K-12 学校计算机网络/第 31 章

1. 定义和普及

近年来，Wi-Fi 成为我们电子词典中的一个新词。每个数字用户或多或少都知道“Wi-Fi”。但是，Wi-Fi 的准确定义是什么？让我们仔细看看。

Wi-Fi（无线保真）是一种流行的无线网络技术，使用无线电波提供无线高速互联网和网络连接。拥有 Wi-Fi（注册商标）术语的 Wi-Fi 联盟组织明确将 Wi-Fi 定义为任何“基于电气和电子工程师协会 (IEEE) 802.11 标准的无线局域网 (WLAN) 产品”。

许多应用程序和设备（尤其是掌上设备）都支持 Wi-Fi。这些包括视频游戏机、家庭网络、PDA、手机、主要操作系统以及其他类型的消费电子产品（例如笔记本电脑、笔记本电脑和平板电脑）。任何经过 Wi-Fi 联盟测试并批准为“Wi-Fi 认证”（注册商标）的产品都经认证可以相互互操作，即使它们来自不同的制造商。

如今，人们使用支持 Wi-Fi 的智能手机、笔记本电脑、平板电脑和其他掌上设备。Wi-Fi 的覆盖范围在许多国家越来越广。人们可能会在豪华酒店、高档住宅区、机场、一些火车站、图书馆、大学校园、书店、咖啡馆和一些餐厅看到“Wi-Fi”标志。它非常流行，以至于使用 Wi-Fi 成为我们日常生活的一部分。

Wi-Fi 技术有什么好处？一切

它使我们能够以高速和低成本访问互联网，而无需任何物理电线。与蓝牙和红外技术不同，Wi-Fi 具有更广的覆盖范围和更高的传输速度。虽然它的无线电范围更窄，但它仍然是我们享受无线互联网访问的最佳选择。

我们许多人认识到拥有支持 Wi-Fi 设备的好处。这些人的一组是青少年。他们喜欢拥有智能手机、iPod Touch 和笔记本电脑/或平板电脑。这带来了 Wi-Fi 在 K-12 学校（尤其是初中和高中）的潜在用途。

2. Wi-Fi 在学校的潜在用途

今天的孩子是数字原住民。今天的青少年喜欢数字设备：iPhone、iPod Touch、智能手机和笔记本电脑/平板电脑。在学校校园中使用 Wi-Fi 服务，拥有支持 Wi-Fi 设备的学生可以在学校时间享受上网。这很可能会延长他们练习技术技能以及学术学习的时间。

技术赋予孩子

教育技术最常关注的是将技术带到学校和教室。支持 Wi-Fi 的笔记本电脑计划将技术带给了孩子们。如下图 1 所示，Wi-Fi 可以将在家学习的学生连接到学校的内网及其内容和教学软件。学校的内网不是互联网，其中包含不适合学生的内容（色情内容、赌博等）。通过将访问权限限制在私有的、学校管理的内网，学生无法被在线掠食者接触到。

文件：Sunding Figure2.jpg 图 1 支持 Wi-Fi 的学校内网内容和教学软件

可负担性

Wi-Fi 的主要吸引力之一是其每个用户的成本。下表 1 说明了其与其他技术的成本比较，以每户通过的成本衡量。这种每户通过的低成本使其有可能让学区建立自己的私有接入网络，独立于商业运营商。

文件：Wifi-table15.pdf

表 1 Wi-Fi——市场上最便宜的接入技术

政府计划

一对一计算计划和“每个孩子一台笔记本电脑”（OLPC）计划已提升了成千上万学生的技术技能以及学术进步。

公立学区每年从税收中获得的每个学生的资金（联邦、州和地方资金），一些学区可以为每个学生配备一台支持 Wi-Fi 的笔记本电脑，将学校内网的内容和应用程序扩展到学生家中（例如：弗吉尼亚州的亨利科县学区，http://www.henrico.k12.va.us/whyhcps/technology.html ）。此外，近 90% 的彩票资金流向州政府，以经济支持公立学校。这些使学区能够部署一个 Wi-Fi 网络，将学生笔记本电脑连接到学校内网内容和教学软件，每天 24 小时全年无休，估计每个学生每月 1 美元，或一次性费用约 40 美元（取决于人口密度）。

联网（商业互联网访问）笔记本电脑或平板电脑可能是社会经济地位（SES）较高的孩子的标准配置，并且可能有一天在美国的家庭和教室中不可避免。那一天还有多远？十年还是两年？这取决于普通人是否负担得起。下图 2 显示了美国学校中支持 Wi-Fi 的笔记本电脑的趋势。

文件：Sunding figure1.jpg 图 2：美国学校中一对一联网/支持 Wi-Fi 的笔记本电脑的趋势

应用

用于教学的应用程序是真正的力量，是 Wi-Fi 网络的真正价值。Wi-Fi 网络和一对一计算本身对学生的教学没有多大帮助。网络的力量在于驻留在学校内网上的应用程序，学生可以通过 Wi-Fi 网络和一对一计算程序访问这些应用程序。

         Literacy

一个手持支持 Wi-Fi 的笔记本电脑并加载了交互式识字教学软件的学生会发现他们每天的教学得到了极大的增强。一个例子可能是英语学习者，他们的英语词汇量可以通过笔记本电脑和软件提供的视觉声音关系得到提高。在高中阶段，一个学生可以通过这些软件产品提供的一系列练习测试来提高他们阅读速度和考试技巧，从而为他们的美国考试 (ACT) 做准备。另一个例子可能是由于家庭紧急情况而缺课很多的学生可以进行“学分恢复”（NovaNet 就是一个例子）。

        Numeracy

学生支持 Wi-Fi 的笔记本电脑上的交互式软件增强了学生的数字感。许多软件产品提供数学游戏，可以帮助练习和发展数字感。在高中阶段，3D 图形对于理解三角学、物理学和生物学非常有帮助。

        Writing

许多学生发现用电脑写作比用笔和纸写作更容易。因此，学生更愿意尝试他们的写作（因此写得更多）并与同伴和老师分享他们的写作草稿。协作学习过程得到了增强。支持 Wi-Fi 的笔记本电脑使学生能够使用电子邮件线程对话与老师和同伴讨论材料。学生博客鼓励写作作为学生表达的一种方式。有些人认为笔记本电脑和笔记本电脑应用程序（文字处理、电子邮件、网页等）是“现实生活”，他们可以将其用作日常解决问题的技能，而传统的笔和纸则被认为是“非现实生活”。

一些有趣的统计数据

联邦通信委员会报告称，美国大多数地区的宽带普及率接近 90%。

根据棕榈滩县 (佛罗里达州) 学区的调查数据，• 48% 的人说他们宁愿放弃啤酒也不愿放弃 Wi-Fi；• 近 60% 的受访学生说他们不会去没有提供免费 Wi-Fi 的学校或大学；• 超过 50% 的学生说他们在课堂上使用笔记本电脑时曾查看过 MySpace 或 Facebook，或发送或接收过电子邮件；• 近 50% 的人曾向朋友发送即时消息；• 55% 的学生在咖啡馆或餐厅登录，47% 的学生在公园登录，24% 的学生在汽车中登录，此外还有图书馆和实验室；• 43% 的人使用手持设备而不是笔记本电脑或台式电脑访问 Wi-Fi；• 90% 的人认为 Wi-Fi 接入与教室或电脑一样对教育至关重要；

分配给公立学校的税收资金从每生每年 5,000 美元到 7,000 美元不等。这意味着为每个孩子提供一台支持 Wi-Fi 的笔记本电脑的成本将不到该学区每年每生分配税收资金的 10%；

ABI Research (www.abiresearch.com) 表示，到 2013 年，Wi-Fi 的普及率应该达到所有校园的 99%；

美国人口普查局在 2002 年（每五年公布一次）列举了美国以下的学校系统数量：• 13,506 个学区政府；• 178 个州属学校系统；• 1,330 个地方属学校系统；• 1,196 个教育服务机构（为公立学校系统提供支持服务的机构）；• 截至 2005 年 10 月，美国公立学校有 4,500 万名学生（K-12 年级）。

结论

在美国 50 个州的 K-12 学校中，存在巨大的 Wi-Fi 市场；建立“无线 K-12”的可能性很大；Wi-Fi 在学校中具有潜在用途。让我们讨论一下在学校使用 Wi-Fi 的利弊。

3. 优势和挑战

就像任何其他新奇的玩意儿，在 K-12 学校使用 Wi-Fi 技术当然有其优势和挑战。以下 a)—i) 列出了最常见的 (但并非最不重要的) 优缺点。

优势

1). 易于设置 WLAN，成本更低

Wi-Fi 允许在没有客户端设备的电缆和线路的情况下部署局域网 (LAN)，通常降低网络部署和扩展的成本。无法铺设电缆的空间，例如户外区域和历史建筑，可以容纳无线局域网。

现在大多数笔记本电脑都内置了无线网络适配器。Wi-Fi 芯片组的价格持续下降，使其成为更经济实惠的网络选项，甚至包含在更多设备中。

2). 方便使用

有了 Wi-Fi 服务，学生、教职工和员工可以在上课时间在学校校园内的任何地方方便地使用他们的 Wi-Fi 设备。

3). 增强技术技能

学生使用电脑和互联网/内联网的时间越长，他们将学习到的数字技能就越多。

4). 提高学习成绩

在学校内联网上花费更多时间的学生通常会获得更多关于他们学科的信息，并且更有可能更容易地完成作业。因此，成绩的提高是自动的。

挑战

1). 信道限制

为了实现数字公平并优化全球每个人对 Wi-Fi 技术的使用，每个国家/地区都有不同的频谱分配和操作限制。例如，美国使用信道 1、6、11，而欧洲使用：1、5、9 和 13。总的来说，欧洲在 2.4 GHz 频段允许使用比美国允许的另外 2 个信道。(1–13 vs. 1–11); 日本在其基础上还多了一个 (1–14)。截至 2007 年，欧洲在这方面基本上是同质的。

2). 范围短

Wi-Fi 无线网络范围各不相同，这取决于设备类型、天线的使用、开放环境或有许多墙壁和家具的建筑物。墙壁和地板的材料会对信号传输范围产生很大影响。Wi-Fi 是一种低功率辐射信号，因此它无法穿透金属、水和其他任何高密度材料。

在典型的办公室中，Wi-Fi 网络的传输距离可以达到 75-150 英尺。在空房间/建筑物或户外开放区域，它可以达到 1000 英尺或更远；使用良好天线并优化位置，可以达到 1000 英尺或更远。因此，在使用 Wi-Fi 设备时，应始终注意范围。

3). 速度随距离下降

Wi-Fi 速度会随着与集线器/设备距离的增加而下降。越远，速度越慢。例如，内置笔记本电脑 Wi-Fi 接收器在 100 英尺内的速度可以达到 11Mbps。当距离超过 100 英尺时，数据速度将下降到 5.5Mbps，然后下降到 2 Mbps，最后下降到 1 Mbps。由于大多数 DSL 和电缆速度都低于 1Mbps，因此 Wi-Fi 的速度足以被接受。

4). 辐射不稳定

Wi-Fi 辐射不稳定。它可能在任何时候都会因内部或外部原因中断。遭受在线活动中断的困扰是当今 Wi-Fi 技术的弊端之一。它需要极大的改进。

5). 对安全的威胁

最常见的无线加密标准，有线等效隐私 (WEP) 已被证明即使正确配置也很容易被破解。Wi-Fi 受保护访问 (WPA 和 WPA2) 于 2003 年开始出货，旨在解决这个问题，现在已在大多数产品中提供。Wi-Fi 接入点通常默认处于“开放”（无加密）模式。新手用户从开箱即用的零配置设备中受益，但这种默认设置未启用任何无线安全功能，为他们的 LAN 提供了开放的无线访问。要打开安全功能，用户需要配置设备，通常通过软件图形用户界面 (GUI)。开放（未加密）的 Wi-Fi 网络可以被监控并用于读取和复制通过网络传输的数据（包括个人信息），除非使用其他安全方法来保护数据，例如 VPN 或安全网页。

6). Wi-Fi 和网络滥用

一些数字智能学生可能会用他们的 Wi-Fi 设备玩把戏。他们可能会侵入并攻击学校的网络。

7). 交通拥堵

由于学校校园内大量使用 Wi-Fi 设备，不可避免地会遇到交通拥堵。为了减少拥堵，学区需要增加相关预算来升级设备。

8). 与其他电器的干扰

微波炉、无绳电话、婴儿监视器、安全摄像头、蓝牙设备、心律设备、（在某些国家/地区）业余无线电、视频发送器都在 2.4GHz 频谱中运行，与 Wi-Fi 共享频段。这意味着它们会互相干扰。在大多数情况下，它们只会减慢 Wi-Fi 的速度，而不会停止其运行。为了防止干扰，您可以将使用 2.4 GHz 频段的设备与 Wi-Fi 设备分开。将它们移到远离 Wi-Fi 设备的位置，或者更改 Wi-Fi 信道（如果适用）。

9). 信道污染

Wi-Fi 污染，或该区域内过多数量的接入点，尤其是在相同或相邻信道上，可能会阻止访问并干扰其他人使用其他接入点，这是由 802.11g/b 频谱中的信道重叠以及接入点之间信号噪声比 (SNR) 降低造成的。对于位于高密度区域的学校，例如拥有大量 Wi-Fi 接入点的庞大公寓楼或办公楼，这可能是一个问题（曼哈顿的学校就是一个例子）。对那些遭受这些形式的干扰或网络拥塞的人的普遍指导是迁移到 Wi-Fi 5 GHz 产品 (802.11a 或具有 5 GHz 支持的较新的 802.11n)，因为 5 GHz 频段相对未使用，并且有更多可用的信道。这还需要用户将 5 GHz 频段设置为客户端中的首选网络，并将每个网络频段配置为不同的名称 (SSID)。当学校寻求提供大区域覆盖时，这也是一个问题。这种开放性对于 2.4 GHz Wi-Fi 的成功和广泛使用也很重要。

10). 有害辐射

随着更先进技术的出现，人类生活在更密集的电磁场中。Wi-Fi 的辐射可能会导致一些未知的疾病。估计对我们的心脏有害。因此，在德国和中国等一些国家/地区，禁止销售和使用 Wi-Fi 设备。该政策的一个例子是 iPhone 必须在进口到中国之前禁用其 Wi-Fi 功能。

4. 结论和建议

本文阐述了 Wi-Fi 在学校中的应用机会。Wi-Fi 主要是扩展学区基于内联网的内容和应用程序到学生群体的一种无线且低成本有效的方式，超出了学校校园和课余时间，相当于任何时间、任何地点的教学。学校教育中的 Wi-Fi 最好在“3A”中得到解释，即访问（Wi-Fi 如何提供学生网络访问）；经济适用性（学区如何负担得起全区范围的网络）和应用（网络的真正价值或 Wi-Fi 网络将如何应用于教学）。

学校中的 Wi-Fi 有许多市场驱动因素，包括一对一计算程序、希望将教学扩展到课堂之外（即“将技术带给孩子”）、政府授权和资金。但是，鉴于技术的进步，学校孩子使用的支持 Wi-Fi 的笔记本电脑可能是不可避免的。学区会带头还是追随潮流呢？