浅谈大数据下的图书馆无线网络应用优化

郑晓军

（深圳图书馆，深圳　518036）

浅谈大数据下的图书馆无线网络应用优化

郑晓军

（深圳图书馆，深圳518036）

在智能终端迅速发展并普及至几乎人人皆有的大环境下，图书馆的无线网络功能已不再是有线网络的简单补充，图书馆需要向读者提供无线网络高速链接的基本需求，同时通过细致的感知和精确的定位，获取结构化和非结构化数据，最终在大数据的应用中更加精准地向市民提供高效和贴身的服务，让图书馆更加智慧。

无线网络；智慧图书馆；大数据应用

云计算、物联网、移动互联网、智能终端等新兴信息技术在图书馆应用的快速发展,图书馆信息技术的应用也进入了网络大数据时代，尤其智能化移动终端的快速普及和广泛应用，让市民可以在任何时间和空间链接网络而获取信息。无处不在的无线网络不仅为图书馆和读者提供简单的网络链接和上网阅读，而且通过无线网络获取非结构化数据的这一重要功能正逐渐被图书馆所重视，利用大数据技术管理、分析大量的非结构化数据和已经规模积累的结构化数据库来提升读者个性化服务和优化图书馆业务管理，形成图书馆智慧的核心价值。当前，图书馆部署的无线网络普遍存在整体带宽偏窄、AP分布不均、信号覆盖不全面、读者接入密度不高等突出的矛盾，无法满足大数据环境下无线网络应用的趋势和需求，其主要原因是IEEE 802.11a/b/g标准系列的无线网络产品在带宽能力、频谱资源、信道分配、接入技术等诸多方面存在的不足。随着IEEE 802.11n组网应用成熟，以及2013年底802.11ac协议标准的出台和后续支持802.11ac协议的无线产品的日益普及，无线网络定位技术和高密度覆盖技术又重新成为图书馆大数据技术与无线网络技术结合的应用热点。

1　无线网络定位技术在图书馆的应用

通过无线网络的定位获取大数据是智慧无线网络的重要特点，因此定位准确的程度，将直接影响到大数据统计、分析和预测的效果。目前，主流的无线网络定位精度大约在2至3米之间，定位数据基本上可以确定读者在图书馆的哪个区域和哪个楼层。随着无线定位技术的不断发展，图书馆可以挖掘到传统信息数据库无法获得的更多有价值的信息，对大数据获取、统计、分析和预测就会发生重大的变化。图书馆不仅需要准确地知道在馆读者的位置，还需要数据分析、预测读者可能的服务需求，应用系统将依据模型策略和预置值来决定是否向读者推送相关内容的个性化服务。

1.1室内导航和服务推送

无线网络定位带来的重要大数据信息包括到馆读者坐标的移动轨迹，通过代表读者兴趣偏好的位置信息集合，掌握图书馆资源布局的合理性，帮助设计合理的读者行动数据流，使图书馆能够快速地对业务布局作出策略性的调整。调查数据显示，在智能终端和移动图书馆APP相互推动下，在馆读者智能终端的Wi-Fi打开率高达80%，手机图书馆导航在读者中迅速地推广。通过无线网络的定位功能和地图导航功能，读者可以准确地知道自己的位置，快速地设定路线，高效地到达目的地。读者通过智能终端获取无线热图，可以直观地得到各区域阅览室内读者数量的信息，结合所在区域的附加信息后，了解正在举办的讲座和活动的内容，以便决定自己的去向、目的和时间。

图书馆的管理者可以通过系统数据分析，了解读者在不同时间段的人数分布和阅读座席数量的变化，以及讲座与活动效果之间的关系。通过分析无线大数据，判断当前资源设置和讲座、活动等安排是否合理，随着时间的推移，推断图书馆各方面业务的发展趋势，了解每个到馆读者的阅读习惯，各阅览区和活动场所受欢迎的程度，哪些资源带动阅读效果最好等等。利用“无线网络”和“大数据”相结合的定位技术，最终目的是帮助图书馆对服务和管理的流程与质量进行分析、预判，进而推进各项业务工作的决策优化。

1.2室内无线定位技术

在室内定位技术中，无线网络定位的精度为米级，相比RFID、蓝牙等达到亚米级的定位技术，精度有一定的差距。然而，由于Wi-Fi芯片在各类智能终端（智能手机、平板电脑）中已广泛普及，通过读者随身持有的Wi-Fi设备，可快速完成目标定位，完成读者流分析统计、基于位置区域的新书和讲座推送、定位拓扑监控等目前室内定位的任务。从技术的成熟度及规模应用的角度来衡量，无线网络定位技术是当前最主流、也是最具发展潜力的定位技术之一，米级的定位精度已基本可以满足智慧图书馆的大部分需求。

合理地部署无线网络是智慧图书馆无线定位应用的良好基础，采用经验测试与信号传播模型相结合的方式，是基于IEEE 802.11系列标准的底层无线网络结构解决方案。无线网络提供了对AP设备的GIS（地理信息系统）技术定位功能，虚拟现实地展示了所部署的AP热点所处的地理位置，实时反映AP热点的运行状态。无线定位技术提供的AP布局必须是三角定位的形式，即需要三个以上无线AP能接收到智能终端的信号，AP形成的信号接收网络必须完全覆盖整个定位区域，覆盖的信号强度应优于65dBi，根据定位目标到达三个无线AP的场强值就可计算出目标的位置。定位计算是基于指纹算法，总体定位的精度较高，可以在图书馆地理拓扑图中快速、准确定位在馆读者所在的物理位置，并可对目标进行实时跟踪。基于位置的客流数据分析至少包括区域流量监控和停留时间统计两个功能。针对某一开放阅览空间或封闭讲座活动区域，在电子地图上显示和记录读者的移动轨迹，统计读者的流量和密度，按照时间段或时间点查询某区域的读者密度和变化历史。定位功能记录了读者的运动轨迹和停留时间，通过统计分析读者的行走路线和停留时间，挖掘读者的阅读习惯和偏好，强化服务推送的力度。定位技术还可用于图书馆与终端智能接入组件（EIA）联动，实现对控制区域的安全管理。通过设置控制区域，以及不同人员、不同时间和不同位置的安全策略控制，对误入区域的人员推送短信告警，并知会后台管理人员及保安系统实时监控，追踪运动轨迹，及时发现安全隐患。基于无线定位的管理系统可以方便地帮助图书馆信息技术人员快速定位AP和智能终端的故障位置及范围，有效解决无线网络运维中的各种问题，大大提高计算机网络系统运维的效率。另外，定位技术支持标准的API接口，通过WEB应用模式的二次开发，与图书馆应用系统对接后，根据智能终端的MAC或IP地址，提供基于位置感知、终端类型、读者信息的增值业务功能，包括提供馆舍位置导航，馆藏资源位置查询，快速精确地推送和获取有效信息，甚至帮助读者找寻丢失的移动智能终端等。

2　无线网络高密度覆盖技术在图书馆的应用

当前移动互联网+迅猛发展，调查显示，我国大多数人有两个以上无线智能终端经常使用，包括智能手机、笔记本电脑、平板电脑、智能可穿戴设备等。美国惠普公司全球副总裁认为，到2030年，全球将有一万亿台移动设备接入互联网。在当今以智慧为发展趋势的图书馆，读者享受着移动图书馆、移动推送服务、移动数字阅读等等带来的便利，采用无线网络高密度覆盖技术来解决在高密度读者区域下的无线网络覆盖，满足读者对无线信号随时、随地的获得和接入是智慧图书馆的重要标志之一。现实的图书馆移动智能终端使用密度之大往往远超之前的想象，它广泛存在于图书馆的服务大堂、读者座席密集区域、会议室、报告厅和数字资源体验区里，甚至在图书馆的任何场合中读者都会随时随地使用智能终端连接无线网络。图书馆的服务大堂和报告厅由于空间较大，高密度部署有一定的难度，读者常处于移动状态也导致无线网络信号质量较差。相对而言，图书馆的阅读座席、会议室、活动体验区等场所高密应用部署灵活、信号干扰相对较少，读者位置状态稳定，无线网络信号质量良好，应用业务类型协调可控，读者可获得良好的无线体验。

海量移动大数据在图书馆应用的涌现，对无线网络的密集部署、带宽和承载能力都提出了更高的需求。现有的无线网络IEEE 802.11b/g/n的协议标准存在两个方面的缺陷：一是接入能力的问题，为了避免冲突，IEEE 802.11的协议标准采用了载波侦听多路访问／冲突避免（CSMA/CA）的方法，限制了每个AP不能与多个无线智能终端进行同时通信；二是信号资源的问题,按照规定,IEEE 802.11 b/g/n在2.4GHz的工作频段仅能规划使用1、6、11三个互不干扰的信号，每个信号带宽20MHz，就是说在2.4GHz频段无线网络覆盖实施中，3台以上的AP就必然会存在相同频率干扰的严重问题。2013年底，IEEE 802.11ac标准正式发布，这将推动图书馆重新调整无线网络的部署，迎接采用新标准的移动智能终端以千兆速率的带宽加入图书馆无线网络的广泛应用。在实际测试中，IEEE 802.11ac协议的每个频段吞吐量最高可达270Mbps，比之前的IEEE802.11b/g/n的速率提升了至少三倍以上。在无线网络能力大大提高的环境下，处理视频信息更能够达到读者期望的顺畅效果，而且留有足够的空中接口资源用于处理目标定位、身份认证、策略管理等一系列功能的业务。随着到馆读者利用无线网络的次数和时间快速增长，无线信号高密度覆盖是图书馆不得不面对的重要问题之一。读者在图书馆利用数据的空间和时间分布是不均匀的，图书馆高密度区域往往是举办会议、讲座、推广活动等的活跃区域，以及阅览和自学等座席高密度集中的区域，读者频繁和大量地使用移动智能终端设备进行资料检索、位置导航、数字资源阅读，甚至用微博、微信传递和观看照片、视频等资料，图书馆阅读推广和数字资源下载普遍流行扫描二维码安装APP客户端，而APP内嵌宣传视频资源和应用导航等功能，上述的应用效果都直观地聚焦在关键的无线网络接入质量上。因此，无线网络部署必须实时根据特定区域内的流量变化与负载特征，由静态转变为动态、由固定配置转变为灵活配置，动态地适配业务的需求。同时，根据图书馆业务应用类型的变化、广泛和数据多样化，要求信息资源管理策略更加智能和高效，高密度的信号覆盖和高带宽的网络接入部署能够解决移动智能终端资源分配问题，有效地应对移动数据海量增长和移动数据在图书馆各区域分布不均衡的问题，使得无线网络的资源利用率更加高效。

3　图书馆无线网络优化解决方案

为了应对移动大数据给无线网络带来的挑战,满足读者对传输速率和业务质量的更高要求，基于智能立体化网络的灵活部署、无线资源的优化配置和低能耗绿色通信，实现不同应用场景下的人与人、人与物、物与物的立体化无线接入，图书馆必须引入新的无线网络传输技术,通过采用大容量AP、智能阵列天线系统、信道复用技术、提高空口利用率、2.4GHz/5GHz频谱导航技术、同时同频全双工及新型编码调制方案等提高系统的传输速率。以深圳图书馆为例，2006年实施了以IEEE802.11g协议标准的无线网络方案，部署完成后，深圳图书馆全面免费开放给在馆注册读者使用，这在国内尚属突破。随着使用无线网络读者的爆发性增长，各种APP应用陆续推广，特别是手机图书馆和数字资源阅读的应用在读者中大受欢迎。由于现有的无线网络整体表现欠佳，深圳图书馆结合IEEE 802.11n/ac标准协议和最新的无线网络技术，采用以下关键的措施解决了当前的几个突出问题，极大地改善了读者的无线网络体验效果，为无线大数据应用打下良好的基础：（1）加强网络基础建设和管理，提高无线网络整体带宽。当前读者在图书馆接入无线网络效果不佳，分配给无线网络的带宽不足是最重要的因素之一。图书馆普遍采用有线网络和无线网络合用互联网出口，为了避免无线网络占用的带宽过大，图书馆网络管理者用技术手段对无线网络的带宽进行限速，以保证有线网络具有足够带宽运行关键的业务应用系统。因此，首先要采取提高带宽的限速，或引入独立光纤线路将无线网络的带宽提高到100兆以上，在当前国家网络提速、资费降低的大背景下已具备了升级的条件。（2）引入高科技AP装置，提高读者接入密度。AP接入用户数不足直接导致智能终端用户密集区域信号不稳定，时断时续，甚至有接入信号串层现象。通过采用最大接入用户数可达100个的大容量AP取代最大接入用户不超过30个的普通AP，调低AP信号辐射功率，减少每个AP的信号覆盖面积，在同等面积中增加部署AP的数量，提高AP的安装密度，使读者密集区域的接入用户数可以大大地提高。在802.11n/ac协议推广应用时代，5GHz频段将成为无线网络重要的频谱资源。虽然采用了双频AP作为图书馆的接入设备，但必须通过无线频谱的导航技术，引导支持5GHz频段接入的读者智能终端优先接入5GHz信号，大大地提高5GHz频段的利用率，成倍地提高读者接入AP的容量，使得读者无线网络接入信号更佳、体验效果更好。

在采用技术手段解决高密度部署的同时，图书馆必须要合理规划各区域的功能，引导读者不要过于集中在某个区域使用智能终端，方法如下：（1）采用智能天线方案，提高接入信号质量，实施精细化覆盖。不少图书馆都有类似的经历，在无线网络部署时，往往按照信号全覆盖的目标来计算AP的分布和测试，但投入实际应用后才渐渐地发现无线信号质量差，不少地方信号很弱，甚至没有信号，究其原因是没有考虑到墙体和书架的阻隔、读者和工作人员无线接入的增加、无线信号非智能平均覆盖等客观因素。要解决精细化覆盖，首先，要引入智能阵列天线系统，在AP中具有多个天线组成的阵列，通过对工作环境、读者位置的感知，智能芯片计算出理想的天线组合模式，在方向、角度、增益等形成不相同的多个虚拟化天线，并选择最佳的天线为读者发送数据报文，达到对每个读者接入信号动态的最佳覆盖；其次，要采用天线馈线的布局方式。传统的、最常见AP放装方式按照直接部署的每个AP无遮挡覆盖最大半径约100米的圆形区域来计算，信号强度均匀分布。当无线信号遇到墙体、书架等遮挡物时，信号衰减严重，导致读者和工作人员的无线体验效果严重变差。天线馈线入室即AP的每个射频口连接馈线引入室内或某区域，每根馈线形成独立的迷你AP，进行独立的智能化感知和数据收发工作，提供2.4GHz和5GHz双频信号，具备动态射频分配和无线定位功能，有效地解决了信号覆盖的性能和质量矛盾，提供了理想的图书馆无线应用体验。（2）引入多种接入认证方式，采用高标准的安全管理机制。为了让读者在图书馆能够方便地接入无线网络，需要提供多种接入和认证方式满足不同层次的读者应用。在原有的免费阅读接入认证和读者证号接入认证基础上，增加了短信接入认证、微信接入认证、二维码审核接入认证、临时到访读者认证等等，这就要在后台引入CA双向证书认证、Portal认证、802.1X认证、Radius/LDAP/AD第三方认证等，不断优化应用规则库的策略，对不同的角色进行精细化的识别和权限控制。对信号覆盖区域，开启干扰信号检测功能，反制或屏蔽私自接入点和钓鱼接入点等非法信号，网络内置的上网行为审计功能须达到公安部82号令的要求。

4　结语

当今，大数据已经成为包括图书馆在内的各行各业关注的热点，2013年以来，图书馆开始注意到了无线网络带来的大数据价值，各种大数据的应用方案也开始浮出水面，读者应用与图书馆业务模块结合得更加紧密。无线网络作为图书馆接入互联网越来越重要的通道，除了需要提供多种方式接入、高带宽、高计算能力外，还需要具有更强大的感知能力和更精细的资源分配能力。只有具备智慧、高效、安全的无线网络，才能应对日益丰富的业务管理和数据应用需求，使图书馆在阅读服务和管理工作方面更加智慧，为图书馆创造前所未有的价值。

[1]杭州华三通信技术有限公司.新一代网络建设理论与实践[M].北京:电子工业出版社,2012.

[2]舍恩伯格,库克耶.大数据时代[M].杭州:浙江人民出版社, 2013.

[3]王世伟.未来图书馆的新模式——智慧图书馆[J].图书馆建设,2011(12):1-5.

[4]王世伟.再论智慧图书馆[J].图书馆杂志,2012(11):2-7.

（编发：王丽）

Talking about the Library Wireless Network Optimization Application under the Big Data

ZHENG Xiao-jun
(Shenzhen Library,Shenzhen 518036,China)

Almost everyone has an intelligent terminal which has a rapid development and popularization.Under the circumstances,the wireless network function of the library is no longer a simple complement to the wired network. Libraries need to provide their readers with the basic requirement of high-speed wireless network link.At the same time,through meticulous awareness and accurate positioning to get structured and unstructured data,and ultimately more accurately application of large data provides efficient and personalized services to citizens, which make the library more wisdom.

wireless network;wisdom library;big data applications

G250.7

G250.7

A

2095-5197（2016）01-0084-04

郑晓军(1962-)，男，副研究馆员，本科，研究方向：图书馆信息技术应用。

2015-11-24