無線局域網(wǎng)在高職院校的設(shè)計與建設(shè)

章雁寧

（1、同濟大學(xué)，上海 200092 2、寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波 315800）

1 引言

隨著無線技術(shù)的進步、教育需求的變化和發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)其移動性高、傳輸距離長、易擴展、組網(wǎng)方式靈活、管理方便等優(yōu)點正逐漸成為許多教育機構(gòu)、院校的重要組成部分。自從1999年10月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)在世界上率先啟動了校園無線網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過了10年的發(fā)展，無線校園已經(jīng)成為西方發(fā)達國家提升教學(xué)環(huán)境品質(zhì)，提高教育資源利用率，增加教育靈活性和交流性的重要方式[1]。雖然我國無線校園網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)較國外起步晚，但發(fā)展仍然相當迅速。2002年北京大學(xué)開始鋪建中國高校第一個無線網(wǎng)絡(luò)，之后上海、廣州、深圳等地的高校相繼推出校園無線網(wǎng)絡(luò)計劃，高職院校作為中國高校的重要組成部分，近幾年的無線校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也如火如荼，寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院作為示范性高職院校，從2008年啟動無線校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)計劃，本文就該學(xué)院的校園無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求分析、設(shè)計原則、無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、無線接入點設(shè)置等問題進行了討論。

2 校園無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計

2.1 校園無線網(wǎng)絡(luò)需求分析

寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院地處寧波經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，毗鄰北侖港，占地近50 公頃，校舍建筑面積20多萬平方米，一條繁華的馬路將學(xué)院分成東、西兩個校區(qū)。需要覆蓋整個寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院東、西校區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)，考慮從滿足以下幾個方面需求出發(fā)：

2.1.1 建設(shè)一個滿足學(xué)院特點的具有安全性和可靠性的網(wǎng)絡(luò)。

2.1.2 校園無線網(wǎng)絡(luò)在支持數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的同時支持數(shù)據(jù)、語音等多種業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有其它智能業(yè)務(wù)擴展的能力，滿足學(xué)院的多功能發(fā)展需求。

2.1.3 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)該支持高效的運營網(wǎng)絡(luò)級的管理功能，方便未來學(xué)院無線網(wǎng)絡(luò)的運維管理。

2.1.4 為方便校園網(wǎng)絡(luò)的部署和未來維護的方便性，校園無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有靈活部署、易于擴展的特性，支持無線接入點的即插即用功能。

2.1.5 現(xiàn)在建設(shè)高校無線網(wǎng)絡(luò)，除了要考慮對現(xiàn)有IPv4網(wǎng)絡(luò)終端的無線接入，滿足當前高校師生對無線網(wǎng)絡(luò)的需求外，更要支持高性能的IPv6 的用戶接入，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢，并保護網(wǎng)絡(luò)投資。

校園無線網(wǎng)絡(luò)具體的建設(shè)目標是側(cè)重實際應(yīng)用，覆蓋校園內(nèi)區(qū)域，為教學(xué)、科研、辦公及學(xué)習(xí)、生活、交流提供切實可用的、穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

2.2 校園無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計原則

2.2.1 實用性：遵循面向應(yīng)用，注重實效，急用先上，逐步完善的原則。充分保護學(xué)院現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，不設(shè)計成華而不實的無線網(wǎng)絡(luò)，也不設(shè)計成利用率低下的網(wǎng)絡(luò)，以實用性的原則為依據(jù)，建設(shè)具有最低的TCO（擁有的總成本最低），有最高的性價比的校園無線局域網(wǎng)絡(luò)。

2.2.2 可靠性：系統(tǒng)必須可靠運行，主要的、關(guān)鍵的設(shè)備應(yīng)有冗余，一旦系統(tǒng)某些部分出現(xiàn)故障，應(yīng)能很快恢復(fù)工作，并且不能造成任何損失。

2.2.3 技術(shù)先進性：采用先進成熟的網(wǎng)絡(luò)概念、技術(shù)、方法與設(shè)備，反映當今先進水平，又給未來的發(fā)展留有余地。

2.2.4 可管理和可維護性：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可管理性，使得網(wǎng)絡(luò)管理人員能方便及時地掌握諸如網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)性能統(tǒng)計、網(wǎng)絡(luò)故障等信息，能簡便地對網(wǎng)絡(luò)進行配置和調(diào)整，確保網(wǎng)絡(luò)工作在良好狀態(tài)。

2.2.5 安全性：具有高度的保密機制，靈活方便的權(quán)限設(shè)定和控制機制，以使系統(tǒng)具有多種手段來防備各種形式的非法侵入和機密信息的泄露，防止來自網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部和外部的各種破壞。

圖1 覆蓋式無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

圖2 學(xué)院無線網(wǎng)絡(luò)物理組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

2.2.6 可擴充性：系統(tǒng)是一個逐步發(fā)展的應(yīng)用環(huán)境，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品系統(tǒng)、系統(tǒng)容量與處理能力等方面必須具有升級換代的可能，這種擴充不僅能充分保護原有資源，而且具有較高的性能價格比[2]。

2.3 校園無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計思想

寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園無線局域網(wǎng)采用集中管理架構(gòu)下的輕型AP（無線接入點）無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以保證無線網(wǎng)絡(luò)可管理性、安全性、QoS、無縫漫游等功能需求，尤其是方便未來的運維管理。

結(jié)合學(xué)院的實際情況，采用室內(nèi)、室外多種無線接入方式相結(jié)合的方式，以滿足學(xué)院樓宇多、廣場多的特點。采用室內(nèi)、外多種無線接入手段在滿足無線覆蓋的前提下，可以節(jié)省無線接入點的數(shù)量，從而提高無線網(wǎng)絡(luò)的性價比。

校園無線網(wǎng)絡(luò)在滿足現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的同時，保證對未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用的支持，如IPv6、無線話音、無線視頻、組播等技術(shù)的支持，以滿足高校教學(xué)和科研的要求。

為滿足高校網(wǎng)絡(luò)的安全性，校園無線網(wǎng)絡(luò)采用獨立的有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)無線接入點的互聯(lián)，同時無線網(wǎng)絡(luò)在滿足用戶接入安全認證、加密的同時，支持無線射頻的安全防護功能。

3 校園無線網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)

3.1 物理設(shè)計

在目前的校園網(wǎng)環(huán)境下，借助于輕型AP模式架構(gòu)，可以在現(xiàn)有校園有線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立邏輯獨立的無線網(wǎng)絡(luò)。通常模式下所有無線數(shù)據(jù)及控制流量均交由無線控制器來處理，所以我們采用現(xiàn)有校園網(wǎng)的交換機/路由器組成集中控制管理的“覆蓋式”（Overlay）無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，如圖1 所示。

修改現(xiàn)有校園網(wǎng)交換機的VLAN 參數(shù)設(shè)置、路由設(shè)置，使得AP 盡量不與一般有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備混合在同一個VLAN 中，避免有線設(shè)備的異常流量阻斷AP 和無線控制器之間的通訊；將連接在同一交換機端口下的所有AP 放置在一個受保護的VLAN 中，設(shè)計時統(tǒng)一分配給這些AP 靜態(tài)IP 地址，以便于管理；采用核心交換機搭配無線控制模塊的方式，進一步減小AP 和無線控制器的AP-Manager 之間端到端環(huán)回延遲，保證AP 能夠順利連接在現(xiàn)有的校園網(wǎng)接入交換機上。

3.2 無線覆蓋設(shè)計指標、原則及覆蓋方式

無線網(wǎng)絡(luò)要實現(xiàn)學(xué)院東、西校區(qū)全校無線網(wǎng)絡(luò)接入環(huán)境，無線覆蓋學(xué)校多個建筑，能滿足多人員、大流量的無線數(shù)據(jù)傳輸需求。對校園室外區(qū)域進行無線覆蓋，使得在該區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)用戶可通過無線設(shè)備，高速聯(lián)入校園網(wǎng)絡(luò)。

3.2.1 設(shè)計原則：無線覆蓋設(shè)計將遵循按照信號范圍最大化原則，在全校全面覆蓋的前提下，重點選擇部分區(qū)域進行更加細膩的覆蓋。在學(xué)院的重要區(qū)域--行政樓、圖書館、教學(xué)樓等采用最新的802.11n 為主要的高速WLAN 接入?yún)f(xié)議。

3.2.2 設(shè)計指標：各信號輸出點信號強度10－15dbm；將按照 2.4G 工作頻段 2.412～2.462GHz（FCC）分為 channel1、channel6、channel11 三個完全不干擾頻段設(shè)計；目標覆蓋區(qū)域信號強度>-80dbm。一般來說室內(nèi)容許最大覆蓋距離為35～100米，室外容許最大距離100～400米。我們要觀測無線覆蓋周圍的障礙物確定AP 的數(shù)量和放置位置。在安裝選點時，一定要注意以避開墻、柱子等。

3.2.3 覆蓋方式：在覆蓋區(qū)域內(nèi)，選擇教學(xué)樓和辦公樓為主，其他區(qū)域為輔的覆蓋方式，實現(xiàn)全校整體無線覆蓋。具體分為室內(nèi)覆蓋和室外覆蓋兩種方式。

3.3 室內(nèi)無線覆蓋設(shè)計

兩個AP 的放置要保證AP 覆蓋區(qū)域無間隙并且AP 重疊區(qū)域最小。相鄰AP 工作在不同頻道，以 1、6、11 三個頻道實現(xiàn)全方位的覆蓋。根據(jù)經(jīng)驗值，當相鄰AP 設(shè)定相同頻點時,要求間隔 25米以上；當相鄰AP 設(shè)定相鄰頻點時，要求AP 間隔16米以上；當AP 設(shè)定相隔頻點時,要求間隔 12米以上。

對于環(huán)境開闊、用戶數(shù)量相對集中、對帶寬需求較高的室內(nèi)，例如多功能廳、會議室、報告廳等。用戶群主要校領(lǐng)導(dǎo)、教師以及來訪的用戶，使用環(huán)境相對封閉。我們可以如圖3 所示設(shè)置AP。

圖3 室內(nèi)無線覆蓋示意圖

對于房間多、用戶數(shù)量不多但分布較分散的樓宇，如教學(xué)樓等，用戶主要為學(xué)生、教師，因此應(yīng)用肯定會比較頻繁，由于樓長、墻體結(jié)構(gòu)厚、房間多等特點，所以在該環(huán)境下覆蓋AP 安裝在樓道內(nèi)，通過內(nèi)置天線覆蓋樓道兩側(cè)房間，微波通過房間的門窗傳輸?shù)绞覂?nèi)，實現(xiàn)了比較細膩的覆蓋環(huán)境，AP 通過有線接入到樓層交換機。

3.4 室外無線覆蓋設(shè)計

室外設(shè)備的AP 使用數(shù)量大概也遵循室內(nèi)的條件，但外AP 的放置和設(shè)計又有它的獨特性。由于室外環(huán)境的特殊性和不確定性，我們放置的設(shè)備必須是在密封盒內(nèi)的，天線布置應(yīng)該增加避雷器防止雷擊，不提供本地供電的場所選用POE 遠程供電設(shè)備。我們通過室外無線接入點外接增益天線的方式覆蓋室外區(qū)域，體現(xiàn)覆蓋范圍最大化的覆蓋原則來保證無線用戶需求。

從整體上對學(xué)院室外部分進行規(guī)劃，通過室外建設(shè)WLAN 射頻基站對室外和室內(nèi)用戶進行無線覆蓋。室外射頻基站由室外型AP、外接天線（全向、扇區(qū)）以及配套避雷設(shè)備和報桿等組成。根據(jù)復(fù)雜的室外建筑結(jié)構(gòu)，外接天線的選擇更加尤為重要。選擇天線型號時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境考慮增益、水平波束寬度、垂直波束寬度、極化方式、視覺效果（尺寸、外形、重量）等因素。例如像樓房建筑較窄、樓層較多的東校區(qū)明德樓等樓群，一般選擇定向天線，其主要是通過對樓反射信號覆蓋本身樓房。

室外設(shè)計我們采用Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無線Mesh 是一種非常適合覆蓋大面積開放區(qū)域的無線網(wǎng)絡(luò)解決技術(shù)。Mesh網(wǎng)絡(luò)中的AP 除了可以提供WLAN 客戶端的接入服務(wù)之外，還能完成相鄰節(jié)點的自動發(fā)現(xiàn)、相互認證和配置，從而智能地為網(wǎng)絡(luò)流量設(shè)計一條最優(yōu)的路徑，實現(xiàn)帶寬和覆蓋范圍的增加，并且當網(wǎng)絡(luò)中的某臺AP 發(fā)生故障時，其他AP 能夠通過自動配置動態(tài)改變路徑，繞過有故障的節(jié)點，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自我修復(fù)。

4 總結(jié)

學(xué)院的無線網(wǎng)絡(luò)工程已經(jīng)接近尾聲，無線網(wǎng)絡(luò)的建成將對其他高校特別是高職院校建設(shè)無線校園網(wǎng)具有參考和借鑒的意義，也會在一定程度上加快其他高職院校建設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)的步伐。

[1]高效、方便、經(jīng)濟 無線網(wǎng)狀網(wǎng)引爆校園網(wǎng)，http://www.edu.cn，2008

[2]劉乃安 無線局域網(wǎng)-原理、技術(shù)與應(yīng)用[M]西安西安電子科技大學(xué)出版社2004