低成本且具備負(fù)載均衡功能無線局域網(wǎng)的實(shí)踐與應(yīng)用

曾懌理

摘 要： 綜述了某學(xué)校無線局域網(wǎng)（WLAN）建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)踐與應(yīng)用，并作為案例，展示了建設(shè)密集部署型WLAN的一種方法。項(xiàng)目采用性價(jià)比高、兼容性強(qiáng)的硬件，以及擴(kuò)展性好、可改造且支持開源軟件的智能路由器和訪問控制器系統(tǒng)；經(jīng)結(jié)合實(shí)際場地環(huán)境布局的規(guī)劃、安裝、配置及優(yōu)化，構(gòu)建出支持大用戶量、有效、實(shí)用的WLAN。所建造的WLAN具有低成本、兼容性及擴(kuò)展性好、高性能且滿足統(tǒng)一管理的負(fù)載均衡功能等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 無線局域網(wǎng)； 密集部署； 低成本； 刷機(jī)； 調(diào)整； 負(fù)載均衡

中圖分類號：TP393.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）04-44-03

Abstract： This paper summarizes the practice and implementation of wireless local area networks （WLAN） construction project in a school， and as a case， demonstrates the construction of a densely deployed WLAN. The project adopts the cost-effective and compatible hardware， and intelligent routers and access controller system with good scalability and open source software support； the planning， installation， configuration and optimization are based off the actual site layout and environment， which the effective and practical WLAN that supports large-scale users is constructed. The implemented WLAN has the characteristics of low-cost， good compatibility and expansibility， high performance and load balancing function of unified management.

Key words： WLAN； dense deployment； low-cost； firmware update； customization； load balance

0 引言

學(xué)校已有寬帶互聯(lián)網(wǎng)連接，而在經(jīng)常舉辦活動的報(bào)告廳還沒部署無線局域網(wǎng)（簡稱WLAN）。為便于在舉辦活動或召開會議時提供統(tǒng)一管理、安全可用的無線網(wǎng)絡(luò)訪問，需在學(xué)校報(bào)告廳建設(shè)全覆蓋的、高效率的WLAN。此項(xiàng)目是惠州一中智能信息社2015年冬季負(fù)責(zé)實(shí)施的科技實(shí)踐活動。

我校報(bào)告廳的整體場地如圖1所示，廳內(nèi)有500多個階梯式座位。在報(bào)告廳的實(shí)際使用過程中，因具體活動不同，會場內(nèi)人員聚集或分布可能不完全均勻。為了避免某個無線訪問點(diǎn)（Access Point，簡稱AP）上接入的終端用戶數(shù)量過多，影響使用效率，需要實(shí)現(xiàn)AP的負(fù)載均衡功能，以使客戶端合理連接WLAN并保證帶寬與性能。

此外，該項(xiàng)目作為我校中學(xué)生的智能信息科技實(shí)踐項(xiàng)目，我們需考慮用非常有限的成本投入來實(shí)現(xiàn)高性能、靈活兼容、可擴(kuò)展管理的功能系統(tǒng)。

1 WLAN的技術(shù)構(gòu)建實(shí)踐

構(gòu)建WLAN實(shí)踐項(xiàng)目中較重要的技術(shù)工作。

1.1 網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)備與安裝

無線網(wǎng)絡(luò)終端采用市面上硬件性價(jià)比高、兼容性強(qiáng)，軟件擴(kuò)展性好、可改造支持基于開源類系統(tǒng)（例如基于OpenWrt的[1]）智能WiFi路由器。我們先對硬件作了拆機(jī)調(diào)整改造、開啟Root權(quán)限[2]，再把WiFi路由器軟件重裝（即固件刷機(jī)）使它們轉(zhuǎn)變成與訪問控制器（Access Controller，簡稱AC）系統(tǒng)相匹配的AP。基于場地情況（如圖1），我們把整個報(bào)告廳劃分為A、B、C、D四個小片區(qū)：在報(bào)告廳里共設(shè)置12個AP，分布于A、B、C、D區(qū)各3個。另一方面，需從交換機(jī)處向各AP安裝布置以太網(wǎng)絡(luò)線；對各AP分配設(shè)置合理的IP地址，把各AP納入到AC的統(tǒng)一管理之中。圖2是該WLAN的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡化示意圖。

1.2 多AP密集部署下的優(yōu)化

在完成WLAN設(shè)備的基本連接后，需對各AP的射頻信號及其相互間的耦合影響與干擾協(xié)調(diào)問題作出優(yōu)化調(diào)整。實(shí)踐中，這涉及AP射頻的信道選擇、功率調(diào)整，同時也需注意AP位置、天線方向等細(xì)節(jié)[3]。在報(bào)告廳里密集部署了12個AP，需特別注意相鄰近AP間的信號干擾。關(guān)于這方面的研究是近年來無線資源管理中的熱門研究課題[4]，網(wǎng)上也有針對這類實(shí)踐的特定參考資料。對于信道選擇，我們的基本思路是：把各片區(qū)內(nèi)的3個AP信道各自分開，例如在2.4GHz頻段下分別選用信道1、6、11。對于功率調(diào)整，主要是優(yōu)化相鄰片區(qū)間的信號重疊度問題[5]；由于報(bào)告廳內(nèi)沒有墻壁等障礙物隔離，WiFi信號主要隨著空間距離而衰減，因而我們把傳輸功率適當(dāng)調(diào)低。對于具體AP或特定片區(qū)的優(yōu)化，則基于實(shí)際測試，調(diào)整AP射頻參數(shù)使其信號有足夠覆蓋而終端接收的信噪比又足夠好。

1.3 通過AC配置管理負(fù)載均衡功能

在報(bào)告廳內(nèi)各片區(qū)AP信號被調(diào)整到較好覆蓋（無盲區(qū)、多信道工作、相同信道也有一定冗余），且穩(wěn)定可用（信號主次化、連接信噪比高）的情況下，通過負(fù)載均衡管理可進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，提升網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性與使用效率[6]。實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡功能在AC管理后臺完成（通過AC的Web管理界面操作，也可由計(jì)算機(jī)連接AC后利用命令行實(shí)現(xiàn)）：負(fù)載均衡分為基于連接數(shù)和基于流量兩種。基于連接數(shù)量的核心配置是AP或負(fù)載均衡組的均衡門限或其最大帶機(jī)量。由于在報(bào)告廳各片區(qū)均有信道為1、6、11的AP信號，而片區(qū)間形成適當(dāng)?shù)南噜徶丿B，所以，可按片區(qū)或同信道確定均衡組策略。設(shè)置后重啟（在測試時，可先設(shè)置小的數(shù)值），即可檢查負(fù)載均衡的啟用狀態(tài)（由于通過AC統(tǒng)一了WLAN的SSID發(fā)布，所以有關(guān)的狀態(tài)檢查需在AC管理后臺進(jìn)行）。

2 應(yīng)用情況

在完成AC與各AP的組網(wǎng)、設(shè)置及多次優(yōu)化調(diào)試后，也經(jīng)過了一百多手機(jī)客戶端同時連接的實(shí)際活動應(yīng)用，表明所建設(shè)的WLAN覆蓋、性能及穩(wěn)定可用性達(dá)到要求。同時，通過登錄AC的后臺管理Web，在AP列表查詢及“在線用戶”查詢下看到AP的負(fù)載均衡功能已經(jīng)起作用。目前，學(xué)校報(bào)告廳的無線網(wǎng)絡(luò)已在正常使用中。

3 結(jié)束語

本文以惠州一中報(bào)告廳實(shí)現(xiàn)的帶負(fù)載均衡功能WLAN建設(shè)項(xiàng)目為實(shí)例，探討智能信息社相關(guān)科技創(chuàng)新實(shí)踐活動。項(xiàng)目過程涉及的方法、技術(shù)方案對構(gòu)建類似WLAN有啟示作用。所建造的WLAN主要有以下創(chuàng)新點(diǎn)。

⑴ 具備統(tǒng)一管理的負(fù)載均衡功能：密集部署的AP與結(jié)合實(shí)際的調(diào)整，通過AC統(tǒng)一管理（也統(tǒng)一了SSID）且實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)間的負(fù)載均衡，提升了網(wǎng)絡(luò)安全性和應(yīng)用效率。

⑵ 經(jīng)濟(jì)性：建網(wǎng)所用AC、15個AP（含另外3個用于開發(fā)測試）、交換機(jī)，以及連接AP的以太網(wǎng)絡(luò)線、電源等，共花費(fèi)約4000元。

⑶ 兼容性和高性能：所用的兼容性設(shè)備，除了當(dāng)前可通過軟件定制化提高性能外，未來可繼續(xù)在開源系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再迭代開發(fā)、擴(kuò)展部署，這樣不但可以擴(kuò)展WLAN部署至整個校園，而且可結(jié)合實(shí)際情況作性能管理上的調(diào)整，或進(jìn)一步優(yōu)化更新功能。這對于智能信息社的實(shí)踐活動也是大有好處的。

學(xué)校報(bào)告廳是眾多活動的常用場所，其覆蓋全面且具備負(fù)載均衡管理的WLAN為舉辦各種活動奠定了有效的應(yīng)用訪問及信息交換基礎(chǔ)。未來，可進(jìn)一步把一中智能信息社開發(fā)的“電子檢票系統(tǒng)”與無線局域網(wǎng)訪問作更深入融合[7]。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 開源中國.開源路由器第三方固件[EB/OL].http：//www.oschina.net/p/openwrt.

[2] iKuai愛快論壇.無線工程技術(shù)交流區(qū)[EB/OL]. http：//bbs.ikuai8.com/thread-27415-1-1.html.

[3] 李劍鋒.無線網(wǎng)信號不好都是細(xì)節(jié)在作怪[N].電腦報(bào)，2015.14.

[4] 劉文靜.WLAN中AP密集部署干擾協(xié)調(diào)機(jī)制[D].電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2015.

[5] 知乎分享.WiFi信道設(shè)置一點(diǎn)疑惑[EB/OL].https：//www.zhihu.com/question/35339958 .

[6] 太平洋電腦網(wǎng)/無線論壇.什么是WLAN無線網(wǎng)絡(luò)AP的負(fù)載均衡[EB/OL]. http：//itbbs.pconline.com.cn/network/16014668.html.

[7] 田麗，張巍，劉春瑞.校園一卡通會議簽到系統(tǒng)的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)時代，2016.1：22-24