校園無線平臺構建研究

隨著校園網絡信息化普及，師生們日趨要求盡可能方便、快速、靈活的使用網絡。無線校園網絡平臺可以實現在教室、禮堂、會議室、圖書館、體育場館等場所能夠方便迅速的訪問校園網絡，讓網絡滲透到校園每個角落；重要的是可以實現快捷便利的辦公自動化和信息化，加強學校內部各部門的業務聯系，提高工作效率，實現資源共享。

隨著無線局域網技術及其產品的日趨成熟，無線網絡已經廣泛應用諸多領域。目前我國僅有15.1%的學校有無線校園網，但絕大多數都屬于試運行階段，并沒有廣泛開放；有36.2%的學校計劃建設無線校園網。因此全國各校在無線網絡建設上具有較大的發展空間。本文以曲靖市某中學為例構建校園無線網絡平臺，闡述設計與規劃校園無線局域網的原則、方法和步驟，構建基于WLAN的校園無線網絡，同時并對相關的設計方法進行探討，最后利用仿真軟件對設計進行了模擬仿真，驗證設計的合理性，為相關的研究和探討提供參考。

中學校園無線網絡規劃與設計原則

校園無線網平臺主要目的是為了讓學校完成全方位立體式無線網絡覆蓋，使教職工可以依托無線網絡完成各項教學及辦公事務；廣大師生可以利用無線網絡訪問校內和校外網絡資源；同時需要綜合考慮學校信息化需求，最大程度利用原有校園網絡，節省網絡投資，降低今后網絡維護成本。在設計與規劃中學校園無線網絡時應該遵循以下原則：

（1）采用層次化結構，利于網絡構建和維護；

（2）整體上采用以樹型和星型混合的拓撲結構，將網絡劃分為核心層、分布層、接入層進行設計；

（3）校園骨干網采用有線方式，接入網采用無線覆蓋；

（4）局部無線網絡構建中的無線接入點（AP）的數量根據應用需求靈活布置，AP接到各層接入交換機上，各層接入交換機再匯聚到每棟樓的匯聚層交換機上；

（5）無線網絡以單個AP小面積覆蓋，多個AP整合交叉覆蓋形成大面。

案例背景及需求分析

案例中學是曲靖市的一所重點中學。該校共有教學樓（包含辦公室）兩幢，綜合樓一幢，實驗樓一幢，學生宿舍四幢。其中學生宿舍未進行網絡搭建，教學樓，綜合樓，實驗樓分別采用有線方式建設了校園專網，沒有無線網絡。學校文件傳輸等工作必須在辦公室等固定的地點進行，局限性較大，靈活性差。

該中學新構建的校園無線網絡平臺要求在網絡互聯、安全防御等方面與有線網絡進行良好的兼容和互補，對無線網絡進行管理和統一認證，同時做到盡可能的簡化網絡結構，提高網絡訪問速度與效率。具體需求為：在網絡功能方面能滿足校區之間、樓宇之間的通信，支持教學資源傳輸（視頻、文字、圖像）、提供資源共享（學習資料等）與綜合服務（學校論壇，教學計劃，成績查詢等）；在性能方面要求校園內部的室外場所(走廊、大廳等)速率高，安全要求一般，主要是滿足在網絡使用人數激增時仍然能夠保證服務質量，辦公室或會議室速率要求一般、安全要求高，多媒體教室或計算機機房速率要求高，安全要求低，有效地支持教學活動；在經濟方面要求運營費用低，易于管理維護。

曲靖市某中學校園無線網絡設計

基于中學校園無線網絡規劃與設計原則，以及對案例的調查和分析，本文探討對該中學進行校園無線網平臺進行規劃及設計。

邏輯結構設計

為了滿足多用戶的需求，局部無線網絡主要采用以AP或者無線交換機等為中心結點的星型結構。全局無線校園網在整體上采用以樹型和星型混合的拓撲結構，可將網絡劃分為核心層、分布層、接入層進行設計。為了組建便捷、管理方便、利于排查故障，考慮冗余鏈路設計，負載均衡，保證網絡可用性等因素，在主要通信節點上采用樹型拓撲結構。

物理結構設計

該校校園骨干網通過光纖接入高速Internet，并通過有線介質連接到配有各種網絡服務器的計算機中心，然后通過無線介質將綜合樓子網、教學樓子網、實驗樓子網、宿舍子網等連接起來，并為室外的移動用戶提供連接。其局部無線網絡構建如下：

(1)教學子網。在教學過程中，大多傳送的是文本、圖像和部分視頻等數據，要求較高傳輸率，因此采用有線接入與無線接入相結合的方式。無線網絡以單個AP小面積覆蓋，多個AP整合交叉覆蓋形成大面，覆蓋區域每個AP都獨立接到接入交換機上，以保證有效帶寬。根據人數大教室可設置2～4個AP，小教室可設置l～2個，每層的AP接到各層接入交換機上，各層接入交換機再匯聚到每棟樓的匯聚層交換機上。

(2)實驗樓子網。構建無線網絡實驗室將提供充分的網絡連接靈活性，并可解決隨著新設備的不斷增加而改造實驗室、頻繁調整網絡信息點的問題。對數據流量要求高的實驗室可多配置AP，對要求低的實驗室可少配置AP，每層的AP接到各層接入交換機上。

(3)辦公子網。辦公子網豐要面向學校的各級領導以及各職能部門，辦公計算機所實現的功能主要是對網絡數據的查詢、修改、添加、刪除等操作。采用高靈敏度、穿透能力強的無線AP產品，配合分離式吸頂天線。以一個AP配合一個天線或多個天線，采用樓道安裝AP覆蓋方式以完成室內區域的完全覆蓋，每層樓的AP數量與樓的形狀有關。

無線設備的選用

無線網卡：采用USB接口無線網卡應用于臺式機，便攜式計算機采用自身的無線網卡。

無線接入點（AP）：主要技術為802.11系列。考慮輻射干擾因素，在校園中按照室內30米、室外100米（沒有障礙物）覆蓋范圍，支持用戶數量為30～50個點。

無線網橋：采用5.8GHz頻段的802.11a無線網橋及其相應設備。

無線天線：室內無線天線采用全向天線工作模式，室外無線天線采用多幅扇面天線，或扇面天線和定向天線相結合。

網絡仿真測試數據及其分析

為了驗證中學校園無線網絡規劃與設計的可行性及科學性，本文利用專業仿真軟件OPNET Modeler對案例中學構建的無線校園網進行網絡仿真測試。通過對仿真測試數據的分析探討，為構建中學校園無線網絡平臺提供參考。

OPNET Modeler是OPNET公司于1987年發布的第一個商業化的網絡性能仿真軟件，提供了具有重要意義的網絡性能優化工具，可以進行預測性的網絡性能管理和仿真。本文采用的為OPNET的14.5版本。

整體結構布局

根據案例中學的教室、辦公室、宿舍樓的地理位置，采用星型網絡為該中學的無線網絡的布置。如圖1所示為該中學核心交換機路由器的邏輯布局。

圖1 邏輯布局

圖2 整體架設結構

該校無線網絡整體架設結構如圖2所示，將核心交換機安放在機房，每個住宿樓，教室，辦公室樓各安放大型無線路由器。根據該校的情況進行WLAN搭建一個核心交換機和AP0～AP7和80個工作站（STA）。由圖2可以看出每整棟樓作為一個用戶群，都有一個核心交換機，核心交換機下的各個網絡熱點連接組成網絡覆蓋的范圍。

無線網絡性能模擬測試

該中學的無線網絡模擬方案，設置傳輸速率為11Mbps；Rts門限為256；分門段限值為1024；短重試限制為7；長重試限制為4；AP信標間隔為0.5；最大接收有效期為0.5；緩沖值為256000；傳輸功率為0.002。運行OPNET仿真后，最后得出仿真結果如圖3—8所示。

整個無線網絡吞吐量在1.4Mbits/s左右上下波動，數據傳輸能力比較穩定，滿足學校正常的數據傳輸要求。整個網絡延時高峰時達到0.6微秒，后期收斂為0.4微秒左右。該網絡在高峰使用期時存在短時不穩定，但總體較為穩定。

整個網絡退避延時也具有一定波動性，這是由于無線信號本身存在一定的抖動性造成的，但總體還算平穩，若改善則需對無線熱點的設計及布置進行進一步測試后改進，但需較大成本。該網線網絡方案網絡負載較大，網絡承載性較好，達到設計目標，能夠滿足學校的網絡需求。

總結

通過對中學校園無線網絡規劃與設計原則進行分析和探討，對該中學的校園無線網絡平臺進行邏輯、物理結構進行設計規劃，同時對無線設備選用進行討論，利用OPNET Modeler進行的網絡仿真測試，主要針對無線吞吐量、無線網絡傳輸延時、無線網絡退避延時和無線網絡負載等參數的仿真數據進行分析，驗證了中學校園無線網絡平臺規劃與可行性。