校園無線網際網路之規劃與建置

校園無線網際網路之規劃與建置

竇其仁 林碧華 林志鴻 謝明璋 逢甲大學資訊工程學系

E-mail: crdow, phlin, jerry, mchsieh@crab.iecs.fcu.edu.tw

摘要 由於網際網路的蓬勃發展，校園網 路的使用儼然成為師生們生活必需品，為 突破"線"制，處處上網，本校近年來致力 發展校園無線網際網路應用，推動資訊化 校園。本文介紹無線網路的技術與應用， 並針對數家無線網路產品作了實際環境 測試及參考國內外各大學有關校園無線 網際網路的建置，且針對全校師生製作一 份 有 關 無 線 網 際 網 路 使 用 需 求 問 卷 調 查，作一研究分析探討，進一步完成逢甲 大學校園無線網際網路的規劃與建置。 1. 前言 隨著網際網路的發展日新月異，網 路技術的迅速發展，各項網路服務因應而 生，其使用之普及已成為每個人生活中的 一部份。逢甲大學自民國 79 年起，即利 用撥接方式連上國際學術網路 BITNET，正 式成為 Internet 上的一員，民國 82 年起 陸續完成全校各主要建築之光纖線路鋪 設工程，建構一個具有 100Mbps 的光纖環 路，再以光纖乙太網路(Ethernet)連接各 大樓，並將校內各大樓的電腦實習室連上 校園網路；民國 85 年先後完成學生宿舍 網路的架構工程，使住宿學生也可使用校 內各類電腦資源。現今網路技術已逐漸朝 向交換式網路發展，本校目前正進行汰換 傳 統 FDDI 路 由 器 為 路 由 式 交 換 器 （Routing Switch），並整合遠距教學之 單模光纖網路，以 2Gbps 或 4Gbps 之 Cisco GigaChannel 連接各骨幹交換器，尚未建 置單模光纖網路之大樓則以 800Mbps 之 Cisco Fast EtherChannel 技術連接骨幹 交換器，形成完整高速交換處理能力之二 代校園網路。基於校園網路的建構完成， 可以在校內利用教學主機、工作站教室、 PC 教室的網路連結，可以讓師生隨處使用 校園網路，連上網際網路。 逢甲大學積極推動資訊化校園，使 全校師生都可在校園內各處上網。而傳統 的網路佈線方式皆為有線架構，由於校園 的廣大許多地方以有線的方式建置網路 所花費之物力與人力成本龐大，且並非每 個地方都很容易佈線上網（如警衛室、游 泳池等校園週邊地點及榕榕大道等室外 環境），為解決此問題，校園無線網際網 路環境的建構因應而生。 逢甲大學校園無線網際網路的建構 完成，除了在校園中可處處上網外，不僅 能消除及取代佈線時所遭遇的困難，更可 滿足網路移動工作者的需求，由於科技進 步，筆記型電腦的功能強大且價格便宜， 其輕薄短小攜帶方便，已漸漸取代桌上型 電腦而成為新一代電腦工具，只要攜帶筆 記型電腦及一片無線網路卡即可上網連 上網際網路，到處漫遊。我們擬進一步的 成立無線 PC 教室，只須架設基本的無線 網路設備使其連上校園乙太網路，並提供 無線網路卡，教室內不須佈線與提供個人 電腦，不僅美觀大方更可節省學校每年採 購更新個人電腦與維護的費用，學生自備 筆記型電腦即可隨時至教室中使用，提供 全校師生更自由方便的使用環境。 2. 無線區域網路的技術與架構 在無線網路的架構中，電腦主機不 需要像在傳統的有線網路裡，必須保持固 定在網路架構中的某個節點上，而是可以 在任意的時間作任何的移動，也能擷取到 網路上的資料。1985 年，美國聯邦通訊委 員 會 （ FCC ； Feferal Communications Commission ） 決 定 開 放 三 個 ISM （Industrial Scientific Medical）頻 帶 ， 即 902~928MHz 、 2.4~2.483GHz 、 5.275~5.875MHz 等三個頻帶[1]。為了使 各種通訊產品之間能夠互通，1997 年 6 月

IEEE 802.11 無線區域網路（Wireless LAN）的標準[2]因而產生‧ IEEE 802.11，主要的目的就是制訂 出一套適合在無線網路環境下作業的通 訊協定，其重要的工作，就是制訂出 MAC 層和實體層之各項協定及標準[3]。其傳 輸媒介為無線電波，通訊協定為 CSMA/CA （Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）[4]可避免大部分 不必要的衝撞，提供優先權服務。這個標 準指出可使用 Infra Red（紅外線）、Direct Sequence Spread Spectrum（DSSS 直接序 列展頻）和 Frequency Hopping Spread Spectrum（FHSS 跳頻）[5-6]等三種技術 來達到多重傳輸速率，此外針對三種不同 的 ISM 頻帶，也都有不同的 PHY 規格。 無線區域網路的基本架構有二種：  有基礎架構的無線區域網路 （Infrastructure Wireless LAN）  無基礎架構的無線區域網路（Ad Hoc Wireless LAN）

所謂基礎架構通常是指一個現存的 有 線 網 路 分 散 式 系 統 （ wireless distribution system），在這種網路架構 中，會存在有一種特別的節點，稱作擷取 點（Access Point），此擷取點的功能就 是要將一個或多個無線區域網路和現存 的有線網路系統相連結，以提供某個無線 區域網路中的工作站，能和較遠的另一個 無線區域網路的工作站通訊，亦能擷取有 線系統中的網路資源。 無基礎架構的無線區域網路主要是 提供不限量的用戶，能即時架設起無線通 訊網路，此架構中任二個用戶間都可直接 通訊，這一類的無線網路架構經常用於會 議室中。 3. 國內外各大學無線區域網路的建置 無線網路目前在國內外，已經有許多 的 學 校 實 驗 室 在 進 行 區 域 性 的 運 作 使 用，有些是用作於實驗性質的，也有些學 校已經落實了整個無線校園都能無線上 網的環境建置，這其中以卡內基美濃大學 (Carnegie Mellon University, CMU)的 Wireless Andrew [7-8]的無線校園網路 建置最為成熟也最完整。 卡內基美濃大學早在 1994 年就開始 著手無線網路相關的研究，從一開始只在 幾棟建築中裝設無線網路，剛開始的作法 是 在 每 棟 大 樓 上 裝 設 Access Point (AP)，藉以轉遞彼此之間的網路資料，使 得各大樓之間的原本以有線網路為媒介 的架構進而讓無線網路來取代。直到 1999 年，整個卡內基美濃大學校園內共架設了 400 多部 Lucent 的 WavePOINT AP，可以 提供全校將近一萬名的師生，在校園內隨 時 隨 地 都 可 以 自 由 上 網 了 ， 而 每 個 WavePOINT 是透過 10BASE-T 的集線器連接 在光纖上，但為了避免有線網路與無線網 路之間的流量彼此有所影響，無線網路的 骨 幹 會 連 接 到 一 棵 Cisco 7500 的 router，再連接上校園有線網路骨幹， router 會辨別網址來過濾封包的轉送。如 果是在校園外，WavePOINT 所沒有含蓋的 範圍內，學校也提供 Cellular Digital Packet Data（CDPD）〔9〕的服務，讓校 園外的師生也可以透過無線的數據機來 上網。 而國內大學來也有很多投入無線區 域網路方面的研究，像是跨大樓之間的無 線橋交器連線與會議室內提架設無線的 擷取站(Access Point)以供無線上網等局 部性的無線網路環境，但是還沒有像 CMU 這種整個校園都可以處處上網的無線基 礎架構的出現。 逢甲大學為建置無線網際網路，去 年起即由資訊中心與資研所行動計算實 驗室共同合作，建置一小型的無線網路環 境，並商借數家無線網路產品分別測試其 傳輸速率及距離等各項測試（如表一）， 以作為建置校園無線網際網路的參考依 據。由於紅外線技術產品易受環境因素干 擾，而跳頻技術產品的傳輸速率受限於 2-3Mbps 的有限頻寬，目前廠商大都採用 DSSS[4]技術，其傳輸速度為 2Mbps，傳輸

距離為 20 公尺到 300 公尺。

Z-com Dbtel Lucent Frequency 2.4GHz 2.4GHz 2.4GHz Transmission DSSS DSSS DSSS Claimed data rate 2Mbps 2Mbps 2Mbps Transmission range 145M 170M 210M Physical data rate 140Kbps 150Kbps 180Kbps 表一：產品測試表 4. 校園無線區域網路需求之探討 為了瞭解學生對無線校園網路的需 求，我們事先透過與廠商的合作，舉辦了 校 園 無 線 網 路 展 示 與 無 線 技 術 的 說 明 會，藉此向全校師生介紹無線網路的基本 觀念與運用。此外，也針對全校師生設計 一份問卷。關於問卷調查的對象則是以八 十七年度下學期逢甲大學學生為調查對 象。這份問卷填寫的時機則是在受訪者實 際使用過無線校園網路之後，請他們來填 寫。 問卷調查所使用的工具是將我們自 行擬定的問題放在ＷＷＷ上，受訪者在使 用過無線網路後，直接以無線方式連上網 填寫我們的問卷將資料 Submit 到我們的 Web Server。問卷的編製首先調查受訪者 對校園網路的需求，然後是調查受訪者對 於建置校園無線網路的意願及意見。整個 問卷調查進行為期一週，地點為逢甲大學 忠勤樓廣場與圖書館前廣場，時間則為下 課後人最多的５點半到６點半的時段。最 後回收之有效問卷合計共有三百八十九 份。 問卷調查結果 問卷題目及統計分析結果如下：（百 分比為選答人數與有效回收數三八九之 百分比） 1．請問你是經常在學校機房上網嗎？ (1) 經常41% (2）偶而31% (3) 想到才去24% (4) 沒去過4% 2．請問你覺得在學校機房上網方便嗎？ (1) 十分方便17% (2)方便14% (3) 還好%44 (4) 十分不便 25% 3．請問你常因為機房在上課中或客滿而 無法上機嗎？ (1) 經常85% (2)偶而11% (3) 很少遇到這種情形2% (4) 沒遇過這種情形2%？ 問卷調查受訪者對校園網路需求可 以從以上的統計結果看出。幾乎全部的受 訪者都有在學校使用過網際網路，而將近 一半的受訪者都是利用學校的校園網路 在上網。其原因除了 Internet 越來越普 及之外，另一點就是因為利用學校校園網 路的費用比使用者在家中透過 ISP 撥接上 網的費用便宜。問題二的結果則說明了約 ３／４的受訪者對目前學校所提供的上 網環境感到還算方便。最後問題三則顯示 學校電腦機房的不足，這是由於全校學生 與電腦機房之比例仍有不足（全校學生約 一萬八千人），這使得大部份的受訪者都 無法盡情的使用學校的網路資源而造成 不便。面對這個困境，建立無線校園網路 是一個可以解決這個問題的一個方案。而 校園無線網路的推動在我們的調查結果 中也顯示出有其需要，其可以從以下的問 題中看出。 4．如果學校提供一個環境讓你在任何時 間、任何地點想上網就上網而且不用與人 家搶機房。你是否願意在這樣的環境中使 用網路？（圖一） (1) 十分願意90% (2) 還好3% (3）看看怎樣再說4% (4) 沒興趣0% (5) 真的有這樣的環境嗎？3% 5．同上題，如果學校現在要建立這樣的 環境，你願意支持嗎？（圖二） (1) 十分願意94% (2) 還好2% (3) 看看怎樣再說4% (4) 沒興趣0%

（圖一） （圖二） 要建立校園無線網路以一般桌上型 的電腦是無法勝任的。這最大原因是因為 桌上型電腦無法帶著走，而解決的方法使 用筆記型電腦。目前筆記型電還不如桌上 型電腦普及，大部份的人在選購電腦時還 是會買桌上型電腦。但是若學校提供了無 線上網的環境時，這結果就不一樣了，其 可以從我們的問卷調查看出。 6．如果學校建立好這樣的環境，但你只 能 使 用 筆 記 型 電 腦 在 這 樣 的 環 境 中 上 網。那你在購買電腦時，你會優先考慮購 買（圖三） (1) 筆記型電腦64% (2) 桌上型電腦22% (3) 兩者都買10% (4) 目前還不考慮買電腦4% 有了筆記型電腦之後，接下來每個使 用者要有一塊無線網路卡。目前無線網路 卡還不如有線網路卡普及，因為目前其價 格仍然偏高。考慮學生的經濟能力，對於 要不要由學校來提供無線網卡的問題，問 卷調查結果顯示大部份還是希望由學校 提供。 （圖三） （圖四） 7．如果你現在有一台筆記型電腦，而在 學校這樣的環境中需要特殊的無線網路 卡。那你對購買無線網路卡的意願是（圖 四） (1) 自費購買28% (2) 向學校租借使用27% (3) 由學校免費提供45% 最後就地點的選擇，我們在問卷中列 出了逢甲大學中一些代表性的地方供受 訪者選擇，其資料如下。 8．您最希望學校能夠提供無線上網的地 點是： (1) 榕榕大道29% (2) 噴水池及忠勤樓廣場12% (3) 榆園6% (4）有冷氣的教室39% (5) 其它14% 由以上結果可知，學生們最希望能無 線上網的地方是像有冷氣的教室等比較 涼快的地方。會出現這個結果與天氣有著 相當大的關係，這是因為夏天快到了，誰 都希望在一個比較舒適的環境下上網。 如果學校提供一個環境讓你在任何時間、任何地點想 上網就上網而且不用與人家搶機房。你是否願意在這 樣的環境中使用網路？ 十分願意 90% 還好 3% 看看怎樣再 說 4% 沒興趣 0% 真的有這樣 的環境嗎？ 3% 十分願意 還好 看看怎樣再說 沒興趣 真的有這樣的環境 嗎？ 同 上 題 ， 如 果 學 校 現 在 要 建 立 這 樣 的 環 境 ， 你 願 意 支 持 嗎 ？ 十 分 願 意 94% 還 好 2% 沒 興 趣 0% 看 看 怎 樣 再 說 4% 十 分 願 意 還 好 看 看 怎 樣 再 說 沒 興 趣 如果學校建立好這樣的環境，但你只能使用筆記型電 腦在這樣的環境中上網。 那你在購買電腦時，你會優 先考慮購買 筆記型電腦 64% 目前還不考 慮買電腦 4% 兩者都買 10% 桌上型電腦 22% 筆記型電腦 桌上型電腦 兩者都買目前 還不考慮買電腦 如果你現在有一台筆記型電腦，而在學校這樣的環境 中需要特殊的無線網路卡。那你對購買無線網路卡的 意願是 自費購買 28% 向學校租借 使用 27% 由學校免費 提供 45% 自費購買 向學校租借使用 由學校免費提供

5. 逢甲大學無線網際網路的建置與規劃

校園無線區域網路的建置，分為二 大應用，一種為室內無線網路（Indoor Wireless LAN），包括無線簡報系統和無 線 網 路 教 室 ， 另 一 種 為 室 外 無 線 網 路 （Outdoor Wireless LAN），包括無線校 園網路和跨大樓無線主幹網路。本校分二 階段來完成全校校園無線網際網路的建 置。 5.1 第一階段建置 第 一 階 段 校 園 無 線 網 際網 路 的 建 置，其室內無線網路建置包括會議室與警 衛室上網。由於會議室經常有外賓來訪並 舉行例行性的簡報會議等功用，因此我們 在會議室中安裝一台 Access Point（簡 稱 AP）無線橋接器與校園乙太網路幹線連 接，使用者只要攜帶筆記型電腦並插上已 準備好之無線網路卡，設定好每台電腦的 IP 位址，即可立即連上校園網路存取資 料，如此既方便又可避免在會議室內架設 集線器及網路纜線所造成的雜亂與不便。 學校警衛室位於校門口，除了維護 校園交通與安全外，更是所有外賓詢問的 對象，為確切掌握全校資訊，連上校園網 路為其最有效之方法。然而其四周空礦而 且距離建築大樓較遠，網路纜線的佈置既 困難又不美觀，無線網際網路正可解決此 問題，同樣的我們離警衛室較近的大樓架 設一台 AP 連接校園網路，並在警衛室中 之電腦插上一片無線網路卡及提供一使 用 IP 位址，即可經由此 AP 連上校園網路。 在室外無線網路方面，包括無線校 園網路與跨大樓無線主幹網路的建置。目 前已於商學館一樓架設一部 AP 及天線， 如此學生在丘逢甲紀念館廣場上僅需自 備筆記型電腦並插上無線網路卡，即可連 上網際網路，可漫遊的距離約 200M 範圍， 充分顯示無線網路的方便性，適應室外環 境的應用。 校園中除了各建築大樓可連上校園 網路外，在距離學校約 300M 處亦有一層 辦公大樓(中港長鴻大樓 14 樓) ，以往為 使此辦公室內的同仁同樣可使用校園網 路，學校必須向電信局申請專線連接，如 此不但每月須負擔專線租費且使用量不 大，造成資源的浪費。因此於今年三月分 別於資訊中心人言大樓 11 樓及中港長鴻 辦公室內各架設一部 AP 並加裝定向天 線，作為二棟大樓間的主幹網路（圖五）， 中港長鴻辦公室中的電腦可透過此無線 主幹網路的連接而進入校園網路，如此可 以節省專線之月租費用。 （圖五）：跨大樓間的無線架構 5.2 第二階段建置 有鑑於 PC 電腦的更新速度甚快，學 校每年須投資大量預算在更新電腦教室 的個人電腦與電腦教室的擴增，因此今年 計劃增設數間無線網路教室，於每間教室 中架設一部 AP 及天線加強訊號，連接校 園網路，並提供無線網路卡及 IP 位址供 學生使用，一則可節省學校經費及節省網 路佈線時所花費的人力物力，再則學生只 須自備筆記型電腦即可在教室內連上網 路，不需至固定的教室上網，形成一動態 的網路教室。

（圖六）:榕榕大道 Access Point 的放置與含蓋範圍 為落實資訊化校園，使學生能於室 外的各個角落均能上網，規劃將於校園榕 榕大道上架設二部 AP 並以天線增強訊 號，其漫遊範圍將可含蓋整個榕榕大道， 甚至整個校園，如此一來可能隨時隨地都 可看到學生坐在榕樹下上網了。（圖六） 5.3 網路管理 為維護校園網路系統的正常運作， 校園網路的管理[11]是件非常重要的工 作。小型的無線網路環境其管理並不是一 件難事，但當其發展到整個校園時其管理 上就顯的相當困難了，如我們可以透過網 管系統監控有線網路上所有網路設備的 狀況，可隨時發現問題，即時解決，而早 期無線網路橋接器沒有提供 SNMP Agent 的功能，因此無法經由網管系統管理散佈 在全校各地的無線網路橋接器，只能在使 用者發現問題時，親自至現場解決，目前 許多廠商的無線網路橋接器（如 Lucent） 已提供此功能，因此可加入網管系統監控 中，解決此問題。另一問題為有線網路的 使用者皆有其固定的 IP 位址與存放位 置，我們可以很清楚的知道每台電腦的所 在位置及網路連線狀況並前往處理，而無 線網路之間的連線是透過無線電波的連 接，且使用者可到處漫遊，因此只能等使 用者發現無法連線時，再通知前往處理。 為了有效管理全校 IP 位址的使用， 我 們 尚 未 提 供 Mobile IP 功 能 ， IETF Mobile IP 標準[10]允許當移動主機從一 段 IP subnet 移動到另一段 IP subnet 時 不須重新更 IP 設定或重新開機，即可繼 續連線；針對無線網路 IP 的管理，每一 部 AP 固定分配一段 IP 位址，供每一塊無 線網路卡使用，並透過 AP 管理軟體，管 理 IP 的使用及網路卡 MAC Address 的設 定，因此每一台無線網路電腦可漫遊的範 圍為 AP 所含蓋之距離，若移動至另一 IP subnet 時須重新設定 IP 位址，目前我們 正進行 Mobile IP Server 的架設與測試， 完成後使用者只要擁有一個 IP 位址即可 在全校漫遊了。 6. 結論 校園無線網際網路的應用與需求日 漸增加，國外許多大學也都已經建置完整 的無線校園網路，而國內各大學也有很多 投入無線區域網路方面的研究，本校目前 也正積極研究發展中，進而逐步完成全校 校園無線網際網路的建置。為維持網路的 通暢與正常運作，無線網路的網管非常重 要，現在雖只完成一部份管理工作，仍要 繼續擴充其功能，充分發揮，使校園網路 的管理更有效率。 無線網路的技術仍在發展中，各家 廠商亦努力研發新技術及產品，雖然目前 受限於網路頻寬的限制(2Mbps) ，再加上 產品的價格偏高，目前尚未普及化，相信 於 今 年 底 推 出 高 速 無 線 網 路 頻 寬 －

11Mbps 後，將可大大改善此情形，我們將 有更多的選擇上網方式，網路佈線技術的 選擇亦更多，為大家帶來更大的便利。

參考文獻

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