Wi-Fi 6在高校智慧校園網絡建設中的應用

摘要：在網絡時代背景下，無線通信技術的快速發展與普及應用，對于高校教學管理與校園生活方式產生了深刻影響。尤其將Wi-Fi 6技術應用于高校智慧校園網絡建設當中，可以同時呈現出靈活的組網方式、寬廣的網絡覆蓋、便捷的終端接入，還可以滿足多個應用場景的接入需求，更為高校智慧校園建設質量及實用價值提供強有力的技術支撐。本文首先介紹了WiFi技術的發展歷程，之后分析了Wi-Fi 6在智慧校園中的應用優勢，最后針對Wi-Fi 6技術在高校智慧校園網絡建設中的具體應用進行了研究與分析，希望本文對今后在高校智慧校園網絡建設起到一定的借鑒意義。

關鍵詞：Wi-Fi 6技術；高校智慧校園；網絡建設；應用方式

一、引言

校園網絡是連接各種教育教學業務平臺和教學設備的基本條件。高速運行、全面覆蓋的校園網絡，可為教學活動、校園生活以及科研工作提供一體化信息服務。自從2020年國家大力推動Wi-Fi 6技術普及應用以來，越來越多的高校力求通過引進Wi-Fi 6技術，進一步促進智慧校園建設成果的提升。另外，隨著802.11ax標準的持續完善與迭代升級，使得傳統的WLAN組網信息傳輸問題得到了有效解決，將Wi-Fi 6技術應用到智慧校園建設當中，有效推動了“智能+教育”的融合創新。鑒于高校校園網絡建設目前正處于快速發展階段，有必要針對Wi-Fi 6技術在高校智慧校園網絡建設中的應用進行深入系統的研究與分析。

二、WiFi技術發展歷程

WiFi是一項無線局域網技術，運行過程中，主要依托于IEEE802.11協議標準。此標準初級于1997年正式發布，當時不但存在較為昂貴的硬件成本，而且傳輸速度較慢，僅有2Mbps。因此，在推廣應用過程中受到較大限制。即便如此，依然為WiFi技術的后續發展奠定了必要基礎。在IEEE802.11協議標準隨后的發展歷程中，相繼推出多個新版本，實現了迭代升級。2018年10月，WiFi聯盟宣布確立802.11ax協議標準，并將其命名為Wi-Fi 6。2019年，Wi-Fi 6協議標準正式啟用。Wi-Fi 6涵蓋了WiFi5所支持的5GHz頻段，還同時支持2.4GHz頻段，其最大調制提升至1024QAM。也就是說，Wi-Fi 6不僅可以向下兼容所有低頻終端設備，還可以使無線網絡信號呈現出更強的穿墻能力以及更加廣泛的覆蓋范圍。在保證數據穩定傳輸的基礎上，單次數據傳輸量獲得大幅度提升。Wi-Fi 6技術的單流帶寬提升至1200Mbps，并且支持上行和下行的MU-MIMO以及多用戶多輸入多輸出。在最大傳輸速率方面，從以往的6.9Gbps提升至9.6Gbps，整體提升30%左右。另外，Wi-Fi 6技術實現了OFDM和FDMA的相互結合，生成新的OFDMA（正交頻分多址）技術。因此，與WiFi5相比，Wi-Fi 6技術在交頻分復用技術方面也得到了改進與創新。最大的改進之處在于網絡傳輸效率獲得大幅提升，并且在很大程度上降低了網絡擁堵程度。即便有多個設備同時連接，用戶依然可以獲得良好的網絡信號接入體驗[1]。

三、Wi-Fi 6技術的應用優勢

（一）促進網絡傳輸速率的大幅提升

由于Wi-Fi 6支持的最大調制方式為1024QAM，單流傳輸速率可達1.2Gbps，理論上最大傳輸速率能夠達到9.6Gbps。因此，將Wi-Fi 6技術應用于智慧校園網絡建設當中，可以顯著提高各類無線終端的網速。與之相比，WiFi5在最大調制和單次傳輸數據量方面都無法與之匹敵。基于Wi-Fi 6的1024QAM技術，單次數據傳輸量可達10Bit，比WiFi5提升了近25%。在使用Wi-Fi 6技術進行數據傳輸時，如果首次傳輸失敗，系統會采用256QAM的調制方式對數據進行二次傳輸。這樣不僅提升了數據傳輸量，而且增強了數據傳輸的及時性、穩定性和可靠性。此外，當WiFi5網絡涉及多個用戶時，通常需要排隊等待數據傳輸，導致數據傳輸效率受到較大影響。而Wi-Fi 6的OFDMA技術可以同時承載多個接入設備，且在網絡傳輸過程不存在卡頓現象。因此，在多終端使用場景下，Wi-Fi 6的網絡傳輸速率的優勢更加明顯，傳輸效果也更可靠。

（二）賦予多終端更高的并發性能

與WiFi5相比，Wi-Fi 6具有更強的多終端兼容性。這主要得益于兩項關鍵技術：OFDMA和MU-MIMO。首先OFDMA技術能夠將無線信道分為多個子信道，再將每一個子信道分配給不同的終端設備，由此實現了多址接入。WiFi5之所以不具備此功能，主要因為所有用戶共享一個信道頻率。此時，一旦多個終端同時接入，就會出現排隊現象，進而造成用戶網絡通信的擁堵，導致網速大幅下降。OFDMA技術通過對帶寬上的頻段進行合理分割，提高了頻譜利用率，即使在多用戶同時連接的情況下，也能保持較高的傳輸速率。其次，MU-MIMO技術可以同時支持上行和下行通信，這意味著即使接入點的天線數量遠超過終端設備的天線數量，也能夠在同一時間內與多個終端進行并行通信。這不僅大幅提升了空間資源的有效利用率，還減少了客戶端之間的干擾，確保了網絡信號質量。因此，整個網絡的吞吐量和運輸效率得到了可靠的保障，同時也大大降低了網絡延遲的概率。

（三）使無線網絡安全等級得以提升

在高校建設智慧校園的過程中，會在無線網絡中接入大量終端設備，并要求無線網絡覆蓋整個校園。因此，校園無線網絡的運行涉及龐大的業務系統范圍，這無疑對無線網絡的安全等提出了相當高的要求。在802.11協議尚未達到當前的應用水平時，主要采用WEP、WPA、WPA2等加密方式。然而，在實際應用的過程中，這些加密方式極易被一些網絡黑手破解，導致網絡安全和數據安全無法獲得有效保護。為解決這個問題，WiFi聯盟規定所有Wi-Fi 6認證設備必須啟用WPA3加密方式，這種加密方式與傳統加密方式相比，具有更強的安全性和可靠性。比如一旦終端登錄出現多次失敗，系統程序會自動終止WiFi身份驗證過程，阻止用戶再次登錄，由此達到防范暴力破解的目的。此外，采用WPA3后，可針對身份驗證方式進行更新與完善，使驗證作用得到更大限度地發揮。這樣可以有效避免校園網絡受到密鑰重裝攻擊，從而使網絡安全性能獲得可靠保障[2]。

四、Wi-Fi 6技術在高校智慧校園網絡建設中的應用

（一）在智慧教室中的應用

智慧教室是智慧校園的主要應用場所，它的建成與應用需要以“互聯網+”、云計算、物聯網等先進技術為基礎，并融入大數據、人工智能以及多媒體技術，以構建起智能化與信息化教學模式。此外，智慧教室還可以運用于教學研究領域，推動教研水平的提升。除了利用無線網絡進行情境教學、多媒體教學、遠程授課、在線交流，智慧教室還可以利用無線網絡進行教學管理。例如，可以利用教室內的局域網終端設備自動考勤點名，在不占用課堂時間的情況下完成考勤環節，避免出現錯報、漏報和重報的情況。

此外，老師還可以借助智能數據采集終端，對教學過程中生成的數據信息進行實時自動采集，并將其采集數據傳輸到云端。這樣一來，老師便可以利用大數據對教學成果進行多角度分析，并將分析結果運用到教學模式創新、校準教學目標、教學成果檢驗、制訂教學方案等環節中，確保教學方向、教學方法更加符合學生的發展需求。另外，在Wi-Fi 6技術當中融入了上行和下行MU-MIMO技術。此項技術不僅支持多用戶終端接入，即使在同一時間內有多個用戶接入，也不會出現無線網絡卡頓問題，從而保證教學活動的順利實施。

最后，鑒于Wi-Fi 6還具有較高的運行速率，即便終端設備有大量天線接入，其最高協商速率依然可以達到1.2Gbps，滿足智慧教室的帶寬需求，使整個教學過程更高效、連貫和流暢[3]。

（二）在VR、AR教學中的應用

隨著信息化技術的日趨成熟，當前的高校教學實踐中呈現出越來越高的應用水平與普及率，極大地推動了高校教學模式革新，更為課堂教學提供了豐富內容。比如教師借助于VR/AR技術，使現實世界和虛擬環境的相互融合，為學生創建了一個與現實不同，但又近乎真實存在的虛擬環境，而學生在這種環境之中可以獲得身臨其境之感，獲得全新的感官體驗，激發學生的學習興趣和學習動力，提高學習效率，培養其求知欲望等目的。但是，VR/AR技術對于網絡速度存在較高的要求。試想一下，一旦出現網絡延時，就無法營造出逼真的虛擬環境，甚至容易導致用戶出現頭暈目眩之感。因此，將Wi-Fi 6技術應用于VR/AR當中，可以防止網絡延遲現象的發生，為VR/AR教學提供技術支持，使學生獲得真實與虛擬交織的學習體驗。

（三）Wi-Fi 6與物聯網融合應用

物聯網技術在智慧校園建設中具有非常廣泛的應用。比如學生使用校園一卡通就餐吃飯、圖書借閱、出入門禁、乘坐班車或者出入體育健身場所時，都是校園物聯網在發揮作用。但是，目前很多校園一卡通系統都是通過有線網絡接入讀卡器或自助終端，看似可以滿足學生的基本校園生活需求。但實際上由于存在移動信息化需求或有線網絡無法覆蓋的區域，使得校園一卡通的應用范圍受到一定的限制。針對這一問題，Wi-Fi 6技術為其提供了一個很好的解決方案。例如，廣大師生若想乘坐校內班車，需要使用校園一卡通進行身份驗證，一旦忘記攜帶校園一卡通，便無法乘坐班車。而基于Wi-Fi 6技術的智慧校園網絡建設，允許學生和教師僅通過“刷臉”完成身份驗證，即使在沒有攜帶校園一卡通的情況下，也能順利乘車。在食堂就餐、出入門禁等其他應用場景中，同樣可以實現多方式驗證的功效。人臉識別技術對于網絡速率有較高的要求，而WiFi 6無線網絡的強覆蓋功能能夠提供高速率、大容量、低延時等優勢，從而有效滿足智慧校園的聯網需求。

（四）在辦公環境中的應用

在現階段，網絡化辦公已經成為新常態。教師在辦公室中可以利用無線網絡撥打視頻電話、參加遠程會議、文件網絡傳輸、查詢或下載網絡化教育資源等。因此，WiFi在高校辦公環境內具有極高的使用率。此外，會議室同樣屬于流量較大的辦公場所，而且越是大型學術報告或會議等活動，用戶數量越會達到高峰，對無線網絡的運行效率要求較高。因此，高校在針對辦公類場所進行無線網絡建設時，必須確保即便在高密度、高需求的情況下，依舊能為用戶提供良好的網絡信號接入體驗。為此，在應用Wi-Fi 6技術，需做好信道規劃、合理設置AP容量，并進行干擾控制，確保滿足辦公需求。如果高校需要擴增網絡設備，Wi-Fi 6技術支持同時連接多達256臺設備，可以滿足大量教職員工的帶寬需求，并確保網絡通暢無阻。

（五）在安防系統中的應用

利用Wi-Fi 6技術打造智慧校園安防系統，將有效預防和打擊違法犯罪行為。高校可以在教室門口、教學樓走廊、樓梯轉角、電梯間、主干道、校園大門、停車場等區域安裝視頻監控點。同時，在主要區域出入口設置人臉門禁和人臉識別以及車輛識別裝置，確保校園安全得到長期有效的監控。通過Wi-Fi 6技術，可以實現網絡資源的合理分配與高效利用，容納海量網絡終端設備同時接入，并且呈現出超高速、低時延的網絡運行效果。一旦校園內發生突發事件，可以協助辦理人員快速查詢視頻監控錄像，加快事件處理速度，從而提升高校的綜合安防水平。

五、結束語

綜上所述，Wi-Fi 6技術憑借其先進的科學性、靈活性與實用性，已成為高校提升校園網絡建設質量的首選技術。高校在推進校園網絡建設時，應具有前瞻性地探索Wi-Fi 6技術的應用途徑，合理運用Wi-Fi 6無線網絡，為教學和人才培養等活動提供更優質的網絡環境，從而極大地促進高校社會功能的發揮。

作者單位：齊嘉亮 初冰茜 東北師范大學

參考文獻

[1]周勇.高校智慧校園WiFi6無線技術應用研究[J].互聯網周刊，2021（22）：60-61.

[2]江波.5G技術和wifi6技術在高校智慧校園建設中的應用探討[J].數字技術與應用，2020，38（04）：28-30.

[3]王雯.基于“互聯網+”時代的高校智慧校園建設策略[J].老字號品牌營銷，2020（02）：127-128.