校園無線局域網(wǎng)的優(yōu)化

沈丹萍 蘇州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系 215200

校園無線局域網(wǎng)的優(yōu)化

沈丹萍 蘇州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系 215200

針對校園無線局域網(wǎng)（WLAN）在運(yùn)行過程出存在無法連接、掉線、上網(wǎng)速度慢、網(wǎng)管不完善等方面的問題，在分析了由于接入點(diǎn)AP數(shù)量多距離近而導(dǎo)致的同頻段干擾的基礎(chǔ)上，提出校園WLAN的優(yōu)化具體實(shí)施方案，并結(jié)合蘇州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園無線WLAN實(shí)際的優(yōu)化措施，在無線校園網(wǎng)管理和優(yōu)化方面取得良好的效果。

AP;優(yōu)化;WLAN;信道

伴隨著校園信息化水平的提高，學(xué)校的老師和學(xué)生對隨時(shí)隨地接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行教學(xué)和科研的需求越來越普遍，幾乎每個(gè)高校都建立了校園網(wǎng)。WLAN是校園網(wǎng)的一大組成部分，它解決了傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)難以解決的問題，最大的優(yōu)勢在于不受地理位置的限制，為校園通信的移動化，個(gè)人化和多媒體的應(yīng)用提供了潛在的手段。

無線技術(shù)發(fā)展迅速，WLAN已經(jīng)由最初只支持11Mbps速率的802.11b標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展到支持54Mbps速率的802.11a和802. 11g標(biāo)準(zhǔn)，目前支持300Mbps速率的802. 11n產(chǎn)品也正在逐步標(biāo)準(zhǔn)化；無線終端日漸普及，伴隨著筆記本電腦的普及，無線網(wǎng)卡成為筆記本電腦的標(biāo)準(zhǔn)配置之一；WLAN技術(shù)和學(xué)校需求相結(jié)合，推動了無線校園網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)調(diào)查，目前國內(nèi)超過75%的985高校已經(jīng)規(guī)模建設(shè)無線校園網(wǎng)，超過30%普通高校也已經(jīng)完成無線校園網(wǎng)的規(guī)模部署。但隨著接入點(diǎn)AP（Access Point）數(shù)目的不斷增多，AP之間距離的不斷減小，同頻段的干擾問題將會嚴(yán)重影響到無線局域網(wǎng)的總?cè)萘浚瑥亩绊懥诵@WLAN用戶的正常使用[1]。

1 校園WLAN出現(xiàn)的問題

蘇州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院（下稱“蘇信院”）校園WLAN的建設(shè)初步完成，分別覆蓋學(xué)生住宿樓、圖書館和報(bào)告廳，其中以學(xué)生宿舍樓為主要的應(yīng)用區(qū)域，在宿舍內(nèi)部，學(xué)生可以使用自己裝有無線網(wǎng)卡的筆記本電腦，通過WLAN的接入方式獲得較佳的無線寬帶體驗(yàn)。

在部署WLAN無線寬帶網(wǎng)絡(luò)初期，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行良好，用戶反饋體驗(yàn)較好，但是隨著用戶越來越多，陸續(xù)開始有客戶反饋在使用過程中存在一些問題，如無法連接、容易掉線、下載速度慢等，這些問題在前期規(guī)劃或者施工驗(yàn)收中是沒有考慮到的。對于這些問題，必須從WLAN 的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)入手，分析各種問題產(chǎn)生的主因，通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，調(diào)整各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)來減少各種影響用戶體驗(yàn)的情況，提升服務(wù)質(zhì)量[2]。

通過現(xiàn)場勘查，根據(jù)不同原因進(jìn)行分類，發(fā)現(xiàn)該大樓存在的問題主要有無法連接、掉線、上網(wǎng)速度慢、網(wǎng)管問題幾個(gè)方面。

（1）無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的原因

由于該大樓的AP數(shù)量不多，而且由樓頂接入，基于AP的特點(diǎn)，靠近AP中心處信號強(qiáng)，離AP越遠(yuǎn)，信號越弱，某些宿舍存在信號盲區(qū)，無法順利接入WLAN，或者即使接入信號也非常弱，無法成功接入Internet。

另外，由于該大樓的AP全部接入預(yù)先部署好的室內(nèi)分布式系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋，為了不對原有的2G、3G系統(tǒng)造成影響，在工程建設(shè)時(shí)對WLAN 的接入功率進(jìn)行了調(diào)整， 影響了WLAN 的覆蓋范圍，以致在部分區(qū)域存在WLAN 信號弱區(qū)，因此，上網(wǎng)慢和掉線問題首先應(yīng)該從無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋上找原因。

（2）用戶人數(shù)的原因

由于最初制定組網(wǎng)方案時(shí)，沒有考慮到越來越多的學(xué)生購買了自己的筆記本電腦。隨著用戶人數(shù)的不斷增多，原先設(shè)置的AP數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到要求，所以一旦同一時(shí)段上網(wǎng)的人數(shù)達(dá)到限定值，其余用戶就造成了無法連接的現(xiàn)象。

（3）移動AP的安裝

在移動AP安裝之前，用戶在AP切換時(shí)，IP地址受限（AP上行口VLAN不同），高峰期出現(xiàn)用戶地址池不夠（BRAS側(cè)用戶地址池為256）。

在移動AP安裝之后，高峰時(shí)期用戶下載速度慢（移動A P對同頻干擾嚴(yán)重）。

（4）組網(wǎng)方案的原因

該大樓的組網(wǎng)方案采用典型的胖AP組網(wǎng)方案，在實(shí)際使用中，當(dāng)用戶跨AP漫游時(shí)，由于不同AP屬于不同的VLAN，會造成用戶漫游不成功，進(jìn)而掉線。另一方面，實(shí)際測試中發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域有來自于其他樓層的WLAN信號，強(qiáng)度與該樓層的WLAN信號差不多， 以致部分用戶連接上其他樓層的WLAN信號，由于這種連接方式信號不穩(wěn)定，用戶即使不移動位置，也會出現(xiàn)漫游到本樓層AP 的現(xiàn)象，同樣造成掉線[3]。

2 校園WLAN信號分析

為了能夠準(zhǔn)確判斷校園WLAN出現(xiàn)的問題所在，本文使用了測試軟件Network Stumbler對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了測試，以取得無線網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

Network Stumbler是一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)基地臺搜尋程序。它是免費(fèi)軟件，可以在互聯(lián)網(wǎng)下載并安裝使用。如果你的計(jì)算機(jī)安裝了無線網(wǎng)絡(luò)卡，使用這套軟件就可以幫你掃描出附近有沒有可以使用的無線網(wǎng)絡(luò)基地臺，包括基地臺強(qiáng)度、頻道等數(shù)據(jù)都會顯示出來。

利用Network Stumbler，搜索可用WLAN信號，由測試軟件的測試結(jié)果顯示，可用的無線網(wǎng)除了ChinaNet（中國電信）外，在波段11、6、1，還有CMCC（中國移動）的無線網(wǎng)。用測試軟件又測試了宿舍樓的AP數(shù)量和終端數(shù)量，由測試軟件結(jié)果可看出在宿舍樓WLAN的使用情況，使用同頻點(diǎn)的AP和終端數(shù)眾多。基于以上的現(xiàn)象的出現(xiàn)，當(dāng)在兩個(gè)終端同時(shí)進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)，導(dǎo)致重傳增加。幾次重傳后，由測試結(jié)果顯示無線終端的傳輸速率從24M下降為18M。

由以上的測試結(jié)果可以看出，由于在宿舍區(qū)域存在多個(gè)AP，并且AP的頻率有所重疊，使終端之間傳遞數(shù)據(jù)包時(shí)容易重傳，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸速率下降，網(wǎng)絡(luò)整體性能下降，某些宿舍無法連上WLAN，或即使連接上，網(wǎng)速也十分緩慢，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化迫在眉睫。

3 校園WLAN的優(yōu)化方案

針對測試結(jié)果體現(xiàn)的問題，制定該大樓WLAN無線寬帶網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化方案如下：

3.1 無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的優(yōu)化

無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方面通過實(shí)地勘察，找出信號強(qiáng)度沒達(dá)到要求的弱區(qū)，通過直接放裝APD的方式進(jìn)行補(bǔ)充覆蓋；另外一方面，由于采用2.4GHz的802.11b/ g混合方式進(jìn)行覆蓋，規(guī)劃中需要注意鄰接AP的頻道是否符合1、6、11相互間隔的原則，在優(yōu)化規(guī)劃時(shí)除需要對本樓層AP頻道進(jìn)行規(guī)劃外，也要注意其他樓層的AP頻道是否對本樓層造成干擾。

另外，該大樓有覆蓋學(xué)生每個(gè)宿舍的要求，因此在優(yōu)化這些區(qū)域時(shí)還要考慮無線網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載能力，以保證服務(wù)質(zhì)量。以布置某樓層的宿舍為例，實(shí)際的需求量是需要30個(gè)人同時(shí)點(diǎn)播多媒體的要求，一個(gè)AP不能滿足要求，需要沒4個(gè)宿舍裝一個(gè)AP，由于用戶連接上那個(gè)AP是無法控制的，因此在每個(gè)AP上將用戶數(shù)量限制為15個(gè)，以保證當(dāng)某個(gè)AP關(guān)聯(lián)用戶較多時(shí)，進(jìn)加入的用戶可以使用負(fù)載較輕的AP。

3.2 組網(wǎng)方案的優(yōu)化

傳統(tǒng)的胖AP構(gòu)架無法徹底解決用戶跨AP漫游掉線的問題，而瘦AP架構(gòu)由于有無限交換機(jī)負(fù)責(zé)緩存用戶狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)用戶的跨AP漫游。另外，瘦AP架構(gòu)還有課幾種管理、用戶負(fù)載均衡等優(yōu)點(diǎn)。為提高用戶體驗(yàn)，需要將該大樓的組網(wǎng)方案改造為瘦AP的架構(gòu)。

優(yōu)化后的AP可按照圖1接線。

4 AP優(yōu)化的實(shí)施

4.1 AP覆蓋方式的改進(jìn)

圖1 優(yōu)化后AP接線圖

擴(kuò)容后系統(tǒng)接入用戶數(shù)成倍增加了，但受擴(kuò)容器件的制約AP的工作頻段只能固定在某一頻率，規(guī)模部署時(shí)需對AP天線部署位置進(jìn)行通盤考慮，不但要考慮同層覆蓋的部署方式還需要考慮不同樓層間部署方式。擴(kuò)容后可以在覆蓋區(qū)域開啟基于用戶的負(fù)載均衡功能，使覆蓋區(qū)域內(nèi)用戶能夠比較合理的接入WLAN網(wǎng)絡(luò)。

AP部署選擇室內(nèi)獨(dú)立部署的方式，即在沒有室分系統(tǒng)的情況下可采用AP獨(dú)立部署方式。獨(dú)立部署方式又可以細(xì)分為AP獨(dú)立部署與AP結(jié)合外置天線部署，兩種部署方式對天線布放位置及增益都有一定要求。

獨(dú)立部署時(shí)需要根據(jù)實(shí)際環(huán)境對AP工作信道及發(fā)射功率進(jìn)行細(xì)致調(diào)整，盡量避免各設(shè)備間同頻、鄰頻干擾對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量造成的影響。

圖2 802.11b/g工作頻段劃分圖

如圖2所示，信道、功率劃分原則為：

任意相鄰區(qū)域使用無頻率交叉的頻道，如：1、6、1 1頻道；

適當(dāng)調(diào)整發(fā)射功率，避免跨區(qū)域同頻干擾；

蜂窩式無線覆蓋實(shí)現(xiàn)無交叉頻率重復(fù)使用；

信道設(shè)置時(shí)要考慮三維空間的信號干擾。如圖所示，在1樓部署3個(gè)AP，從左到右的信道分別是1/6/11，此時(shí)在2樓部署的3個(gè)AP的信道就應(yīng)該劃分為6/11/ 1，同理3樓為11/1/6。這樣就最大可能地避免了樓層間的干擾，無論是水平面還是垂直面都做到無線的蜂窩式覆蓋。如圖3所示。

圖3 不同樓層信道分配圖

基于以上研究，對方案中AP的改進(jìn)如下：

AP數(shù)量由15個(gè)增加為232個(gè)，宿舍樓采用100mw AP直接覆蓋，每個(gè)AP覆蓋4個(gè)房間，AP覆蓋宿舍的信號強(qiáng)度良好，信號強(qiáng)度在-40dbm到-65dbm之間，用戶信號基本上4格～5格，每個(gè)樓層最多為4個(gè)AP，頻點(diǎn)采用1，6，11錯(cuò)開放置。如圖4所示。

圖4 信道分配圖

4.2 對于用戶投訴較多的5個(gè)AP進(jìn)行重新設(shè)置

圖5 修改AP的退避速率參數(shù)設(shè)置（紅色部分為修改）

圖6 修改AP的退避時(shí)間窗口參數(shù)（紅色部分為修改）

（1）修改AP的退避速率參數(shù)設(shè)置，如圖5所示。

（2）修改AP的退避時(shí)間窗口參數(shù)，如圖6所示。

（3）修改AP的工作模式（20090626），如圖7所示。

4.3 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化期間解決的其他問題

（1）部分用戶連接WLAN關(guān)聯(lián)速度慢

用戶WLAN軟件客戶端原因，改用Windows自帶軟件進(jìn)行連接，問題得到了解決。

（2）部分用戶連接WLAN網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)不上

用戶WLAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的加密類型不對，修改后問題解決。

（3）部分用戶出現(xiàn)認(rèn)證頁面后，無法通過認(rèn)證

用戶在計(jì)費(fèi)系統(tǒng)狀態(tài)不對，計(jì)費(fèi)系統(tǒng)重置用戶狀態(tài)后解決。

（4）部分用戶較容易連接上CMCC WLAN

修改用戶WLAN優(yōu)選設(shè)置，使用戶的電腦優(yōu)先登陸中國電信 WLAN。

（5）部分用戶連接WLAN后出現(xiàn)不了認(rèn)證頁面

IP地址進(jìn)行初始連接后，出現(xiàn)認(rèn)證頁面，問題也得到解決。

通過以上優(yōu)化措施的實(shí)施，校園WLAN的運(yùn)行情況有了很大改善。為了了解優(yōu)化后學(xué)院WLAN實(shí)際的工作狀態(tài)，我們對該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)性能的測試，包括AP吞吐量測試、Ping、站點(diǎn)及AP列表分析等，可以通過這些測試完成對WLAN運(yùn)行基本情況的評估。

由于移動在蘇信院學(xué)生宿舍樓WLAN工程開始整改，整改內(nèi)容為將原室外增益3db全向吸頂天線全部改為增益為7db定向板狀天線，針對此情況，我對5號學(xué)生宿舍樓進(jìn)行了跟蹤測試。主要測試了學(xué)生宿舍樓的網(wǎng)速和下載速度。

從測試結(jié)果可以看出：通過信號強(qiáng)度、在線測速及下載速度的測試，中國電信WLAN信號強(qiáng)度均在-50dB左右，在線測試均在17～21Mbps，下載速度均在1MB/S；移動WLAN信號強(qiáng)度在-70dB以下，在線測試均在900Kbps，下載速度均在100KB/S。由于測試時(shí)移動施工人員正在改造施工，所以此次測試顯示結(jié)果移動WLAN信號很差，且相互間干擾很小。要測出真實(shí)數(shù)據(jù)，只有等移動整改完畢開通后。

5 WLAN后續(xù)優(yōu)化措施

通過增加AP節(jié)點(diǎn)，并且對AP參數(shù)進(jìn)行修改，無論從信號強(qiáng)度，還是下載速度來看，較以前有了很大的改善，增加了覆蓋區(qū)域，即使是每間宿舍的任何一個(gè)角落都能搜到信號，有效避免了CMCC（中國移動通信） WLAN的信號干擾。

蘇信院WLAN運(yùn)行狀況良好，滿足了學(xué)生在宿舍上網(wǎng)的要求，為蘇信院的學(xué)生提供了更加可靠、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

為了今后蘇信院WLAN的良性發(fā)展，本人又對WLAN后續(xù)優(yōu)化措施提出了改進(jìn)意見：

（1）修改所有232個(gè)AP的配置速率和退避算法參數(shù)；

無線設(shè)備之間的結(jié)構(gòu)經(jīng)常容易變動。當(dāng)一臺運(yùn)行XP的筆記本電腦或者是自動配置客戶端就會經(jīng)常連接到相鄰的其他網(wǎng)絡(luò)中去。這也就意味著，侵入者可以在用戶不知情的情況下連接到用戶電腦中，獲取敏感數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步使其暴露在風(fēng)險(xiǎn)之中。如果終端還連接到了有線網(wǎng)絡(luò)中，則面臨的風(fēng)險(xiǎn)會更加多樣。

速率低而且不安全的訪問接入點(diǎn)會招致安全漏洞。如果合理配置，企業(yè)802. 11b無線LAN連接速率應(yīng)該為5.5Mbps或者11Mbps。然后，接入點(diǎn)就按照這樣的速率進(jìn)行配置。但是，如果接入點(diǎn)允許用戶連接到更慢的1Mbps和2Mbps，則說明降低網(wǎng)絡(luò)性能或者存在未知的可疑行為。

有很多原因會導(dǎo)致無線連接速率下降或者完全中斷。無線網(wǎng)絡(luò)性能有時(shí)候會不穩(wěn)定，而且信號不穩(wěn)定的話，也會影響到用戶訪問無線網(wǎng)絡(luò)。另外，吞吐量也會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)延遲，比如，當(dāng)有大量用戶同時(shí)連接到某個(gè)AP時(shí)。某個(gè)有故障的AP也會限制或者阻止訪問網(wǎng)絡(luò)。

基于以上原因，需要對AP的配置速率和退避算法參數(shù)進(jìn)行修改，使計(jì)算機(jī)能夠連接到合適的AP上網(wǎng)，提高網(wǎng)絡(luò)利用率。

（2）關(guān)閉宿舍區(qū)室外A P；

經(jīng)過優(yōu)化，宿舍樓內(nèi)部已實(shí)現(xiàn)全覆蓋，室外AP只會對樓內(nèi)AP造成干擾，因此需要關(guān)閉宿舍外AP。

（3）模擬宿舍高峰期學(xué)生上網(wǎng)環(huán)境，對所有單AP進(jìn)行多用戶（6～12臺）的并發(fā)測試（需要多臺筆記本和測試帳號）；

經(jīng)過測試，明確校園WLAN的工作情況，吞吐量，下載速度，數(shù)據(jù)傳輸速率等，可進(jìn)一步優(yōu)化WLAN的網(wǎng)絡(luò)性能。

（4）結(jié)合有線側(cè)分析部分用戶IP地址受限的原因；

（5）長遠(yuǎn)看，開始試用部分8 0 2. 11a/b/g的雙頻AP。

802.11g標(biāo)準(zhǔn)與802.11b協(xié)議相比在2. 4GHz頻段將傳輸率提高到54Mbit/s，覆蓋范圍也擴(kuò)展到室內(nèi)100m，且能夠與802.11b的Wi-Fi系統(tǒng)兼容，共存于同一無線接入點(diǎn)（A P）網(wǎng)絡(luò)中。因此IEEE802.11g已成為目前工業(yè)界普遍認(rèn)可和遵循的主流無線局域網(wǎng)協(xié)議。

802.11a標(biāo)準(zhǔn)是已在辦公室、家庭、賓館、機(jī)場等眾多場合得到廣泛應(yīng)用的802.11b無線聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)。它工作在5GHz頻帶，物理層速率可達(dá)54Mb/ s，傳輸層可達(dá)25Mbps。可提供25Mbps的無線ATM接口和10Mbps的以太網(wǎng)無線幀結(jié)構(gòu)接口，以及TDD/TDMA的空中接口；支持語音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)；一個(gè)扇區(qū)可接入多個(gè)用戶，每個(gè)用戶可帶多個(gè)用戶終端。

在校園WLAN中采用雙頻AP，可使組網(wǎng)方式更加靈活。

6 結(jié)語

無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化使無線接入設(shè)備能覆蓋所有期望覆蓋的區(qū)域，區(qū)域中的信號強(qiáng)度能夠符合接收的要求，并具有足夠承擔(dān)預(yù)期負(fù)載的能力；由于環(huán)境的復(fù)雜性， WLAN 的優(yōu)化設(shè)計(jì)必須通過實(shí)際的測量才能達(dá)到理想效果。在進(jìn)行WLAN優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)層面的特點(diǎn)來進(jìn)行優(yōu)化，并遵循相應(yīng)的原則。

圖7 修改AP的工作模式（紅色部分為修改）

[1] 2007-12-14 http://www.wxsbw.com/ article/html/article_729.html

[2] 陳卓 .無線局域網(wǎng)絡(luò)在校園網(wǎng)中的應(yīng)用[J] .南京廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào).2005 (4)

[3] 黃駿. 無線局域網(wǎng)的優(yōu)化方式.中國科技博覽.2009年第20期

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.10.046

沈丹萍，（1983-7），性別 女，職稱

助教、學(xué)歷 本科，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。