你参与设计和实施的无线网络组网方案，包括中心机房、有线骨干网、有线／无线中间层、节点交换机，无线接入点的分布，网络拓扑结构图和无线覆盖效果图，用户认证、访问控制和计费管理，AP的控制和管理等。
4．分析你在网络建设和管理过程中遇到的问题，评估安全防范方案的效果以及进一步改进的措施。


知识点讲解
· 无线接入 · 传输介质 · 关键技术 · 无线传输 · 无线传输介质

无线接入

无线接入是指从公用电信网的交换结点到用户驻地网（或用户终端）之间的全部（或部分）传输设施采用无线手段的接入技术。

微波接入

现在，比较常见的宽带无线接入技术主要有MMDS（Multichannel Microwave Distribution System，多通道多点分配业务）、LMDS（Local Multipoint Distribution Services，本地多点分配业务）两种，它们的基础是微波传输技术。下图所示是LMDS的网络结构图，MMDS的网络结构与此十分相近。

LMDS的网络结构示意图

从上图中可以看到，LMDS主要是由“基站系统”和“远端站系统”两大部分组成的，通常由运营单位来构建可服务于多个用户的中心“基站系统”，而对于需要使用无线接入服务的用户，构建“远端站系统”。这两个系统都可以分为室内单元和室外单元两个部分。

.室内单元：提供与业务相关的部分，如业务的适配与汇聚。

.室外单元：提供基站与远端站之间的射频传输的功能，如上图所示，它们通常安装在建筑物的顶上。

LMDS通常拥有完善的网管系统，能够实现自动功率控制、本地和远端软件下载、自动故障汇报、远程管理、自动性能测试等功能。

LMDS系统是以点对多点的广播信号来传送的，工作在10GHz以上的频率（包括10.15～10.65GHz，24.25～25.25GHz，25.25～26.06GHz，27.5～31.225GHz，31.0～31.30GHz，38.6～40GHz等几种），因此它也必须采用视距传输，通常在10km以内。与第二代移动通信系统类似，LMDS也是采用蜂窝式的结构配置，根据天线的不同，最多可分为24个扇区，每扇区最高可达200Mb/s。

MMDS的配置、结构、技术与LMDS都基本相同，主要的区别在于MMDS使用的是3GHz左右的频段，因此传输距离更远。另外，它是从单向的无线电缆电视微波传输技术发展而来的，现在已经支持双向点到多点的宽带传输。

卫星通信

微波技术通常要求在视距范围之内，而卫星通信技术则可以有效地解决这一问题。从某种意义上说，可以将通信卫星想象为天空中的一个大的微波中继器。

在通信卫星上，通常包含了几个异频发射应答器，它们分别监听频谱中的一部分，并对接收到的信号进行放大，然后在另一个频率上将放大的信号重新发射出去（防止与接收的信号发生干扰）。由于地球是球面的，因此卫星离地球越近，其覆盖范围也就越小，要实现覆盖全球的卫星总数也就越多。可以安全放置卫星的区域包括三类，如下表所示。

可以安全放置卫星的区域类型

下面就逐一简要地进行说明。

（1）地球同步轨道卫星（Geosynchronous Orbit，GEO）。

.轨道槽位：ITU分配，即卫星运行的轨道。

.频率：这也是争夺最激烈的部分，如下表所示。

GEO频率

.典型系统：VSAT（小孔终端，低成本的微型站），将通过中心站进行数据的转发例如，VSAT-2要发信息给VSAT-4，则先通过通信卫星站发到中心站，然后再由中心站通过卫星发送给VSAT-4，如下图所示。

使用中心站的卫星通信

（2）中间轨道卫星（Middle Earth Orbit，MEO）：最典型的应用是由24颗卫星组成的全球卫星定位系统，很少用于通信领域。

（3）低轨道卫星（Least Earth Orbit，LEO）：优点是延迟时间短，缺点则是卫星需要较多，最有代表性的LEO通信卫星系统有三个。

.铱星计划：由66颗卫星组成（原计划是77颗），覆盖全球的语音通信系统，轨道位于750 km上。

.Globalstar：由48颗卫星组成，它的最大特点是不仅可以通过地区交换，还可以通过卫星直接进行交换，它也是一个语音通信系统。

.Teledesic：定位于提供全球化、高带宽的Internet服务，计划达到为成千上百万的并发用户提供上行100Mb/s，下行720Mb/s的带宽，而每个用户则使用一个小、固定、VSAT类型的天线完成。它的设计是使用288颗卫星（现在实际上是使用30颗），排列成为12个平面，轨道位于1350 km。

FSO

FSO（Free Space Optics，无线光通信）技术基于光传输方式，具有高带宽、部署迅捷、费用合理等优势。FSO技术以激光为载体，用点对点或点对多点的方式实现连接。虽然FSO通信不需要光纤而是以空气为介质，但由于其设备也以发光二极管或激光二极管为光源，因此又有“虚拟光纤”之称。

FSO技术最初被美国军方以及美国太空总署用于在偏远的地方提供高速连接。FSO技术具有与光纤技术相同的带宽传输能力，使用相似的光学发射器和接收器，甚至还可以在自由空间实现WDM技术。目前，FSO技术已走向民用，它既可以提供短距离的网桥解决方案，也可以在服务供应商的全光网络中扮演重要角色。

FSO技术与传统的铜线或光纤技术不同的是，它在空气中通过激光技术传送信号，以透镜和反射镜来聚集或控制光束的方向，从而将数据从一个芯片传送至另一个芯片处。FSO通信建立在彼此间连接在一起的FSO设备之上，每个FSO设备均由一个激光发射器和一个接收器组成，具备全双工能力。每个FSO设备使用一个带有透镜的诸如激光这样的高压电光源，它可以在大气中将各种波长的光束沿直线发送给正等待接收信息的那个透镜，而接收的透镜则通过光纤和DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing，密集波分复用）信号分路器连接在一个高敏感接收器之上。FSO通信设备无须申请频段许可证，设备容易升级，而且其开放的接口支持来自多种厂商的仪器。

FSO产品可以传输数据、语音和影像等内容。目前市场上的产品最高支持2.5Gb/s的传输速率，最大传输距离为4km。不过FSO技术在理论上没有带宽上限。

FSO技术的主要特点如下：

（1）高带宽，支持10Mb/s～2.5Gb/s或更高。

（2）低误码率，仅为10～12。

（3）安装快速、使用方便，只需一天或更短的时间即可安装和调试成功，很适合用在特殊地形和地貌、有线方式难以实现及机动性高的场所。

（4）不占用拥挤的无线电频率资源，其设备工作在不需管制的光谱（1000nm左右），因此既不会与其他传输发生干扰，也在当前不存在申请许可证的问题。

（5）伸缩性好。当添加结点时，原有的网络结构无须改变，只要改变结点数量和配置即可。

（6）安全性高。由于FSO通信的光束很窄，所以业务链路很难被发现，信号也很难被截获。

FSO也有自身的缺陷，主要是会受到大气状况或物理障碍的影响。因此在搭建FSO方案时，需要考虑到这些干扰因素。

（1）雾：雾像成千上万个棱镜，其吸收、散射和反射的力量联合起来足以修改光的特性或是完全遮蔽住光通道，从而破坏两个透镜之间的准直性。对此最主要的解决办法是缩短连接距离或采用备份网络连接。在具体的应用中，常常采用毫米波通信作为备用手段。当某一种通信方式受到影响后，可立即无缝切换到另一种方式。

（2）吸收：大气层中悬浮的水分子吸收光子，会导致FSO的传输功率降低，将直接影响到系统的可用性。根据大气的状况来选择合适的功率，或是利用空间多样性（在一个FSO设备中有多束光波）能够帮助保持网络可用性的水平。

（3）散射：当光波与散射物质相碰撞时就会产生散射。这样虽然不会损失能量，但会使各方向上的能量重新分配，从而降低远距离的光波强度。

（4）物理阻隔：光路上不能有障碍物或长时间的阻挡。大多数FSO产品配备4个激光收发器，以提高容量和冗余度，这样当落叶或鸟群较长时间地挡住某一通路时，整个通信不致受阻。

（5）建筑物的晃动／地震：建筑物的运动会破坏光束的对准，从而影响发射器和接收器之间的对准。

（6）闪光：从地球或排热管这样的人造设备中上升的热空气会造成不同空间的温度差异，这会使信号的振幅产生波动，从而导致接收器端的图像跳动。

传输介质

网络传输介质是指在网络中传输信息的载体，常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。无线传输介质是指在两个通信设备之间不使用任何物理连接，而是通过空间传输的一种技术。无线传输介质主要有微波、红外线和激光等。它们的抗干扰性都比较差；有线传输介质是指在两个通信设备之间实现的物理连接部分，它能将信号从一方传输到另一方，有线传输介质主要有双绞线（twist-pair）、同轴电缆和光纤3种。

双绞线

（1）物理特性：双绞线由按规则螺旋结构排列的两对或四对绝缘线组成。一对线可以作为一条通信电路，各个线对螺旋排列的目的是使各线对之间的电磁干扰最小。

（2）传输特性：双绞线最普遍的应用是语音信号的模拟传输。使用双绞线通过调制解调器（Modem）传输模拟数据信号时，数据传输速率目前单向可达56kbps，双向可达33.6kbps，24条音频通道总的数据传输速率可达230kbps。使用双绞线发送数字数据信号，一般总的数据传输速率可达2Mbps。

（3）连通性：双绞线可用于点对点连接，也可用于多点连接。

（4）地理范围：双绞线用于远程中继线时，最大距离可达15km；用于10Mbps局域网时，与集线器的距离最大为100m。

（5）抗干扰性：在低频传输时，其抗干扰能力相当于同轴电缆。在10~100kHz时，其抗干扰能力低于同轴电缆。

（6）价格：双绞线的价格低于其他传输介质，并且安装、维护方便。

双绞线分为屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）与非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）。屏蔽双绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽层。屏蔽层可减少辐射，防止信息被窃听，也可阻止外部电磁干扰的进入，使屏蔽双绞线比同类的非屏蔽双绞线具有更高的传输速率。非屏蔽双绞线电缆具有以下优点：无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间；重量轻，易弯曲，易安装；将串扰减至最小或加以消除；具有阻燃性；具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。

对于双绞线，用户最关心的是表征其性能的几个指标。这些指标包括衰减、近端串扰、阻抗特性、分布电容、直流电阻、衰减串扰比及回波损耗等。目前，常见的双绞线有三种线型，分别是5类线、超5类线和6类线，前者线径细，而后者线径粗。

（1）5类线：电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输率为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100Base-T和10Base-T网络。这是最常用的以太网电缆。

（2）超5类线：具有衰减小、串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值和信噪比、更小的时延误差，性能得到很大提高。主要用于千兆位以太网。

（3）6类线：电缆的传输频率为1~250MHz，6类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比应该有较大的余量，它提供2倍于超5类的带宽。6类布线的传输性能远远高于超5类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。6类与超5类的一个重要的不同点在于：改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。6类标准中取消了基本链路模型，布线标准采用星形的拓扑结构，要求的布线距离为：永久链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。

同轴电缆

（1）物理特性：同轴电缆也由两根导体组成，有粗细之分，它由套置单根内导体的空心圆柱体构成。内导体是实芯或者是绞合的，外导体是整体的或纺织的。内导体用规则间距的绝缘环或硬的电媒体材料来固定，外导体用护套或屏蔽物包着。

（2）传输特性：50Ω电缆专用于数字传输，一般使用曼彻斯特编码，数据速率可达2Mbps。CATV（Community Antenna Television，有线电视网）电缆可用于模拟和数字号传输，传输模拟信号，频率可以高达300~400MHz；对数字信号，已能达到50Mbps。

（3）连通性：同轴电缆可用于点对点连接，也可用于多点连接。

（4）地理范围：典型基带电缆的最大距离限于数千米，而宽带网络则可以延伸到数十千米的范围。

（5）抗干扰性：同轴电缆的结构使得它的抗干扰能力较强，同轴电缆的抗干扰性取决于应用和实现。一般对较高频率的干扰，它的抗干扰性优于双绞线。

（6）价格：安装质量好的同轴电缆的成本介于双绞线和光纤之间，维护方便。

光纤

（1）物理特性：光学纤维是一种直径极细（2~125μm）、柔软、能传导光波的介质。各种玻璃和塑料都可用来制造光学纤维。光缆具有圆柱形的形状，由三个同心部分组成：纤芯、包层和护套。

（2）传输特性：光纤利用全内反射来传输经信号编码的光束。它分多模和单模方式两种，多模的带宽为200MHz/km~3GHz/km，单模的带宽为3GHz/km~50GHz/km。

（3）连通性：光纤最普通的使用是在点到点的链路上。

（4）地理范围：光纤信号衰减极小，它可以在6~8km的距离内不使用中继器实现高速率数据传输。

（5）抗干扰性：不受电磁干扰和噪声千扰的影响。

（6）价格：目前光纤系统比双绞线系统和同轴电缆系统贵，但随着技术的进步，它的价格会下降以与其他材料竞争。

单模光纤中，模内色散是比特率的主要制约因素。由于其比较稳定，如果需要的话，可以通过增加一段一定长度的“色散补偿单模光纤”来补偿色散。零色散补偿光纤就是使用一段有很大负色散系数的光纤来补偿在1550nm处具有较高色散的光纤，使得光纤在1550nm附近的色散很小或为零，从而可以实现光纤在1550nm处具有更高的传输速率。

多模光纤中，模式色散与模内色散是影响带宽的主要因素。技术工艺能够很好地控制折射率分布曲线，给出优秀的折射率分布曲线，对渐变型多模光纤，可限制模式色散而得到高的模式带宽。

单模光纤的光纤跳线一般用黄色表示，接头和保护套为蓝色，传输距离较长，芯线窄，需要激光源，耗散小，高效。多模光纤的光纤跳线一般用橙色表示，也有的用灰色表示，接头和保护套用米色或者黑色，传输距离较短，宽芯线，聚光好，耗散大，低效。

一般来说，多模光纤要比单模光纤便宜。如果对传输距离或传送数据的速率要求不严格，那么，多模光纤在大多情况下都可以表现得很好。单模光纤虽然成本高，但是具有散射小的特点，可以应用在长距离传输或者需要高速数据速率的场合。

为了便于记忆，这里把有线传输的介质归纳成如下表所示。

有线传输介质比较

在有关传输介质方面，还需要掌握各种以太网所使用的介质类型，如下表所示。

以太网常用传输介质

关键技术

一个完整的嵌入式DBMS由若干子系统组成，包括主DBMS、同步服务器、嵌入式DBMS、连接网络等几个子系统，如下图所示。

嵌入式数据库系统组成

（1）嵌入式DBMS。嵌入式DBMS是一个功能独立的单用户DBMS。它可以独立于同步服务器和主DBMS运行，对嵌入式系统中的数据进行管理，也可以通过同步服务器连接到主服务器上，对主数据库中的数据进行操作，还可以通过多种方式进行数据同步。

（2）同步服务器。同步服务器是嵌入式数据库和主数据库之间的连接枢纽，保证嵌入式数据库和主数据库中数据的一致性。

（3）数据服务器。数据服务器的主数据库及DBMS可以采用Oracle或Sybase等大型通用数据库系统。

（4）连接网络。主数据库服务器和同步服务器之间一般通过高带宽、低延迟的固定网络进行连接。移动设备和同步服务器之间的连接根据设备具体情况可以是无线局域网、红外连接、通用串行线或公众网等。

移动DBMS的关键技术

嵌入式移动数据库在实际应用中必须解决好数据的一致性（复制性）、高效的事务处理和数据的安全性等问题。

（1）数据的一致性。嵌入式移动数据库的一个显著特点是，移动数据终端之间以及与同步服务器之间的连接是一种弱连接，即低带宽、长延迟、不稳定和经常性断接。为了支持用户在弱环境下对数据库的操作，现在普遍采用乐观复制方法，允许用户对本地缓存上的数据副本进行操作。待网络重新连接后再与数据库服务器或其他移动数据终端交换数据修改信息，并通过冲突检测和协调来恢复数据的一致性。

（2）高效的事务处理。移动事务处理要解决在移动环境中频繁的、可预见的断接情况下的事务处理。为了保证活动事务的顺利完成，必须设计和实现新的事务管理策略和算法。

（3）数据的安全性。许多应用领域的嵌入式设备是系统中数据管理或处理的关键设备，因此嵌入式设备上的DBS对存取权限的控制较严格。同时，许多嵌入式设备具有较高的移动性、便携性和非固定的工作环境，也带来潜在的不安全因素。同时某些数据的个人隐私性又很高，因此在防止碰撞、磁场干扰、遗失、盗窃等方面对个人数据的安全性需要提供充分的保证。

移动DBMS的特性

移动DBMS的计算环境是传统分布式DBMS的扩展，它可以看做客户端与固定服务器结点动态连接的分布式系统。因此移动计算环境中的DBMS是一种动态分布式DBMS。由于嵌入式移动DBMS在移动计算的环境下应用在EOS之上，所以它有自己的特点和功能需求：

（1）微核结构。考虑到嵌入式设备的资源有限，嵌入式移动DBMS应采用微型化技术实现，在满足应用的前提下紧缩其系统结构以满足嵌入式应用的需求。

（2）对标准SQL的支持。嵌入式移动DBMS应能提供了对标准SQL的支持。支持SQL92标准的子集，支持数据查询（连接查询、子查询、排序、分组等）、插入、更新、删除多种标准的SQL语句，充分满足嵌入式应用开发的需求。

（3）事务管理功能。嵌入式移动DBMS应具有事务处理功能，自动维护事务的完整性、原子性等特性；支持实体完整性和引用完整性。

（4）完善的数据同步机制。数据同步是嵌入式数据库最重要的特点。通过数据复制，可以将嵌入式数据库或主数据库的变化情况应用到对方，保证数据的一致性。

（5）支持多种连接协议。嵌入式移动DBMS应支持多种通信连接协议。可以通过串行通信、TCP/IP、红外传输、蓝牙等多种连接方式来实现与嵌入式设备和数据库服务器的连接。

（6）完备的嵌入式数据库的管理功能。嵌入式移动DBMS应具有自动恢复功能，基本无须人工干预进行嵌入式数据库管理，并能够提供数据的备份和恢复，保证用户数据的安全可靠。

（7）支持多种EOS。嵌入式移动DBMS应能支持Windows CE、Palm等多种目前流行的EOS，这样才能使嵌入式移动DBMS不受移动终端的限制。

另外，一种理想的状态是用户只用一台移动终端（如手机）就能对与它相关的所有移动数据库进行数据操作和管理。这就要求前端系统具有通用性，而且要求移动数据库的接口有统一、规范的标准。前端管理系统在进行数据处理时自动生成统一的事务处理命令，提交当前所连接的数据服务器执行。这样就有效地增强了嵌入式移动DBMS的通用性，扩大了嵌入式移动数据库的应用前景。

在嵌入式移动DBMS中还需要考虑诸多传统计算环境下不需要考虑的问题，例如，对断接操作的支持、对跨区长事务的支持、对位置相关查询的支持、对查询优化的特殊考虑，以及对提高有限资源的利用率和对系统效率的考虑等。为了有效地解决这些问题，诸如复制与缓存技术、移动事务处理、数据广播技术、移动查询处理与查询优化、位置相关的数据处理及查询技术、移动信息发布技术、移动Agent等技术仍在不断地发展和完善，会进一步促进嵌入式移动DBMS的发展。

无线传输

无线传输主要有微波通信、卫星通信、红外通信和激光通信等几种方式。

1）地面微波接力通信

微波的频率范围为300MHz~300GHz，但主要使用2~40GHz的频率范围。微波通信的主要优点是：频率高，范围宽，通信量大；频谱干扰少，传输质量好，可靠性高。但是由于微波是沿直线传播的，故在地面上的传播距离有限；因相邻站之间必须直视，对环境要求高，有时会受恶劣天气影响，保密性差。

2）卫星通信

卫星通信是利用地球同步卫星作为中继器来转发微波信号的一种特殊微波通信形式。卫星通信可以克服地面微波通信距离的限制，3个同步卫星可以覆盖地球上全部通信区域。

和微波接力通信相似，卫星通信也具有频带宽、干扰少、容量大、质量好等优点。另外，其最大特点是通信距离远，基本没有盲区，缺点是传输时间长。

无线传输介质

无线传输介质是指人们周围的自由空间。在自由空间利用电磁波发送和接收信号进行通信就是无线通信。无线通信的方式有无线电波、微波、红外线和激光等。

（1）微波。

微波通信在数据通信中占有重要地位。微波频率范围为300MHz～300GHz，但主要使用2～40GHz的频率范围。其通信方式主要有地面微波接力通信和卫星通信。

微波在空间是直线传播的，由于地球表面是曲面，故微波传输距离一般只有50km左右。为了增大传输距离，必须使用中继站进行接力传输。若使用100m高的天线塔，可使传输距离增大到100km。微波通信的优点是频带宽、通信容量大、传输质量高、可靠性强，比等距离的电缆载波通信投资少、见效快；缺点是相邻站之间必须直视，对环境要求高，有时会受恶劣天气影响，保密性差。

卫星通信是在地球站之间利用位于36 000km高空的同步卫星作为中继站的一种微波接力通信。由于一颗卫星的覆盖范围达18 000km，故通常在赤道上空等距离放置三颗相隔120°的卫星即可覆盖全球。卫星通信也具有频带宽、干扰少、容量大、传输距离远、无盲区、传输质量好等优点，但是有传输时延长的缺点。

（2）无线电。

无线电波可以在空间自由传播，可以进行多种通信。国际电信同盟（ITU）对无线传输所使用的频段进行了正式命名，分别是低频（LF）、中频（MF）、高频（HF）、甚高频（VHF）、特高频（UHF）、超高频（SHF）、极高频（EHF）和目前无标准译名的THF（Tuned HF）。无线电波是最早使用无线传输手段，目前仍然是最主要的一种远距离通信方式。其优点是频带较宽、技术成熟、成本相对较低，但有时会受恶劣天气影响，保密性差。

（3）红外线。

红外线通信是利用红外线来传输信号，在发送端设有红外线发送器，接收端设有红外线接收器，可以任意安装在室内或室外，但它们之间不允许有障碍物。红外线具有很强的方向性，很难窃听、插入和干扰，但传输距离有限，易受环境（如雨、雾和障碍物）干扰。

（4）激光。

激光通信是利用激光束来传输信号，即将激光束调制成光脉冲，因此激光通信与红外线通信一样是全数字的，不能传输模拟信号。它们的不同之处在于激光硬件会发出少量射线污染环境，须经特许才能安装。

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