高校校園無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的應(yīng)用與實(shí)踐

李書欽　馬時(shí)來　李琳　王志方

摘要：針對(duì)高校無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀和存在的問題，以北方工業(yè)大學(xué)無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的具體實(shí)踐為例，對(duì)北方工業(yè)大學(xué)無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的現(xiàn)狀、原則、建設(shè)方案以及建成后的效果等進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)論述了無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的總體框架、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、頻段與信道覆蓋優(yōu)化、SSID規(guī)劃、無線網(wǎng)絡(luò)使用等方面，提出了適合北方工業(yè)大學(xué)的無線建設(shè)思路，為其他高校的校園無線和智慧校園建設(shè)提供了參考。

關(guān)鍵詞：校園;無線網(wǎng)絡(luò);建設(shè)

中圖分類號(hào)：G647???? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???? 文章編號(hào)：1674-9324（2019）13-0122-03

一、引言

隨著學(xué)校信息化程度不斷提高，校園網(wǎng)早已成為校園里不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施，在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)維管理工作中，不斷涌現(xiàn)出新的挑戰(zhàn)。校園無線是高校重要的教學(xué)、科研和管理應(yīng)用平臺(tái)，目前大多數(shù)高校都已實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，并為每個(gè)學(xué)生開通了上網(wǎng)賬號(hào)，高校校園網(wǎng)無線上網(wǎng)的用戶數(shù)已經(jīng)超過了有線上網(wǎng)用戶數(shù)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，智能手機(jī)和平板電腦開始大量出現(xiàn)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，高校學(xué)生98%以上都擁有智能手機(jī)，這些終端只能通過WiFi或3G/4G接入網(wǎng)絡(luò)，甚至越來越多的筆記本電腦開始不配備以太網(wǎng)接口，只提供有線接入的校園網(wǎng)已經(jīng)無法滿足用戶需求。隨著無線互聯(lián)技術(shù)和移動(dòng)終端的飛速發(fā)展，新的技術(shù)手段對(duì)高校無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提出了新的要求。因此，擬以北方工業(yè)大學(xué)的具體實(shí)踐為例，論述高校校園無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及取得的成效。

二、北方工業(yè)大學(xué)無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀

北方工業(yè)大學(xué)校園網(wǎng)承載著學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和教學(xué)資源共享平臺(tái)以及教務(wù)、圖書、財(cái)務(wù)、校務(wù)辦公信息等十多個(gè)教學(xué)、科研管理信息系統(tǒng)，并擁有學(xué)校和學(xué)校各院系、部處的數(shù)十個(gè)網(wǎng)站，成為學(xué)校教學(xué)、科研和管理的重要基礎(chǔ)設(shè)施。校園網(wǎng)為全校師生員工提供了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、資源共享服務(wù)及DNS、E-mail、WWW、FTP等互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，為學(xué)校教育信息化的進(jìn)程提供了有力的支持。北方工業(yè)大學(xué)從2008—2017年，分階段進(jìn)行了無線校園網(wǎng)的規(guī)劃與實(shí)施，目前全校無線AP點(diǎn)位3780個(gè)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了主要教學(xué)區(qū)、辦公區(qū)、學(xué)生宿舍區(qū)、生活區(qū)等的無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，具體建設(shè)歷程如下：2008年，校園網(wǎng)改造項(xiàng)目中涉及了一部分無線校園網(wǎng)的局部覆蓋，主要解決了學(xué)校一些公共會(huì)議室、專業(yè)教室的無線覆蓋，該項(xiàng)目包含30臺(tái)AP和一個(gè)4402無線控制器。2009年，北方工業(yè)大學(xué)無線局域網(wǎng)第一期，涉及186臺(tái)無線AP、2臺(tái)無線控制器，覆蓋各個(gè)教學(xué)樓的公共大教室（超過100人的）、紅葉公寓、國教中心、第五教學(xué)樓的部分專業(yè)教室和研究生實(shí)驗(yàn)室、第一教學(xué)樓一層的部分辦公室。2010年，北方工業(yè)大學(xué)無線局域網(wǎng)第二期建設(shè)，針對(duì)圖書信息樓的無線信號(hào)覆蓋，涉及38臺(tái)無線AP、3臺(tái)POE交換機(jī)。2011年，北方工業(yè)大學(xué)老圖書館改造，實(shí)現(xiàn)了老圖書館無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，涉及57臺(tái)無線AP、3臺(tái)POE交換機(jī)、1臺(tái)無線控制器。

2015年，北方工業(yè)大學(xué)第三實(shí)驗(yàn)樓網(wǎng)絡(luò)建設(shè)（新竣工樓配套）項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了第三實(shí)驗(yàn)樓的有線和無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，涉及280臺(tái)無線AP，全面覆蓋第三實(shí)驗(yàn)樓的公共空間、專業(yè)教室和實(shí)驗(yàn)室。2015年，北方工業(yè)大學(xué)圖書館無線網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造項(xiàng)目，新增70臺(tái)無線AP、3臺(tái)POE，實(shí)現(xiàn)圖書館書架區(qū)域和辦公區(qū)域的無線覆蓋，滿足圖書館所有區(qū)域的無線應(yīng)用和無線上網(wǎng)需求。2016年，學(xué)生宿舍區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項(xiàng)目（一期）主要針對(duì)學(xué)生9公寓、學(xué)生11公寓進(jìn)行無線覆蓋，涉及85臺(tái)無線主AP，1500臺(tái)無線分AP，全面覆蓋學(xué)生9公寓、11公寓每個(gè)宿舍和公共空間。

2017年，學(xué)生宿舍區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項(xiàng)目（二期）主要針對(duì)學(xué)生7公寓、8公寓、10公寓進(jìn)行無線覆蓋，涉及1587臺(tái)無線AP，全面覆蓋上述學(xué)生公寓和學(xué)生生活區(qū)。

三、北方工業(yè)大學(xué)校園無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與建設(shè)方案

北方工業(yè)大學(xué)無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，它涉及多個(gè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和執(zhí)行環(huán)節(jié)，可以滿足大量用戶無線終端統(tǒng)一接入的需求，結(jié)合《北方工業(yè)大學(xué)信息化頂層設(shè)計(jì)方案》進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1.無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)總體框架。根據(jù)北方工業(yè)大學(xué)校園網(wǎng)“整體規(guī)劃，逐步實(shí)施”的原則，我校將統(tǒng)籌考慮學(xué)校信息化建設(shè)現(xiàn)狀及學(xué)校未來信息化發(fā)展需求，按照集約建設(shè)的思路實(shí)現(xiàn)建設(shè)與“現(xiàn)代化大學(xué)”相適應(yīng)的信息化建設(shè)水平的總體目標(biāo)，我校校園無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃如圖1所示。

2.無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)原則。（1）經(jīng)濟(jì)實(shí)用性原則。北方工業(yè)大學(xué)對(duì)無線項(xiàng)目的投入遵循經(jīng)濟(jì)實(shí)用性原則，在選擇方案時(shí)，性能價(jià)格比是最重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。（2）簡單易用性原則。北方工業(yè)大學(xué)信息中心IT專業(yè)管理人員同時(shí)需要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)的維護(hù)，所以平臺(tái)的易用性，操作的簡便性，部署的方便性就顯得尤其重要了。（3）平衡性原則。風(fēng)險(xiǎn)、效率、投入是相互制約的因素，平衡性原則的第一個(gè)要素便是平衡這三者的關(guān)系，追求效率的時(shí)候不忘記風(fēng)險(xiǎn)，控制風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)候要平衡效率和投入，風(fēng)險(xiǎn)存在在很多地方，有限的投入需要合理分配。（4）先進(jìn)性原則。無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)必須能夠滿足未來3—5年技術(shù)、應(yīng)用的發(fā)展需要，所以在校園無線網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目建設(shè)過程中，所采用的無線產(chǎn)品必須在無線技術(shù)方面具備一定的先進(jìn)性，無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均支持802.11a/b/g/n/ac協(xié)議，滿足未來無線接入的趨勢(shì)。（5）安全性原則。無線產(chǎn)品必須具備高安全性，通過對(duì)無線用戶做靈活的認(rèn)證、加密來確保網(wǎng)絡(luò)和用戶的安全性，采用專用接入點(diǎn)控制設(shè)備（AC）集中管理、控制所有的AP，即“瘦AP+AC”的架構(gòu)進(jìn)行無線組網(wǎng)，同時(shí)引入WAPI標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行公鑰的雙向認(rèn)證，保證了無線傳輸?shù)陌踩浴?/p>

3.無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案。（1）無線網(wǎng)絡(luò)采用集中控制和管理的方式，采用無線控制器對(duì)分布在校園內(nèi)的眾多AP進(jìn)行統(tǒng)一管理。無線網(wǎng)絡(luò)管理軟件能夠發(fā)現(xiàn)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)造成干擾的射頻干擾源，并對(duì)其進(jìn)行物理位置的定位。（2）與現(xiàn)有校園網(wǎng)統(tǒng)一認(rèn)證平臺(tái)相結(jié)合，通過校園網(wǎng)統(tǒng)一認(rèn)證平臺(tái)對(duì)用戶進(jìn)行認(rèn)證和權(quán)限的分配，向無線、有線用戶提供統(tǒng)一的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)有線無線一體化。（3）無線設(shè)備可升級(jí)支持最新的協(xié)議，無線AP同時(shí)支持WAPI國家無線加密標(biāo)準(zhǔn)，采用無線核心隨板AC的方式，節(jié)約整體設(shè)備成本，可以對(duì)無線AP的集中控制和遠(yuǎn)程自動(dòng)升級(jí)，支持本地轉(zhuǎn)發(fā)和頻譜分析。（4）無線網(wǎng)絡(luò)管理軟件對(duì)所有的無線設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的配置和管理，能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并報(bào)告故障點(diǎn)，支持查看每個(gè)AP上所連接的客戶端數(shù)量、AP信道狀態(tài)、信道使用率、信噪比、信號(hào)強(qiáng)度分布及AP的狀態(tài)，對(duì)大批量的AP或者控制器配置采取模板定制功能，通過無線網(wǎng)絡(luò)管理軟件自動(dòng)下發(fā)參數(shù)實(shí)現(xiàn)AP的零配置管理。支持對(duì)同一區(qū)域內(nèi)的無線設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)功率調(diào)節(jié)和監(jiān)控，具有分析網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行日志的功能，能夠輸出到指定的日志服務(wù)器。

四、北方工業(yè)大學(xué)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與應(yīng)用

北方工業(yè)大學(xué)對(duì)校園無線網(wǎng)WLAN信道進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，WLAN信道規(guī)劃的好壞影響到無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬、性能、擴(kuò)展以及抗干擾能力，也必將影響到廣大師生的上網(wǎng)體驗(yàn)。

1.頻段與信道覆蓋優(yōu)化。WLAN系統(tǒng)主要應(yīng)用在兩個(gè)頻段：2.4GHz和5.0GHz。2.4G頻段具體頻率范圍為2.4GHz—2.4835GHz的連續(xù)頻譜，信道編號(hào)1—14，非重疊信道共有3個(gè)，一般選取1、6、11這3個(gè)非重疊信道。5.0G頻段分配的頻譜并不連續(xù)，主要有兩段：5.15GHz—5.35GHz、5.725GHz—5.85GHz。不重疊信道在5.15GHz—5.35GHz頻段有8個(gè)，分別為36、40、44、48、52、56、60、64;在5.725GHz—5.85GHz頻段有4個(gè)，分別為149、153、157、161，可以根據(jù)實(shí)際部署情況，選擇相應(yīng)的非重疊信道。為保證信道之間不相互干擾，北方工業(yè)大學(xué)無線校園網(wǎng)對(duì)WLAN信道進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)劃并實(shí)施。WLAN信道規(guī)劃需遵循兩個(gè)原則：蜂窩覆蓋、信道間隔。根據(jù)覆蓋密度、干擾情況、選擇2.4G/5G單頻或雙頻覆蓋。AP交替使用2.4G的1、6、11信道及5.0G的36、40、44信道，避免信號(hào)相互干擾。一般情況單獨(dú)使用2.4G或5.0G的頻段，對(duì)于會(huì)議室、體育館等高密度用戶接入場所，啟用雙頻進(jìn)行覆蓋，以便提供更好的接入能力。

2.無線網(wǎng)絡(luò)SSID規(guī)劃。北方工業(yè)大學(xué)無線網(wǎng)絡(luò)采用隨板AC的方式，在每個(gè)AC上可以配置多個(gè)SSID，通過配置多個(gè)SSID，AC針對(duì)不同的SSID下發(fā)不同的策略，SSID根據(jù)策略進(jìn)行終端與業(yè)務(wù)管理。目前廣播1個(gè)SSID：NCUT-AUTO，采用802.1X認(rèn)證方式，用戶初次使用需要輸入用戶名和密碼，以后每次自動(dòng)連接，不需要重復(fù)輸入密碼，所有無線終端都可以接入使用。

3.無線網(wǎng)絡(luò)安裝情況。北方工業(yè)大學(xué)無線網(wǎng)絡(luò)采用“AC+瘦AP”組網(wǎng)模式，目前共部署無線AP點(diǎn)位3780個(gè)，覆蓋了學(xué)生宿舍區(qū)、生活區(qū)和主要辦公區(qū)。宿舍區(qū)采用室內(nèi)面板AP，AP安裝到房間內(nèi)，按照每間宿舍對(duì)應(yīng)1個(gè)AP，采用壁掛安裝方式，AP配有防護(hù)盒，避免學(xué)生破壞或粉刷損壞AP。食堂、體育館、圖書館和會(huì)議室等區(qū)域采用高密度AP，根據(jù)座位數(shù)量和容納人數(shù)，按照每50人對(duì)應(yīng)一個(gè)AP進(jìn)行規(guī)劃裝，AP盡可能靠近覆蓋區(qū)域，減少對(duì)周圍區(qū)域的頻段干擾。辦公區(qū)采用普通放裝AP和面板AP，AP安裝到房間和樓道內(nèi)，根據(jù)房間面積規(guī)劃AP安裝數(shù)量，采用吸頂或壁掛安裝方式。

4.無線網(wǎng)絡(luò)使用情況。北方工業(yè)大學(xué)無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)于全校學(xué)生和教職工（約13000人），截至2018年6月，最大同時(shí)接入終端總數(shù)超過7000個(gè)，無線網(wǎng)絡(luò)流量峰值超過2GBps。我校無線網(wǎng)絡(luò)滿足了全校師生在各種場景下的用網(wǎng)需求。在教學(xué)區(qū)，師生可以在任意一間教室將自己攜帶的無線終端快速接入校園網(wǎng)，并且支持大量終端同時(shí)接入。在宿舍區(qū)，學(xué)生在無線網(wǎng)絡(luò)中訪問校內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)資源，除了個(gè)別游戲和個(gè)別終端在高峰期略有延時(shí)以外，各種IPv4和IPv6應(yīng)用都可以正常工作，學(xué)生宿舍區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況見圖2。同時(shí)，運(yùn)維人員排除網(wǎng)絡(luò)故障的速度大大提高，我校無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)有力促進(jìn)了學(xué)校教學(xué)、科研的發(fā)展，有力提升了教育信息化和智慧校園建設(shè)水平。

五、總結(jié)

黨的“十九大”報(bào)告明確提出“推動(dòng)新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化同步發(fā)展”，順應(yīng)首都打造“智慧北京”的建設(shè)目標(biāo)，圍繞服務(wù)于師生的宗旨，全力打造智慧校園。通過加快建設(shè)高速無線網(wǎng)絡(luò)的方式，建設(shè)高速、覆蓋全校的信息化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)無處不在的校園網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。以云計(jì)算技術(shù)為突破口，建設(shè)能夠支撐“現(xiàn)代化大學(xué)”的信息化基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)中心和計(jì)算資源，搭建統(tǒng)一交換、虛擬化、泛載、可信、綠色低碳的信息服務(wù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)信息資源的高度共享。通過綜合信息門戶平臺(tái)、身份識(shí)別與訪問控制平臺(tái)與共享數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)，推動(dòng)信息技術(shù)與教學(xué)、科研和管理的深度融合，提高我校的辦學(xué)質(zhì)量和效益，為全校師生提供高層次全方位的服務(wù)。北方工業(yè)大學(xué)的信息化建設(shè)任重而道遠(yuǎn)，我們將依托學(xué)校的資源優(yōu)勢(shì)，總結(jié)學(xué)校無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，綜合利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，努力推進(jìn)我校智慧校園建設(shè)。

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Application and Practice of Wireless Network Construction in College Campus

—Taking North China University of Technology as an Example

LI Shu-qin，MA Shi-lai，LI Lin，WANG Zhi-fang

（Information Center，North China University of Technology，Beijing 100144，China）

Abstract：Aiming at wireless network construction situation and existing problems of colleges and universities，the concrete practice of the construction of wireless network in the North China University of Technology was taken as an example，the current situation，principle，construction scheme and the effect after the completion of the construction of wireless network in the North China University of Technology were introduced.The overall framework，network topology，frequency and coverage optimization，SSID channel planning，wireless network using of the wireless network construction were mainly discussed，the suitable way for wireless construction of the North China University of Technology was put forward，reference for other university campus wireless and intelligent campus construction was also provided.

Key words：campus;wireless network;construction