無線局域網在高職院校的設計與建設

章雁寧

（1、同濟大學，上海 200092 2、寧波職業技術學院，浙江 寧波 315800）

1 引言

隨著無線技術的進步、教育需求的變化和發展，無線網絡其移動性高、傳輸距離長、易擴展、組網方式靈活、管理方便等優點正逐漸成為許多教育機構、院校的重要組成部分。自從1999年10月，美國卡內基·梅隆大學在世界上率先啟動了校園無線網絡，經過了10年的發展，無線校園已經成為西方發達國家提升教學環境品質，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絡的建設較國外起步晚，但發展仍然相當迅速。2002年北京大學開始鋪建中國高校第一個無線網絡，之后上海、廣州、深圳等地的高校相繼推出校園無線網絡計劃，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絡建設也如火如荼，寧波職業技術學院作為示范性高職院校，從2008年啟動無線校園網絡建設計劃，本文就該學院的校園無線網絡建設需求分析、設計原則、無線網絡結構、無線接入點設置等問題進行了討論。

2 校園無線網絡的設計

2.1 校園無線網絡需求分析

寧波職業技術學院地處寧波經濟技術開發區，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院分成東、西兩個校區。需要覆蓋整個寧波職業技術學院東、西校區的無線網絡，考慮從滿足以下幾個方面需求出發：

2.1.1 建設一個滿足學院特點的具有安全性和可靠性的網絡。

2.1.2 校園無線網絡在支持數據轉發的同時支持數據、語音等多種業務，網絡應該具有其它智能業務擴展的能力，滿足學院的多功能發展需求。

2.1.3 無線網絡系統應該支持高效的運營網絡級的管理功能，方便未來學院無線網絡的運維管理。

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

2.1.5 現在建設高校無線網絡，除了要考慮對現有IPv4網絡終端的無線接入，滿足當前高校師生對無線網絡的需求外，更要支持高性能的IPv6 的用戶接入，以適應網絡發展趨勢，并保護網絡投資。

校園無線網絡具體的建設目標是側重實際應用，覆蓋校園內區域，為教學、科研、辦公及學習、生活、交流提供切實可用的、穩定的無線網絡環境。

2.2 校園無線網絡設計原則

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

2.2.2 可靠性：系統必須可靠運行，主要的、關鍵的設備應有冗余，一旦系統某些部分出現故障，應能很快恢復工作，并且不能造成任何損失。

2.2.3 技術先進性：采用先進成熟的網絡概念、技術、方法與設備，反映當今先進水平，又給未來的發展留有余地。

2.2.4 可管理和可維護性：網絡系統應具有良好的可管理性，使得網絡管理人員能方便及時地掌握諸如網絡拓撲結構、網絡性能統計、網絡故障等信息，能簡便地對網絡進行配置和調整，確保網絡工作在良好狀態。

2.2.5 安全性：具有高度的保密機制，靈活方便的權限設定和控制機制，以使系統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，防止來自網絡內部和外部的各種破壞。

圖1 覆蓋式無線網絡設計

圖2 學院無線網絡物理組網結構圖

2.2.6 可擴充性：系統是一個逐步發展的應用環境，在系統結構、產品系統、系統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 校園無線網絡設計思想

寧波職業技術學院校園無線局域網采用集中管理架構下的輕型AP（無線接入點）無線網絡架構，以保證無線網絡可管理性、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。

結合學院的實際情況，采用室內、室外多種無線接入方式相結合的方式，以滿足學院樓宇多、廣場多的特點。采用室內、外多種無線接入手段在滿足無線覆蓋的前提下，可以節省無線接入點的數量，從而提高無線網絡的性價比。

校園無線網絡在滿足現有網絡應用的同時，保證對未來網絡技術和應用的支持，如IPv6、無線話音、無線視頻、組播等技術的支持，以滿足高校教學和科研的要求。

為滿足高校網絡的安全性，校園無線網絡采用獨立的有線網絡系統實現無線接入點的互聯，同時無線網絡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 校園無線網絡的實現

3.1 物理設計

在目前的校園網環境下，借助于輕型AP模式架構，可以在現有校園有線網絡的基礎上建立邏輯獨立的無線網絡。通常模式下所有無線數據及控制流量均交由無線控制器來處理，所以我們采用現有校園網的交換機/路由器組成集中控制管理的“覆蓋式”（Overlay）無線網絡設計，如圖1 所示。

修改現有校園網交換機的VLAN 參數設置、路由設置，使得AP 盡量不與一般有線網絡設備混合在同一個VLAN 中，避免有線設備的異常流量阻斷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，設計時統一分配給這些AP 靜態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 之間端到端環回延遲，保證AP 能夠順利連接在現有的校園網接入交換機上。

3.2 無線覆蓋設計指標、原則及覆蓋方式

無線網絡要實現學院東、西校區全校無線網絡接入環境，無線覆蓋學校多個建筑，能滿足多人員、大流量的無線數據傳輸需求。對校園室外區域進行無線覆蓋，使得在該區域內的網絡用戶可通過無線設備，高速聯入校園網絡。

3.2.1 設計原則：無線覆蓋設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，重點選擇部分區域進行更加細膩的覆蓋。在學院的重要區域--行政樓、圖書館、教學樓等采用最新的802.11n 為主要的高速WLAN 接入協議。

3.2.2 設計指標：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計；目標覆蓋區域信號強度>-80dbm。一般來說室內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：在覆蓋區域內，選擇教學樓和辦公樓為主，其他區域為輔的覆蓋方式，實現全校整體無線覆蓋。具體分為室內覆蓋和室外覆蓋兩種方式。

3.3 室內無線覆蓋設計

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

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

圖3 室內無線覆蓋示意圖

對于房間多、用戶數量不多但分布較分散的樓宇，如教學樓等，用戶主要為學生、教師，因此應用肯定會比較頻繁，由于樓長、墻體結構厚、房間多等特點，所以在該環境下覆蓋AP 安裝在樓道內，通過內置天線覆蓋樓道兩側房間，微波通過房間的門窗傳輸到室內，實現了比較細膩的覆蓋環境，AP 通過有線接入到樓層交換機。

3.4 室外無線覆蓋設計

室外設備的AP 使用數量大概也遵循室內的條件，但外AP 的放置和設計又有它的獨特性。由于室外環境的特殊性和不確定性，我們放置的設備必須是在密封盒內的，天線布置應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域，體現覆蓋范圍最大化的覆蓋原則來保證無線用戶需求。

從整體上對學院室外部分進行規劃，通過室外建設WLAN 射頻基站對室外和室內用戶進行無線覆蓋。室外射頻基站由室外型AP、外接天線（全向、扇區）以及配套避雷設備和報桿等組成。根據復雜的室外建筑結構，外接天線的選擇更加尤為重要。選擇天線型號時應根據現場環境考慮增益、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。

室外設計我們采用Mesh網絡技術，無線Mesh 是一種非常適合覆蓋大面積開放區域的無線網絡解決技術。Mesh網絡中的AP 除了可以提供WLAN 客戶端的接入服務之外，還能完成相鄰節點的自動發現、相互認證和配置，從而智能地為網絡流量設計一條最優的路徑，實現帶寬和覆蓋范圍的增加，并且當網絡中的某臺AP 發生故障時，其他AP 能夠通過自動配置動態改變路徑，繞過有故障的節點，實現網絡的自我修復。

4 總結

學院的無線網絡工程已經接近尾聲，無線網絡的建成將對其他高校特別是高職院校建設無線校園網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無線網絡的步伐。

[1]高效、方便、經濟 無線網狀網引爆校園網，http://www.edu.cn，2008

[2]劉乃安 無線局域網-原理、技術與應用[M]西安西安電子科技大學出版社2004