劉保國(guó)

（唐山師范學(xué)院 信息技術(shù)中心，河北 唐山 063000）

1 引言

我國(guó)高校信息化建設(shè)歷經(jīng)多媒體化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化以及正向目前倡導(dǎo)的智慧化過(guò)渡等一系列發(fā)展過(guò)程，建設(shè)高效、安全的校園網(wǎng)絡(luò)是高校實(shí)現(xiàn)智慧化的教學(xué)、科研、管理與生活的基礎(chǔ)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有較好的移動(dòng)性、靈活性、可伸縮性和經(jīng)濟(jì)性，而且由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)高度契合了高校高速的知識(shí)生產(chǎn)、傳播和利用的功能特點(diǎn)，因此高校網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也從過(guò)去有線部署模式或有線為主無(wú)線為輔的部署模式發(fā)展到現(xiàn)在的以有線為主干、無(wú)線接入廣泛應(yīng)用的模式[1-2]。

2 無(wú)線網(wǎng)的分類

無(wú)線網(wǎng)一般根據(jù)其技術(shù)特點(diǎn)和信號(hào)覆蓋面積大小分為以下4 種類型。

無(wú)線局域網(wǎng)。無(wú)線局域網(wǎng)以微波或射頻為介質(zhì)進(jìn)行無(wú)線通信，利用電磁波代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電纜傳遞信息，因此，它的可擴(kuò)展性和延伸性較強(qiáng)，可以在某些程度上代替有線網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線局域網(wǎng)主要在局部地區(qū)進(jìn)行組網(wǎng)和使用，覆蓋范圍較小。

無(wú)線個(gè)域網(wǎng)。無(wú)線個(gè)域網(wǎng)以IEEE802.15 技術(shù)為基礎(chǔ)，包括藍(lán)牙、IrDA、Home RF 等，應(yīng)用無(wú)線接口可以隨時(shí)隨地代替有線連接，具有很強(qiáng)的移植性，對(duì)人體的傷害小，其成本也較低。

無(wú)線城域網(wǎng)。當(dāng)信號(hào)覆蓋面積大時(shí)，接入的無(wú)線信號(hào)將會(huì)減弱，無(wú)線城域網(wǎng)技術(shù)則可以提高信號(hào)強(qiáng)度，其信號(hào)覆蓋面積較大。

無(wú)線廣域網(wǎng)。無(wú)線廣域網(wǎng)是在無(wú)線城域網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行更大范圍的無(wú)線接入，可以覆蓋全國(guó)甚或全球范圍。與其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線廣域網(wǎng)更強(qiáng)調(diào)快速移動(dòng)。無(wú)線廣域網(wǎng)的發(fā)展空間很大，主要有移動(dòng)通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)，3G、4G、5G 和6G 技術(shù)都屬于無(wú)線廣域網(wǎng)的范圍。

3 無(wú)線網(wǎng)在校園網(wǎng)組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)

由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性、靈活性，因此在校園網(wǎng)中部署無(wú)線網(wǎng)接入，可以極方便地為高校實(shí)現(xiàn)泛在的學(xué)習(xí)環(huán)境。

高效的教學(xué)指導(dǎo)。利用校園無(wú)線網(wǎng)進(jìn)行移動(dòng)式教學(xué)，每個(gè)學(xué)生都可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)特點(diǎn)合理地安排學(xué)習(xí)進(jìn)度，從而實(shí)現(xiàn)高效的教與學(xué)。

靈活的教室布局。在教室里部署無(wú)線網(wǎng)絡(luò)后，就不需要再使用網(wǎng)線逐個(gè)把PC 機(jī)連接到固定的以太網(wǎng)端口，從而可以方便地使用移動(dòng)終端（筆記本電腦或手機(jī)）進(jìn)行學(xué)習(xí)交流。

方便的資料查閱。通過(guò)將無(wú)線終端接入校園無(wú)線網(wǎng)，學(xué)生可以很方便地就剛剛聽(tīng)到的信息得到指導(dǎo)性建議，或在課下就得到的專業(yè)知識(shí)和教師第一時(shí)間進(jìn)行交流，極大地提高學(xué)習(xí)效率。

實(shí)時(shí)的語(yǔ)音和視頻。通過(guò)接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，師生都可以方便地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的通信、實(shí)時(shí)的語(yǔ)音和實(shí)時(shí)的視頻。

4 無(wú)線網(wǎng)在高校局域網(wǎng)中的部署實(shí)施

4.1 無(wú)線網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

無(wú)線局域網(wǎng)組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為對(duì)等網(wǎng)絡(luò)和結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)兩種。校園無(wú)線網(wǎng)組網(wǎng)采用的是結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

如圖1 所示，結(jié)構(gòu)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)由無(wú)線接入點(diǎn)（AP）、無(wú)線工作站（STA）以及分布式系統(tǒng)（DSS）構(gòu)成，覆蓋的區(qū)域分基本服務(wù)區(qū)（BSS）和擴(kuò)展服務(wù)區(qū)（ESS）。AP 用于在無(wú)線STA 和有線網(wǎng)絡(luò)之間接收、緩存和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，通常能夠覆蓋幾十至幾百用戶，覆蓋半徑達(dá)幾百米。

圖1 結(jié)構(gòu)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

一個(gè)AP 所覆蓋的微蜂窩區(qū)域就是該AP 的基本服務(wù)區(qū)，由該無(wú)線接入點(diǎn)以及與其關(guān)聯(lián)的無(wú)線工作站構(gòu)成。無(wú)線工作站采用AP 的基本服務(wù)區(qū)標(biāo)示符（BSSID）與該AP 建立關(guān)聯(lián)，在802.11b 中，BSSID 是AP 的MAC 地址。

擴(kuò)展服務(wù)區(qū)是指由多個(gè)AP 以及連接它們的分布式系統(tǒng)組成的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)，所有AP 必需共享同一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)區(qū)標(biāo)示符（ESSID）。

4.2 校園網(wǎng)中無(wú)線網(wǎng)接入組網(wǎng)

當(dāng)在校園局域網(wǎng)中組入無(wú)線網(wǎng)時(shí)就形成了有線-無(wú)線校園局域網(wǎng)，如圖2 所示。

圖2 一個(gè)典型的有線-無(wú)線校園局域組網(wǎng)模式

在圖2 所示的組網(wǎng)模式中，接入層采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，在需要信號(hào)覆蓋的地方設(shè)置無(wú)線接入點(diǎn)，并連接在無(wú)線控制器上加以管理。所有的終端通信都通過(guò)AP 接轉(zhuǎn)，即是以無(wú)線鏈路作為接入的基干網(wǎng)。

4.3 無(wú)線網(wǎng)接入設(shè)計(jì)

在規(guī)劃校園網(wǎng)的無(wú)線接入時(shí)，首先要在前期對(duì)使用環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確勘測(cè)，分析確定各種不同使用場(chǎng)景的接入需求，從而科學(xué)設(shè)計(jì)接入點(diǎn)位置和數(shù)量、科學(xué)分配IP 地址，選擇合適的漫游方式等。

4.2.1 應(yīng)用場(chǎng)景接入需求

高校校園內(nèi)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景可大致分為學(xué)生宿舍、辦公區(qū)、圖書館、普通教室、階梯教室和食堂等6 種類型，其接入需求如表1 所示。

表1 各種應(yīng)用場(chǎng)景接入需求

4.2.2 接入點(diǎn)位置和數(shù)量

對(duì)于無(wú)線接入點(diǎn)的位置和數(shù)量，應(yīng)從以下方面考慮[3]：

安全角度。為保證無(wú)線接入點(diǎn)便于維護(hù)和管理，將室內(nèi)AP 放在天花板上，盡量不易觸摸；室外AP 要防雨防電，所在位置要便于維護(hù)，電源要做好保護(hù)措施，防止漏電現(xiàn)象。

網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的強(qiáng)度。為了保證網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度的穩(wěn)定性，建筑物的每一層可安裝2 個(gè)AP，并通過(guò)合理的信道劃分和正確的安放角度來(lái)保證無(wú)線信號(hào)的穩(wěn)定。同時(shí)應(yīng)避免和其他的有較強(qiáng)干擾的電磁波信源放在一起。

無(wú)線信號(hào)之間的干擾。影響信號(hào)強(qiáng)度的因素通常有障礙物、距離、天氣、終端用戶無(wú)線網(wǎng)卡的接收發(fā)射能力等等。在同一樓層安放的兩臺(tái)AP 的信號(hào)之間可能會(huì)產(chǎn)生一定的干擾，比如同時(shí)發(fā)出的信號(hào)如果處于同一頻率的狀態(tài)下，會(huì)使得接收裝置中出現(xiàn)雜音，在安放AP 時(shí)，要注意它們的角度和天線的安放方式。另外在信道規(guī)劃方面，因?yàn)樵谕粯菍?，不同的AP，如果它們的信道相同，其信號(hào)也會(huì)發(fā)生干擾，所以要充分考慮AP 信道的劃分。在多個(gè)頻道同時(shí)工作的情況下，同樓層內(nèi)為保證頻道之間盡量互不干擾，要求這兩個(gè)頻道的中心頻率間隔不低于5MHz，故頻道間必須兩兩隔離，DSSS 技術(shù)最多可以提供3 個(gè)不重疊的頻道同時(shí)工作[4]。以校園宿舍樓為例，信道配置示例如表2 所示。

表2 無(wú)線接入信道設(shè)置示例

4.2.3 IP 地址的分配

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用集中式，AC 采用公有IP 地址與CMNET 核心交換機(jī)互聯(lián)，而AC 的下聯(lián)AP 端口與接入網(wǎng)匯聚交換機(jī)互聯(lián)，同時(shí)AC 上啟動(dòng)DHCP 功能，對(duì)各個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域的上網(wǎng)用戶進(jìn)行公有IP 設(shè)置。還以校園宿舍為例，IP 地址的分配示例如表3 所示。

表3 IP 地址分配示例

4.2.3 漫游方式

校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)必須能夠較完美地實(shí)現(xiàn)整個(gè)校區(qū)的漫游通信，以確保終端總是能在最強(qiáng)的信號(hào)接入點(diǎn)接入，從而保障終端用戶的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的漫游類型可以分為兩種：AC 內(nèi)漫游和AC 間漫游。

4.2.3.1 AC 內(nèi)漫游

如圖3 所示，AC 內(nèi)漫游的過(guò)程為：

圖3 AC 內(nèi)漫游

（1）一個(gè)用戶終端通過(guò)快速漫游方式與AP1建立關(guān)聯(lián)，然后再連接到AC 上；

（2）該終端斷開(kāi)與AP1 的關(guān)聯(lián)，并漫游到與AP1 同一無(wú)線控制器AC 相連的AP2 上；

（3）該終端與AP2 建立關(guān)聯(lián)。

4.2.3.2 AC 間漫游

如圖4 所示，AC 間的漫游過(guò)程為：

圖4 AC 間漫游

（1）一個(gè)用戶終端通過(guò)快速漫游方式與AP1建立關(guān)聯(lián)，然后再連接到AC1 上；

（2）該終端斷開(kāi)與AP1 的關(guān)聯(lián)，并漫游到AP2上，后者連接到非AC1 的另一個(gè)無(wú)線控制器成員AC2 上；

（3）AC1 和AC2 之間通過(guò)IACTP 隧道同步需要漫游的終端的信息；

（4）該終端與AP2 建立關(guān)聯(lián)。

5 結(jié)束語(yǔ)

校園網(wǎng)絡(luò)是高校校園內(nèi)信息傳輸和管理的基礎(chǔ)載體，無(wú)線組網(wǎng)模式適應(yīng)了高校面向未來(lái)的泛在和泛時(shí)學(xué)習(xí)、科研、管理和生活的需要，建設(shè)和完善高效運(yùn)行的有線—無(wú)線有機(jī)融合組網(wǎng)的校園網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于提高高?，F(xiàn)代化治理能力和治理水平起著基礎(chǔ)性作用和革命性影響。