淺談大數據下的圖書館無線網絡應用優化

鄭曉軍

（深圳圖書館，深圳　518036）

淺談大數據下的圖書館無線網絡應用優化

鄭曉軍

（深圳圖書館，深圳518036）

在智能終端迅速發展并普及至幾乎人人皆有的大環境下，圖書館的無線網絡功能已不再是有線網絡的簡單補充，圖書館需要向讀者提供無線網絡高速鏈接的基本需求，同時通過細致的感知和精確的定位，獲取結構化和非結構化數據，最終在大數據的應用中更加精準地向市民提供高效和貼身的服務，讓圖書館更加智慧。

無線網絡；智慧圖書館；大數據應用

云計算、物聯網、移動互聯網、智能終端等新興信息技術在圖書館應用的快速發展,圖書館信息技術的應用也進入了網絡大數據時代，尤其智能化移動終端的快速普及和廣泛應用，讓市民可以在任何時間和空間鏈接網絡而獲取信息。無處不在的無線網絡不僅為圖書館和讀者提供簡單的網絡鏈接和上網閱讀，而且通過無線網絡獲取非結構化數據的這一重要功能正逐漸被圖書館所重視，利用大數據技術管理、分析大量的非結構化數據和已經規模積累的結構化數據庫來提升讀者個性化服務和優化圖書館業務管理，形成圖書館智慧的核心價值。當前，圖書館部署的無線網絡普遍存在整體帶寬偏窄、AP分布不均、信號覆蓋不全面、讀者接入密度不高等突出的矛盾，無法滿足大數據環境下無線網絡應用的趨勢和需求，其主要原因是IEEE 802.11a/b/g標準系列的無線網絡產品在帶寬能力、頻譜資源、信道分配、接入技術等諸多方面存在的不足。隨著IEEE 802.11n組網應用成熟，以及2013年底802.11ac協議標準的出臺和后續支持802.11ac協議的無線產品的日益普及，無線網絡定位技術和高密度覆蓋技術又重新成為圖書館大數據技術與無線網絡技術結合的應用熱點。

1　無線網絡定位技術在圖書館的應用

通過無線網絡的定位獲取大數據是智慧無線網絡的重要特點，因此定位準確的程度，將直接影響到大數據統計、分析和預測的效果。目前，主流的無線網絡定位精度大約在2至3米之間，定位數據基本上可以確定讀者在圖書館的哪個區域和哪個樓層。隨著無線定位技術的不斷發展，圖書館可以挖掘到傳統信息數據庫無法獲得的更多有價值的信息，對大數據獲取、統計、分析和預測就會發生重大的變化。圖書館不僅需要準確地知道在館讀者的位置，還需要數據分析、預測讀者可能的服務需求，應用系統將依據模型策略和預置值來決定是否向讀者推送相關內容的個性化服務。

1.1室內導航和服務推送

無線網絡定位帶來的重要大數據信息包括到館讀者坐標的移動軌跡，通過代表讀者興趣偏好的位置信息集合，掌握圖書館資源布局的合理性，幫助設計合理的讀者行動數據流，使圖書館能夠快速地對業務布局作出策略性的調整。調查數據顯示，在智能終端和移動圖書館APP相互推動下，在館讀者智能終端的Wi-Fi打開率高達80%，手機圖書館導航在讀者中迅速地推廣。通過無線網絡的定位功能和地圖導航功能，讀者可以準確地知道自己的位置，快速地設定路線，高效地到達目的地。讀者通過智能終端獲取無線熱圖，可以直觀地得到各區域閱覽室內讀者數量的信息，結合所在區域的附加信息后，了解正在舉辦的講座和活動的內容，以便決定自己的去向、目的和時間。

圖書館的管理者可以通過系統數據分析，了解讀者在不同時間段的人數分布和閱讀座席數量的變化，以及講座與活動效果之間的關系。通過分析無線大數據，判斷當前資源設置和講座、活動等安排是否合理，隨著時間的推移，推斷圖書館各方面業務的發展趨勢，了解每個到館讀者的閱讀習慣，各閱覽區和活動場所受歡迎的程度，哪些資源帶動閱讀效果最好等等。利用“無線網絡”和“大數據”相結合的定位技術，最終目的是幫助圖書館對服務和管理的流程與質量進行分析、預判，進而推進各項業務工作的決策優化。

1.2室內無線定位技術

在室內定位技術中，無線網絡定位的精度為米級，相比RFID、藍牙等達到亞米級的定位技術，精度有一定的差距。然而，由于Wi-Fi芯片在各類智能終端（智能手機、平板電腦）中已廣泛普及，通過讀者隨身持有的Wi-Fi設備，可快速完成目標定位，完成讀者流分析統計、基于位置區域的新書和講座推送、定位拓撲監控等目前室內定位的任務。從技術的成熟度及規模應用的角度來衡量，無線網絡定位技術是當前最主流、也是最具發展潛力的定位技術之一，米級的定位精度已基本可以滿足智慧圖書館的大部分需求。

合理地部署無線網絡是智慧圖書館無線定位應用的良好基礎，采用經驗測試與信號傳播模型相結合的方式，是基于IEEE 802.11系列標準的底層無線網絡結構解決方案。無線網絡提供了對AP設備的GIS（地理信息系統）技術定位功能，虛擬現實地展示了所部署的AP熱點所處的地理位置，實時反映AP熱點的運行狀態。無線定位技術提供的AP布局必須是三角定位的形式，即需要三個以上無線AP能接收到智能終端的信號，AP形成的信號接收網絡必須完全覆蓋整個定位區域，覆蓋的信號強度應優于65dBi，根據定位目標到達三個無線AP的場強值就可計算出目標的位置。定位計算是基于指紋算法，總體定位的精度較高，可以在圖書館地理拓撲圖中快速、準確定位在館讀者所在的物理位置，并可對目標進行實時跟蹤。基于位置的客流數據分析至少包括區域流量監控和停留時間統計兩個功能。針對某一開放閱覽空間或封閉講座活動區域，在電子地圖上顯示和記錄讀者的移動軌跡，統計讀者的流量和密度，按照時間段或時間點查詢某區域的讀者密度和變化歷史。定位功能記錄了讀者的運動軌跡和停留時間，通過統計分析讀者的行走路線和停留時間，挖掘讀者的閱讀習慣和偏好，強化服務推送的力度。定位技術還可用于圖書館與終端智能接入組件（EIA）聯動，實現對控制區域的安全管理。通過設置控制區域，以及不同人員、不同時間和不同位置的安全策略控制，對誤入區域的人員推送短信告警，并知會后臺管理人員及保安系統實時監控，追蹤運動軌跡，及時發現安全隱患。基于無線定位的管理系統可以方便地幫助圖書館信息技術人員快速定位AP和智能終端的故障位置及范圍，有效解決無線網絡運維中的各種問題，大大提高計算機網絡系統運維的效率。另外，定位技術支持標準的API接口，通過WEB應用模式的二次開發，與圖書館應用系統對接后，根據智能終端的MAC或IP地址，提供基于位置感知、終端類型、讀者信息的增值業務功能，包括提供館舍位置導航，館藏資源位置查詢，快速精確地推送和獲取有效信息，甚至幫助讀者找尋丟失的移動智能終端等。

2　無線網絡高密度覆蓋技術在圖書館的應用

當前移動互聯網+迅猛發展，調查顯示，我國大多數人有兩個以上無線智能終端經常使用，包括智能手機、筆記本電腦、平板電腦、智能可穿戴設備等。美國惠普公司全球副總裁認為，到2030年，全球將有一萬億臺移動設備接入互聯網。在當今以智慧為發展趨勢的圖書館，讀者享受著移動圖書館、移動推送服務、移動數字閱讀等等帶來的便利，采用無線網絡高密度覆蓋技術來解決在高密度讀者區域下的無線網絡覆蓋，滿足讀者對無線信號隨時、隨地的獲得和接入是智慧圖書館的重要標志之一。現實的圖書館移動智能終端使用密度之大往往遠超之前的想象，它廣泛存在于圖書館的服務大堂、讀者座席密集區域、會議室、報告廳和數字資源體驗區里，甚至在圖書館的任何場合中讀者都會隨時隨地使用智能終端連接無線網絡。圖書館的服務大堂和報告廳由于空間較大，高密度部署有一定的難度，讀者常處于移動狀態也導致無線網絡信號質量較差。相對而言，圖書館的閱讀座席、會議室、活動體驗區等場所高密應用部署靈活、信號干擾相對較少，讀者位置狀態穩定，無線網絡信號質量良好，應用業務類型協調可控，讀者可獲得良好的無線體驗。

海量移動大數據在圖書館應用的涌現，對無線網絡的密集部署、帶寬和承載能力都提出了更高的需求。現有的無線網絡IEEE 802.11b/g/n的協議標準存在兩個方面的缺陷：一是接入能力的問題，為了避免沖突，IEEE 802.11的協議標準采用了載波偵聽多路訪問／沖突避免（CSMA/CA）的方法，限制了每個AP不能與多個無線智能終端進行同時通信；二是信號資源的問題,按照規定,IEEE 802.11 b/g/n在2.4GHz的工作頻段僅能規劃使用1、6、11三個互不干擾的信號，每個信號帶寬20MHz，就是說在2.4GHz頻段無線網絡覆蓋實施中，3臺以上的AP就必然會存在相同頻率干擾的嚴重問題。2013年底，IEEE 802.11ac標準正式發布，這將推動圖書館重新調整無線網絡的部署，迎接采用新標準的移動智能終端以千兆速率的帶寬加入圖書館無線網絡的廣泛應用。在實際測試中，IEEE 802.11ac協議的每個頻段吞吐量最高可達270Mbps，比之前的IEEE802.11b/g/n的速率提升了至少三倍以上。在無線網絡能力大大提高的環境下，處理視頻信息更能夠達到讀者期望的順暢效果，而且留有足夠的空中接口資源用于處理目標定位、身份認證、策略管理等一系列功能的業務。隨著到館讀者利用無線網絡的次數和時間快速增長，無線信號高密度覆蓋是圖書館不得不面對的重要問題之一。讀者在圖書館利用數據的空間和時間分布是不均勻的，圖書館高密度區域往往是舉辦會議、講座、推廣活動等的活躍區域，以及閱覽和自學等座席高密度集中的區域，讀者頻繁和大量地使用移動智能終端設備進行資料檢索、位置導航、數字資源閱讀，甚至用微博、微信傳遞和觀看照片、視頻等資料，圖書館閱讀推廣和數字資源下載普遍流行掃描二維碼安裝APP客戶端，而APP內嵌宣傳視頻資源和應用導航等功能，上述的應用效果都直觀地聚焦在關鍵的無線網絡接入質量上。因此，無線網絡部署必須實時根據特定區域內的流量變化與負載特征，由靜態轉變為動態、由固定配置轉變為靈活配置，動態地適配業務的需求。同時，根據圖書館業務應用類型的變化、廣泛和數據多樣化，要求信息資源管理策略更加智能和高效，高密度的信號覆蓋和高帶寬的網絡接入部署能夠解決移動智能終端資源分配問題，有效地應對移動數據海量增長和移動數據在圖書館各區域分布不均衡的問題，使得無線網絡的資源利用率更加高效。

3　圖書館無線網絡優化解決方案

為了應對移動大數據給無線網絡帶來的挑戰,滿足讀者對傳輸速率和業務質量的更高要求，基于智能立體化網絡的靈活部署、無線資源的優化配置和低能耗綠色通信，實現不同應用場景下的人與人、人與物、物與物的立體化無線接入，圖書館必須引入新的無線網絡傳輸技術,通過采用大容量AP、智能陣列天線系統、信道復用技術、提高空口利用率、2.4GHz/5GHz頻譜導航技術、同時同頻全雙工及新型編碼調制方案等提高系統的傳輸速率。以深圳圖書館為例，2006年實施了以IEEE802.11g協議標準的無線網絡方案，部署完成后，深圳圖書館全面免費開放給在館注冊讀者使用，這在國內尚屬突破。隨著使用無線網絡讀者的爆發性增長，各種APP應用陸續推廣，特別是手機圖書館和數字資源閱讀的應用在讀者中大受歡迎。由于現有的無線網絡整體表現欠佳，深圳圖書館結合IEEE 802.11n/ac標準協議和最新的無線網絡技術，采用以下關鍵的措施解決了當前的幾個突出問題，極大地改善了讀者的無線網絡體驗效果，為無線大數據應用打下良好的基礎：（1）加強網絡基礎建設和管理，提高無線網絡整體帶寬。當前讀者在圖書館接入無線網絡效果不佳，分配給無線網絡的帶寬不足是最重要的因素之一。圖書館普遍采用有線網絡和無線網絡合用互聯網出口，為了避免無線網絡占用的帶寬過大，圖書館網絡管理者用技術手段對無線網絡的帶寬進行限速，以保證有線網絡具有足夠帶寬運行關鍵的業務應用系統。因此，首先要采取提高帶寬的限速，或引入獨立光纖線路將無線網絡的帶寬提高到100兆以上，在當前國家網絡提速、資費降低的大背景下已具備了升級的條件。（2）引入高科技AP裝置，提高讀者接入密度。AP接入用戶數不足直接導致智能終端用戶密集區域信號不穩定，時斷時續，甚至有接入信號串層現象。通過采用最大接入用戶數可達100個的大容量AP取代最大接入用戶不超過30個的普通AP，調低AP信號輻射功率，減少每個AP的信號覆蓋面積，在同等面積中增加部署AP的數量，提高AP的安裝密度，使讀者密集區域的接入用戶數可以大大地提高。在802.11n/ac協議推廣應用時代，5GHz頻段將成為無線網絡重要的頻譜資源。雖然采用了雙頻AP作為圖書館的接入設備，但必須通過無線頻譜的導航技術，引導支持5GHz頻段接入的讀者智能終端優先接入5GHz信號，大大地提高5GHz頻段的利用率，成倍地提高讀者接入AP的容量，使得讀者無線網絡接入信號更佳、體驗效果更好。

在采用技術手段解決高密度部署的同時，圖書館必須要合理規劃各區域的功能，引導讀者不要過于集中在某個區域使用智能終端，方法如下：（1）采用智能天線方案，提高接入信號質量，實施精細化覆蓋。不少圖書館都有類似的經歷，在無線網絡部署時，往往按照信號全覆蓋的目標來計算AP的分布和測試，但投入實際應用后才漸漸地發現無線信號質量差，不少地方信號很弱，甚至沒有信號，究其原因是沒有考慮到墻體和書架的阻隔、讀者和工作人員無線接入的增加、無線信號非智能平均覆蓋等客觀因素。要解決精細化覆蓋，首先，要引入智能陣列天線系統，在AP中具有多個天線組成的陣列，通過對工作環境、讀者位置的感知，智能芯片計算出理想的天線組合模式，在方向、角度、增益等形成不相同的多個虛擬化天線，并選擇最佳的天線為讀者發送數據報文，達到對每個讀者接入信號動態的最佳覆蓋；其次，要采用天線饋線的布局方式。傳統的、最常見AP放裝方式按照直接部署的每個AP無遮擋覆蓋最大半徑約100米的圓形區域來計算，信號強度均勻分布。當無線信號遇到墻體、書架等遮擋物時，信號衰減嚴重，導致讀者和工作人員的無線體驗效果嚴重變差。天線饋線入室即AP的每個射頻口連接饋線引入室內或某區域，每根饋線形成獨立的迷你AP，進行獨立的智能化感知和數據收發工作，提供2.4GHz和5GHz雙頻信號，具備動態射頻分配和無線定位功能，有效地解決了信號覆蓋的性能和質量矛盾，提供了理想的圖書館無線應用體驗。（2）引入多種接入認證方式，采用高標準的安全管理機制。為了讓讀者在圖書館能夠方便地接入無線網絡，需要提供多種接入和認證方式滿足不同層次的讀者應用。在原有的免費閱讀接入認證和讀者證號接入認證基礎上，增加了短信接入認證、微信接入認證、二維碼審核接入認證、臨時到訪讀者認證等等，這就要在后臺引入CA雙向證書認證、Portal認證、802.1X認證、Radius/LDAP/AD第三方認證等，不斷優化應用規則庫的策略，對不同的角色進行精細化的識別和權限控制。對信號覆蓋區域，開啟干擾信號檢測功能，反制或屏蔽私自接入點和釣魚接入點等非法信號，網絡內置的上網行為審計功能須達到公安部82號令的要求。

4　結語

當今，大數據已經成為包括圖書館在內的各行各業關注的熱點，2013年以來，圖書館開始注意到了無線網絡帶來的大數據價值，各種大數據的應用方案也開始浮出水面，讀者應用與圖書館業務模塊結合得更加緊密。無線網絡作為圖書館接入互聯網越來越重要的通道，除了需要提供多種方式接入、高帶寬、高計算能力外，還需要具有更強大的感知能力和更精細的資源分配能力。只有具備智慧、高效、安全的無線網絡，才能應對日益豐富的業務管理和數據應用需求，使圖書館在閱讀服務和管理工作方面更加智慧，為圖書館創造前所未有的價值。

[1]杭州華三通信技術有限公司.新一代網絡建設理論與實踐[M].北京:電子工業出版社,2012.

[2]舍恩伯格,庫克耶.大數據時代[M].杭州:浙江人民出版社, 2013.

[3]王世偉.未來圖書館的新模式——智慧圖書館[J].圖書館建設,2011(12):1-5.

[4]王世偉.再論智慧圖書館[J].圖書館雜志,2012(11):2-7.

（編發：王麗）

Talking about the Library Wireless Network Optimization Application under the Big Data

ZHENG Xiao-jun
(Shenzhen Library,Shenzhen 518036,China)

Almost everyone has an intelligent terminal which has a rapid development and popularization.Under the circumstances,the wireless network function of the library is no longer a simple complement to the wired network. Libraries need to provide their readers with the basic requirement of high-speed wireless network link.At the same time,through meticulous awareness and accurate positioning to get structured and unstructured data,and ultimately more accurately application of large data provides efficient and personalized services to citizens, which make the library more wisdom.

wireless network;wisdom library;big data applications

G250.7

G250.7

A

2095-5197（2016）01-0084-04

鄭曉軍(1962-)，男，副研究館員，本科，研究方向：圖書館信息技術應用。

2015-11-24