基于IEEE802.11高校無(wú)線校園網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計(jì)研究

左明慧

摘要：本文對(duì)基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的高校無(wú)線校園網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析研究，首先對(duì)IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了概述，并在此基礎(chǔ)上提出了一種GPON環(huán)境下基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的高校全覆蓋無(wú)線校園網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案。

Abstract： This paper analyzes the wireless campus network coverage design based on IEEE802.11 standard. Firstly， the IEEE802.11 standard is summarized. Based on this， a full coverage wireless campus network design based on IEEE802.11 standard in GPON environment is proposed.

關(guān)鍵詞：IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn);高校無(wú)線網(wǎng)絡(luò);覆蓋;設(shè)計(jì)研究

Key words： IEEE802.11 standard;university wireless network;coverage;design research

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2018）36-0199-03

0? 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)+智慧化校園的開展，高校教學(xué)、科研以及教育管理的方式變得日益多元化，校園內(nèi)智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等智能終端用戶也呈爆炸式增長(zhǎng)，更多的設(shè)備，更多的用戶需要在更多的時(shí)間和校園內(nèi)更廣的區(qū)域訪問(wèn)校園網(wǎng)教育教學(xué)資源。這種變化直接改變了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在高校校園網(wǎng)中的配角地位。高校校園網(wǎng)實(shí)現(xiàn)WLAN全覆蓋將為校園網(wǎng)用戶隨時(shí)隨地提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入，也將能夠更安全、更便利的服務(wù)于學(xué)校的教育教學(xué)、科研和管理。

1? IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

IEEE802.11是美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）制定的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)通訊標(biāo)準(zhǔn)，主要用于幫助網(wǎng)絡(luò)用戶通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行局域網(wǎng)連接。IEEE802.11是其在1997年發(fā)布的首個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)通訊標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物理層和媒體存取層都進(jìn)行了定義。IEEE802.11作為IEEE發(fā)布的第一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)通訊標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)據(jù)傳輸速度上最高只能達(dá)到2Mbps，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的要求，因此，在802.11的標(biāo)準(zhǔn)上，IEEE又陸續(xù)發(fā)布了一些列的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，目前應(yīng)用范圍最大的應(yīng)當(dāng)是IEEE802.11n，它在2.4GHz頻段，理論上的最高傳輸速度可以達(dá)到600Mbps，可以滿足當(dāng)前大部分無(wú)線局域網(wǎng)的要求。在IEEE發(fā)布的一系列標(biāo)準(zhǔn)中，目前最受關(guān)注的當(dāng)屬IEEE802.11ac，它的理論傳輸速度可以達(dá)到1730Mbps，能夠很大程度的提高無(wú)線局域網(wǎng)的應(yīng)用效率，它的出現(xiàn)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2? 高校全覆蓋無(wú)線校園網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

考慮到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，高校校園網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的普及以及校園用戶對(duì)于無(wú)線網(wǎng)的迫切需求，本文給出一種基于GPON網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋架構(gòu)方案，架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

該設(shè)計(jì)方案有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

2.1 無(wú)線校園網(wǎng)采用雙頻段設(shè)置

為保證信道之間不相互干擾，大型無(wú)線校園網(wǎng)必須對(duì)WLAN信道進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃并實(shí)施。802.11國(guó)際工作組織，提供了兩個(gè)不同的無(wú)線局域網(wǎng)頻段，2.4GHz和4.9/5.8 GHz，并且將每個(gè)工作頻段又劃分成了多個(gè)子信道，各國(guó)可以根據(jù)自身實(shí)際情況來(lái)規(guī)定如何對(duì)這些頻段進(jìn)行合理使用。在我國(guó)，當(dāng)前無(wú)線局域網(wǎng)常用的工作頻段為2.4GHz頻段，這一頻段的頻率在2.4GHz到2.483GHz之間，我們將其一共劃分為14個(gè)子信道，每個(gè)子信道的帶寬通常為22MHz。但是，在同時(shí)使用幾個(gè)頻道時(shí)，相近的頻道之間容易產(chǎn)生信號(hào)干擾，因此，為了盡量降低這種干擾，規(guī)定兩個(gè)相近頻道之間的中心頻率差值必須大于25Hz[2]。綜合考慮各方面的因素，此次無(wú)線校園網(wǎng)的建設(shè)計(jì)劃使用1信道、6信道以及11信道。

當(dāng)然，目前我國(guó)開放了5.8GHz頻段的幾個(gè)子信道，這些子信道的中心頻率分別是5745MHz、5765MHz、5785MHz、5805MHz、5825MHz，這幾個(gè)信道各自獨(dú)立，可以有效防止信號(hào)干擾的情況出現(xiàn)，而且這個(gè)頻段的數(shù)據(jù)傳輸速度非?？?，可以大大提高網(wǎng)絡(luò)速度。因此，此次無(wú)線校園網(wǎng)工作頻段選擇以2.4GHz和5.8GHz工作頻段共同使用的方式。所以，我們?cè)谶M(jìn)行無(wú)線接入設(shè)備選擇時(shí)，選取了可以同時(shí)支持2.4GHz和5.8GHz兩個(gè)頻段接入的設(shè)備，為無(wú)線校園網(wǎng)的提速升級(jí)提供了基礎(chǔ)的設(shè)備保證。

2.2 不同區(qū)域采用的組網(wǎng)模式和無(wú)線設(shè)備不同

高校校園內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要覆蓋的主要范圍包括辦公樓、學(xué)生宿舍、圖書館、會(huì)場(chǎng)、體育館、報(bào)告大廳、學(xué)校食堂、梯形大教室、普通教室、室外空間等。根據(jù)用戶和網(wǎng)絡(luò)布線情況可以將這些區(qū)域分成兩大塊：私密區(qū)域和公共區(qū)域。一般私密區(qū)包括所有辦公室（包括辦公樓、體育館、圖書館等）和學(xué)生宿舍，這些區(qū)域一般人數(shù)較少，2-6人左右，人員比較固定，房間內(nèi)基本上都已經(jīng)光纖到戶;而公共區(qū)包括樓內(nèi)走廊、圖書館大廳、報(bào)告廳、教室、食堂、室外等，這些區(qū)域一般人數(shù)較多，人員流動(dòng)大，范圍廣，光纖很難到位，故一般采用超6類雙絞線布線。

這兩種應(yīng)用不同的區(qū)域，可以采用不同的架構(gòu)模式。私密區(qū)可以采用GPON的OLT+ONU模式，ONU采用帶有Wifi功能的型號(hào)，這種ONU一般支持10個(gè)左右的用戶;而公共區(qū)域可采用無(wú)線控制器AC+瘦AP模式，所選AP應(yīng)該能夠支持幾十個(gè)用戶。

由于之前無(wú)線校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)統(tǒng)一采用同一型號(hào)的無(wú)線接入設(shè)備，存在區(qū)域無(wú)線信號(hào)覆蓋不全或者區(qū)域信號(hào)覆蓋過(guò)寬導(dǎo)致浪費(fèi)的情況，本次在選擇無(wú)線接入設(shè)備時(shí)，根據(jù)校園內(nèi)的區(qū)域差別分別選用不同型號(hào)的設(shè)備[3]。比如，會(huì)場(chǎng)、體育館、報(bào)告大廳、學(xué)校食堂、梯形大教室等地，由于區(qū)域面積比較大、用戶密度較高，網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備種類多樣，一般選擇高密型無(wú)線接入設(shè)備搭建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，此類型設(shè)備能夠同時(shí)接入多個(gè)用戶，非常適用于這種人口密集的場(chǎng)所;對(duì)于普通的教室以及實(shí)訓(xùn)室等區(qū)域，由于用戶的密度并不高，但是區(qū)域面積大，網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)終端設(shè)備的類型較多，對(duì)設(shè)備的功能性要求比較強(qiáng)，在這些區(qū)域使用放裝型無(wú)線接入設(shè)備，這種設(shè)備功能性較強(qiáng)，而且可以同時(shí)接入幾十個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶，能夠滿足此類區(qū)域的使用需求;而對(duì)于室外區(qū)域，由于區(qū)域面積較大、環(huán)境較差、障礙物較多，因此必須做到信號(hào)遠(yuǎn)距離覆蓋，但由于室外區(qū)域的無(wú)線局域網(wǎng)用戶較少，對(duì)設(shè)備功能性的要求較低，只要選用室外專用的大功率無(wú)線接入設(shè)備，就可以滿足要求。

2.3 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理扁平化

在該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，無(wú)論OLT+ONU模式還是AC+AP模式，所有的無(wú)線接入設(shè)備ONU/AP都不需要單獨(dú)設(shè)置，對(duì)于這些設(shè)備的注冊(cè)、配置和管理都是在OLT或者AC中完成，OLT和AC一般都和核心設(shè)備共同直接部署在中心機(jī)房，維護(hù)和管理非常方便高效。在OLT+ONU模式中，用戶VLAN數(shù)據(jù)經(jīng)OLT直接透?jìng)鞯紹RAS進(jìn)行認(rèn)證，而AC+AP模式中用戶VLAN數(shù)據(jù)可以由本地轉(zhuǎn)發(fā)或AC集中轉(zhuǎn)發(fā)方式送至BRAS進(jìn)行認(rèn)證。整個(gè)架構(gòu)從物理和邏輯上實(shí)現(xiàn)了無(wú)線設(shè)備的扁平化管理，大大減少了設(shè)備的管理復(fù)雜度，提高了工作效率。

2.4 用戶漫游設(shè)計(jì)

為了保證用戶帶寬和網(wǎng)絡(luò)私有性，一般辦公室和學(xué)生宿舍不采用漫游設(shè)計(jì)，也就是說(shuō)用戶一旦離開相應(yīng)區(qū)域的無(wú)線覆蓋范圍，信號(hào)自然就中斷，當(dāng)用戶重新回到該AP信號(hào)區(qū)域時(shí)需要重新連接無(wú)線設(shè)備并認(rèn)證。但對(duì)于公共區(qū)域的用戶而言，卻不是一個(gè)很好的選擇，可以想像，用戶在校園散步時(shí)上網(wǎng)，每當(dāng)從一個(gè)無(wú)線AP范圍走到另一個(gè)無(wú)線AP范圍時(shí)網(wǎng)絡(luò)就要中斷一次，就要重新連接認(rèn)證，則用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)勢(shì)必很差，因此對(duì)于公共區(qū)域，必需采用用戶漫游的設(shè)計(jì)。

漫游是指用戶在部署了WLAN網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)所移動(dòng)時(shí)，用戶終端可以從一個(gè)AP的覆蓋范圍移動(dòng)到另一個(gè)AP的覆蓋范圍，用戶無(wú)需重新登錄和認(rèn)證，如圖2所示。

WLAN網(wǎng)絡(luò)漫游中需要了解以下兩點(diǎn)：①漫游過(guò)程中SSID必須一致，且使用相同的安全設(shè)置。②漫游中選擇連接哪個(gè)AP是無(wú)線客戶端的動(dòng)作，這個(gè)切換的時(shí)機(jī)和快慢受無(wú)線客戶端的芯片或設(shè)置的影響，所以在漫游切換過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同的終端切換性能有差異。

2.5 有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的合理隔離設(shè)計(jì)

高校網(wǎng)絡(luò)包括有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)部分，在進(jìn)行無(wú)線校園網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，既可以將有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)同時(shí)連接在一個(gè)交換機(jī)上，也可以分開來(lái)，對(duì)其進(jìn)行物理隔離[4]。不過(guò)將校園有線網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)進(jìn)行物理隔離的設(shè)計(jì)方式更為合理高效。

該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，特別考慮到這一點(diǎn)，盡量做到有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的有效物理隔離。其中公共區(qū)域AC+AP部分采取全無(wú)線的網(wǎng)絡(luò)模式，用戶都是通過(guò)無(wú)線接入設(shè)備接入校園網(wǎng)，用戶數(shù)據(jù)直接經(jīng)由AP-POE交換機(jī)—AC-核心交換1-BRAS。私密區(qū)域考慮到用戶相對(duì)比較固定，人數(shù)也很少，有線和無(wú)線隔離與否并不實(shí)際影響用戶帶寬和網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，因此私密區(qū)域OLT+ONU部分采用了有線和無(wú)線混合模式，用戶可以根據(jù)需要實(shí)際需要選擇是否帶wifi功能的ONU，用戶數(shù)據(jù)都經(jīng)由ONU-OLT-核心交換2-BRAS。

3? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，此次在基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)上，對(duì)高校無(wú)線校園網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了新的覆蓋設(shè)計(jì)，改善了高校原有的無(wú)線校園網(wǎng)缺陷，提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的集中化管理，并且為以后無(wú)線校園網(wǎng)的持續(xù)升級(jí)打下了一定的基礎(chǔ)，為高校內(nèi)的教師、學(xué)生、管理人員以及其他工作人員提供了一個(gè)優(yōu)質(zhì)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用環(huán)境。

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