WLAN擴(kuò)展技術(shù)在校園無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

楊春花

摘 要：WLAN（Wireless LAN無線局域網(wǎng)）擴(kuò)展技術(shù)能夠解決校園無線網(wǎng)絡(luò)中難以避免會出現(xiàn)的信號盲點(diǎn)、信號衰減、信號不穩(wěn)定、信號延遲掉線的狀況，文章通過分析現(xiàn)代無線局域網(wǎng)的多種擴(kuò)展技術(shù)特點(diǎn)，并討論合理有效部署WLAN擴(kuò)展技術(shù)的實(shí)施注意事項(xiàng)，以便更好地滿足校園教職員工及學(xué)生的教與學(xué)、工作和生活的網(wǎng)絡(luò)需求，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，值得實(shí)踐和推廣。

關(guān)鍵詞：WLAN擴(kuò)展技術(shù);校園無線網(wǎng)絡(luò);應(yīng)用模式

0? ? 引言

校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是教育現(xiàn)代化的一個重要標(biāo)志，加快開展數(shù)字校園、智慧校園建設(shè)與應(yīng)用是各大校園的必然趨勢。校園網(wǎng)絡(luò)由有線網(wǎng)和無線網(wǎng)組成：有線網(wǎng)主要是作為骨干網(wǎng)，將Internet連接到校園之中;無線網(wǎng)作為除有線網(wǎng)之外的接入網(wǎng)，將眾多移動用戶終端接入到校園網(wǎng)中或通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入Internet。

無線網(wǎng)絡(luò)因其具有安裝便捷、使用靈活、低成本、易擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)成為校園網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。隨著近幾年來無線移動終端用戶數(shù)飛速增多，無線網(wǎng)變得尤為重要。然而，由于無線局域網(wǎng)采用的是微波傳輸，信號易受外界環(huán)境因素的影響，而且在校園無線網(wǎng)中還存在有學(xué)校初期建設(shè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計不科學(xué)、基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、AP數(shù)量不足等現(xiàn)象，導(dǎo)致了信號無法做到校園全覆蓋、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展困難、難以滿足大量終端同時接入等狀況。

1? ? 應(yīng)用WLAN擴(kuò)展技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義

WLAN擴(kuò)展技術(shù)是無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一部分，通過此類技術(shù)將信號發(fā)送端的信號增強(qiáng)或延展，以改善和彌補(bǔ)出現(xiàn)的信號盲點(diǎn)、信號衰減、信號不穩(wěn)定、信號延遲掉線等狀況，從而提升用戶的體驗(yàn)滿意度。WLAN擴(kuò)展技術(shù)是無線網(wǎng)絡(luò)的有力和必要補(bǔ)充，在校園網(wǎng)中應(yīng)用WLAN擴(kuò)展技術(shù)具有以下重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.1? 教育行業(yè)發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變對WLAN擴(kuò)展技術(shù)的迫切需求

近日，中國互聯(lián)網(wǎng)信息中心（CNNIC）發(fā)布了第46次《中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計報告》，報告指出了“2020上半年在線教育發(fā)展的三大特點(diǎn)：從供給端看，在線教育與教育信息化建設(shè)相互促進(jìn)發(fā)展;從用戶端看，疫情期間大眾對在線教育的認(rèn)知和使用迅速提升;從發(fā)展趨勢看，OMO（Online-Merge-Offline線上線下融合）將成為教育行業(yè)發(fā)展的主流模式”[1]。圖1為2017年6月至2020年6月在線用戶規(guī)模及使用率的變化。

校園無線網(wǎng)絡(luò)作為承載OMO這一新的主流教育發(fā)展模式的重要載體，只有保證穩(wěn)定可靠的入網(wǎng)環(huán)境和較高的服務(wù)質(zhì)量才能承載這一重要使命。WLAN擴(kuò)展技術(shù)是無線網(wǎng)絡(luò)重要的補(bǔ)充技術(shù)，與無線網(wǎng)絡(luò)的其他技術(shù)相輔相成、相互融合，共同承擔(dān)起這一使命。

1.2? 后疫情時代教學(xué)場景的多樣化對WLAN擴(kuò)展技術(shù)的迫切需求

隨著新冠疫情防控的常態(tài)化即后疫情時代的到來，視頻會議、網(wǎng)上教育、網(wǎng)絡(luò)授課等變得非常普遍，“停課不停學(xué)”“課堂與在線融合”的教學(xué)場景讓在線教育成為傳統(tǒng)課堂教育的不可或缺的補(bǔ)充。網(wǎng)絡(luò)的泛在需求使WLAN擴(kuò)展技術(shù)作為“最后三十米”這一末端技術(shù)變得非常重要。

智能手機(jī)、筆記本電腦和平板電腦等移動智能設(shè)備成為普遍而廣泛的教育終端設(shè)備，隨時隨地需要接入校園無線網(wǎng)絡(luò)，或通過校園無線網(wǎng)上Internet訪問大量的外部教育資源。然而，在操場、學(xué)生宿舍、教師公寓、圖書館、辦公樓里經(jīng)常出現(xiàn)“最后30米電波消失”和“信號入室難”等尷尬現(xiàn)象，WLAN擴(kuò)展技術(shù)能夠解決這一燃眉之急。

2? ? WLAN擴(kuò)展技術(shù)應(yīng)用模式分析

WLAN擴(kuò)展技術(shù)是對校園無線網(wǎng)絡(luò)存在的不足和缺失進(jìn)行有效的修正和補(bǔ)充，應(yīng)用范圍是無線發(fā)射源與終端之間的較小范圍（30～100 m）。目前，WLAN擴(kuò)展技術(shù)應(yīng)用模式主要有：信號增強(qiáng)、中繼、橋接、電力貓、mesh組網(wǎng)、級聯(lián)、AC/AP等模式，這些模式都有各自特點(diǎn)和適宜的應(yīng)用場景，其中后四種需要架設(shè)有線環(huán)境，因此不是本文重點(diǎn)討論的部分。

2.1? 信號的增強(qiáng)放大

無線射頻模塊的傳輸范圍受設(shè)備自身功率大小的影響，在國家限定標(biāo)準(zhǔn)之下，調(diào)整無線設(shè)備內(nèi)部功率參數(shù)可以增大發(fā)射功率、拓展信號覆蓋范圍。一般無線設(shè)備的功率設(shè)置有節(jié)能、正常、增強(qiáng)三個選項(xiàng)，選擇增強(qiáng)可以增大發(fā)射的功率。其次，可以更換高增益天線（一般建議使用最大7 dBi增益天線）來達(dá)到增強(qiáng)無線信號目的。增強(qiáng)后覆蓋區(qū)域信號強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到-65 dBm為合適，一般AP設(shè)備通過修改功率或更換天線，無障礙擴(kuò)展距離可達(dá)到30～60 m。

2.2? 信號的中繼

無線設(shè)備的信號覆蓋范圍有限，而且隨著傳輸距離的延長，無線信號會越來越弱。無線信號的衰減還與設(shè)備周圍的環(huán)境相關(guān)，學(xué)生宿舍、教師公寓、圖書館、辦公樓等建筑物的隔間結(jié)構(gòu)就阻礙著信號的傳播，造成信號大幅衰減，產(chǎn)生“最后30 m電波消失”“信號入室難”的情況。采用WDS（無線分布式系統(tǒng)）中的中繼模式能實(shí)現(xiàn)信號的向前續(xù)傳，從而延伸無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。這是最常用的一種擴(kuò)展無線網(wǎng)絡(luò)信號的模式。信號中繼模式需要開啟從設(shè)備的WDS功能，掃描并連接信號源的SSID（無線網(wǎng)絡(luò)名稱），并修改與之相同的信道進(jìn)行信號接力，由于信號中繼模式同時收與發(fā)會出現(xiàn)沖突，造成傳輸速率不升反降，因此2.4 GHZ頻率的設(shè)備一般只能接4～5個中繼設(shè)備進(jìn)行串聯(lián)。

2.3? 信號的橋接

無線分布式系統(tǒng)（WDS）中的另一種信號擴(kuò)展模式是無線橋接模式，與信號中繼模式不同的是無線橋接只點(diǎn)對點(diǎn)或者點(diǎn)對多點(diǎn)的信號無線數(shù)據(jù)擴(kuò)展，不能串聯(lián)。橋接的設(shè)備與信號源設(shè)備用的是不同的SSID號，使用自己獨(dú)立的SSID。無線橋接模式所連設(shè)備IP地址由信號源設(shè)備分配，中繼模式可自己分配。無線中繼能實(shí)現(xiàn)漫游，但橋接模式無法實(shí)現(xiàn)。圖2為這3種應(yīng)用模式的主要特點(diǎn)圖示。

2.4? 電力貓模式

無線電力貓是一款用于寬帶聯(lián)網(wǎng)的電力線通信終端產(chǎn)品。既可以實(shí)現(xiàn)無線傳輸又有電力線傳輸功能，其子設(shè)備是WLAN擴(kuò)展技術(shù)的一個配套設(shè)備，可以延伸無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信號無死角，支持主流HomePlugAV和IEEE1901標(biāo)準(zhǔn)，然而這種擴(kuò)展模式需要購置母子成套設(shè)備，還需要有線的接入，不適用于純無線擴(kuò)展的場景。

2.5? Mesh組網(wǎng)模式

Mesh網(wǎng)絡(luò)即“無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)”，是“多跳（multi-hop）”網(wǎng)絡(luò)，任意的兩個設(shè)備均可以保持無線互聯(lián)，是一個動態(tài)的可以不斷擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠形成相對穩(wěn)定的轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)，具有很好的擴(kuò)展性。同樣，這種模式需要購置價格不菲的設(shè)備，也需要有線的接入及要求發(fā)射源原本就支持這一特性，因此也不適用于純無線擴(kuò)展的場景。

3? ? WLAN擴(kuò)展技術(shù)應(yīng)用之下的注意事項(xiàng)

3.1? 嚴(yán)格遵守校園網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則，維護(hù)校園網(wǎng)公共秩序和穩(wěn)定

由于無線網(wǎng)絡(luò)開放性的特點(diǎn)，無論采用何種模式實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的信號擴(kuò)展，保障校園網(wǎng)絡(luò)的安全是第一要務(wù)。新接入的AP設(shè)備要務(wù)必設(shè)置密碼，避免非法用戶接入;由于校園無線接入用戶終端設(shè)備多樣化，校園無線網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證方式應(yīng)采用Portal認(rèn)證、802.1x認(rèn)證或兩種認(rèn)證方式并存。

WLAN擴(kuò)展技術(shù)對信號進(jìn)行續(xù)傳需要增加無線設(shè)備，相近建筑物、相同樓層或相鄰房間的無線設(shè)備如果信道設(shè)置相同或相近都會引起同頻干擾，因此應(yīng)合理部署新增AP的數(shù)量和位置，同時將設(shè)備劃分到相差5個頻段的信道，如典型的無干擾信道的設(shè)置方式為分別為1，6，11信道。

3.2? 兼顧未來校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的技術(shù)迭代、改造、升級和優(yōu)化

對于校園無線網(wǎng)絡(luò)而言，WLAN擴(kuò)展技術(shù)的使用僅僅是權(quán)宜之計，如果出現(xiàn)移動用戶數(shù)量急劇增加或業(yè)務(wù)量大幅增大，現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)狀況將難以滿足教育教學(xué)的剛性需求，學(xué)校就應(yīng)考慮對已有的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面技術(shù)改造或優(yōu)化，增大和改善無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模。因此，在實(shí)施WLAN擴(kuò)展技術(shù)時，如果需要穿墻鑿洞或購置價格不菲的設(shè)備時就不用再考慮。

4? ? 結(jié)語

隨著國家對教育的重視力度不斷加大，校園無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)必將會迎來大的發(fā)展，嶄新的無線通信技術(shù)如5G，WiFi6將闊步進(jìn)入校園，建立一個高速實(shí)用、穩(wěn)定可靠、安全可控、管理完善和多業(yè)務(wù)融合的校園網(wǎng)絡(luò)，以支撐各類終端泛在接入和泛在的信息服務(wù)，更好地承載OMO這一新的教育發(fā)展模式勢在必行。當(dāng)然，隨著無線技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，WLAN擴(kuò)展技術(shù)也會不斷地進(jìn)步，從而為教育的現(xiàn)代化之泛在目標(biāo)保駕護(hù)航。

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（編輯 姚 鑫）