顧　波

（上海中國(guó)航海博物館，上?！?01306）

虛擬蜂窩技術(shù)提升博物館參觀體驗(yàn)的應(yīng)用研究

顧波

（上海中國(guó)航海博物館，上海201306）

隨著智能終端的普及和移動(dòng)應(yīng)用的增長(zhǎng)，特別是各種隨需而變的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)也日益豐富，對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Networks，WLAN）的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提出了更高的要求。文章把虛擬蜂窩技術(shù)應(yīng)用于博物館導(dǎo)覽，彌補(bǔ)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)APP支持客戶(hù)端數(shù)量少、同頻干擾、漫游中斷及定位不準(zhǔn)確的不足，并通過(guò)博物館APP使參觀者享受到高品質(zhì)的參觀體驗(yàn)。

虛擬蜂窩；同頻干擾；移動(dòng)終端；博物館導(dǎo)覽

當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，博物館的數(shù)字化建設(shè)也在這個(gè)時(shí)代得到了發(fā)展的機(jī)遇。博物館作為向公眾提供知識(shí)和教育的文化傳播機(jī)構(gòu)，每天要接待大量參觀者。為了滿(mǎn)足不同層次的觀眾對(duì)歷史文化的需求，智能終端和移動(dòng)應(yīng)用起到了很大作用。其不僅促進(jìn)了博物館工作的提升和改變，也使得博物館行業(yè)的整體面貌得到改變，行業(yè)的服務(wù)水平也得到了提升。但隨著智能終端的普及和移動(dòng)應(yīng)用的增長(zhǎng)，特別是各種隨需而變的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的日益豐富，對(duì)WLAN的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提出了更高的要求。本文以上海中國(guó)航海博物館為例，闡述了使用梅魯公司的虛擬蜂窩WLAN架構(gòu)，不但可以實(shí)現(xiàn)高密度覆蓋、高吞吐率、高穩(wěn)定性、無(wú)縫漫游，很好地解決了同頻干擾問(wèn)題，還使得博物館應(yīng)用程序（Application，APP）給予了參觀者高品質(zhì)的參觀體驗(yàn)。

1　傳統(tǒng)微蜂窩網(wǎng)絡(luò)與虛擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)的分析

1.1高密集度

隨著應(yīng)用需求不斷升級(jí)，以微蜂窩架構(gòu)為基礎(chǔ)的第三代WLAN架構(gòu)在容量、覆蓋、部署、漫游、網(wǎng)絡(luò)接入速度等多方面存在不足，例如同頻干擾、高密度終端容量受限、部署成本高且管理復(fù)雜、不能無(wú)縫漫游、由客戶(hù)端自己選擇接入點(diǎn)（Access Point，AP）導(dǎo)致穩(wěn)定性差、在多設(shè)備狀態(tài)下網(wǎng)絡(luò)接入速率低、不能保證每個(gè)用戶(hù)的公平傳輸?shù)取?/p>

傳統(tǒng)微蜂窩架構(gòu)雖然具有自動(dòng)射頻管理的功能，但實(shí)際上干擾依舊存在，無(wú)法避免，尤其是在高密度環(huán)境下。對(duì)于客戶(hù)端密集度高的場(chǎng)所，需要很高的RF覆蓋密度。一般廠商的AP最高支持30多個(gè)客戶(hù)端，超過(guò)30個(gè)客戶(hù)端往上，整體性能急劇降低，而梅魯網(wǎng)絡(luò)公司的單射頻AP最大可以支持128個(gè)用戶(hù)，高密度環(huán)境下依然能夠保證穩(wěn)定的帶寬。

1.2同頻組網(wǎng)架構(gòu)

傳統(tǒng)WLAN為了抑制來(lái)自同一信道的干擾，盡量降低輸出功率。因此蜂窩的范圍小，需要更多的AP、電纜以及POE設(shè)備；必須反復(fù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察；在追加、移動(dòng)或變更AP時(shí)，需要作信道的再設(shè)定；在實(shí)際工作環(huán)境中，需要大量的人工設(shè)定與調(diào)試。

梅魯公司使用的虛擬化蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，最大的特點(diǎn)是將相鄰的兩個(gè)AP設(shè)置在同一信道，將所有AP設(shè)備綁定成一個(gè)大的AP，不僅回避同頻干擾，還讓每個(gè)信道的使用效率都得到大大提高，如圖1所示。而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)需要擴(kuò)容時(shí)，只需要分層，通過(guò)增加頻點(diǎn)就可不斷擴(kuò)大容量；由AC控制器主導(dǎo)AP和客戶(hù)端的交涉，總是可以提供最高的數(shù)據(jù)傳輸速度；追加、移動(dòng)或變更AP時(shí)無(wú)需再作信道規(guī)劃和現(xiàn)場(chǎng)勘察，實(shí)現(xiàn)即插即用。

圖1　微蜂窩與虛擬蜂窩

1.3空氣流量控制技術(shù)

不同于傳統(tǒng)的“沖突避免”技術(shù)，虛擬蜂窩技術(shù)采用空氣流量控制技術(shù)解決并發(fā)用戶(hù)沖突問(wèn)題。它是基于控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的電波的思想，控制器除了管理AP，還能對(duì)客戶(hù)端行為進(jìn)行管理，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)管理算法和服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）競(jìng)爭(zhēng)壓制等子技術(shù)組成，對(duì)在“沖突避免”機(jī)制下對(duì)無(wú)線媒介的訪問(wèn)作了極大的優(yōu)化。

1.4定位服務(wù)更精準(zhǔn)

Meru網(wǎng)絡(luò)公司的設(shè)備擁有專(zhuān)利技術(shù)：E（z）RF定位系統(tǒng)。定位引擎接收由AP傳回的數(shù)據(jù)，通過(guò)場(chǎng)強(qiáng)定位等算法，計(jì)算WiFi定位終端所處位置，并將位置信息傳送至定位管理系統(tǒng)；定位管理系統(tǒng)用于接收定位引擎?zhèn)鱽?lái)的位置信息，并將WiFi定位終端位置顯示在用戶(hù)的終端APP上。

2　虛擬蜂窩技術(shù)在博物館中的實(shí)際應(yīng)用

博物館無(wú)線網(wǎng)絡(luò)部署需求：（1）博物館展區(qū)一層、二層內(nèi)實(shí)現(xiàn)802.11n網(wǎng)絡(luò)全覆蓋；（2）展區(qū)內(nèi)滿(mǎn)足2000個(gè)移動(dòng)終端同時(shí)上網(wǎng)；（3）實(shí)現(xiàn)展區(qū)內(nèi)無(wú)線定位服務(wù)。

面臨的課題：（1）如何實(shí)現(xiàn)支持2000個(gè)移動(dòng)終端同時(shí)上網(wǎng)的高密度WLAN；（2）如何實(shí)現(xiàn)展區(qū)內(nèi)無(wú)線定位服務(wù)。

Meru解決方案：（1）1臺(tái)MC1500系列控制器；（2）9臺(tái)AP822e 802.11ac/n以及27臺(tái)AP1010e 802.11n。

2.1博物館虛擬蜂窩架構(gòu)WLAN設(shè)計(jì)

由于博物館展區(qū)一層和二層有中國(guó)移動(dòng)（China Mobile Communications Corporation，CMCC）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和“ishanghai”無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其中主要為信道1和信道6，因此虛擬蜂窩同頻組網(wǎng)部署在信道11上。同時(shí)考慮到還需實(shí)現(xiàn)APP定位功能，在部署AP時(shí)不僅要考慮樓層信號(hào)覆蓋強(qiáng)度，減少實(shí)施和維護(hù)成本，同時(shí)以“三點(diǎn)定位”的方法對(duì)AP位置進(jìn)行優(yōu)化。各AP通過(guò)超5類(lèi)雙絞線與樓層弱電機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)有源以太網(wǎng)（Power Over Ethernet，POE）交換機(jī)連接，每個(gè)樓層涉及的弱電機(jī)房均部署了POE交換機(jī)，弱電機(jī)房之間使用光纖設(shè)備連接并連接至電信專(zhuān)線網(wǎng)絡(luò)，最終形成虛擬蜂窩架構(gòu)WLAN網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。

圖2　虛擬蜂窩同頻WLAN設(shè)計(jì)

2.2虛擬蜂窩架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

通過(guò)虛擬蜂窩WLAN的設(shè)計(jì)與部署，實(shí)現(xiàn)了博物館第一層和第二層所有區(qū)域信號(hào)覆蓋。由于第一層密集度高、空間狹小，僅部署了25臺(tái)AP，第二層空間開(kāi)闊因而部署了11臺(tái)AP。

由于是同頻組網(wǎng)部署，整個(gè)博物館展區(qū)內(nèi)使用同一信道，在同一個(gè)虛擬蜂窩內(nèi)，因此在展區(qū)內(nèi)上網(wǎng)、導(dǎo)覽以及定位沒(méi)有發(fā)生中斷，實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫漫游，平均信號(hào)強(qiáng)度指示（Received Signal Strength Indicator，RSSI）大于-60dbm，信號(hào)最差的地方也有-70dbm的信號(hào)強(qiáng)度，如圖3所示。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在公共開(kāi)放區(qū)域以及高密度區(qū)域，同一AP接入數(shù)最大可達(dá)100個(gè)，基本可滿(mǎn)足博物館的網(wǎng)絡(luò)需求。

圖3　信號(hào)強(qiáng)度

在實(shí)際測(cè)試移動(dòng)終端設(shè)備時(shí)，梅魯?shù)亩ㄎ环?wù)在基于Android的系統(tǒng)中無(wú)需終端設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)就可完成，但I(xiàn)OS系統(tǒng)由于蘋(píng)果公司的技術(shù)性屏蔽，必須連接網(wǎng)絡(luò)后才可實(shí)現(xiàn)定位。

2.3博物館APP導(dǎo)覽體驗(yàn)

博物館APP提供了一套可縮放的上海中國(guó)航海博物館平面參觀地圖，觀眾可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)定位后實(shí)時(shí)顯示觀眾當(dāng)前所處的位置，并可在地圖上查詢(xún)和顯示參觀路線及預(yù)設(shè)的各類(lèi)展品展項(xiàng)信息點(diǎn)；觀眾在館外時(shí)APP除了不提供實(shí)時(shí)無(wú)線定位服務(wù)外，仍可進(jìn)行公共設(shè)施查詢(xún)，地圖自由縮放、信息點(diǎn)標(biāo)注和顯示、地圖信息的查詢(xún)導(dǎo)覽，電子地圖上顯示終端設(shè)備的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡以及路徑回溯。

3　結(jié)語(yǔ)

在博物館內(nèi)，建設(shè)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，又存在大量的厚墻、金屬面板、大理石和特殊的裝飾材料，一般的信號(hào)在這種環(huán)境下，不可避免地會(huì)發(fā)生折射、散射和漫射等現(xiàn)象，使得整個(gè)WLAN性能不高，而梅魯公司的同頻架構(gòu)，不但減少了干擾，還減少了AP設(shè)備的安裝數(shù)量，所有AP均能以最大功率工作，使得信號(hào)強(qiáng)度能夠最大限度地穿越厚墻等材料，確保了在博物館復(fù)雜布局和裝飾材料環(huán)境下穩(wěn)定的WLAN性能。整個(gè)架構(gòu)已經(jīng)運(yùn)行1年，WLAN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定，證明該建設(shè)方案切實(shí)有效。

［1］吳曉剛.WLAN技術(shù)與微蜂窩技術(shù)的研究［J］.科技致富向?qū)В?012（36）：130.

［2］Meru-networks.White paper［EB/OL］.（2014-08-12）［2016-08-11］.http://www.merunetworks.com/technology/resources/white_papers.

［3］張勇，易軍凱，何坤鵬.面向博物館的室內(nèi)定位技術(shù)研究分析［J］.博物館的數(shù)字化之路，2015（10）：36-38.

Research on application of virtual cellular technology in enhancing visiting experience of museums

Gu Bo
（Shanghai China Maritime Museum， Shanghai 201306， China）

With the growth in popularity of intelligent terminals and mobile applications， especially the various on-demand network services have become more and more abundant， and higher requirements have been put forward to the network quality of WLAN. Virtual cellulartechnology is applied to the tour guidance of the museum， which makes up the shortages that wireless network APP supporting clients is less，same frequency interference， roaming interrupt and positioning are inaccurate， and makes visitors enjoy high-quality visiting experience through the museum APP.

virtual cellular； same frequency interference； mobile terminal； museum guidance

顧波（1983— ），男，上海，本科，工程師；研究方向：文博信息化及數(shù)字博物館的建設(shè)。