高校无线网络部署研究
摘要：无线网络逐步在中国的各高校普及，技术水平也在不断成熟，学生和教师目前高校校园无线网络部署，在无线网络部署过程中需要从覆盖范围、传输质量、可靠性、安全性、网络后期的运维管理等几个方面综合考虑；理顺无线网络的实施步骤和思路；本文主要从以上几个方面研究高校校园网络无线部署需要考虑的一些问题，希望对高校的无线网络建设起到一些帮助作用。建设无线校园网应用平台，使无线教学、科研、办公成为可能，为实现智慧化校园提供良好的基础。
关键词：高校无线；网络部署；无线网络
1、概述
随着网络技术的不断发展，无线网络在高校校园网建设中的占据重要位置，无线网络以其具有移动性、灵活性等优点，得到了用户的认可。无线网络的建设是为提高教学质量， 丰富学生业余生活，解决有线网络不能覆盖校园、特殊区域的上网需求，更好地弥补有线网络接入端口不足的一些问题； 将无线网络与有线网络相结合实现校园网的全覆盖，使师生在校园内任一地点都可接入校园网，方便师生使用校园网资源。在高校部署无线网络时，需要从覆盖范围、传输质量、数据传输可靠性、数据传输安全性和无线网络后期维护管理等一系列问题着手考虑，并与高校的实际环境相结合，达到覆盖范围内良好的上网体验效果。
2、高校无线网络趋势特征
校园内用户呈现的网络使用趋势特性，在某些时间段内使用比较集中，高校网络表现为：(1)用户使用数据量大：很多学生用IPAD、手机等移动设备上网；(2)网络使用带宽要求大：视频、下载等都需要大量的网络带宽支持；如白天网络流量发生在教学楼，晚上主要在宿舍；(3)网络使用数据集中：学生使用网络的高峰期在每天的19点到23点，同时在线人数、并发连接数是使用网络的高峰阶段。这些趋势和特点的存在对无线网络的设计、技术规划起着决定性作用，针对这些问题，在保证其资源利用价值最大化的前提下，设计时重点考虑并解决校园室内环境网络存在覆盖差、拥塞严重、干扰大等一系列无线网络问题。
3、无线网络技术规划
3.1 覆盖范围
3.1.1 射频规划
与IP地址规划一样，WLAN信道是WLAN网络设计中重要一环，大型无线校园网必须对WLAN信道进行统一规划。WLAN信道规划的好坏，直接影响到无线网络的带宽、无线网络的性能、无线网络的扩展以及无线网络的抗干扰能力，也必将直接影响到无线网络的用户体验。
3.1.2 频点划分
为保证信道之间不相互干扰，大型无线校园网必须对W L A N信道进行统一规划并实施。W L A N系统主要应用两个频段：2 . 4 G H z和5 . 0 G H z。2 . 4 G频段具体频率范围为2.4~2.4835GHz的连续频谱，信道编号1~14，非重叠信道共有三个，一般选取1、6、11这三个非重叠信道。5.0G频段分配的频谱并不连续，主要有两段：5 . 1 5 ~ 5 . 3 5 G H z、5.725GHz~5.85GHz。不重叠信道在5.15~5.35GHz频段有8个，分别为3 6、4 0、4 4、4 8、5 2、5 6、6 0、6 4；在5.725GHz~5.85GHz频段有4个，分别为149、153、157、161，可以根据实际部署情况，选择相应的非重叠信道。
3.1.3 信道覆盖
WLAN信道规划需遵循两个原则：蜂窝覆盖、信道间隔。根据覆盖密度、干扰情况、选择2.4G/5G单频或双频覆盖。无线接入点交替使用2.4G的1、6、11信道及5.0G的36、40、44信道，避免信号相互干扰；一般情况单独使用2.4G或5.0G的频段，对于会议室等高密度用户接入的场所，可以启用双频进行覆盖，以便提供更好的接入能力。
3.1.4 链路预算
WLAN链路预算一般经过边缘场强确认，空间损耗计算，覆盖距离计算等步骤。边缘场强确认是指：在WLAN工程部署中，要求重点覆盖区域内的WLAN信号到达用户终端的电平不低于－75dBm。这样可以保障用户与无线接入点的协商速率以及收发数据质量。
空间损耗计算通常采用如下公式：Pr[dB]= Pt[dB]+ Gt[dB]Pl[dB]+Gr[dB]。其中：Pr[dB]为最小接收电平，即为无线接入点在不同传输速率下的接收灵敏度；Pt[dB]为最大发射功率；Gt[dB]为发射天线增益；Gr[dB]为接收天线增益；Pl[dB]为路径损耗（包括空间传播损耗、馈线传播损耗、墙体/玻璃阻挡损耗）。实际部署中终端天线增益不可知，为方便计算常忽略接收天线增益，而采用如下公式：到达用户端的信号电平＝无线接入点发射功率＋无线接入点天线增益－路径损耗。路径损耗主要指WLAN信号的空间损耗，空间损耗＝92.4+20lgf+20lgd （f：GHz，d：km）。根据WLAN覆盖边缘场强的要求，到达终端用户的信号电平不低于－75dBm，100mW 无线接入点的输出电平20dBm，天线增益4dBi，距离无线接入点 60m处信号的衰减量90dBm，由于20+4-90＝-66dBm，大于-75dBm，因此在正常情况下，室内无线接入点的覆盖范围为60m。考虑到室内环境复杂，无线信号需要穿越墙体等障碍物，一般建议覆盖半径为20m左右。
3.2 网络传输质量
报文在WLAN网络中传输时需要经过有线网络和无线网络两个部分，QoS（传输质量）的设计要保障端到端的性能。出于管理的需要，需要系统地对用户或者单无线接入点的带宽进行管理基于用户的带宽管理。基于用户的带宽管理包含基于某个特定用户的带宽管理以及基于用户组（角色）的带宽管理。基于用户的带宽管理需要Radius服务器参与，在认证后Radius下发用户带宽或者用户组给无线控制器，无线控制器通知无线接入点进行相应的带宽控制。基于无线接入点的带宽管理，需要对某个具体的无线接入点进行带宽管理。基于SSID的带宽管理，为来自校园外的访客提供上网服务不是高校建设WLAN的主要目的，一般需要对访客SSID的容量做限制，以保障内部用户的带宽和业务体验。
3.3 网络可靠性
3.3.1 自动调优
当无线接入点射频环境出现恶化，某个无线接入点故障或新增扩容无线接入点时，需要启动射频自动调优，以增强系统的可靠性和稳定性。局部调优，当无线接入点掉电或故障时，其邻近无线接入点自动感知，并调整发射功率，从而达到补盲的效果。当掉电的无线接入点重新上线后，其邻居无线接入点的自动的调整发射功率，避免无线接入点与邻居因覆盖区域重叠造成无线接入点间相互干扰。
3.3.2 负载均衡
无线客户端一般会根据无线接入点信号强度（RSSI）选择无线接入点，这很容易导致大量的客户端仅仅因为某个无线接入点信号较强而连接到同一个无线接入点上。由于WLAN是基于CSMA/CA机制，实现多用户接入，当单台无线接入点接入用户数过多时，用户吞吐率性能会出现急剧下降且稳定性无法保证。负载均衡特性可以按照用户数量和用户流量，将用户分配到同一组但负载不同的无线接入点上，从而实现不同无线接入点之间的负载分担，避免出现某个无线接入点负载过高而使其性能不稳的情况。
3.4 网络安全
性在高校中根据需要，往往划分了不同的SSID供不用的用户群使用。出于信息安全的需求，往往需要保证来访的访客不能访问高校内的资源。同时高校内的老师和学生之间，或者不同院系之间的学生也可能需要授予不同访问权限。这些可以通过用户组的方式来实现。
非法用户，通过多种接入认证技术，对接入用户身份进行认证，防止非法用户接入。其中比较典型的有MAC认证、Portal认证、802.1x认证和PPPoE认证。从表1-1中可以看到，这几种无线认证在技术实现上各有特色，覆盖了不同用户的接入认证需求。高校中推荐使用Portal认证方式。
4、高校无线网络的实施步骤
4.1 用户需求分析
用户需求分析是无线网络建设的基本环节，需要明确无线网络覆盖范围，应用人群、无线网络建设规模、无线网络的应用环境、无线网络安全性相关问题。
4.2 建设环境分析
对要建设无线的建筑物结构充分调研、实地勘探，结合技术指标，实现建筑物信号覆盖，综合考虑各方面干扰因素，如有其它无线网络还要考虑对接等问题，为后期形成设计方案提供基础资料。
4.3 形成设计方案
根据以上两方面的数据资料，提出设计方案，并对设计方案进行论证和修改，形成书面的设计方案，主要包含布线施工图、设备选型、网络拓扑图、设备清单等内容。
4.4 项目实施
按照设计方案，制定施工流程，并按流程对项目进行实施。
4.5 运行调试
施工完成后要对网络进行运行调试，发现问题后及时解决，确保整个网络的安全稳定运行。
4.6 资料整理和移交
对整个项目的资料进行整理归档，主要包含设计方案、实施方案、产品资料、技术手册等，方便后期的管理与维护。
5、无线网络运维管理
校园新建WLAN，大量新增加的网元（无线接入点，交换机和无线控制器）给建设、运维带来巨大工作量，需要有一个专业的网管系统能够帮助高校用户从部署到性能监控，到维护排障全流程的提升运维效率。通过已有的有线网络的管理模式整合，实现计费审计管理、配置管理、故障管理、性能管理和安全管理等几个方面。采用可视化的统一的网络全方位故障监控，实现当网络出现故障时，远程查看和简单问题处理，降低网络运维管理的工作量。
6、小结
高校无线网络的建设是网络发展的趋势和必然要求，随着技术的不断完善和发展，还会有更新、更先进的技术应用于无线网络，高校无线网络环境建设，作为提高高校信息化水平的重要标志之一，旨在给高校师生带来更高效、便捷的无线网络使用感受，为建设智慧化校园提供基础环境。
参考文献
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作者简介：张晓苗，实验师，硕士，工作于大连艺术学院教育技术中心，主要研究方向为网络运维、网络技术。