Wi-Fi 6在高校智慧校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用

摘要：在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代背景下，無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展與普及應(yīng)用，對(duì)于高校教學(xué)管理與校園生活方式產(chǎn)生了深刻影響。尤其將Wi-Fi 6技術(shù)應(yīng)用于高校智慧校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)當(dāng)中，可以同時(shí)呈現(xiàn)出靈活的組網(wǎng)方式、寬廣的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、便捷的終端接入，還可以滿足多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的接入需求，更為高校智慧校園建設(shè)質(zhì)量及實(shí)用價(jià)值提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。本文首先介紹了WiFi技術(shù)的發(fā)展歷程，之后分析了Wi-Fi 6在智慧校園中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，最后針對(duì)Wi-Fi 6技術(shù)在高校智慧校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了研究與分析，希望本文對(duì)今后在高校智慧校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)起到一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：Wi-Fi 6技術(shù)；高校智慧校園；網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；應(yīng)用方式

一、引言

校園網(wǎng)絡(luò)是連接各種教育教學(xué)業(yè)務(wù)平臺(tái)和教學(xué)設(shè)備的基本條件。高速運(yùn)行、全面覆蓋的校園網(wǎng)絡(luò)，可為教學(xué)活動(dòng)、校園生活以及科研工作提供一體化信息服務(wù)。自從2020年國(guó)家大力推動(dòng)Wi-Fi 6技術(shù)普及應(yīng)用以來(lái)，越來(lái)越多的高校力求通過(guò)引進(jìn)Wi-Fi 6技術(shù)，進(jìn)一步促進(jìn)智慧校園建設(shè)成果的提升。另外，隨著802.11ax標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)完善與迭代升級(jí)，使得傳統(tǒng)的WLAN組網(wǎng)信息傳輸問(wèn)題得到了有效解決，將Wi-Fi 6技術(shù)應(yīng)用到智慧校園建設(shè)當(dāng)中，有效推動(dòng)了“智能+教育”的融合創(chuàng)新。鑒于高校校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目前正處于快速發(fā)展階段，有必要針對(duì)Wi-Fi 6技術(shù)在高校智慧校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究與分析。

二、WiFi技術(shù)發(fā)展歷程

WiFi是一項(xiàng)無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，運(yùn)行過(guò)程中，主要依托于IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)初級(jí)于1997年正式發(fā)布，當(dāng)時(shí)不但存在較為昂貴的硬件成本，而且傳輸速度較慢，僅有2Mbps。因此，在推廣應(yīng)用過(guò)程中受到較大限制。即便如此，依然為WiFi技術(shù)的后續(xù)發(fā)展奠定了必要基礎(chǔ)。在IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)隨后的發(fā)展歷程中，相繼推出多個(gè)新版本，實(shí)現(xiàn)了迭代升級(jí)。2018年10月，WiFi聯(lián)盟宣布確立802.11ax協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，并將其命名為Wi-Fi 6。2019年，Wi-Fi 6協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)正式啟用。Wi-Fi 6涵蓋了WiFi5所支持的5GHz頻段，還同時(shí)支持2.4GHz頻段，其最大調(diào)制提升至1024QAM。也就是說(shuō)，Wi-Fi 6不僅可以向下兼容所有低頻終端設(shè)備，還可以使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)呈現(xiàn)出更強(qiáng)的穿墻能力以及更加廣泛的覆蓋范圍。在保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸?shù)幕A(chǔ)上，單次數(shù)據(jù)傳輸量獲得大幅度提升。Wi-Fi 6技術(shù)的單流帶寬提升至1200Mbps，并且支持上行和下行的MU-MIMO以及多用戶多輸入多輸出。在最大傳輸速率方面，從以往的6.9Gbps提升至9.6Gbps，整體提升30%左右。另外，Wi-Fi 6技術(shù)實(shí)現(xiàn)了OFDM和FDMA的相互結(jié)合，生成新的OFDMA（正交頻分多址）技術(shù)。因此，與WiFi5相比，Wi-Fi 6技術(shù)在交頻分復(fù)用技術(shù)方面也得到了改進(jìn)與創(chuàng)新。最大的改進(jìn)之處在于網(wǎng)絡(luò)傳輸效率獲得大幅提升，并且在很大程度上降低了網(wǎng)絡(luò)擁堵程度。即便有多個(gè)設(shè)備同時(shí)連接，用戶依然可以獲得良好的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接入體驗(yàn)[1]。

三、Wi-Fi 6技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的大幅提升

由于Wi-Fi 6支持的最大調(diào)制方式為1024QAM，單流傳輸速率可達(dá)1.2Gbps，理論上最大傳輸速率能夠達(dá)到9.6Gbps。因此，將Wi-Fi 6技術(shù)應(yīng)用于智慧校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)當(dāng)中，可以顯著提高各類無(wú)線終端的網(wǎng)速。與之相比，WiFi5在最大調(diào)制和單次傳輸數(shù)據(jù)量方面都無(wú)法與之匹敵?；赪i-Fi 6的1024QAM技術(shù)，單次數(shù)據(jù)傳輸量可達(dá)10Bit，比WiFi5提升了近25%。在使用Wi-Fi 6技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，如果首次傳輸失敗，系統(tǒng)會(huì)采用256QAM的調(diào)制方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次傳輸。這樣不僅提升了數(shù)據(jù)傳輸量，而且增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性、穩(wěn)定性和可靠性。此外，當(dāng)WiFi5網(wǎng)絡(luò)涉及多個(gè)用戶時(shí)，通常需要排隊(duì)等待數(shù)據(jù)傳輸，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸效率受到較大影響。而Wi-Fi 6的OFDMA技術(shù)可以同時(shí)承載多個(gè)接入設(shè)備，且在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程不存在卡頓現(xiàn)象。因此，在多終端使用場(chǎng)景下，Wi-Fi 6的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的優(yōu)勢(shì)更加明顯，傳輸效果也更可靠。

（二）賦予多終端更高的并發(fā)性能

與WiFi5相比，Wi-Fi 6具有更強(qiáng)的多終端兼容性。這主要得益于兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：OFDMA和MU-MIMO。首先OFDMA技術(shù)能夠?qū)o(wú)線信道分為多個(gè)子信道，再將每一個(gè)子信道分配給不同的終端設(shè)備，由此實(shí)現(xiàn)了多址接入。WiFi5之所以不具備此功能，主要因?yàn)樗杏脩艄蚕硪粋€(gè)信道頻率。此時(shí)，一旦多個(gè)終端同時(shí)接入，就會(huì)出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象，進(jìn)而造成用戶網(wǎng)絡(luò)通信的擁堵，導(dǎo)致網(wǎng)速大幅下降。OFDMA技術(shù)通過(guò)對(duì)帶寬上的頻段進(jìn)行合理分割，提高了頻譜利用率，即使在多用戶同時(shí)連接的情況下，也能保持較高的傳輸速率。其次，MU-MIMO技術(shù)可以同時(shí)支持上行和下行通信，這意味著即使接入點(diǎn)的天線數(shù)量遠(yuǎn)超過(guò)終端設(shè)備的天線數(shù)量，也能夠在同一時(shí)間內(nèi)與多個(gè)終端進(jìn)行并行通信。這不僅大幅提升了空間資源的有效利用率，還減少了客戶端之間的干擾，確保了網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量。因此，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和運(yùn)輸效率得到了可靠的保障，同時(shí)也大大降低了網(wǎng)絡(luò)延遲的概率。

（三）使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)得以提升

在高校建設(shè)智慧校園的過(guò)程中，會(huì)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中接入大量終端設(shè)備，并要求無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋整個(gè)校園。因此，校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行涉及龐大的業(yè)務(wù)系統(tǒng)范圍，這無(wú)疑對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的安全等提出了相當(dāng)高的要求。在802.11協(xié)議尚未達(dá)到當(dāng)前的應(yīng)用水平時(shí)，主要采用WEP、WPA、WPA2等加密方式。然而，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，這些加密方式極易被一些網(wǎng)絡(luò)黑手破解，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全無(wú)法獲得有效保護(hù)。為解決這個(gè)問(wèn)題，WiFi聯(lián)盟規(guī)定所有Wi-Fi 6認(rèn)證設(shè)備必須啟用WPA3加密方式，這種加密方式與傳統(tǒng)加密方式相比，具有更強(qiáng)的安全性和可靠性。比如一旦終端登錄出現(xiàn)多次失敗，系統(tǒng)程序會(huì)自動(dòng)終止WiFi身份驗(yàn)證過(guò)程，阻止用戶再次登錄，由此達(dá)到防范暴力破解的目的。此外，采用WPA3后，可針對(duì)身份驗(yàn)證方式進(jìn)行更新與完善，使驗(yàn)證作用得到更大限度地發(fā)揮。這樣可以有效避免校園網(wǎng)絡(luò)受到密鑰重裝攻擊，從而使網(wǎng)絡(luò)安全性能獲得可靠保障[2]。

四、Wi-Fi 6技術(shù)在高校智慧校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用

（一）在智慧教室中的應(yīng)用

智慧教室是智慧校園的主要應(yīng)用場(chǎng)所，它的建成與應(yīng)用需要以“互聯(lián)網(wǎng)+”、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)，并融入大數(shù)據(jù)、人工智能以及多媒體技術(shù)，以構(gòu)建起智能化與信息化教學(xué)模式。此外，智慧教室還可以運(yùn)用于教學(xué)研究領(lǐng)域，推動(dòng)教研水平的提升。除了利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行情境教學(xué)、多媒體教學(xué)、遠(yuǎn)程授課、在線交流，智慧教室還可以利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行教學(xué)管理。例如，可以利用教室內(nèi)的局域網(wǎng)終端設(shè)備自動(dòng)考勤點(diǎn)名，在不占用課堂時(shí)間的情況下完成考勤環(huán)節(jié)，避免出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)、漏報(bào)和重報(bào)的情況。

此外，老師還可以借助智能數(shù)據(jù)采集終端，對(duì)教學(xué)過(guò)程中生成的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)采集，并將其采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?。這樣一來(lái)，老師便可以利用大數(shù)據(jù)對(duì)教學(xué)成果進(jìn)行多角度分析，并將分析結(jié)果運(yùn)用到教學(xué)模式創(chuàng)新、校準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)成果檢驗(yàn)、制訂教學(xué)方案等環(huán)節(jié)中，確保教學(xué)方向、教學(xué)方法更加符合學(xué)生的發(fā)展需求。另外，在Wi-Fi 6技術(shù)當(dāng)中融入了上行和下行MU-MIMO技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)不僅支持多用戶終端接入，即使在同一時(shí)間內(nèi)有多個(gè)用戶接入，也不會(huì)出現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)卡頓問(wèn)題，從而保證教學(xué)活動(dòng)的順利實(shí)施。

最后，鑒于Wi-Fi 6還具有較高的運(yùn)行速率，即便終端設(shè)備有大量天線接入，其最高協(xié)商速率依然可以達(dá)到1.2Gbps，滿足智慧教室的帶寬需求，使整個(gè)教學(xué)過(guò)程更高效、連貫和流暢[3]。

（二）在VR、AR教學(xué)中的應(yīng)用

隨著信息化技術(shù)的日趨成熟，當(dāng)前的高校教學(xué)實(shí)踐中呈現(xiàn)出越來(lái)越高的應(yīng)用水平與普及率，極大地推動(dòng)了高校教學(xué)模式革新，更為課堂教學(xué)提供了豐富內(nèi)容。比如教師借助于VR/AR技術(shù)，使現(xiàn)實(shí)世界和虛擬環(huán)境的相互融合，為學(xué)生創(chuàng)建了一個(gè)與現(xiàn)實(shí)不同，但又近乎真實(shí)存在的虛擬環(huán)境，而學(xué)生在這種環(huán)境之中可以獲得身臨其境之感，獲得全新的感官體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，提高學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)其求知欲望等目的。但是，VR/AR技術(shù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)速度存在較高的要求。試想一下，一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，就無(wú)法營(yíng)造出逼真的虛擬環(huán)境，甚至容易導(dǎo)致用戶出現(xiàn)頭暈?zāi)垦Ｖ?。因此，將Wi-Fi 6技術(shù)應(yīng)用于VR/AR當(dāng)中，可以防止網(wǎng)絡(luò)延遲現(xiàn)象的發(fā)生，為VR/AR教學(xué)提供技術(shù)支持，使學(xué)生獲得真實(shí)與虛擬交織的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

（三）Wi-Fi 6與物聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧校園建設(shè)中具有非常廣泛的應(yīng)用。比如學(xué)生使用校園一卡通就餐吃飯、圖書(shū)借閱、出入門(mén)禁、乘坐班車或者出入體育健身場(chǎng)所時(shí)，都是校園物聯(lián)網(wǎng)在發(fā)揮作用。但是，目前很多校園一卡通系統(tǒng)都是通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)接入讀卡器或自助終端，看似可以滿足學(xué)生的基本校園生活需求。但實(shí)際上由于存在移動(dòng)信息化需求或有線網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋的區(qū)域，使得校園一卡通的應(yīng)用范圍受到一定的限制。針對(duì)這一問(wèn)題，Wi-Fi 6技術(shù)為其提供了一個(gè)很好的解決方案。例如，廣大師生若想乘坐校內(nèi)班車，需要使用校園一卡通進(jìn)行身份驗(yàn)證，一旦忘記攜帶校園一卡通，便無(wú)法乘坐班車。而基于Wi-Fi 6技術(shù)的智慧校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，允許學(xué)生和教師僅通過(guò)“刷臉”完成身份驗(yàn)證，即使在沒(méi)有攜帶校園一卡通的情況下，也能順利乘車。在食堂就餐、出入門(mén)禁等其他應(yīng)用場(chǎng)景中，同樣可以實(shí)現(xiàn)多方式驗(yàn)證的功效。人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)速率有較高的要求，而WiFi 6無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)覆蓋功能能夠提供高速率、大容量、低延時(shí)等優(yōu)勢(shì)，從而有效滿足智慧校園的聯(lián)網(wǎng)需求。

（四）在辦公環(huán)境中的應(yīng)用

在現(xiàn)階段，網(wǎng)絡(luò)化辦公已經(jīng)成為新常態(tài)。教師在辦公室中可以利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)撥打視頻電話、參加遠(yuǎn)程會(huì)議、文件網(wǎng)絡(luò)傳輸、查詢或下載網(wǎng)絡(luò)化教育資源等。因此，WiFi在高校辦公環(huán)境內(nèi)具有極高的使用率。此外，會(huì)議室同樣屬于流量較大的辦公場(chǎng)所，而且越是大型學(xué)術(shù)報(bào)告或會(huì)議等活動(dòng)，用戶數(shù)量越會(huì)達(dá)到高峰，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率要求較高。因此，高校在針對(duì)辦公類場(chǎng)所進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)，必須確保即便在高密度、高需求的情況下，依舊能為用戶提供良好的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接入體驗(yàn)。為此，在應(yīng)用Wi-Fi 6技術(shù)，需做好信道規(guī)劃、合理設(shè)置AP容量，并進(jìn)行干擾控制，確保滿足辦公需求。如果高校需要擴(kuò)增網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，Wi-Fi 6技術(shù)支持同時(shí)連接多達(dá)256臺(tái)設(shè)備，可以滿足大量教職員工的帶寬需求，并確保網(wǎng)絡(luò)通暢無(wú)阻。

（五）在安防系統(tǒng)中的應(yīng)用

利用Wi-Fi 6技術(shù)打造智慧校園安防系統(tǒng)，將有效預(yù)防和打擊違法犯罪行為。高?？梢栽诮淌议T(mén)口、教學(xué)樓走廊、樓梯轉(zhuǎn)角、電梯間、主干道、校園大門(mén)、停車場(chǎng)等區(qū)域安裝視頻監(jiān)控點(diǎn)。同時(shí)，在主要區(qū)域出入口設(shè)置人臉門(mén)禁和人臉識(shí)別以及車輛識(shí)別裝置，確保校園安全得到長(zhǎng)期有效的監(jiān)控。通過(guò)Wi-Fi 6技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的合理分配與高效利用，容納海量網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備同時(shí)接入，并且呈現(xiàn)出超高速、低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效果。一旦校園內(nèi)發(fā)生突發(fā)事件，可以協(xié)助辦理人員快速查詢視頻監(jiān)控錄像，加快事件處理速度，從而提升高校的綜合安防水平。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，Wi-Fi 6技術(shù)憑借其先進(jìn)的科學(xué)性、靈活性與實(shí)用性，已成為高校提升校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)質(zhì)量的首選技術(shù)。高校在推進(jìn)校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)，應(yīng)具有前瞻性地探索Wi-Fi 6技術(shù)的應(yīng)用途徑，合理運(yùn)用Wi-Fi 6無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，為教學(xué)和人才培養(yǎng)等活動(dòng)提供更優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，從而極大地促進(jìn)高校社會(huì)功能的發(fā)揮。

作者單位：齊嘉亮 初冰茜 東北師范大學(xué)

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