無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用

關(guān)勇　劉春曉

摘要：現(xiàn)如今，無(wú)線局域網(wǎng)在人們生活中發(fā)展十分穩(wěn)固，但WLAN接入點(diǎn)地使用面積具有局限性，在覆蓋面積大的條件下必須擁有多個(gè)WLAN接入點(diǎn)才能運(yùn)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，這就毫無(wú)疑問(wèn)地增大了成本。如今，出現(xiàn)了一種最新的，容量大的、高效率的覆蓋式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。它既支持點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)，同時(shí)也支持多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳送數(shù)據(jù)，它舍棄了有線網(wǎng)絡(luò)，支持無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的多點(diǎn)都可以接收數(shù)據(jù)，并且能夠自行組網(wǎng)、自行管理。未來(lái)，關(guān)于建設(shè)校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)即將成為主角。

關(guān)鍵詞：無(wú)線局域網(wǎng)；WLAN接入點(diǎn)；覆蓋式

中圖分類號(hào)：TN911.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.05.005

0 引言

隨著中國(guó)教育經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，如今的綜合性大學(xué)教學(xué)水平、科研水平，都有了明顯的提升，在社團(tuán)活動(dòng)、團(tuán)會(huì)、學(xué)術(shù)交流會(huì)不斷增多的情況下，學(xué)生們更加需要無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，譬如在公寓樓、體育場(chǎng)、教學(xué)場(chǎng)所等。并且，現(xiàn)今的社會(huì)智能化設(shè)備大范圍普及，譬如上網(wǎng)本、3G手機(jī)等。所以，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的建成期望愈發(fā)強(qiáng)烈。但是有線網(wǎng)絡(luò)的布線設(shè)計(jì)受環(huán)境所影響，高造價(jià)、設(shè)計(jì)復(fù)雜、施工難度大等許多問(wèn)題呈現(xiàn)在眼前。改進(jìn)現(xiàn)在的校園網(wǎng)絡(luò)十分重要，必須使用一個(gè)新技術(shù)來(lái)滿足學(xué)生們的需求。因此，許多學(xué)校開(kāi)始建設(shè)傳統(tǒng)校園網(wǎng)，使學(xué)生可以在任何地方任何時(shí)間都可以上網(wǎng)。

目前，許多學(xué)校已經(jīng)建成傳統(tǒng)校園網(wǎng)，并且在運(yùn)行期間十分穩(wěn)定快速，它已經(jīng)成為了學(xué)生們學(xué)習(xí)、娛樂(lè)的重要途徑。但是近些年來(lái)也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，譬如，首先，學(xué)生公寓或者教學(xué)樓中的網(wǎng)絡(luò)端口十分有限，不能滿足每一個(gè)人的上網(wǎng)需要，其次，校園網(wǎng)在體育場(chǎng)，或者公共綠地等地方不容易鋪建校園網(wǎng)，導(dǎo)致校園的網(wǎng)絡(luò)存在著“盲點(diǎn)”。這些問(wèn)題愈來(lái)愈不能保證學(xué)生們與日俱增的上網(wǎng)需求了。

為了滿足學(xué)生們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)需求，使有限網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，使固定端口轉(zhuǎn)換為移動(dòng)上網(wǎng)，出現(xiàn)了一種最新的，效率高的大面積覆蓋式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)——無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)，它既支持點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)，也支持多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)，它舍棄了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，支持無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中多點(diǎn)都可以接收信息。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在校園建設(shè)上突破了傳統(tǒng)校園網(wǎng)的弊端，具有無(wú)可代替的作用。

1 無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)展及現(xiàn)狀

就國(guó)內(nèi)而言，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方才開(kāi)始，就此來(lái)看，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有比較完善的實(shí)驗(yàn)條件，現(xiàn)在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一些成果僅僅停滯在理論探討下，還無(wú)法形成完善的研究體系。如今，國(guó)內(nèi)的大學(xué)，譬如西南交通大學(xué)、清華大學(xué)等，都在逐步的鋪設(shè)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)。國(guó)內(nèi)的企業(yè)中，譬如中興科技有限公司、華為科技有限公司都已經(jīng)在逐步研發(fā)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)。但是這都與成熟無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)有一定距離。

就國(guó)外而言，逐步成立了許多研發(fā)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)研發(fā)系統(tǒng)和操作平臺(tái)。

UCLA用Tl 5411 DSO、內(nèi)部緩存和靜態(tài)存儲(chǔ)器形成了無(wú)線Mesh研發(fā)平臺(tái)。

NorthGeorgiaTechnicalCollege的計(jì)算機(jī)類研究室形成了一個(gè)基于IEEE路由器組成的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)。

Carnegie Mellon大學(xué)研發(fā)虛擬無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，并且在一定虛擬條件下，類比四種無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由算法功能。

2 無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

2.1 無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜述

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示，它是一種“多跳”無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，并且能夠和2G、3G移動(dòng)通信和許多無(wú)線技術(shù)互相結(jié)合。此種網(wǎng)絡(luò)，可以提升寬帶的容量，也可以提升覆蓋面積以及使傳送信息具有了穩(wěn)定性，它是不可代替的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)是由無(wú)線Mesh終端以及無(wú)線Mesh路由器構(gòu)成的。無(wú)線Mesh終端僅僅包含一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便，它擁有一定的轉(zhuǎn)發(fā)與互通網(wǎng)絡(luò)性能，它可以是智能手機(jī)、是平板電腦等一些無(wú)線終端設(shè)備。它包含許多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，內(nèi)部有一定復(fù)雜度。它具有普通路由器所有的功能，包含中繼功能、轉(zhuǎn)發(fā)功能，還具有其它特殊的功能，包含支持網(wǎng)絡(luò)互連功能，可以通過(guò)“多跳”通信。在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，由無(wú)線Mesh路由器與別的網(wǎng)絡(luò)相連傳送信息。

無(wú)線Mesh路由器是一種能夠使覆蓋面大的設(shè)備，它使得用戶在各個(gè)角落都可以接收到信號(hào)，使得它到達(dá)了無(wú)死角的目的。

2.2 無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 MAC協(xié)議

MAC（Media Access Control）協(xié)議，主要負(fù)責(zé)確定上網(wǎng)的某些站點(diǎn)占用信道的問(wèn)題，主要作用是保證使用網(wǎng)絡(luò)和使用共享資源的公平性。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)采用總線型結(jié)構(gòu)，采用的信道訪問(wèn)協(xié)議有：無(wú)沖突的信道訪問(wèn)協(xié)議和有沖突的信道訪問(wèn)協(xié)議，MAC協(xié)議采用CSMA/CD媒體訪問(wèn)控制，它的基礎(chǔ)是CSMA。無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的MAC協(xié)議構(gòu)建地十分完善。特別是在防止隱藏接口問(wèn)題上十分奏效。

2.2.2 路由協(xié)議

Mesh網(wǎng)絡(luò)得以形成的重要因素是路由協(xié)議，主要功能是使途徑信息能夠在路由器中實(shí)現(xiàn)共享。路由器交互發(fā)送路由訊息，保證到其余路由器的途徑，被全部連接于網(wǎng)絡(luò)上的路由器知曉。有兩種典型的路由協(xié)議：IGP（內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議）和EGP（外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議）。

2.2.3 安全性

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)采取的是一種“多跳式”通信方式，安全性上有著一定劣勢(shì)。首先，它采用一種無(wú)線鏈路方式導(dǎo)致它易被監(jiān)視，會(huì)有遭到攻擊的影響；其次，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有完善的物理保護(hù)功能容易被偷聽(tīng)、監(jiān)視以及泄密；最后，它沒(méi)有完整的公共安全秘鑰系統(tǒng)，管理起來(lái)十分不容易，容易受到攻擊，這是比較不安全的。無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)研發(fā)安全監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)以及信息安全反饋系統(tǒng)，以便于被攻擊時(shí)發(fā)出信號(hào)，使網(wǎng)絡(luò)能夠迅速應(yīng)對(duì)此種情況。

2.2.4 信道分配

在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，信道分配是無(wú)線資源管理的重要內(nèi)容。根據(jù)分配方法不同，信道分配可以分為動(dòng)態(tài)信道分配和隨機(jī)信道分配。

動(dòng)態(tài)信道分配，是通過(guò)信道通過(guò)量的參數(shù)對(duì)信道內(nèi)的資源和通過(guò)質(zhì)量進(jìn)行最佳配置。

隨機(jī)信道分配，是通過(guò)運(yùn)用通信系統(tǒng)中的碼分復(fù)用技術(shù)，在眾多信道隨機(jī)選擇的條件下，以最奏效的多普勒方式為每個(gè)通信傳輸設(shè)備盡量供給可選擇信道。

3 無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用

高校校園是一個(gè)十分適合修建它的地方，高校校園中具有如下特征：用戶密度大，樓群密集，有一些地方網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度低，在一些譬如體育場(chǎng)和公共綠地的地方鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)有難點(diǎn)，使用網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積大，用戶需求日益增長(zhǎng)。

采用無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)，能夠完全的滿足高校學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求以及保證學(xué)校安全設(shè)備的使用，以確保學(xué)生安全，它還能夠保證信息的安全、網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積、抗干擾能力，并且性價(jià)比極高，使得學(xué)校能夠不費(fèi)力地搭建出一個(gè)高速率、價(jià)錢低廉、鋪設(shè)省時(shí)、內(nèi)容完善、方便維護(hù)的卓越新型“校園網(wǎng)”，如圖2所示。

3.1 應(yīng)用需求

目前，學(xué)生們無(wú)論是學(xué)習(xí)還是娛樂(lè)都必不可少網(wǎng)絡(luò)了。但是近些年來(lái)也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，譬如，學(xué)生公寓或者教學(xué)樓中的網(wǎng)絡(luò)端口十分有限，不能滿足每一個(gè)學(xué)生的上網(wǎng)需要；校園網(wǎng)在體育場(chǎng)或者公共綠地等地方不容易鋪設(shè)，導(dǎo)致校園中的網(wǎng)絡(luò)存在著“盲區(qū)”，嚴(yán)重影響著上網(wǎng)的質(zhì)量；鋪設(shè)很多的線纜，浪費(fèi)學(xué)校大量的人工經(jīng)費(fèi)、物品經(jīng)費(fèi)等。因此，要對(duì)教學(xué)樓、行政樓、圖書(shū)館、公寓以及公共綠地等學(xué)生平時(shí)經(jīng)常去的地方進(jìn)行無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)覆蓋，確保無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)能夠滿足要求。選擇無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使得上網(wǎng)信號(hào)質(zhì)量得以提高，網(wǎng)絡(luò)安全度得以保證，規(guī)避了大范圍鋪建線纜，節(jié)省了工程時(shí)間與工程費(fèi)用。

3.2 建網(wǎng)難點(diǎn)

（1）公寓、教學(xué)樓、食堂等環(huán)境，學(xué)生密度大，使用量高，需要質(zhì)量?jī)?yōu)、速率快的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；

（2）對(duì)于網(wǎng)絡(luò)安全性有極高的要求，需要具有完善的實(shí)名認(rèn)證系統(tǒng)以及繳費(fèi)系統(tǒng)，保證一人一賬號(hào)，計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確無(wú)誤。

3.3 解決方案

（1）根據(jù)室內(nèi)環(huán)境的環(huán)境特征，一般使用無(wú)線Mesh路由器，按照大面積覆蓋式安裝接人點(diǎn)；

（2）根據(jù)體育館的環(huán)境特征，一般可以采用室內(nèi)型AP方式；

（3）若是學(xué)生密度小、使用量小的環(huán)境，則選擇AP中的宏方式；

（4）若是學(xué)生密度大、使用量大的環(huán)境，則選擇AP中的室外方式。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)具備吞吐量大、效率高、施工費(fèi)用低、建設(shè)省時(shí)簡(jiǎn)單、覆蓋面廣等優(yōu)點(diǎn)，這完全符合當(dāng)今高校校園對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求，滿足學(xué)校師生對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求，提高師生使用網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量，十分適用于高校校園建設(shè)。但是，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)作為一項(xiàng)最新技術(shù)，尚有許多不足之處，需要改進(jìn)與完善。這需要技術(shù)人員制訂更切實(shí)可行更加完善的方案來(lái)協(xié)助高校完成無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。相信在不久的將來(lái)，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)將會(huì)得到更普遍的關(guān)注與使用，將會(huì)推動(dòng)校園網(wǎng)發(fā)展。