Research on Wireless Campus Network Coverage Design Based on IEEE802.11
左明慧 ZUO Ming-hui
（常州工学院网络与教育技术中心，常州213032）
（Network and Education Technology Center，Changzhou Institute of Technology，Changzhou 213032，China）
摘要：本文对基于IEEE802.11标准的高校无线校园网络覆盖设计进行了分析研究，首先对IEEE802.11标准进行了概述，并在此基础上提出了一种GPON环境下基于IEEE802.11标准的高校全覆盖无线校园网络的设计方案。
Abstract: This paper analyzes the wireless campus network coverage design based on IEEE802.11 standard. Firstly, the IEEE802.11 standard is summarized. Based on this, a full coverage wireless campus network design based on IEEE802.11 standard in GPON environment is proposed.
关键词：IEEE802.11标准；高校无线网络；覆盖；设计研究
Key words: IEEE802.11 standard；university wireless network；coverage；design research
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）36-0199-03
0 引言
随着互联网+智慧化校园的开展，高校教学、科研以及教育管理的方式变得日益多元化，校园内智能手机、平板电脑、笔记本电脑等智能终端用户也呈爆炸式增长，更多的设备，更多的用户需要在更多的时间和校园内更广的区域访问校园网教育教学资源。这种变化直接改变了无线网络在高校校园网中的配角地位。高校校园网实现WLAN全覆盖将为校园网用户随时随地提供无线网络接入，也将能够更安全、更便利的服务于学校的教育教学、科研和管理。
1 IEEE802.11标准简介
IEEE802.11是美国电气和电子工程师协会（IEEE）制定的无线局域网络通讯标准，主要用于帮助网络用户通过无线方式进行局域网连接。IEEE802.11是其在1997年发布的首个无线局域网络通讯标准，此标准对物理层和媒体存取层都进行了定义。IEEE802.11作为IEEE发布的第一个无线局域网络通讯标准，在数据传输速度上最高只能达到2Mbps，远远不能满足人们对网络传输速度的要求，因此，在802.11的标准上，IEEE又陆续发布了一些列的无线局域网标准，目前应用范围最大的应当是IEEE802.11n，它在2.4GHz频段，理论上的最高传输速度可以达到600Mbps，可以满足当前大部分无线局域网的要求。在IEEE发布的一系列标准中，目前最受关注的当属IEEE802.11ac,它的理论传输速度可以达到1730Mbps，能够很大程度的提高无线局域网的应用效率，它的出现具有非常重要的现实意义。
2 高校全覆盖无线校园网络设计
考虑到无线网络技术的发展，高校校园网络应用的普及以及校园用户对于无线网的迫切需求，本文给出一种基于GPON网络环境下的无线网络全覆盖架构方案，架构设计如图1所示。
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该设计方案有如下几个特点：
2.1 无线校园网采用双频段设置
为保证信道之间不相互干扰，大型无线校园网必须对WLAN信道进行统一规划并实施。802.11国际工作组织，提供了两个不同的无线局域网频段，2.4GHz和4.9/5.8 GHz，并且将每个工作频段又划分成了多个子信道，各国可以根据自身实际情况来规定如何对这些频段进行合理使用。在我国，当前无线局域网常用的工作频段为2.4GHz频段，这一频段的频率在2.4GHz到2.483GHz之间，我们将其一共划分为14个子信道，每个子信道的带宽通常为22MHz。但是，在同时使用几个频道时，相近的频道之间容易产生信号干扰，因此，为了尽量降低这种干扰，规定两个相近频道之间的中心频率差值必须大于25Hz[2]。综合考虑各方面的因素，此次无线校园网的建设计划使用1信道、6信道以及11信道。
当然，目前我国开放了5.8GHz频段的几个子信道，这些子信道的中心频率分别是5745MHz、5765MHz、5785MHz、5805MHz、5825MHz，这几个信道各自独立，可以有效防止信号干扰的情况出现，而且这个频段的数据传输速度非常快，可以大大提高网络速度。因此，此次无线校园网工作频段选择以2.4GHz和5.8GHz工作频段共同使用的方式。所以，我们在进行无线接入设备选择时，选取了可以同时支持2.4GHz和5.8GHz两个频段接入的设备，为无线校园网的提速升级提供了基础的设备保证。
2.2 不同区域采用的组网模式和无线设备不同
高校校园内无线网络需要覆盖的主要范围包括办公楼、学生宿舍、图书馆、会场、体育馆、报告大厅、学校食堂、梯形大教室、普通教室、室外空间等。根据用户和网络布线情况可以将这些区域分成两大块：私密区域和公共区域。一般私密区包括所有办公室（包括办公楼、体育馆、图书馆等）和学生宿舍，这些区域一般人数较少，2-6人左右，人员比较固定，房间内基本上都已经光纤到户；而公共区包括楼内走廊、图书馆大厅、报告厅、教室、食堂、室外等，这些区域一般人数较多，人员流动大，范围广，光纤很难到位，故一般采用超6类双绞线布线。
这两种应用不同的区域，可以采用不同的架构模式。私密区可以采用GPON的OLT＋ONU模式，ONU采用带有Wifi功能的型号，这种ONU一般支持10个左右的用户；而公共区域可采用无线控制器AC＋瘦AP模式，所选AP应该能够支持几十个用户。
由于之前无线校园网络建设时统一采用同一型号的无线接入设备，存在区域无线信号覆盖不全或者区域信号覆盖过宽导致浪费的情况，本次在选择无线接入设备时，根据校园内的区域差别分别选用不同型号的设备[3]。比如，会场、体育馆、报告大厅、学校食堂、梯形大教室等地，由于区域面积比较大、用户密度较高，网络终端设备种类多样，一般选择高密型无线接入设备搭建无线网络，此类型设备能够同时接入多个用户，非常适用于这种人口密集的场所；对于普通的教室以及实训室等区域，由于用户的密度并不高，但是区域面积大，网络移动终端设备的类型较多，对设备的功能性要求比较强，在这些区域使用放装型无线接入设备，这种设备功能性较强，而且可以同时接入几十个网络用户，能够满足此类区域的使用需求；而对于室外区域，由于区域面积较大、环境较差、障碍物较多，因此必须做到信号远距离覆盖，但由于室外区域的无线局域网用户较少，对设备功能性的要求较低，只要选用室外专用的大功率无线接入设备，就可以满足要求。
2.3 无线网络管理扁平化
在该无线网络架构中，无论OLT＋ONU模式还是ＡＣ＋ＡＰ模式，所有的无线接入设备ONU／AP都不需要单独设置，对于这些设备的注册、配置和管理都是在OLT或者AC中完成，OLT和AC一般都和核心设备共同直接部署在中心机房，维护和管理非常方便高效。在OLT+ONU模式中，用户VLAN数据经OLT直接透传到BRAS进行认证，而AC+AP模式中用户VLAN数据可以由本地转发或AC集中转发方式送至BRAS进行认证。整个架构从物理和逻辑上实现了无线设备的扁平化管理，大大减少了设备的管理复杂度，提高了工作效率。
2.4 用户漫游设计
为了保证用户带宽和网络私有性，一般办公室和学生宿舍不采用漫游设计，也就是说用户一旦离开相应区域的无线覆盖范围，信号自然就中断，当用户重新回到该AP信号区域时需要重新连接无线设备并认证。但对于公共区域的用户而言，却不是一个很好的选择，可以想像，用户在校园散步时上网，每当从一个无线AP范围走到另一个无线AP范围时网络就要中断一次，就要重新连接认证，则用户的网络体验势必很差，因此对于公共区域，必需采用用户漫游的设计。
漫游是指用户在部署了WLAN网络的场所移动时，用户终端可以从一个AP的覆盖范围移动到另一个AP的覆盖范围，用户无需重新登录和认证，如图2所示。
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WLAN网络漫游中需要了解以下两点：①漫游过程中SSID必须一致，且使用相同的安全设置。②漫游中选择连接哪个AP是无线客户端的动作，这个切换的时机和快慢受无线客户端的芯片或设置的影响，所以在漫游切换过程中会出现不同的终端切换性能有差异。
2.5 有线网络和无线网络的合理隔离设计
高校网络包括有线网络和无线网络两个部分，在进行无线校园网络设计时，既可以将有线网络和无线网络同时连接在一个交换机上，也可以分开来，对其进行物理隔离[4]。不过将校园有线网和无线网进行物理隔离的设计方式更为合理高效。
该无线网络架构设计中，特别考虑到这一点，尽量做到有线网络和无线网络的有效物理隔离。其中公共区域AC+AP部分采取全无线的网络模式，用户都是通过无线接入设备接入校园网，用户数据直接经由AP-POE交换机—AC-核心交换1-BRAS。私密区域考虑到用户相对比较固定，人数也很少，有线和无线隔离与否并不实际影响用户带宽和网络体验，因此私密区域OLT+ONU部分采用了有线和无线混合模式，用户可以根据需要实际需要选择是否带wifi功能的ONU，用户数据都经由ONU-OLT-核心交换2-BRAS。
3 结束语
综上所述，此次在基于IEEE802.11标准上，对高校无线校园网络进行了新的覆盖设计，改善了高校原有的无线校园网缺陷，提高了网络传输速度，实现了网络的集中化管理，并且为以后无线校园网的持续升级打下了一定的基础，为高校内的教师、学生、管理人员以及其他工作人员提供了一个优质的无线网络使用环境。
参考文献：
[1]王金涛，李明齐，蔡青春.基于IEEE 802.11的无线组播网络性能研究与验证[J/OL].现代电子技术，2018（17）：20-24.
[2]靳盼.高校无线网络覆盖的建设管理及应用[J].网络安全技术与应用，2018（04）：56，59.
[3]郭韩英.高校校园无线局域网架构与网络行为管理探究[J].无线互联科技，2018，15（13）：130-133.
[4]黄鸿.校园无线网络覆盖优化的研究[J].现代计算机（专业版），2018（22）：59-62.
[5]陈博.关于高校校园无线网络覆盖的技术探讨[J].数字通信世界，2018（05）：84，79. |
