謝水珍　黃芳淼

摘要：論文主要介紹了某高校無線校園網(wǎng)的規(guī)劃和設計的過程。從校園網(wǎng)應用的需求分析、可行性分析、設計原則、校園無線網(wǎng)絡拓撲圖、設計指標與要求、頻率規(guī)劃與干擾控制、設備選型及其實現(xiàn)等內容進行說明，從而給出了一個完整的以無線局域網(wǎng)為關鍵技術的無線校園網(wǎng)絡工程的設計方案。

關鍵詞：無線局域網(wǎng)，拓撲結構，AP，頻率規(guī)劃，干擾控制

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）13-0062-03

Abstract： This paper mainly introduces the process of the planning and design of the wireless campus network in a university. From the application of the campus network needs analysis， feasibility analysis， design principles， the campus wireless network topological graph， design parameters and requirements， frequency planning and interference control， equipment selection and implementation of content is described which gives a complete wireless LAN is the key technology of the wireless campus network engineering design。

Key words： WLAN； topology； AP； frequency planning； interference control

隨著信息化建設內涵的不斷提升，在校師生筆記本電腦、平板電腦和智能手機等無線終端的日益普及，原有單純依靠固定信息點接入和公共區(qū)域存在網(wǎng)絡覆蓋盲區(qū)等基于有線局域網(wǎng)和寬帶網(wǎng)絡應用的環(huán)境，已逐漸無法滿足在校師生隨時隨地快速便捷獲取校內教學科研資源和接入互聯(lián)網(wǎng)的實際需求。無線校園網(wǎng)，就是通過無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network，簡稱WLAN）技術，在校園中建立的無線通訊網(wǎng)絡，使校園的每個角落都處在網(wǎng)絡中，形成真正意義上的校園網(wǎng)，以方便廣大師生隨時隨地利用校園網(wǎng)進行學習、工作等。

1 某高校WLAN的設計與規(guī)劃

1.1設計范圍與總體介紹

本次規(guī)劃設計的是某高校無線校園網(wǎng)絡，設計范圍包括主校區(qū)和其它三個分校區(qū)，覆蓋四校區(qū)除教工宿舍以外的所有學生宿舍區(qū)、辦公區(qū)、教學區(qū)、圖書館、實驗樓、體育館、報告廳、食堂、賓館、醫(yī)院和校園室外等區(qū)域。

1.2 WLAN系統(tǒng)設計方案

1.2.1無線網(wǎng)絡架構

整體無線網(wǎng)絡架構如1圖所示：

為便于管理和維護，結合校園網(wǎng)的特點和網(wǎng)絡安全建設的整體思路，無線承載網(wǎng)絡采用“接入層—匯聚層—核心層”三級網(wǎng)絡架構組網(wǎng)。WLAN接入網(wǎng)絡由新增的AP及POE交換機組成，各樓層AP交換機根據(jù)安裝位置劃分為若干區(qū)域經(jīng)過匯聚交換機后連接到核心交換機上。核心網(wǎng)由行為審計設備、認證設備、核心交換機、核心路由器組成、防火墻、AC組成。出口路由器及安全設備、校園認證設備放置在核心層。運營商認證設備采用運營商原有設備。

1）接入層

接入層主要設備包括AP及接入交換機，WLAN接入及控制設備采用集中轉發(fā)方式，用戶認證由BRAS負責，通過三層隧道實現(xiàn)業(yè)務流，在核心交換機上啟用DHCP Server給AP分配IP地址。瘦AP集中轉發(fā)流程如下：

a）用戶業(yè)務流發(fā)給AP；

b）AP將業(yè)務流打上相應的用戶VLAN，封裝在隧道中，發(fā)給AC（AP與AC之間通道不需知道用戶的業(yè)務VLAN）；

c）AC解開隧道，得到帶著VLAN信息的用戶業(yè)務流。

2）匯聚層

在各校區(qū)設置若干交換機作為各樓層AP交換機的匯聚交換機，連接到2臺核心交換機。

3）核心層

各校區(qū)各匯聚交換機匯聚到兩臺核心交換機上。

在主校區(qū)設置1臺路由交換機作為連接各校區(qū)核心交換機、AC設備、運營商WLAN核心網(wǎng)、校園網(wǎng)的連接紐帶。

九江學院主校區(qū)無線網(wǎng)絡規(guī)模較大，其他校區(qū)相對較小，考慮在主校區(qū)部署1臺AC（最大可管理4096個AP），采用1+1備份方式。

4）互聯(lián)網(wǎng)及校園網(wǎng)接入

為對用戶行為進行管理，經(jīng)過運營商WLAN核心網(wǎng)、校園網(wǎng)的所有數(shù)據(jù)流量必須經(jīng)過用戶行為審計設備的審計。

為訪問校園網(wǎng)設置的校園認證設備認證系統(tǒng)及為保護校園而設置的防火墻放置在路由交換機及校園網(wǎng)設備之間。

為保證WLAN用戶正常使用上網(wǎng)業(yè)務，在行為審計設備及上行鏈路出現(xiàn)故障時，用戶上網(wǎng)業(yè)務不中斷，路由器交換機與校園認證系統(tǒng)及運營商WLAN核心網(wǎng)之間建立備份鏈路。

5）認證系統(tǒng)

在WLAN網(wǎng)絡中，設置多個SSID，分別是運營商SSID、校園網(wǎng)SSID。SSID與相應VLAN進行綁定，SSID的劃分將決定用戶數(shù)據(jù)的VLAN歸屬，多個SSID共用1套物理網(wǎng)絡，后端通過VLAN來區(qū)分。

對于中國移動，通常將SSID命名為CMCC，該SSID對應的VLAN在運營商的BRAS上終結，接入該SSID的用戶IP地址由運營商分配，并使用運營商的認證計費系統(tǒng)進行管理和運營。

對于學校，將SSID命名為CMCC-EDU或學校的簡稱，該SSID對應的VLAN在校內認證系統(tǒng)上終結，接入該SSID的用戶IP地址由學校分配，接入該SSID的用戶可訪問校園內網(wǎng)及教育網(wǎng)。

1.2.2 典型場景案例

因篇幅關系，根據(jù)校園內樓宇分布情況，本文選取學生宿舍、教學樓等2個典型場景從覆蓋、容量及干擾等角度分析。

場景一：學生宿舍

根據(jù)學生宿舍用戶集中，上網(wǎng)需求量大等特點，覆蓋效果和容量設計是本次規(guī)劃設計的重點。

1）覆蓋規(guī)劃

根據(jù)用戶習慣分析，上網(wǎng)需求主要在宿舍房間內，本方案建議采用室內型AP加室內定向天線布放到寢室內輻射目標區(qū)域，可達到良好的覆蓋效果。而天線放置在走廊不僅浪費部分信號功率，而且在覆蓋區(qū)域邊緣易存在信號死角。

2）容量規(guī)劃

按照一個寢室6名學生計，并考慮到并發(fā)用戶數(shù)和上網(wǎng)帶寬需求的問題，設計1個AP覆蓋4個寢室。

3）噪聲及干擾分析

由于天線直接布放在寢室內，通過天線的旁瓣抑制及墻體阻擋可有效降低干擾。

綜上，本方案綜合考慮多種因素采用新建室內方式覆蓋并將天線放置在寢室內。

場景二：教學樓

1）覆蓋規(guī)劃

根據(jù)用戶習慣分析，上網(wǎng)需求主要在教室、辦公室、會議室內，同時在走廊等候區(qū)也存在少量需求。本方案兼顧考慮以上需求，采用室內型AP加室內全向天線布放在走廊通過門窗等阻擋損耗較小的物體達到信號穿透，輻射目標區(qū)域的目的。對于會議室、接待室等區(qū)域采用直布方式覆蓋。

2）容量規(guī)劃

按照一個辦公室4名老師計，一個大教室80-100名學生計，并考慮到并發(fā)用戶數(shù)和上網(wǎng)帶寬需求的問題，設計1個AP覆蓋8個辦公室或2個教室。對于會議室、接待室等區(qū)域由于上網(wǎng)需求量較大，并且集中，按照用戶數(shù)配置AP容量，如1個AP覆蓋16個用戶。

3）噪聲及干擾分析

通過天線之間的物理距離及旁瓣抑制，墻體阻擋可有效降低干擾。另外在設計時考慮到合理設置頻點降低干擾。

綜上，本方案綜合考慮多種因素主要采用新建室內方式覆蓋。

1.3設計指標與設計要求

WLAN規(guī)劃設計中，主要指標如下：

1）無線信號場強：目標覆蓋區(qū)域內 95%以上的位置，接收信號電平≥-70dBm；其中對重點目標覆蓋區(qū)域的覆蓋電平指標：重點區(qū)域內95%以上的位置，接收信號電平≥-65dBm；對于學生宿舍區(qū)，關門狀態(tài)下室內任意角落接收信號強度≥-60dBm；

2）WLAN信號覆蓋的99%區(qū)域內WLAN的接入成功率大于95%；

3）Ping新浪、搜狐等國內主流網(wǎng)站網(wǎng)址時延不大于50ms；Ping本機網(wǎng)關時延不大于10ms；

4）Ping新浪、搜狐等國內主流網(wǎng)站丟包率不大于1%；Ping本機網(wǎng)關不丟包；

5）信噪比≥20dB；

6）同頻干擾：建議任意同頻AP信號<-80dBm；

7）接入交換機端口使用率按照不超過70%考慮。

本次方案設計要求如下：

1）學生宿舍區(qū)采用智分/室分無線AP，支持雙路雙頻。AP放置在走廊，天線延伸至每宿舍內，每AP連接4個宿舍，所配天線須是具有隱蔽天線（無外置功分器、耦合器、跳線）；

2）普通辦公區(qū)AP采用雙路雙頻設計，802.11a/n和802.11b/g/n 可同時使用，2×3 的MIMO天線架構，最大支持接入帶寬≥300Mbps；

3）特殊辦公區(qū)AP采用雙路雙頻設計，802.11a/n和802.11b/g/n 可同時使用，3×3的MIMO天線架構，最大支持接入帶寬≥450Mbps；。

4）室外AP采用雙路雙頻硬件設計，可同時工作在802.11a/n和802.11b/g/n模式。可提供3×3 MIMO天線架構，AP的最大支持接入速率≥300Mbps。

1.4 頻率規(guī)劃與干擾控制

由于WIFI使用的是免許可證頻段，隨著運營商簡WIFI覆蓋建設力度的不斷加大，WLAN網(wǎng)絡的頻率規(guī)劃/配置是降低系統(tǒng)內/間干擾、提升系統(tǒng)吞吐量的重要舉措，也是WLAN網(wǎng)絡規(guī)劃建設和后期優(yōu)化的重要工作內容之一。

本次方案設計中采用的網(wǎng)絡工作協(xié)議為802.11b/g和802.11a

1）WLAN 802.11b/g工作在2.4GHz頻段，頻率范圍為2.400～2.4835GHz，共83.5M帶寬，劃分為13個子信道，每個子信道帶寬為22MHz。子信道分配如圖4所示。

2）WLAN 802.11a工作在5.8GHz頻段，頻率范圍為5.725GHz～5.850GHz，共125MHz帶寬，劃分為5個信道，每個信道帶寬為20MHz。

在使用2.4GHz頻點時，為保證信道之間不相互干擾，要求兩個信道之間間隔不低于25MHz。在一個覆蓋區(qū)內，最多可以提供3個不重疊的頻點同時工作，通常采用1、6、11三個頻點。5.8GHz的5個頻點互不重疊，可在同一覆蓋區(qū)域內使用。

對于室外區(qū)域干擾宜采用調整（定向）天線方向角，避免天線主瓣對準干擾源的方式或調整功率，室外AP覆蓋區(qū)頻點配對時，為了實現(xiàn)AP的有效覆蓋，避免信道間的相互干擾，在信道分配時宜引入移動通信系統(tǒng)的蜂窩覆蓋原理。對1、6、11信道進行復用。

1.5 設備選型

1.5.1無線AP

無線AP（Access Point）：即無線接入點，它是用于無線網(wǎng)絡的無線交換機，也是無線網(wǎng)絡的核心，在本次方案的規(guī)劃設計中應用到了4種型號的無線AP；室內智分型AP（RG-AP220-E（M）-V2）、室內放裝型AP（RG-AP220-I）、高性能室內放裝型AP（RG-AP330-I）、室外放裝型AP。其中，室內智分型AP主要應用于學生宿舍樓，室內放裝型AP主要應用于教學樓、食堂等樓棟，高性能室內放裝型AP主要應用于辦公樓、圖書館等重要場所，室外AP主要用于室外信號的覆蓋。

1.5.2接入交換機

本次方案選擇POE交換機作為以太網(wǎng)交換機，因為POE交換機能夠在為無線AP傳輸數(shù)據(jù)信號的同時，還能為其設備提供直流供電。能在確?，F(xiàn)有結構化布線安全的同時保證現(xiàn)有網(wǎng)絡的正常運作，最大限度地降低成本。

1.5.3天線

本次設計方案中采用的天線分為兩種室內全向天線和定向天線，。室內全向天線應用于室內智分型AP的信號輸出，定向天線用于室外AP的信號輸出。

2 總結

校園網(wǎng)是一個龐大而復雜的工程，需要根據(jù)具體的環(huán)境來組建網(wǎng)絡，涉及的面也比較廣。本論文設計規(guī)劃的目的是為建設一個獨立承載、性能優(yōu)良、安全穩(wěn)定、實用有效、易于拓展的校園無線網(wǎng)絡基礎設施平臺，構建一整套安全認證與運營管理體系，實現(xiàn)學校有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡的一體化管理，支持最新一代的802.11N標準、支持IPV6/IPV4雙棧協(xié)議，性價比高、可精細化管理的校園無線網(wǎng)絡技術架構，達到學校各校區(qū)無線網(wǎng)絡的高速、無縫覆蓋，促進學校的有線網(wǎng)絡與無線網(wǎng)絡互補融合發(fā)展，為師生搭建一個寬帶、高效、快速、穩(wěn)定的學習、工作和生活的網(wǎng)絡環(huán)境。

參考文獻：

[1] 王連平， 余根堅， 李曉穎. 無線網(wǎng)絡技術[M]. 清華大學出版社， 2013.

[2] 廣州賽杰通信規(guī)劃設計院. 無線局域網(wǎng)設計與優(yōu)化[M]. 人民郵電出版社， 2015.