无线局域网在高职院校的设计与建设

2010-09-07章雁宁

中国新技术新产品 2010年1期

章雁宁

（1、同济大学，上海 200092 2、宁波职业技术学院，浙江宁波 315800）

1 引言

随着无线技术的进步、教育需求的变化和发展，无线网络其移动性高、传输距离长、易扩展、组网方式灵活、管理方便等优点正逐渐成为许多教育机构、院校的重要组成部分。自从1999年10月，美国卡内基·梅隆大学在世界上率先启动了校园无线网络，经过了10年的发展，无线校园已经成为西方发达国家提升教学环境品质，提高教育资源利用率，增加教育灵活性和交流性的重要方式[1]。虽然我国无线校园网络的建设较国外起步晚，但发展仍然相当迅速。2002年北京大学开始铺建中国高校第一个无线网络，之后上海、广州、深圳等地的高校相继推出校园无线网络计划，高职院校作为中国高校的重要组成部分，近几年的无线校园网络建设也如火如荼，宁波职业技术学院作为示范性高职院校，从2008年启动无线校园网络建设计划，本文就该学院的校园无线网络建设需求分析、设计原则、无线网络结构、无线接入点设置等问题进行了讨论。

2 校园无线网络的设计

2.1 校园无线网络需求分析

宁波职业技术学院地处宁波经济技术开发区，毗邻北仑港，占地近50 公顷，校舍建筑面积20多万平方米，一条繁华的马路将学院分成东、西两个校区。需要覆盖整个宁波职业技术学院东、西校区的无线网络，考虑从满足以下几个方面需求出发：

2.1.1 建设一个满足学院特点的具有安全性和可靠性的网络。

2.1.2 校园无线网络在支持数据转发的同时支持数据、语音等多种业务，网络应该具有其它智能业务扩展的能力，满足学院的多功能发展需求。

2.1.3 无线网络系统应该支持高效的运营网络级的管理功能，方便未来学院无线网络的运维管理。

2.1.4 为方便校园网络的部署和未来维护的方便性，校园无线网络应具有灵活部署、易于扩展的特性，支持无线接入点的即插即用功能。

2.1.5 现在建设高校无线网络，除了要考虑对现有IPv4网络终端的无线接入，满足当前高校师生对无线网络的需求外，更要支持高性能的IPv6 的用户接入，以适应网络发展趋势，并保护网络投资。

校园无线网络具体的建设目标是侧重实际应用，覆盖校园内区域，为教学、科研、办公及学习、生活、交流提供切实可用的、稳定的无线网络环境。

2.2 校园无线网络设计原则

2.2.1 实用性：遵循面向应用，注重实效，急用先上，逐步完善的原则。充分保护学院现有的网络资源，不设计成华而不实的无线网络，也不设计成利用率低下的网络，以实用性的原则为依据，建设具有最低的TCO（拥有的总成本最低），有最高的性价比的校园无线局域网络。

2.2.2 可靠性：系统必须可靠运行，主要的、关键的设备应有冗余，一旦系统某些部分出现故障，应能很快恢复工作，并且不能造成任何损失。

2.2.3 技术先进性：采用先进成熟的网络概念、技术、方法与设备，反映当今先进水平，又给未来的发展留有余地。

2.2.4 可管理和可维护性：网络系统应具有良好的可管理性，使得网络管理人员能方便及时地掌握诸如网络拓扑结构、网络性能统计、网络故障等信息，能简便地对网络进行配置和调整，确保网络工作在良好状态。

2.2.5 安全性：具有高度的保密机制，灵活方便的权限设定和控制机制，以使系统具有多种手段来防备各种形式的非法侵入和机密信息的泄露，防止来自网络内部和外部的各种破坏。

图1 覆盖式无线网络设计

图2 学院无线网络物理组网结构图

2.2.6 可扩充性：系统是一个逐步发展的应用环境，在系统结构、产品系统、系统容量与处理能力等方面必须具有升级换代的可能，这种扩充不仅能充分保护原有资源，而且具有较高的性能价格比[2]。

2.3 校园无线网络设计思想

宁波职业技术学院校园无线局域网采用集中管理架构下的轻型AP（无线接入点）无线网络架构，以保证无线网络可管理性、安全性、QoS、无缝漫游等功能需求，尤其是方便未来的运维管理。

结合学院的实际情况，采用室内、室外多种无线接入方式相结合的方式，以满足学院楼宇多、广场多的特点。采用室内、外多种无线接入手段在满足无线覆盖的前提下，可以节省无线接入点的数量，从而提高无线网络的性价比。

校园无线网络在满足现有网络应用的同时，保证对未来网络技术和应用的支持，如IPv6、无线话音、无线视频、组播等技术的支持，以满足高校教学和科研的要求。

为满足高校网络的安全性，校园无线网络采用独立的有线网络系统实现无线接入点的互联，同时无线网络在满足用户接入安全认证、加密的同时，支持无线射频的安全防护功能。

3 校园无线网络的实现

3.1 物理设计

在目前的校园网环境下，借助于轻型AP模式架构，可以在现有校园有线网络的基础上建立逻辑独立的无线网络。通常模式下所有无线数据及控制流量均交由无线控制器来处理，所以我们采用现有校园网的交换机/路由器组成集中控制管理的“覆盖式”（Overlay）无线网络设计，如图1 所示。

修改现有校园网交换机的VLAN 参数设置、路由设置，使得AP 尽量不与一般有线网络设备混合在同一个VLAN 中，避免有线设备的异常流量阻断AP 和无线控制器之间的通讯；将连接在同一交换机端口下的所有AP 放置在一个受保护的VLAN 中，设计时统一分配给这些AP 静态IP 地址，以便于管理；采用核心交换机搭配无线控制模块的方式，进一步减小AP 和无线控制器的AP-Manager 之间端到端环回延迟，保证AP 能够顺利连接在现有的校园网接入交换机上。

3.2 无线覆盖设计指标、原则及覆盖方式

无线网络要实现学院东、西校区全校无线网络接入环境，无线覆盖学校多个建筑，能满足多人员、大流量的无线数据传输需求。对校园室外区域进行无线覆盖，使得在该区域内的网络用户可通过无线设备，高速联入校园网络。

3.2.1 设计原则：无线覆盖设计将遵循按照信号范围最大化原则，在全校全面覆盖的前提下，重点选择部分区域进行更加细腻的覆盖。在学院的重要区域--行政楼、图书馆、教学楼等采用最新的802.11n 为主要的高速WLAN 接入协议。

3.2.2 设计指标：各信号输出点信号强度10－15dbm；将按照 2.4G 工作频段 2.412～2.462GHz（FCC）分为 channel1、channel6、channel11 三个完全不干扰频段设计；目标覆盖区域信号强度>-80dbm。一般来说室内容许最大覆盖距离为35～100米，室外容许最大距离100～400米。我们要观测无线覆盖周围的障碍物确定AP 的数量和放置位置。在安装选点时，一定要注意以避开墙、柱子等。

3.2.3 覆盖方式：在覆盖区域内，选择教学楼和办公楼为主，其他区域为辅的覆盖方式，实现全校整体无线覆盖。具体分为室内覆盖和室外覆盖两种方式。

3.3 室内无线覆盖设计

两个AP 的放置要保证AP 覆盖区域无间隙并且AP 重叠区域最小。相邻AP 工作在不同频道，以 1、6、11 三个频道实现全方位的覆盖。根据经验值，当相邻AP 设定相同频点时,要求间隔 25米以上；当相邻AP 设定相邻频点时，要求AP 间隔16米以上；当AP 设定相隔频点时,要求间隔 12米以上。

对于环境开阔、用户数量相对集中、对带宽需求较高的室内，例如多功能厅、会议室、报告厅等。用户群主要校领导、教师以及来访的用户，使用环境相对封闭。我们可以如图3 所示设置AP。

图3 室内无线覆盖示意图

对于房间多、用户数量不多但分布较分散的楼宇，如教学楼等，用户主要为学生、教师，因此应用肯定会比较频繁，由于楼长、墙体结构厚、房间多等特点，所以在该环境下覆盖AP 安装在楼道内，通过内置天线覆盖楼道两侧房间，微波通过房间的门窗传输到室内，实现了比较细腻的覆盖环境，AP 通过有线接入到楼层交换机。

3.4 室外无线覆盖设计

室外设备的AP 使用数量大概也遵循室内的条件，但外AP 的放置和设计又有它的独特性。由于室外环境的特殊性和不确定性，我们放置的设备必须是在密封盒内的，天线布置应该增加避雷器防止雷击，不提供本地供电的场所选用POE 远程供电设备。我们通过室外无线接入点外接增益天线的方式覆盖室外区域，体现覆盖范围最大化的覆盖原则来保证无线用户需求。

从整体上对学院室外部分进行规划，通过室外建设WLAN 射频基站对室外和室内用户进行无线覆盖。室外射频基站由室外型AP、外接天线（全向、扇区）以及配套避雷设备和报杆等组成。根据复杂的室外建筑结构，外接天线的选择更加尤为重要。选择天线型号时应根据现场环境考虑增益、水平波束宽度、垂直波束宽度、极化方式、视觉效果（尺寸、外形、重量）等因素。例如像楼房建筑较窄、楼层较多的东校区明德楼等楼群，一般选择定向天线，其主要是通过对楼反射信号覆盖本身楼房。

室外设计我们采用Mesh网络技术，无线Mesh 是一种非常适合覆盖大面积开放区域的无线网络解决技术。Mesh网络中的AP 除了可以提供WLAN 客户端的接入服务之外，还能完成相邻节点的自动发现、相互认证和配置，从而智能地为网络流量设计一条最优的路径，实现带宽和覆盖范围的增加，并且当网络中的某台AP 发生故障时，其他AP 能够通过自动配置动态改变路径，绕过有故障的节点，实现网络的自我修复。