蔣國明

（浙江理工大學(xué) 信息化中心，浙江 杭州310018）

一、引言

隨著信息化社會(huì)的發(fā)展，移動(dòng)支付、物聯(lián)網(wǎng)等智慧應(yīng)用的發(fā)展很快，移動(dòng)智能終端的數(shù)量呈幾何級(jí)增長(zhǎng)，使無線網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用成為必然。無線網(wǎng)絡(luò)分無線廣域網(wǎng)（WWAN）和無線局域網(wǎng)（WLAN）兩大類。在無線廣域網(wǎng)方面，現(xiàn)在主要是部署4G（4rd-generation，第四代移動(dòng)通信技術(shù)）網(wǎng)絡(luò)，并向5G（5th-generation，第五代移動(dòng)通信技術(shù)）網(wǎng)絡(luò)推進(jìn)；在無線局域網(wǎng)方面，現(xiàn)在主要是向高速傳輸、簡(jiǎn)潔應(yīng)用、靈活彈性的方向發(fā)展。無線廣域網(wǎng)和無線局域網(wǎng)的共同特性是：無線網(wǎng)絡(luò)都是通過共享網(wǎng)絡(luò)帶寬傳輸數(shù)據(jù)，無線網(wǎng)絡(luò)的每一信道所能容納的用戶數(shù)量非常有限，無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸信道的數(shù)量也非常有限，并受國家的統(tǒng)一管理和分配。

二、高校無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的難點(diǎn)

（1）高校中師生數(shù)量非常多，用戶的密度很高，不適合無線廣域網(wǎng)的使用。無論是現(xiàn)在的4G，還是發(fā)展中的5G，因?yàn)樗尤胗脩舻膮^(qū)域面積較大，同時(shí)又是信道共享的，因此每一信道只能供少量的用戶使用，無線信道數(shù)量又受無線頻率的限制。所以，對(duì)高密度用戶區(qū)域，只能通過無線局域網(wǎng)替代無線廣域網(wǎng)。

（2）國家許可的無線局域網(wǎng)不干擾的信道數(shù)非常少，2.4 G頻段只有3個(gè)不沖突信道，5 G頻段只有4個(gè)不沖突信道。如果高校和其合作方（如中國移動(dòng)、中國電信、中國聯(lián)通等通信運(yùn)營商，為說明問題方便，本文后續(xù)以國內(nèi)主要的3個(gè)通信運(yùn)營商作為合作方示例）為發(fā)展移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和智慧校園等建設(shè)，都需要在學(xué)校布置各自獨(dú)立的無線網(wǎng)絡(luò)，則信道頻率必定產(chǎn)生干擾，最終誰也不能正常無線傳輸數(shù)據(jù)。

（3）無線網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展日新月異，即使在建設(shè)之初采用的是當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)，采購的是性能最高的軟硬件，也許等項(xiàng)目還沒驗(yàn)收完成，又有新的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)問世，即還沒有使用已經(jīng)落后了。所以，建議高校無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需采用“靈活彈性”的理念，統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施。

（4）無線網(wǎng)絡(luò)的干擾嚴(yán)重，用戶頻繁掉線和認(rèn)證，無線網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，用戶使用體驗(yàn)差。

（5）無線網(wǎng)的部署煩瑣，鑒于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和設(shè)備廠商的高耦合性，沒法實(shí)現(xiàn)異構(gòu)廠商產(chǎn)品的混合組網(wǎng)。

（6）無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的持續(xù)發(fā)展能力差，一旦在使用的無線網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)不適應(yīng)用網(wǎng)的需求，只能推倒重來，整網(wǎng)重新建設(shè)，沒法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平滑升級(jí)與資源利舊。

（7）網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性差，一旦整網(wǎng)建設(shè)完成后，若有第三方合作單位想共享現(xiàn)有無線網(wǎng)硬件，沒法實(shí)現(xiàn)靈活擴(kuò)展。在同一個(gè)無線網(wǎng)下，不能很好地實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的用戶網(wǎng)絡(luò)流量管理。

（8）建設(shè)的無線網(wǎng)絡(luò)，沒法兼顧使用的高便利性與網(wǎng)絡(luò)的高安全性，如無法很好解決無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)空中加密和快速認(rèn)證。

（9）無線網(wǎng)建設(shè)后，由于只有校方一個(gè)單位獨(dú)享使用，某些場(chǎng)景無線網(wǎng)用戶寥寥無幾，投資回報(bào)率差。

（10）不能很好兼顧“無線”校園和“生態(tài)”校園的矛盾，無線信號(hào)覆蓋效果和節(jié)能始終是個(gè)矛盾。

三、“開放共享、靈活彈性”的建設(shè)理念

為解決這些問題，近年來，學(xué)校秉持“開放共享、靈活彈性”的理念，以“一個(gè)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，一個(gè)無線控制平臺(tái)，多個(gè)無線認(rèn)證網(wǎng)關(guān)平臺(tái)”為架構(gòu)，在原有無線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，改造建成了以用戶角色為核心的多維度校園無線網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)。該平臺(tái)提供統(tǒng)一開放標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)和無線網(wǎng)協(xié)議，兼容主流廠商的交換機(jī)、路由器、無線接入點(diǎn)、無線控制器、認(rèn)證網(wǎng)關(guān)和業(yè)務(wù)認(rèn)證軟件，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與軟硬件的解耦。通過無線認(rèn)證網(wǎng)關(guān)平臺(tái)的自主搭建，實(shí)現(xiàn)多單位共享無線信道資源的彈性適配。鑒于大學(xué)的開放特性和鼓勵(lì)創(chuàng)新精神，校園無線網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)和使用上，應(yīng)盡量體現(xiàn)“開放共享”的理念，無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)設(shè)計(jì)為開放和融合的架構(gòu)。

四、“開放共享、靈活彈性”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)設(shè)計(jì)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，無線網(wǎng)絡(luò)分三個(gè)層次——無線全萬兆網(wǎng)絡(luò)核心層、萬兆交換機(jī)匯聚層、千兆 POE（Power Over Ethernet，以太網(wǎng)供電）接入層。所有符合組網(wǎng)功能需求的主流廠商（如華為、華三、思科等）的交換機(jī)、路由器產(chǎn)品均可以兼容組網(wǎng)。是整個(gè)無線網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“開放共享”的基礎(chǔ)。

2.無線控制平臺(tái)

無線控制平臺(tái)主要由外置式無線控制器（AC）集群和無線接入點(diǎn)（AP）組成。所有符合組網(wǎng)功能需求的主流廠商（如華為、華三、思科等）的AC、AP產(chǎn)品均可以兼容組網(wǎng)。整個(gè)無線網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施，可以兼容接入802.11g、802.11a、802.11n、802.11ac、802.11ax 等 前 后 多代標(biāo)準(zhǔn)的無線產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)連接上以10G以太網(wǎng)鏈路多端口聚合的方式擴(kuò)展網(wǎng)關(guān)處理帶寬，目前主流廠商設(shè)備普遍支持8端口的鏈路聚合，即總共可以有80G轉(zhuǎn)發(fā)處理能力，隨著40G、100G平臺(tái)的快速發(fā)展，后續(xù)網(wǎng)關(guān)處理能力最高很快可達(dá)800G及以上。具備高性能數(shù)據(jù)交換處理能力，是整個(gè)無線網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“可持續(xù)發(fā)展”和“靈活彈性”的關(guān)鍵。

3.無線認(rèn)證網(wǎng)關(guān)平臺(tái)

多個(gè)無線認(rèn)證網(wǎng)關(guān)平臺(tái)由學(xué)校和各合作單位的無線網(wǎng)關(guān)和認(rèn)證系統(tǒng)組成，是整個(gè)無線網(wǎng)系統(tǒng)的核心，是一個(gè)集中式的云服務(wù)平臺(tái)的集合，是整個(gè)無線網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“可持續(xù)發(fā)展”和“開放共享”的精髓。所有符合組網(wǎng)功能需求的主流廠商（如華為、華三、思科等）的網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品和第三方認(rèn)證主流廠商（如城市熱點(diǎn)、深瀾、銳捷等）的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證系統(tǒng)均可以兼容組網(wǎng)。

4.網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖（見圖1）

圖1 校園無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5.數(shù)據(jù)流圖（見圖 2）

圖2 校園無線網(wǎng)數(shù)據(jù)流圖

在物理架構(gòu)上，校園無線網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)核心設(shè)備與有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。在邏輯上，無線網(wǎng)絡(luò)必須支持多個(gè)SSID能同時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)。高校使用多個(gè)SSID，參與合作的每個(gè)通信運(yùn)營商各使用一個(gè)SSID。高校的多個(gè)SSID的用戶接入管理時(shí)，由高校制定的接入方式管理，各通信運(yùn)營商按各自的管理方式進(jìn)行用戶接入管理。

6.組織架構(gòu)圖（見圖3）

圖3 高校和合作通信運(yùn)營商組織架構(gòu)圖

各合作方在高校的統(tǒng)一組織協(xié)調(diào)下，共建共享無線網(wǎng)業(yè)務(wù)。

7.建設(shè)成果

校園無線網(wǎng)建設(shè)遵循“面向未來，統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施”的原則。以下一代互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)來建設(shè)校園無線網(wǎng)絡(luò)，使無線網(wǎng)絡(luò)成為下一代校園網(wǎng)的有機(jī)組成部分。建設(shè)的校園無線網(wǎng)絡(luò)至少要在今后10年內(nèi)能可持續(xù)性地發(fā)展，滿足師生無線網(wǎng)絡(luò)使用不斷變化的需求。校園無線網(wǎng)絡(luò)在滿足接入可管理的基礎(chǔ)上，軟硬件系統(tǒng)必須是成熟開放的系統(tǒng)，應(yīng)能支持現(xiàn)有的主流軟件，并有可持續(xù)發(fā)展的特性，使用開放性協(xié)議和公開標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的設(shè)備系統(tǒng)。其管理特性必須滿足大學(xué)和各合作方的管理要求。經(jīng)過多年的探索實(shí)踐，初步取得了以下建設(shè)成果：

（1）校園無線網(wǎng)采取校企合作共建的模式，一套共享硬件設(shè)施，支持多個(gè)無線網(wǎng)同時(shí)運(yùn)行。

（2）實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)本地轉(zhuǎn)發(fā)、AP集中式管理，采購兩臺(tái)高性能的核心交換機(jī)、兩臺(tái)外置式AC，核心交換機(jī)和AC之間支持40G帶寬互聯(lián)，均采用二虛一堆疊模式部署，核心交換機(jī)和匯聚交換機(jī)之間10G帶寬互聯(lián)。

（3）AP(Access Point，無線接入點(diǎn))采用 802.11a/g/n/ac 標(biāo)準(zhǔn)，支持雙頻（2.4 GHz、5 GHz）、雙模（802.11a/g 雙模）同時(shí)工作，滿足兼容支持802.11a/b/g/n設(shè)備通信，滿足從802.11a/b/g/n到802.11ac，最高傳輸率從54 Mbps到1000 Mbps的寬泛帶寬的使用需求。AP選型要根據(jù)使用場(chǎng)景選擇多種型號(hào)，且要充分考慮單個(gè)AP的用戶接入能力，包括面板型AP、普通放裝AP、高密度AP、支持物聯(lián)網(wǎng)AP、室外AP等。

（4）在教室、會(huì)議室、體育場(chǎng)、劇場(chǎng)和行政辦公室等人員密集場(chǎng)所，采取高密度“AP入室”部署，以滿足大用戶量接入的需求。

（5）無線網(wǎng)同時(shí)支持802.1x和Portal接入認(rèn)證?；谛畔踩钥紤]，用戶可以采用802.1x接入認(rèn)證，客戶端軟件最好是各操作系統(tǒng)自帶的，比如支持Microsoft Windows、Mac OS X/IPhone/IPad、Android 自帶 PEAPMSCHAP v2的802.1x客戶端認(rèn)證，使用WPA2標(biāo)準(zhǔn)（802.11i）推薦的AES加密算法。作為大學(xué)來說，要有開放性，要支持移動(dòng)終端操作系統(tǒng)的多樣性。無線網(wǎng)絡(luò)建立后，Windows系統(tǒng)、Mac系統(tǒng)、Android 系統(tǒng)、Linux系統(tǒng)、Freebsd系統(tǒng)等設(shè)備都能接入認(rèn)證。認(rèn)證客戶端也可以采用第三方的802.1x客戶端軟件，基于接入便捷性，用戶可以采用 Portal接入認(rèn)證，并開啟多SSID無感知MAC快速認(rèn)證。

（6）校園無線網(wǎng)通過部署統(tǒng)一的無線認(rèn)證網(wǎng)關(guān)，開啟用戶全網(wǎng)“隔離”和“漫游”，滿足網(wǎng)絡(luò)的高安全性和便捷性。全網(wǎng)支持SDN方式組網(wǎng)，支持IPV4/V6雙棧部署，支持無線物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析。教師和學(xué)生使用數(shù)字化校園的賬號(hào)和密碼統(tǒng)一認(rèn)證、統(tǒng)一管理，訪客用短信實(shí)名制認(rèn)證上網(wǎng)，智能運(yùn)維，方便使用，提升了用戶體驗(yàn)。

（7）可以滿足筆記本、平板電腦、智能手機(jī)等智能終端設(shè)備上網(wǎng)，支持Windows、Ios、Android等操作系統(tǒng)。在校園內(nèi)的任何時(shí)間和任何地點(diǎn)滿足師生的良好用戶體驗(yàn)，滿足學(xué)生移動(dòng)終端的在線學(xué)習(xí)需求，打造用戶感覺不到的無線網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮無線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端的作用，打造“泛在化”的無線網(wǎng)絡(luò)，讓“智慧校園”時(shí)刻留在身邊。

（8）通過無線應(yīng)用驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變革，搭建“泛在化”的無線網(wǎng)絡(luò)和建設(shè)師生滿意的移動(dòng)校園應(yīng)用，是我們信息化部門的責(zé)任和使命。

五、結(jié)束語

該無線網(wǎng)架構(gòu)的創(chuàng)新性主要有兩方面：一是安全與便捷并重。采用802.1x和Portal無感知認(rèn)證共存的無線網(wǎng)用戶準(zhǔn)入機(jī)制，既改善用戶體驗(yàn)，又注重網(wǎng)絡(luò)安全；同時(shí)，采用基于角色的多SSID無感知MAC快速認(rèn)證，通過無線用戶所屬SSID、VLAN和MAC的多元素綁定判定，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)物理終端可以同時(shí)在多個(gè)SSID無感知MAC快速認(rèn)證上網(wǎng)。二是開放與共享融合。采用異構(gòu)無線認(rèn)證網(wǎng)關(guān)方式，實(shí)現(xiàn)了各合作方快速構(gòu)建無線網(wǎng)，通過無線認(rèn)證網(wǎng)關(guān)平臺(tái)的自主搭建，實(shí)現(xiàn)多單位共享無線信道資源的彈性適配，學(xué)校和合作通信運(yùn)營商的無線網(wǎng)同時(shí)并存運(yùn)行。同時(shí)，該平臺(tái)還開放了訪客網(wǎng)絡(luò)，通過手機(jī)短信實(shí)名認(rèn)證實(shí)現(xiàn)“泛在化”的移動(dòng)接入，助力大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用普及。

高校和合作方能夠合作共享無線網(wǎng)，解決了在有限的無線信道內(nèi)實(shí)現(xiàn)多用戶之間能夠無干擾地傳輸數(shù)據(jù)的問題，解決了高密度用戶覆蓋、移動(dòng)業(yè)務(wù)大帶寬傳輸瓶頸和無線信號(hào)可靠傳輸問題。為在高校率先實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付等業(yè)務(wù)打好了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有助于把高校打造成網(wǎng)絡(luò)無處不在的“智慧校園”。

[1]王瑞峰.基于WLAN構(gòu)建無線城市的規(guī)劃設(shè)計(jì)分析[J].電信科學(xué),2011(6):121-127.

[2]Eldad Perahia,Michelle X.Gong.Gigabit wireless LANs:an overview of IEEE 802.11ac and 802.11ad[C].November 2011 ACM SIGMOBILE Mobile Computing and Communications Review:ACM,Volume 15 Issue 3,July 2011:23-33.