全国十冬会亚布力赛区无线局域网建设与实践
雷 钊 王伟理
哈尔滨理工大学体育与健康科学研究所（哈尔滨 150040）
摘要：运动会电子信息系统被称为大型综合运动会的“神经系统”，它将反映一个
赛会的管理水平和科技水平，也标志着一个地区现代化的程度。此次十冬会采用计
算机网络信息系统， 将赛会办成一个网上冬季运动会，网络建设与传输至关重要。
与夏季项目相比，冬季雪上比赛项目在山区进行，不适合投资较大的有线网络系统建
设，为此在十冬会网络解决方中案确定了亚布力采用无线局域网。
关键词：无线传输 局域网 信息实时传输
1 引言
第十届全国冬季运动会比赛赛区分四地七个赛场，雪上项目在山区两地四个赛场进行，有线局域网在亚布力赛区使用存在线路铺设艰难，资金投入大，技术保障维护困难等诸多问题。从整个十冬会的网络建设方面考虑在亚布力赛区建设无线传输局域网。针对这些情况，本项目从丰富的冬季竞赛实践经验出发，经过反复多次的调研，针对我国冬季项目开展的特点及第十届冬季运动会的网络系统的具体要求，经技术论证此方案是可行。同时为21世纪大型综合体育赛会拓宽信息媒体的通道，创建体育信息传播快捷、安全的基础工作模式。
作为传统布线网络的一种替代方案或延伸，无线局域网络为移动用户和布线困难的场所提供了方便的网络接入，非常适合体育场地的无线通讯技术的应用。在现场架设无线网络覆盖，与有线网络相比，技术上更为先进，在人力和物资消耗上，做到节省，灵活、快速、高效，安全地构建了比赛现场数据的传输通道。这样无线网络与设在亚布力新闻楼中分中心机房、新闻中心网络共同构成无线/有线连接的十冬会亚布力局域网。
2 主要研究的内容、目标
我们了解到无线通讯技术已经是成型技术，但它在海拔1400米高度的山区，在零下30度气温的雪场，现场可视条件差等比较恶劣的条件下进行正常工作，在国内外体育比赛中是第一次。如何保证无线局域网的正常运行？无线网络安全问题？无线传输数据安全问题？风雪天气对无线传输的影响？多点同时传输对数据的干扰问题？达到为十冬会官方网站查询提供实时的比赛成绩和综合处理的比赛成绩的目的。
3 亚布力无线局域网建设的背景和基础
计算机局域网是把分布在一定范围内的不同物理位置的计算机设备连在一起，在网络软件的支持下可以相互通讯和资源共享的网络系统。由电缆或光缆构成的局域网有其本质的缺陷：布线、改线工程量大；线路容易损坏；网中的各站点不可移动。特别是当要把相距数公里远程站点接入网络时，或把这样距离的两个局域网相联时，而铺设专用通讯线路时，有布线施工难度大，费用多、耗时长等不足。这些问题都不同程度的制约着正在迅速扩大的联网需求。解决这一难题最迅速和最有效的方法是采用新型的计算机无线通信技术。
十冬会亚布力赛区无线/有线局域网构成与十冬会哈尔滨的两赛区局域网不同，它在现场成绩处理传输方式也与哈尔滨有线传输不同。亚布力赛区四个赛点分布在海拔1375米的大锅盔山上，海拔1100米的二锅盔，海拔500米山上。它们将与亚布力新闻楼共同构成亚布力无线传输局域网。使用无线传输技术建立的局域网首先应保证无线传输的安全性、数据的准确性、传输速度的快速性，与有线网络节点的有效连接。
4 亚布力无线局域网设计
建立无线局域网利用无线传输的形式，将越野滑雪、高山滑雪、跳台滑雪、冬季两项的比赛成绩送到亚布力分中心机房AP接收点，再通过互连网传到哈尔滨市八区十冬会中心机房。为此，选用全球公认的局域网IEEE 802工作组。
IEEE 802.11本是无线局域网络标准，它使PC在对等的基础上互联(或用集线器和Internet网关相联)。802.11b和802.11a只是其中的两个扩展标准，802.11a工作在5GHz频段，传输速率高达54Mb／s，而工作在2.4GHz频段的802.11b则适合于此环境。
短距离无线传输现在采用IEEE802.11b和蓝芽(bluetooth)技术者居多。现有的蓝牙规范使用信道带宽为1MHz，在发射带宽为1MHz时，其有效数据速率为721Kbit／s，通信范围约为10米，比较适用于手机和掌上型电脑等传输简易信息。与蓝牙相比较，IEEE802.11系统具备更高的数据传输率。IEEE802.11b频宽11兆位／秒，则比较适用于数字、影像高速无线传输。从传输距离看IEEE802.11b可达150米，开放环境可达300米。
802.11b标准之所以引起普遍关注，主要是因为802.11b是较成熟的无线技术，它已有统一的标准。在开发和制造方面占据优势，并具备更高的数据传输率。IEEE802.11b规范的速率定位在11Mb/s，与宽带网传输速率相同，并具备调制解调器那样的自动下调速率功能。
4.1 采用IEEE802.11b标准传输介质
802.11工作方式：802.11定义了两种类型的设备，一种是无线站，通常是通过一台PC机器加上一块无线网络接口卡构成的，另一个称为无线接入点(Access Point, AP)，它的作用是提供无线和有线网络之间的桥接。一个无线接入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口(802.3接口)构成，桥接软件符合802.1d桥接协议。接入点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线的接入站聚合到有线的网络上。无线的终端可以是802.11PCMCIA卡、PCI接口、ISA接口。
802.11定义了两种模式：infrastructure模式和ad hoc模式，在infrastructure模
式中，无线网络至少有一个和有线网络连接的无线接入点，还包括一系列无线的终端站。这种配置成为一个BSS(Basic Service Set 基本服务集合)。一个扩展服务集合(ESS Extended Service Set)是由两个或者多个BSS构成的一个单一子网。
Ad hoc模式(也成为点对点模式 pear to pear模式或IBSS Independent Basic Service Set)是一种802.11中的简单的系统构成方式，以这种方式连接的设备之间互相之间都直接通讯而不用经过一个无线接入点来和有线网络进行连接。这种方式对于不需要访问有线网络中的资源，而只需要实现无线设备之间互相通讯的环境中特别有用。
4.2 亚布力现场条件与设备选用
体育比赛信息的实时性和比赛的不可逆性，决定了比赛成绩实时传输发布的时效性，无线传输技术的采用可以完成信息传输任务。亚布力冬季多风多雪, 无线网络又是建在山高林密条件下，气温在零下30多度，而且工作环境常在下雪、刮风、低温的气候条件下，信号传输受到干扰和衰减，影响数据传输。在设计上采用点对点无线桥接和全向覆盖的组网模式。
亚布力雪场在海拔1230米的大锅盔山上，接收传输信号的新闻楼在半山腰，直线可视距离在2~3000米。常规的设备不可能将信号传输的山下，采用一种能够将发射能量集中到某一方向上的天线，以损失覆盖角来换取传输距离的抛物面栅型天线，使用它能够提供最高的增益和最窄的波束宽度，以适合最长距离的点对点传输。
针对赛会对信息化的要求和亚布力赛区的地形、环境等情况认真设计并确立了无线局域网方案，由于AboveCable的产品在体育领域的成功使用，决定在十冬会的亚布力滑雪场使用了AboveCable（美国）无线网桥设备。
4.2.1产品主要特性
可以更换更高增益的天线,因此可在较远距离的室外应用；更强的传输可靠性及传输拥塞控制功能； 采用有线等效加密(WEP)，保证您的数据不受非法访问的侵入； 精心设计的RF回声处理功能增加在具有强大反射波环境下的传输可靠性； 拥有请求发送（RTS）/清除发送（CTS）的功能，保证通信质量；10M以太网口轻松连入有线网络； 内部结构简单，集成度高，工作温度较低。通过USB和以太网可以设置网桥。系统设计功能较全，即支持网桥功能也支持对多点的桥接功能。安装、调试简单； 符合国际安全标准(FCC、ETSI)及我国无线电管理条例。
4.2.2产品优点
灵活性：TFW2000a无线访问接入点支持无线网卡访问有线网络和将多个有线网进行连接的方式，可以快速组建局域网络或连接远程网络，不受线缆的限制；支持在多个无线访问接入节点之间的漫游，并且可以更换高增益的天线。
高性能：支持用户实现高速的无线网络访问，独特的抗射频干扰设计，理想的接收灵敏度，宽范围的天线提供强大、可靠的无线传输。
安全性：使用可靠的DSSS扩频技术；根据网卡的MAC地址进行访问控制；使用网络标识和一种可选加密机制（64位和128位WEP加密），使用户数据传输更安全。
5 无线网络的安装
高山滑雪在海拔1375米至730米的大锅盔山上进行六个项目有三个起终点，在这个山上A点和C点的高度差有450米，A点距搭接网桥的新闻楼可视距离3400米，因此在设计传输形式设计使用使用组合天线和点对点桥接方案，全向天线和定向天线相结合。
全向天线将信号均匀分布在中心点360度全方位区域，适用于近距离连接点；定向天线能量聚集能力最强，信号的方向指向性极好，远距离连接点少，角度方位集中，两者结合优势显露出来。
无线桥接的安装是非常重要的，它往往可以决定整个网桥系统的成败。在亚布力施工中天线的安装角度十分讲究，根据高度的不同通过角度计算来垂直对准。
跳台滑雪项目在海拔890米的二锅盔山上进行，根据整体设计方案采取点对点的网桥连接，定向天线架设在裁判楼屋顶上，与新闻楼可视距离1300米，由于桥接距离较远赛会对传输的要求，采用每个桥接器分别与各自的放大器和天线相连，保证信号强度，解决传输距离间树高林密可视的效果差干扰。在安装调试中，采用了加高新闻楼全向天线的办法，避开树高，改善两点之间可视环境，传输的效果可以达到设计的需要。
越野滑雪和冬季两项赛场与新闻楼距离较近，采用全向天线混合覆盖传输。
6 无线网络调试和数据传输测试
全国第十届冬季运动会雪上项目比赛正是黑龙江气温最低的时侯，室外气温可达零下40度，比赛时的气温也在零下20度左右。亚布力山区的天气变化较大，冬天的风天和下雪都较多。根据比赛地区的实际情况，在11月无线网络安装完毕，进行了实地现场测试。
12月与雪上项目进行实际磨合，对网络进行实际检验：单项目，多项目，单文件，多文件，大型文件，分时间，同时间，集中，超大数据量传输，监控网络运行情况的变化，提出网络不同实况，不同传输，网络状况的测试报告。对天气情况都做专门实际条件下的测试（大风、大雪）。
测试、运行网络情况统计
日 期 气候条件 文件大小 网络环境 传输质量
11.24 有 风 正 常 正 常
12.4 山上大风雪 15K，30K 34~87% 不正常
12.18 较 好 30K，500K 97% 正 常
大型文件（多点同传）15M 78~99% 有干扰
1.7 大 风 10K 正常 正 常
1.10 好 10K 正常 正 常
7 无线传输的安全性
实际上无线局域网比大多数有线局域网的安全性更高。无线局域网技术早在第二次世界大战期间便出现了，它主要在军队应用。安全问题在无线局域网设备开发及解决方案设计时，都得到了充分的重视。目前，无线局域网络产品主要采用的是IEEE(美国电气和电子工程师协会)802.11b国际标准，大多应用DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum，直接序列扩频)通信技术进行数据传输，该技术能有效防止数据在无线传输过程中丢失、干扰、信息阻塞及破坏等问题。802.11b标准主要应用安全技术来保障无线局域网数据传输的安全。
1) SID(Service Set Identifier)技术。该技术可以将一个无线局域网分为几个需要不同身份验证的子网络，每一个子网络都需要独立的身份验证，只有通过身份验证的用户才可以进入相应的子网络，防止未被授权的用户进入本网络；
2) MAC(Media Access Control)技术。应用这项技术，可在无线局域网的每一个接入点(Access Point)下设置一个许可接入的用户的MAC地址清单，MAC地址不在清单中的用户，接入点(Access Point)将拒绝其接入请求；
8 结束语
无线通讯技术在全国第十届冬季运动会亚布力赛区局域网的成功建设和安全的运行，保证了十冬会电子信息网络系统的全面运转，保证了比赛信息实时传输的快捷性、准确性，为关注赛会的人们提供了新的传播媒体。无线通讯的特性频率为工业自由辐射频率，不用专门申请；该网络支持现有各种计算机网络软件，可以与现有的有线计算机网络混合组网，不会造成资金投入的加大；能够完成局域网互联的高速率传输，抗干扰性能好，安全性高；工作稳定可靠，证实了无线通讯技术在体育领域应用的前景广阔。除在体育比赛信息管理上的应用外，在运动训练、数据实时采集、模拟训练、仿真技术等多方面都会有很大的发展前景。
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