校园无线局域网的优化

2010-10-27沈丹萍苏州信息职业技术学院计算机科学与技术系215200

中国科技信息 2010年10期

沈丹萍苏州信息职业技术学院计算机科学与技术系 215200

校园无线局域网的优化

沈丹萍苏州信息职业技术学院计算机科学与技术系 215200

针对校园无线局域网（WLAN）在运行过程出存在无法连接、掉线、上网速度慢、网管不完善等方面的问题，在分析了由于接入点AP数量多距离近而导致的同频段干扰的基础上，提出校园WLAN的优化具体实施方案，并结合苏州信息职业技术学院校园无线WLAN实际的优化措施，在无线校园网管理和优化方面取得良好的效果。

AP;优化;WLAN;信道

伴随着校园信息化水平的提高，学校的老师和学生对随时随地接入网络进行教学和科研的需求越来越普遍，几乎每个高校都建立了校园网。WLAN是校园网的一大组成部分，它解决了传统有线局域网难以解决的问题，最大的优势在于不受地理位置的限制，为校园通信的移动化，个人化和多媒体的应用提供了潜在的手段。

无线技术发展迅速，WLAN已经由最初只支持11Mbps速率的802.11b标准发展到支持54Mbps速率的802.11a和802. 11g标准，目前支持300Mbps速率的802. 11n产品也正在逐步标准化；无线终端日渐普及，伴随着笔记本电脑的普及，无线网卡成为笔记本电脑的标准配置之一；WLAN技术和学校需求相结合，推动了无线校园网技术的发展，根据权威机构调查，目前国内超过75%的985高校已经规模建设无线校园网，超过30%普通高校也已经完成无线校园网的规模部署。但随着接入点AP（Access Point）数目的不断增多，AP之间距离的不断减小，同频段的干扰问题将会严重影响到无线局域网的总容量，从而影响了校园WLAN用户的正常使用[1]。

1 校园WLAN出现的问题

苏州信息职业技术学院（下称“苏信院”）校园WLAN的建设初步完成，分别覆盖学生住宿楼、图书馆和报告厅，其中以学生宿舍楼为主要的应用区域，在宿舍内部，学生可以使用自己装有无线网卡的笔记本电脑，通过WLAN的接入方式获得较佳的无线宽带体验。

在部署WLAN无线宽带网络初期，网络运行良好，用户反馈体验较好，但是随着用户越来越多，陆续开始有客户反馈在使用过程中存在一些问题，如无法连接、容易掉线、下载速度慢等，这些问题在前期规划或者施工验收中是没有考虑到的。对于这些问题，必须从WLAN 的基础网络入手，分析各种问题产生的主因，通过优化网络结构，调整各项关键参数来减少各种影响用户体验的情况，提升服务质量[2]。

通过现场勘查，根据不同原因进行分类，发现该大楼存在的问题主要有无法连接、掉线、上网速度慢、网管问题几个方面。

（1）无线网络覆盖的原因

由于该大楼的AP数量不多，而且由楼顶接入，基于AP的特点，靠近AP中心处信号强，离AP越远，信号越弱，某些宿舍存在信号盲区，无法顺利接入WLAN，或者即使接入信号也非常弱，无法成功接入Internet。

另外，由于该大楼的AP全部接入预先部署好的室内分布式系统进行覆盖，为了不对原有的2G、3G系统造成影响，在工程建设时对WLAN 的接入功率进行了调整，影响了WLAN 的覆盖范围，以致在部分区域存在WLAN 信号弱区，因此，上网慢和掉线问题首先应该从无线网络覆盖上找原因。

（2）用户人数的原因

由于最初制定组网方案时，没有考虑到越来越多的学生购买了自己的笔记本电脑。随着用户人数的不断增多，原先设置的AP数量远远不能达到要求，所以一旦同一时段上网的人数达到限定值，其余用户就造成了无法连接的现象。

（3）移动AP的安装

在移动AP安装之前，用户在AP切换时，IP地址受限（AP上行口VLAN不同），高峰期出现用户地址池不够（BRAS侧用户地址池为256）。

在移动AP安装之后，高峰时期用户下载速度慢（移动A P对同频干扰严重）。

（4）组网方案的原因

该大楼的组网方案采用典型的胖AP组网方案，在实际使用中，当用户跨AP漫游时，由于不同AP属于不同的VLAN，会造成用户漫游不成功，进而掉线。另一方面，实际测试中发现部分区域有来自于其他楼层的WLAN信号，强度与该楼层的WLAN信号差不多，以致部分用户连接上其他楼层的WLAN信号，由于这种连接方式信号不稳定，用户即使不移动位置，也会出现漫游到本楼层AP 的现象，同样造成掉线[3]。

2 校园WLAN信号分析

为了能够准确判断校园WLAN出现的问题所在，本文使用了测试软件Network Stumbler对网络进行了测试，以取得无线网络的各项技术指标。

Network Stumbler是一个无线网络基地台搜寻程序。它是免费软件，可以在互联网下载并安装使用。如果你的计算机安装了无线网络卡，使用这套软件就可以帮你扫描出附近有没有可以使用的无线网络基地台，包括基地台强度、频道等数据都会显示出来。

利用Network Stumbler，搜索可用WLAN信号，由测试软件的测试结果显示，可用的无线网除了ChinaNet（中国电信）外，在波段11、6、1，还有CMCC（中国移动）的无线网。用测试软件又测试了宿舍楼的AP数量和终端数量，由测试软件结果可看出在宿舍楼WLAN的使用情况，使用同频点的AP和终端数众多。基于以上的现象的出现，当在两个终端同时进行无线网络传输时，导致重传增加。几次重传后，由测试结果显示无线终端的传输速率从24M下降为18M。

由以上的测试结果可以看出，由于在宿舍区域存在多个AP，并且AP的频率有所重叠，使终端之间传递数据包时容易重传，导致网络传输速率下降，网络整体性能下降，某些宿舍无法连上WLAN，或即使连接上，网速也十分缓慢，网络优化迫在眉睫。

3 校园WLAN的优化方案

针对测试结果体现的问题，制定该大楼WLAN无线宽带网络的优化方案如下：

3.1 无线网络覆盖的优化

无线网络覆盖方面通过实地勘察，找出信号强度没达到要求的弱区，通过直接放装APD的方式进行补充覆盖；另外一方面，由于采用2.4GHz的802.11b/ g混合方式进行覆盖，规划中需要注意邻接AP的频道是否符合1、6、11相互间隔的原则，在优化规划时除需要对本楼层AP频道进行规划外，也要注意其他楼层的AP频道是否对本楼层造成干扰。

另外，该大楼有覆盖学生每个宿舍的要求，因此在优化这些区域时还要考虑无线网络的负载能力，以保证服务质量。以布置某楼层的宿舍为例，实际的需求量是需要30个人同时点播多媒体的要求，一个AP不能满足要求，需要没4个宿舍装一个AP，由于用户连接上那个AP是无法控制的，因此在每个AP上将用户数量限制为15个，以保证当某个AP关联用户较多时，进加入的用户可以使用负载较轻的AP。

3.2 组网方案的优化

传统的胖AP构架无法彻底解决用户跨AP漫游掉线的问题，而瘦AP架构由于有无限交换机负责缓存用户状态，可实现用户的跨AP漫游。另外，瘦AP架构还有课几种管理、用户负载均衡等优点。为提高用户体验，需要将该大楼的组网方案改造为瘦AP的架构。

优化后的AP可按照图1接线。

4 AP优化的实施

4.1 AP覆盖方式的改进

图1 优化后AP接线图

扩容后系统接入用户数成倍增加了，但受扩容器件的制约AP的工作频段只能固定在某一频率，规模部署时需对AP天线部署位置进行通盘考虑，不但要考虑同层覆盖的部署方式还需要考虑不同楼层间部署方式。扩容后可以在覆盖区域开启基于用户的负载均衡功能，使覆盖区域内用户能够比较合理的接入WLAN网络。

AP部署选择室内独立部署的方式，即在没有室分系统的情况下可采用AP独立部署方式。独立部署方式又可以细分为AP独立部署与AP结合外置天线部署，两种部署方式对天线布放位置及增益都有一定要求。

独立部署时需要根据实际环境对AP工作信道及发射功率进行细致调整，尽量避免各设备间同频、邻频干扰对网络质量造成的影响。

图2 802.11b/g工作频段划分图

如图2所示，信道、功率划分原则为：

任意相邻区域使用无频率交叉的频道，如：1、6、1 1频道；

适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰；

蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用；

信道设置时要考虑三维空间的信号干扰。如图所示，在1楼部署3个AP，从左到右的信道分别是1/6/11，此时在2楼部署的3个AP的信道就应该划分为6/11/ 1，同理3楼为11/1/6。这样就最大可能地避免了楼层间的干扰，无论是水平面还是垂直面都做到无线的蜂窝式覆盖。如图3所示。

图3 不同楼层信道分配图

基于以上研究，对方案中AP的改进如下：

AP数量由15个增加为232个，宿舍楼采用100mw AP直接覆盖，每个AP覆盖4个房间，AP覆盖宿舍的信号强度良好，信号强度在-40dbm到-65dbm之间，用户信号基本上4格～5格，每个楼层最多为4个AP，频点采用1，6，11错开放置。如图4所示。

图4 信道分配图

4.2 对于用户投诉较多的5个AP进行重新设置

图5 修改AP的退避速率参数设置（红色部分为修改）

图6 修改AP的退避时间窗口参数（红色部分为修改）

（1）修改AP的退避速率参数设置，如图5所示。

（2）修改AP的退避时间窗口参数，如图6所示。

（3）修改AP的工作模式（20090626），如图7所示。

4.3 网络优化期间解决的其他问题

（1）部分用户连接WLAN关联速度慢

用户WLAN软件客户端原因，改用Windows自带软件进行连接，问题得到了解决。

（2）部分用户连接WLAN网络关联不上

用户WLAN网络设置的加密类型不对，修改后问题解决。

（3）部分用户出现认证页面后，无法通过认证

用户在计费系统状态不对，计费系统重置用户状态后解决。

（4）部分用户较容易连接上CMCC WLAN

修改用户WLAN优选设置，使用户的电脑优先登陆中国电信 WLAN。

（5）部分用户连接WLAN后出现不了认证页面

IP地址进行初始连接后，出现认证页面，问题也得到解决。

通过以上优化措施的实施，校园WLAN的运行情况有了很大改善。为了了解优化后学院WLAN实际的工作状态，我们对该网络进行了网络性能的测试，包括AP吞吐量测试、Ping、站点及AP列表分析等，可以通过这些测试完成对WLAN运行基本情况的评估。

由于移动在苏信院学生宿舍楼WLAN工程开始整改，整改内容为将原室外增益3db全向吸顶天线全部改为增益为7db定向板状天线，针对此情况，我对5号学生宿舍楼进行了跟踪测试。主要测试了学生宿舍楼的网速和下载速度。

从测试结果可以看出：通过信号强度、在线测速及下载速度的测试，中国电信WLAN信号强度均在-50dB左右，在线测试均在17～21Mbps，下载速度均在1MB/S；移动WLAN信号强度在-70dB以下，在线测试均在900Kbps，下载速度均在100KB/S。由于测试时移动施工人员正在改造施工，所以此次测试显示结果移动WLAN信号很差，且相互间干扰很小。要测出真实数据，只有等移动整改完毕开通后。

5 WLAN后续优化措施

通过增加AP节点，并且对AP参数进行修改，无论从信号强度，还是下载速度来看，较以前有了很大的改善，增加了覆盖区域，即使是每间宿舍的任何一个角落都能搜到信号，有效避免了CMCC（中国移动通信） WLAN的信号干扰。

苏信院WLAN运行状况良好，满足了学生在宿舍上网的要求，为苏信院的学生提供了更加可靠、稳定、优质的无线网络服务。

为了今后苏信院WLAN的良性发展，本人又对WLAN后续优化措施提出了改进意见：

（1）修改所有232个AP的配置速率和退避算法参数；

无线设备之间的结构经常容易变动。当一台运行XP的笔记本电脑或者是自动配置客户端就会经常连接到相邻的其他网络中去。这也就意味着，侵入者可以在用户不知情的情况下连接到用户电脑中，获取敏感数据，并进一步使其暴露在风险之中。如果终端还连接到了有线网络中，则面临的风险会更加多样。

速率低而且不安全的访问接入点会招致安全漏洞。如果合理配置，企业802. 11b无线LAN连接速率应该为5.5Mbps或者11Mbps。然后，接入点就按照这样的速率进行配置。但是，如果接入点允许用户连接到更慢的1Mbps和2Mbps，则说明降低网络性能或者存在未知的可疑行为。

有很多原因会导致无线连接速率下降或者完全中断。无线网络性能有时候会不稳定，而且信号不稳定的话，也会影响到用户访问无线网络。另外，吞吐量也会导致网络延迟，比如，当有大量用户同时连接到某个AP时。某个有故障的AP也会限制或者阻止访问网络。

基于以上原因，需要对AP的配置速率和退避算法参数进行修改，使计算机能够连接到合适的AP上网，提高网络利用率。

（2）关闭宿舍区室外A P；

经过优化，宿舍楼内部已实现全覆盖，室外AP只会对楼内AP造成干扰，因此需要关闭宿舍外AP。

（3）模拟宿舍高峰期学生上网环境，对所有单AP进行多用户（6～12台）的并发测试（需要多台笔记本和测试帐号）；

经过测试，明确校园WLAN的工作情况，吞吐量，下载速度，数据传输速率等，可进一步优化WLAN的网络性能。

（4）结合有线侧分析部分用户IP地址受限的原因；

（5）长远看，开始试用部分8 0 2. 11a/b/g的双频AP。

802.11g标准与802.11b协议相比在2. 4GHz频段将传输率提高到54Mbit/s，覆盖范围也扩展到室内100m，且能够与802.11b的Wi-Fi系统兼容，共存于同一无线接入点（A P）网络中。因此IEEE802.11g已成为目前工业界普遍认可和遵循的主流无线局域网协议。

802.11a标准是已在办公室、家庭、宾馆、机场等众多场合得到广泛应用的802.11b无线联网标准的后续标准。它工作在5GHz频带，物理层速率可达54Mb/ s，传输层可达25Mbps。可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TDMA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。

在校园WLAN中采用双频AP，可使组网方式更加灵活。