劉 友 武

(三明學院現(xiàn)代教育技術中心， 福建 三明 365004)

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基于無線Mesh技術的校內開放區(qū)域組網(wǎng)研究

劉 友 武

(三明學院現(xiàn)代教育技術中心， 福建 三明 365004)

根據(jù)三明學院校園網(wǎng)絡信息化建設的要求，研究校內開放區(qū)域組網(wǎng)問題，利用無線Mesh技術構建高效的校園開放區(qū)域無線網(wǎng)絡。

無線Mesh；開放區(qū)域；校園；信息化；共享

三明學院歷來重視校園網(wǎng)建設，每年設立教育信息化建設專項資金，并積極與通信運營商合作共建“智慧校園”項目。2010年以來，通信運營商在校園內部署了無線WiFi網(wǎng)絡，為學校教學、管理、科研及后勤等服務提供了良好的網(wǎng)絡支持，大大提高了學校信息化水平。但是在學校公共活動區(qū)域及大型會議廳、報告廳、體育館尚無法提供有效的無線網(wǎng)絡服務。在智能終端應用不斷普及的同時，從教學到校內管理等方面都對校園信息化建設提出了更高的要求[1-2]。根據(jù)學院信息化建設規(guī)劃，將進一步提高網(wǎng)絡網(wǎng)速服務水平，實現(xiàn)全方位無線網(wǎng)絡覆蓋。

校園開放區(qū)域是指校園內師生共有和共享的活動區(qū)域。通過相關軟件測出校園內的AP總數(shù)量為 1 298。其中，教學區(qū)域AP數(shù)量占總數(shù)的14.4%；辦公區(qū)域AP數(shù)量占總數(shù)的4.9%；宿舍區(qū)域AP數(shù)量占總數(shù)的74.3%；公共區(qū)域(即校園開放區(qū)域)AP數(shù)量占總數(shù)的6.4%。校園開放區(qū)域實際無線網(wǎng)絡覆蓋不足10%。

在此針對校內開放區(qū)域無線網(wǎng)絡建設問題，介紹無線Mesh技術構建高效無線網(wǎng)絡的過程。校園無線網(wǎng)絡建設的推進，將進一步促進和提升校園信息化水平。

1 無線Mesh技術概述

1.1 無線Mesh技術的定義

無線Mesh網(wǎng)絡(Wirelee Mesh Network)即WMN，是一種新型的寬帶無線網(wǎng)絡，也是一種高容量、高速率的分布式網(wǎng)絡，它與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡有較大的差別[3]。無線Mesh網(wǎng)絡的優(yōu)勢主要在于其大容量、高速率、寬覆蓋和可快速部署等，它不僅可以實現(xiàn)多種異構網(wǎng)絡的相互融合，而且還能為多媒體使用者提供靈活的移動寬帶無線接入服務。

1.2 無線mesh技術的優(yōu)勢

基于IEEE802.11技術構建的無線Mesh網(wǎng)可與802.11標準兼容，這種兼容不僅體現(xiàn)在物理層和鏈路層，而且還有所拓展。與傳統(tǒng)的WLAN相比，無線Mesh網(wǎng)絡具有以下優(yōu)勢：

(1) 部署便捷。與傳統(tǒng)WLAN部署的AP不同，該技術不需要每個Mesh節(jié)點都連接有線電纜，因此，極大地降低了安裝成本，縮短了安裝時間。同時，用戶更容易通過增加新的節(jié)點來擴大覆蓋面積和網(wǎng)絡容量。

(2) 組網(wǎng)靈活。根據(jù)無線Mesh網(wǎng)絡本身的組網(wǎng)特點，只要將WR等少量無線設備安裝在需要的地點，便可以輕松接入寬帶。無線Mesh網(wǎng)絡的路由特性也有效地提高了網(wǎng)絡的擴展性和可行性，并且更加便于后期維護。

(3) 可靠性強。無線網(wǎng)絡的穩(wěn)定性可以通過多個路由來實現(xiàn)。當一個路由出現(xiàn)故障時，數(shù)據(jù)可以通過另一個路由備用路徑被轉發(fā)，因此，無線網(wǎng)絡的可靠性并不受某一個節(jié)點的性能影響。在單跳網(wǎng)絡中，如果某一節(jié)點出現(xiàn)故障，相關數(shù)據(jù)就無法進行傳輸。而在Mesh網(wǎng)絡中，每個節(jié)點之間有多條路徑，即使相鄰節(jié)點出現(xiàn)問題，數(shù)據(jù)包也可以自動通過備用路徑繼續(xù)進行傳輸，避免網(wǎng)絡癱瘓。

(4) 帶寬更加寬松。隨著無線傳輸距離的延長，干擾因素也隨之增多，從而導致數(shù)據(jù)丟失的幾率也增大。通常情況下，通信傳輸?shù)木嚯x和帶寬成反比。因此，通過多個短跳傳輸數(shù)據(jù)可以獲得更寬松的網(wǎng)絡帶寬，這也是無線Mesh網(wǎng)絡的重要優(yōu)勢。

1.3 無線Mesh網(wǎng)絡結構

無線Mesh網(wǎng)絡結構通常包括無線骨干型、客戶端型及混合型 。

(1) 無線骨干型Mesh網(wǎng)絡結構。無線骨干型Mesh網(wǎng)絡結構由多個Mesh路由器組成，通過Mesh路由器的網(wǎng)關功能與互聯(lián)網(wǎng)相關連，其他客戶端可以通過Mesh路由器網(wǎng)關或中繼接入WMN(見圖1)。

圖1 無線骨干型Mesh網(wǎng)絡結構

(2) 客戶端型Mesh網(wǎng)絡結構?？蛻舳诵蚆esh網(wǎng)絡結構是由Mesh用戶端組成，在用戶端之間共享無線服務(見圖2)。這種網(wǎng)絡結構具有路由和配置功能。

圖2 客戶端型Mesh網(wǎng)絡結構

(3) 混合型Mesh網(wǎng)絡結構。混合型Mesh網(wǎng)絡結構是骨干型Mesh網(wǎng)絡和客戶端Mesh網(wǎng)絡的組合，同時具有兩種網(wǎng)絡的特性?；旌闲蚆esh網(wǎng)絡組網(wǎng)方式靈活多變，可以融合WIMAX、蜂窩網(wǎng)及傳感器等網(wǎng)絡。混合型Mesh網(wǎng)絡的功能最強，但對客戶端的要求也最高。

圖3 混合型Mesh網(wǎng)絡結構

2 無線網(wǎng)絡規(guī)劃與結構設計

2.1 規(guī)劃目標

在充分考慮網(wǎng)絡前沿性、可靠性和可擴展性的情況下，實現(xiàn)校園開放區(qū)域無線網(wǎng)絡建設規(guī)劃。規(guī)劃目標是：(1) 實現(xiàn)校園開放區(qū)域空間的無線覆蓋；(2) 保證開放區(qū)域內網(wǎng)絡設備的穩(wěn)定性及高可用率；(3) 實現(xiàn)無線網(wǎng)絡間的無線互聯(lián)；(4) 實現(xiàn)區(qū)域內無線網(wǎng)絡的安全接入；(5) 實現(xiàn)區(qū)域內無線網(wǎng)絡的管理。

2.2 規(guī)劃的原則

(1) 穩(wěn)定性。校園開放區(qū)域人員多，實時數(shù)據(jù)量大，無線網(wǎng)絡的穩(wěn)定性將直接影響用戶的上網(wǎng)體驗以及用戶教學與科研的正常進行。整個無線網(wǎng)絡的設計應充分考慮到用戶的實際需要及網(wǎng)絡本身的穩(wěn)定性。

(2) 兼容性。在WMN中，INTERNET回程接入得到了有效支持?；贗EEE802.11技術構建的WMN本身就必須與IEEE802.11標準兼容，它的客戶端同時具有Mesh能力和WiFi的特性。同時，無線Mesh網(wǎng)絡也可以同其他無線技術進行交互，包括WIMAX、ZigBee和移動蜂窩系統(tǒng)等。

(3) 可控性。網(wǎng)絡管理已經成為校園網(wǎng)絡建設過程中必須考慮的重要因素，并越來越受到管理層的重視。規(guī)劃中應當考慮到接入用戶量龐大這一因素，把握可控性，以免帶來重大損失。

(4) 適應性。針對校園開放區(qū)域的共享性和開放性特點，在組網(wǎng)方式的選擇上，也應當因地適宜，不同區(qū)域所選位置和環(huán)境各不相同。例如，在體育運動區(qū)應當采用網(wǎng)狀網(wǎng)連接方式進行組網(wǎng)，以保證網(wǎng)絡的覆蓋率和穩(wěn)定性，而在生活休閑區(qū)域及教學周邊區(qū)域則采用多小區(qū)無線組網(wǎng)方式。

3 無線網(wǎng)絡結構設計

校園開放區(qū)域的設備分為接入層、匯聚層和核心層。接入層設備主要實現(xiàn)區(qū)域覆蓋的功能，最少需配置2個接口。其中，一個接口用于實現(xiàn)接入功能，另一個接口用于實現(xiàn)回程功能且與匯聚層的路由器相連接。匯聚層設備實現(xiàn)接入和匯聚的功能，將接入層數(shù)據(jù)傳輸至核心層，其接口都用于回程并與此層設備進行無線連接。核心層將作為系統(tǒng)網(wǎng)關與外網(wǎng)進行連接。

IEEE802.11S標準目前使用較為廣泛，在校園開放區(qū)域選用的是基于IEEE802.11S標準的WMN。在此，根據(jù)IEEE802.11S定義的Mesh組網(wǎng)拓撲圖(見圖4)，給出校園開放區(qū)域的Mesh組網(wǎng)方案。

圖4 IEEE802.11S定義的Mesh組網(wǎng)拓撲圖

根據(jù)IEEE802.11S標準，所有支持Mesh功能的設備統(tǒng)稱Mesh點(mesh point，MP)，Mesh接入點(mesh access point ，MAP)是一種特殊的MP。在IEEE802.11S協(xié)議中，MAP作為一個接入點并配合MPP(mesh portal point，MPP)使用。而MPP作為一種特殊的MP，在各個MPP之間通過多個基于IEEE802.11的Mesh網(wǎng)絡進行互聯(lián)。通過常規(guī)的IEEE802.11S協(xié)議流程，在一個設備和一個MAP間建立關聯(lián)，完成掃描、發(fā)現(xiàn)相鄰節(jié)點、MP認證和信息協(xié)商之后，將MAP與其相鄰節(jié)點關聯(lián)起來。無線分布系統(tǒng)(wireless distribution system，WDS)就是一組典型的MP和mesh鏈路。

4 結 語

在智能終端應用不斷普及的同時，從教學到校內管理等方面都對校園信息化建設提出了更高的要求。無線Mesh網(wǎng)絡是一種新型的寬帶無線網(wǎng)絡結構，用于部署高容量、高速率的分布式網(wǎng)絡，與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡有較大區(qū)別[3]。無線Mesh網(wǎng)絡的優(yōu)勢主要在于其大容量、高速率、寬覆蓋和可快速部署等特點，它不僅可以實現(xiàn)多種異構網(wǎng)絡的相互融合，而且還能為多媒體使用者提供靈活的移動寬帶無線接入服務。通過本次研究，提出了基于Mesh技術的校園無線網(wǎng)絡規(guī)劃目標及原則，并給出了基礎設計架構。

[1] 中華人民共和國教育部辦公廳. 關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見[A].2015.

[2] 徐濤. 基于無線Mesh技術校園無線網(wǎng)的設計與實現(xiàn)[D].沈陽:沈陽建筑大學,2012:10.

[3] 柴遠波,鄭晶,李偉,等.無線Mesh網(wǎng)絡應用技術[M].北京：電子工業(yè)出版社,2015:9.

[4] ZHANG Y，LUO J,HU H L. 無線網(wǎng)狀網(wǎng)：架構、協(xié)議與標準[M].郭達,張勇,彭曉川,譯.北京：電子工業(yè)出版社,2008: 7-11.

[5] 薛傳東.高校無線網(wǎng)在建設中存在的問題探討[J]. 電子技術與軟件工程，2014(22):12-14.

Research on Wireless Mesh Network Technology for Campus Open Areas

LIUYouwu

(Modern Educational and Technological Center, College of Sanming, Sanming Fujian 365004, China)

According to the requirement of campus network information construction in Sanming University, this paper focuses on the establishment of efficient wireless Internet access in open areas based on the advanced wireless mesh technology.

Mesh; open region; campus; information; sharing

2016-10-09

福建省青年教師科研資助項目(高校教育信息化專項)“基于WiFi無線網(wǎng)絡技術的高校信息化環(huán)境研究”(JAT160476)；三明學院科研基金資助項目“多運營商環(huán)境下無線WiFi網(wǎng)絡分析及統(tǒng)一接入研究 —— 以三明學院為例”(B201312/Q)

劉友武(1983 — )，男，福建三明人，碩士，實驗師，研究方向為網(wǎng)絡與高校信息化。

TP319

A

1673-1980(2017)02-0099-03