李江龍

（遵義醫(yī)科大學(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理中心 貴州省遵義市 563000）

1 引言

近年來(lái)，中國(guó)的移動(dòng)5G 網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)新興產(chǎn)業(yè)也隨之得到極大發(fā)展，但作為使用時(shí)間長(zhǎng)，用戶接受度強(qiáng)的WLAN 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，在短時(shí)間內(nèi)不可能被取締，在未來(lái)還將繼續(xù)為大量用戶提供無(wú)線服務(wù)。雖然許多大型公共場(chǎng)所都建設(shè)有WLAN 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，但多數(shù)用戶體驗(yàn)不佳，導(dǎo)致這樣結(jié)果的原因有很多，主要是WLAN無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量巨大，設(shè)計(jì)難度大，維護(hù)成本高，使得遇到問(wèn)題時(shí)網(wǎng)絡(luò)管理員不愿意及時(shí)處理，這就導(dǎo)致小問(wèn)題日積月累，最后變成難以梳理，無(wú)法解決的難題[1]。對(duì)于用戶來(lái)講，公共場(chǎng)合的WLAN 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)無(wú)法使用已經(jīng)習(xí)以為常，部分用戶擔(dān)心信息泄露等安全問(wèn)題也不愿意接入網(wǎng)絡(luò)，但不論怎樣，既然投入了大量財(cái)力建設(shè)，就應(yīng)該物盡其用，讓其充分發(fā)揮功能，為用戶服務(wù)。所以梳理和解決WLAN 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在管理和使用中的常見(jiàn)問(wèn)題，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行不斷優(yōu)化，具有很好的現(xiàn)實(shí)意義[2]。

2 基本概念

2.1 無(wú)線局域網(wǎng)[3]

WLAN 是Wireless Local Area Network 的簡(jiǎn)稱，指應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)將計(jì)算機(jī)設(shè)備互聯(lián)起來(lái)，構(gòu)成可以互相通信和實(shí)現(xiàn)資源共享的網(wǎng)絡(luò)體系。無(wú)線局域網(wǎng)本質(zhì)的特點(diǎn)是不再使用通信電纜將計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，而是通過(guò)無(wú)線的方式連接，從而使網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和終端的移動(dòng)更加靈活。

2.2 無(wú)線控制器[4]

無(wú)線控制器（Wireless Access Point Controller）是一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，用來(lái)集中化控制無(wú)線AP，是一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的核心，負(fù)責(zé)管理無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的所有無(wú)線AP，對(duì)AP 管理包括：下發(fā)配置、修改相關(guān)配置參數(shù)、射頻智能管理、接入安全控制等。

2.3 無(wú)線訪問(wèn)接入點(diǎn)[4]

無(wú)線AP（Access Point）：即無(wú)線接入點(diǎn)，它是用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線交換機(jī)，也是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的核心。無(wú)線AP 是移動(dòng)計(jì)算機(jī)用戶進(jìn)入有線網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)，主要用于寬帶家庭、大樓內(nèi)部以及園區(qū)內(nèi)部，無(wú)線信號(hào)可以覆蓋幾十米至上百米。

2.4 頻率[5]

頻率是指某樣事物在單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)線電波的頻率是指在單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)相同波形的次數(shù)。

2.5 頻段[5]

頻段是指某個(gè)頻率范圍，目前規(guī)定的WLAN 工作頻段有兩個(gè)，2.4GHZ 和5GHZ，2.4GHZ 的工作范圍是2.4GHZ—2.4835GHZ，5GHZ 的 工作范圍是5.15GHZ—5.35GHZ 以 及5.725GHZ—5.875GHZ。

2.6 信道[6]

圖1：隧道轉(zhuǎn)發(fā)和本地轉(zhuǎn)發(fā)示意圖

圖2：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

我們將2.4GHZ 頻段又繼續(xù)劃分為14 個(gè)相互交叉重疊的頻寬為20MHZ 的信道，將5GHZ 劃分為24 個(gè)頻寬為20MHZ 的信道，其中每個(gè)信道有中心頻率，相鄰信道中心頻率的間隔為5MHZ。

2.7 漫游[7]

WLAN 中的漫游是指移動(dòng)用戶從一個(gè)AP 的覆蓋范圍到達(dá)另一個(gè)AP 的覆蓋范圍，斷開(kāi)與原AP 的連接，并與新AP 建立連接的程中保持網(wǎng)絡(luò)連接不間斷的技術(shù)。

2.8 隧道集中轉(zhuǎn)發(fā)和本地轉(zhuǎn)發(fā)[8]

在AC+AP 的架構(gòu)中，存在兩類報(bào)文，一類是AC 管理AP 的報(bào)文叫做控制報(bào)文，一類是用戶數(shù)據(jù)報(bào)文，叫做業(yè)務(wù)報(bào)文。AC 和AP 之間會(huì)建立CAPWAP 隧道進(jìn)行通信，控制報(bào)文只在AC 和AP之間通過(guò)隧道傳輸，而業(yè)務(wù)報(bào)文有兩種轉(zhuǎn)發(fā)方式，即隧道轉(zhuǎn)發(fā)和本地轉(zhuǎn)發(fā)，前者會(huì)將業(yè)務(wù)報(bào)文通過(guò)隧道發(fā)至AC，再由AC 進(jìn)行統(tǒng)一轉(zhuǎn)發(fā)，后者業(yè)務(wù)報(bào)文不用進(jìn)入隧道，無(wú)需AC 轉(zhuǎn)發(fā)，兩種轉(zhuǎn)發(fā)方式的報(bào)文流向示意圖如圖1所示。

圖3：無(wú)線AP 安裝設(shè)計(jì)圖

圖4：2.4GHZ 無(wú)線信道蜂窩式布局示意圖

圖5：校內(nèi)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)鳥(niǎo)瞰圖

圖6：無(wú)線信道規(guī)劃圖

3 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景及設(shè)計(jì)方案

3.1 WLAN的場(chǎng)景

遵義醫(yī)科大學(xué)新浦校區(qū)占地約1800 余畝，其中建筑單體共有31棟，占地179畝。包括綜合性教學(xué)樓3棟，專業(yè)實(shí)驗(yàn)性教學(xué)樓10棟，學(xué)生宿舍樓10 棟，食堂3 棟，行政辦公樓2 棟，體育館2 棟，會(huì)堂1 棟。

WLAN 的設(shè)計(jì)規(guī)劃為：將無(wú)線信號(hào)充分覆蓋到除廁所外的各個(gè)室內(nèi)和室外區(qū)域，具體分為以下幾種場(chǎng)景：

3.1.1 室內(nèi)場(chǎng)景

室內(nèi)場(chǎng)景主要包括學(xué)生宿舍，大小教室，辦公室，大小會(huì)議室，食堂，大小實(shí)驗(yàn)室，體育館，會(huì)堂。其中教室、實(shí)驗(yàn)室和會(huì)議室的大小標(biāo)準(zhǔn)以能夠容納的人數(shù)來(lái)判斷，能容納20 人到60 人的教室稱為小教室，能容納60 人以上200 人以下的稱為大教室，會(huì)議室與實(shí)驗(yàn)室與之同標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.2 室外場(chǎng)景

室外場(chǎng)景主要包括體育場(chǎng)，室外人行道，山體及人工造景休閑公共區(qū)域等。

3.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

我校的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采用扁平化設(shè)計(jì)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中包括四類設(shè)備，即AC，AP，POE 交換機(jī)以及核心交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示。

3.3 無(wú)線AP安裝設(shè)計(jì)方案

為滿足WLAN 的實(shí)用性，安全性，可靠性，先進(jìn)性，可擴(kuò)展性和可管理性，學(xué)校的無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)計(jì)方案如下：

總體采用AC+FIT AP 的組網(wǎng)模式，AP 只負(fù)責(zé)無(wú)線信號(hào)的處理，對(duì)于用戶的管理，AP 的相關(guān)配置集中到AC 進(jìn)行，可以簡(jiǎn)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的管理。采用扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)組建的復(fù)雜度。具體方案按照無(wú)線覆蓋場(chǎng)景細(xì)化：

3.3.1 學(xué)生宿舍

我校的學(xué)生宿舍均為標(biāo)準(zhǔn)4 人間，考慮到性價(jià)比，所以采用兩間寢室共用一個(gè)AP，對(duì)AP 的要求較低，但數(shù)量較大，上行處理能力要求較高。宿舍內(nèi)AP 安放示意圖如圖3所示。

如圖3所示的相鄰四間宿舍，在宿舍1 和宿舍3 的相應(yīng)位置放置AP，正確調(diào)整AP 方向，和射頻功率，使得AP1 的無(wú)線信號(hào)能夠覆蓋宿舍1 和宿舍2，AP2 的無(wú)線信號(hào)能夠覆蓋宿舍3 和宿舍4。

3.3.2 小面積室內(nèi)場(chǎng)景

小面積室內(nèi)場(chǎng)景包括小教室，小會(huì)議室，小實(shí)驗(yàn)室，這類場(chǎng)景選用普通放裝AP，每一間小教室放置一個(gè)AP。

3.3.3 大面積室內(nèi)場(chǎng)景

大面積室內(nèi)場(chǎng)景包括大教室，大會(huì)議室，大實(shí)驗(yàn)室，食堂，體育館，會(huì)堂，這類場(chǎng)景選用高性能放裝AP，每一間大教室放置一個(gè)AP，若教室能夠容納超過(guò)80 人，視情況放置多臺(tái)AP。

3.3.4 室外場(chǎng)景

室外場(chǎng)景選用防水防塵性能好的室外AP，根據(jù)AP 的覆蓋距離，在適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)安放AP。

3.4 無(wú)線信道優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

WLAN 的無(wú)線頻段為2.4GHZ 和5GHZ，前者被分為14 個(gè)頻寬為20MHZ 的信道，而每一個(gè)信道的中心頻率間隔是5MHZ，這樣劃分，對(duì)于2.4GHZ 頻段來(lái)說(shuō)，可以找到3 個(gè)完全不重合的信道，即信道1，信道6和信道11。5GHZ頻段的信道數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)2.4GHZ，其中完全不重合的信道更是有22 個(gè)。由于信道的重合會(huì)產(chǎn)生極大的干擾，用戶體驗(yàn)度會(huì)大幅降低，所以在設(shè)計(jì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方案的時(shí)候，必須包含信道優(yōu)化方案，5GHZ 因?yàn)橥耆恢睾系男诺篮芏啵@些信道間干擾不強(qiáng)，所以無(wú)需刻意優(yōu)化，信道優(yōu)化主要針對(duì)2.4GHZ頻段。

著名的信道優(yōu)化方案是蜂窩式布局方案，能夠在保證相鄰的兩個(gè)無(wú)線AP 的信道完全不重疊的情況下最密集的部署AP，與一個(gè)AP 相鄰部署的AP 最多可達(dá)到6 個(gè)，蜂窩式布局示意圖如圖4所示。

但在實(shí)際應(yīng)用中，在室內(nèi)部署的無(wú)線AP 的密度一般會(huì)小于上述情況，也就是說(shuō)與某一個(gè)AP 相鄰的AP 數(shù)量小于6 個(gè)，我校的建筑內(nèi)部均為中間走道，房間分部?jī)蓚?cè)的布局，其鳥(niǎo)瞰圖如圖5所示。

針對(duì)這樣的布局，其信道優(yōu)化比蜂窩式布局更簡(jiǎn)單，總體原則即為保證相鄰兩個(gè)AP 信道不重疊，對(duì)于一棟五層的建筑，其信道規(guī)劃如圖6所示。

每一行表示一個(gè)樓層，每一個(gè)格子表示一個(gè)房間，格子里的數(shù)字表示信道編號(hào)，這樣規(guī)劃無(wú)線信道，可將信道干擾降至最低。

對(duì)于室外AP 的信道規(guī)劃，也按照上述原則，降低相互間的信道干擾。

3.5 無(wú)線漫游設(shè)計(jì)方案

大型園區(qū)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)最大的區(qū)別在于漫游的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，在一個(gè)區(qū)域中若存在多個(gè)AP，便涉及到終端漫游，漫游的目的是為了保障終端從一個(gè)AP 移動(dòng)到另一個(gè)AP 的過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)不間斷。我校的漫游設(shè)計(jì)方案為，將各AP 配置相同的SSID，綁定相同的服務(wù)模板即可實(shí)現(xiàn)漫游功能。

4 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)存在的問(wèn)題和優(yōu)化

4.1 信號(hào)干擾

在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期只對(duì)信道進(jìn)行了規(guī)劃，沒(méi)有考慮信號(hào)強(qiáng)弱的干擾，對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，為了保障漫游效果，使終端始終與AP 保持連接，在整個(gè)無(wú)線信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，存在很多信號(hào)重疊的區(qū)域，若用戶長(zhǎng)時(shí)間停留的地方恰好處于這樣的區(qū)域，終端很可能會(huì)選擇效果不好的AP 而摒棄效果優(yōu)越的AP。針對(duì)這樣的情況，可以從三個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：

4.1.1 調(diào)整AP 射頻卡的發(fā)射功率

調(diào)小信號(hào)重疊區(qū)域無(wú)線信號(hào)質(zhì)量較弱的AP 的射頻卡發(fā)射功率，讓終端與之?dāng)嚅_(kāi)連接，再與質(zhì)量較好的AP 建立連接。

4.1.2 終端自主選擇

某些較高級(jí)的終端可以設(shè)置弱信號(hào)閾值，達(dá)到這個(gè)值后可以自動(dòng)斷開(kāi)連接，再選擇質(zhì)量較好的信號(hào)重新連接。

4.1.3 啟用AP 拒絕和剔除弱信號(hào)終端功能

在無(wú)線通信過(guò)程中，除了AP 會(huì)發(fā)送無(wú)線信號(hào)，終端也會(huì)發(fā)射無(wú)線信號(hào)，在AP 上設(shè)置兩個(gè)弱信號(hào)閾值，一個(gè)用于拒絕AP 接入，另一個(gè)用于剔除弱信號(hào)終端，為了避免終端反復(fù)接入又被反復(fù)剔除，前者應(yīng)當(dāng)小于后者，考慮到實(shí)際場(chǎng)景中的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng)及誤差，兩者的差值設(shè)置在3dBm 到5dBm 為宜。

4.2 跨AC漫游問(wèn)題

由于我校網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大，設(shè)備多，考慮到性能問(wèn)題，我們采用的是雙AC 架構(gòu)，在后期使用中，發(fā)現(xiàn)終端在單臺(tái)AC 管控下的AP之間漫游沒(méi)有問(wèn)題，但是跨AC 漫游不可實(shí)現(xiàn)，表現(xiàn)為終端在兩臺(tái)不同AC 控制的AP 之間移動(dòng)時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)漫游，尤其是在信號(hào)重疊區(qū)域，只要沒(méi)有達(dá)到AP 的剔除信號(hào)閾值，終端不會(huì)主動(dòng)切換到信號(hào)質(zhì)量較好的AP 上來(lái)，導(dǎo)致用戶體驗(yàn)度下降。

針對(duì)上述情況，我們利用vlan-group 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)跨AC 漫游，其配置思路為：

（1）在兩臺(tái)AC 上分別創(chuàng)建相同的業(yè)務(wù)vlan 組，配置命令如下：

vlan-group roam//roam 為vlan 組的名稱

vlan-list 3001 to 3128//vlan 組里包含vlan3001 到vlan3128

（2）將兩臺(tái)AC 上與核心交換機(jī)連接的端口配置成為T(mén)runk模式，并允許vlan 組里的所有vlan 通過(guò)，配置命令如下：

port trunk permit vlan 3001 to 3128

（3）在配置AP 使用服務(wù)模板時(shí)，綁定的vlan 為vlan 組的名稱，配置命令如下：

service-template WIFI vlan-group roam//WIFI 為服務(wù)模板的名稱

（4）在兩臺(tái)AC 上配置漫游組，具體配置如下：

wlan mobility-group ZMU//ZMU 為漫游組名稱

source ip 1.1.1.1//1.1.1.1 為本AC 的ip 地址

member ip 2.2.2.2//2.2.2.2 為另一臺(tái)AC 的ip 地址

4.3 隧道集中轉(zhuǎn)發(fā)性能瓶頸問(wèn)題

AC 默認(rèn)配置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式為隧道集中轉(zhuǎn)發(fā)，由于我校用網(wǎng)高峰期時(shí)在線用戶數(shù)量大，導(dǎo)致AC 負(fù)荷過(guò)高，使得用戶數(shù)據(jù)出現(xiàn)嚴(yán)重丟包現(xiàn)象，此時(shí)需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模式變更為本地轉(zhuǎn)發(fā)，隧道集中轉(zhuǎn)發(fā)與本地轉(zhuǎn)發(fā)的區(qū)別為前者的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)行封裝進(jìn)入隧道傳向AC，再由AC 進(jìn)行集體轉(zhuǎn)發(fā)，后者業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)直接由終端發(fā)往AP，再發(fā)往核心交換機(jī)，不用經(jīng)歷封裝過(guò)程，也不用經(jīng)過(guò)AC，這樣做大幅降低了AC 的運(yùn)行壓力，避免了由于AC 性能瓶頸帶來(lái)的丟包問(wèn)題，有效提高了用戶體驗(yàn)度。

5 結(jié)束語(yǔ)

WLAN 是使用最為廣泛，技術(shù)也相對(duì)成熟的無(wú)線接入方式，但在多數(shù)大型園區(qū)中的應(yīng)用總會(huì)存在各種問(wèn)題，導(dǎo)致用戶體驗(yàn)不佳。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)管理員來(lái)講，巨大數(shù)量的設(shè)備維護(hù)也是一件令人頭疼的事情，所以本文梳理了我校無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以來(lái)遇到的一些常見(jiàn)問(wèn)題以及解決優(yōu)化的方案，從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，這些優(yōu)化方法會(huì)起到立竿見(jiàn)影的效果。雖然5G 時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，但WLAN 由于大量的使用，依然會(huì)長(zhǎng)時(shí)間活躍在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，不斷解決和優(yōu)化在WLAN 使用中的難題，對(duì)于用戶和管理員來(lái)說(shuō)都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。