校园无线网络覆盖优化的研究

2018-08-22黄鸿

现代计算机 2018年22期

黄鸿

（厦门城市职业学院，厦门 361008）

0 引言

笔者所在的高职院校在十年前建设了校园无线网络，随着手机和平板等设备的普及，越来越多的教学设备配置了无线网卡，教学管理和教学手段从传统的有线网络向无线网络延伸是今后高校建设数字化校园的发展趋势，旧的无线网络已经无法承载新的应用需求，从设备的稳定性、安全性、易用性、高效性等方面都不能满足日益增长的业务量。为了解决无线网络的性能瓶颈，本文讨论研究了优化原有校园无线网络的方案。

1 现有校园无线网络存在的问题

由于是早期建设的校园无线网络，使用到现在暴露出了一些问题，主要体现在几个方面：

（1）由于早期的校园无线网络是运营商赞助建设，建设时没有对校园环境做详细的地勘，加上有些建筑的形状不规则，无线AP没有放置到房间内部，所以存在信号死角。

（2）主AP和天线之间用馈线连接，信号耗损大，衰减严重；

（3）登录无线网络的易用性差，没有无感知认证，导致经常需要多次登录；

（4）设备老旧，只支持2.4GHz频段，容易产生干扰，数据负载量小；

（5）没有根据使用功能合理的选择设备，全校采用单一型号的AP，有的区域造成浪费，有的区域又不够用。

针对以上问题，学校开始启动校园无线网络升级优化建设。

2 校园无线网络优化措施

2.1 有线网络和无线网络物理隔离

校园网一般有两种设计方案，一种是有线网络和无线网络做一体化设计，在同一个交换机设备上同时存在有线网和无线网两个系统；第二种是有线网络和无线网络做物理隔离，分别用单独的交换机设备连接校园网出口设备。两种方案各有特色，采用合适的方案才能发挥校园无线网络最大的作用，本校采用的是第二种方案，主要考虑到一下几点：

（1）在高校环境下，人员数量大，办公、教学、实训、科研、学生生活等实时数据量大，有线网络和无线网络用同一个PoE交换机的话，对设备的性能要求较高，分开使用不同的交换机有利于设备的稳定性。

（2）网络结构清晰，逻辑上是统一的校园网络，物理上是单独的线路，故障点定位准确，便于网络管理人员及时排查解除网络故障。

（3）单独组网可以让有线网络和无线网络互为备份，不会因为有线网络或者无线网络发生故障而使校园网瘫痪，最大程度保证校园网的稳定运行[1]。

2.2 无线网络扁平化核心设计

无线校园网采用10G校园网的方式规划，可以满足现有校园网业务的发展，但是随着网络技术的发展，未来校园网需要向着40G甚至100G的方向过渡，这样就需要拥有强大性能的无线校园网核心作保证；同时通过扁平化的方式，把各种业务集中在核心设备上，接入设备作为网络的承载硬件设施，仅仅负责数据传输，不再承担业务部署的功能；综合上面亮点，本次无线校园网建设需要强化核心区域，包括性能和功能，简化无线校园网部署。网络的扁平化设计有以下几个优点：

（1）统一认证，统一网关，实现管理策略的集中；

（2）接入、汇聚设备实现简单、品牌无关，接入、汇聚设备采购成本低；

（3）终端无关性，解决管理边界的问题，提升网络中心的工作效率。

概括起来，网络扁平化的核心思想就是将管理策略的集中。通过把各种网络业务集中，能够打造符合当前业务发展需要和面向未来可持续演进的扁平化网络，简化管理和开放兼容。

图1 无线网络扁平化结构

建设方案中设计了一台无线网络的核心交换机，配置了大容量的AC板卡，可以对全校的无线AP统一控制，自动下发配置，校园内的AP都采用瘦AP模式，即插即用，维修更换AP非常方便。同时旧的无线网络的AC控制器也没有浪费，接在旁路上作为主AC的备用，万一发生主AC故障的情况，分AC可以立即启用，不会造成校园无线网络大面积故障的情况。

2.3 工作频段选择

图2 2.4G频段范围

在多个频道同时工作的情况下，为保证频道之间不互相干扰，要求两个频道的中心频率间隔不能低于25 MHz。考虑参照北美标准设计的许多WLAN设备和终端（例如网卡）不能使用12、13信道作为学生信道，因此建议一般选用1/6/11信道。在5GHz频段中，国家开放了5个信道，分别是149,153,157,161,165信道，这5个信道相互独立不重叠，可以避免由于信道狭窄产生的干扰，数据传输速度快，有效地提高了上网速度[2]。

由于2.4GHz频段已经被到处使用，而5GHz的频段让802.11ac具有更少冲突的优点，本校无线AP都采用支持双频段的无线接入点，让802.11ac同时工作在2.4GHz和5GHz频点。

2.4 根据不同场景选择设备

由于旧的校园无线网络因为设备选型单一的问题造成无线网络应用的瓶颈，本次优化升级改造对全校的应用场景做了详细的地勘和需求分析，调研了各大主流品牌的无线网络设备性能，对设备支持的并发数，数据吞吐量，适用范围做了详细的了解，力求让新的校园无线网络能最大程度的贴合不同的使用需求。

校园内各应用场景主要分为以下几种类型：

（1）小开间密集应用

例如行政办公楼和学生宿舍。

做法：1.鸡中翅洗净，用牙签在其表面扎些小孔，加盐、胡椒粉、料酒、姜片、葱段腌渍后，去除姜片、葱段：干红椒洗净，切小段。

场景特点：走廊狭长，墙壁厚，独立卫生间，信号穿不透，宿舍网人数多，应用多样复杂，对无线的性能要求高。

适用设备：主AP+微AP类型设备。传统室分/智分方案，采用同轴电缆馈线的部署方式，传输距离短，信号衰减大，第三代室分设备对线缆进行了进一步优化，可以直接采用超五类或六类网线部署100米的距离，不仅实现了百米网线下的性能无损传输，同时还完全符合综合布线规范，满足结构化布线标准。

（2）大开间密集应用场景

例如会场、报告厅、梯形大教室、食堂等。

场景特点：用户密度高，对用户性能要求高；面积大，比较空旷；终端种类多，移动性强；支持扩展物联网。

适用设备：高密型AP。这种设备一般可以同时接入200～300个用户，很适合人群聚集的场所使用。

（3）低密集应用场景例如教室、实训室。

场景特点：用户密度低，对用户性能要求高；面积大，比较空旷；终端种类多，移动性强；支持扩展物联网。

适用设备：放装型AP。这种设备一般可以同时接入60～80个用户，每个教室放置一个可以满足正常的教学需求。

（4）室外覆盖

场景特点：雷击、雨水、高温；远距离覆盖；室外人数不多，性能要求不是很高；支持扩展物联网。

适用设备：室外区域分布有较高、密集的建筑群和植物群，这对于信号的阻挡将是较大的障碍。因此，应当选用专用的室外大功率无线AP产品，配置使用定向天线，可以保证无障碍下的300米半径覆盖以及近距离的多重障碍物的穿透能力，完全保证了室外区域的信号覆盖品质，同时设备应具备抗雷击、防雨、防潮、抗高低温、阻燃等多项指标。

2.5 采用无感知认证

目前Portal认证是WLAN网络的主流接入认证方式之一。无感知认证过程如下：

（1）用户首次Portal认证入网并完成MAC登记

图3 用户首次Portal认证入网

（2）用户再次上网，后台自动认证，用户无需操作

图4 用户无感知认证过程

启用无感知Portal认证以后，用户在第一次连接无线网络的时候需要填写完整的用户名和密码信息，如果是合法用户，登录信息就会被记录下来，以后只要是该用户进入了校园无线网络的信号覆盖范围内，就能够自动的连接上无线网络，对用户来说，好像认证的过程省略了，无线网络使用起来更方便快捷，其实在后台对用户身份的审核工作照常进行，网络安全性没有降低，网络的易用性却提高了，无感知Portal认证的实现是对无线网络易用性的优化，具备“一次认证、多次使用”的用户体验。

3 校园无线网络应用

3.1 移动办公

校园无线网络建成以后师生们可以不受地域限制，随时随地的利用手机、Pad等移动终端连接校园网，结合学校自主开发的掌上校园App，学院运行的官方微信公众号，把办公管理中的OA功能移植到App中，不论身在校园何处，只要能连接上校园无线网络，就能够完成原先必须在PC上才能做的工作，真正实现移动办公，高效管理。

3.2 移动教学

传统的教学模式依赖于固定的教室，固定的机房，学生和教师只能在固定的地点完成教学活动。校园无线网络的建设提供了一种新的教学模式的可能，教师可以利用学院的慕课平台和Moodle教学平台发布教学内容或者教学考试等，学生利用手机和Pad等移动终端设备随时的利用碎片化的时间进行自主学习，同时教师和学生有了沟通互动的平台，交流更及时和便捷，移动教学提高了教师的教学质量，也提高了学生学习的主动性，是教学模式的一种创新。

3.3 大数据分析

校园信息化建设中，大数据分析是智能化管理的基石。结合多个校园信息系统（如一卡通、教务系统、学生管理系统、指纹考勤系统等），通过收集用户的身份信息，在线时长，运动轨迹，消费情况等数据，利用大数据管理分析平台，可以了解学生的出勤率，对贫困生自动补助，关心学生的心理健康，让辅导员能够展开个性化的学生辅导工作，帮助学生更好地适应大学生活，同时也能改善教学质量和学生管理水平，提高人才培养质量[3]。