无线校园网的覆盖设计研究

摘要：我国的网络信息发展在国际上还是相对滞后的，尤其是校园的网络信息硬件设施更是无法满足师生们日益迫切的需要，建立无线校园网是当前新型教育的需要，更是社会进步的体现。该文首先阐述了校园网络的需求分析，接着分析了AP的部署及其规划法，然后从统一的管理平台、网络构架和互通性测试等方面提出了有效的校园无线网络覆盖设计方案，希望改文对于我国的校园无线网络建设与设计有促进和借鉴的意义。

关键词：无线网络；覆盖校园；设计研究

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)22-5310-02

我国的无线校园网络建设处于起始阶段，部署无线接入点、规划无线资源、管理网络并确保其安全性等依然是当前亟待处理的问题。尤其是部署无线接入点是需要有丰富经验的设计人员来操作的，在实现其科学性设计的同时，更要保障无线校园网的安全性。当前无线校园网几乎使用统一的认证平台，对接入点仅是进行简单的控制，并且无法基于角色或组来开展策略控制。

1 需求分析

结合校园网络的特性，设计无线校园网时要符合以下三方面要求，其一是单独组网，不更变已有校园网络的拓扑结构，可以和有线网共同享用出口；其二是以统一的身份认证来严格管理每位用户，确保用户访问资源的一致性，在满足网络便捷性的同时，保障网络的安全性；其三是满足主体用户为下载流媒体文件的基本带宽要求。

2 部署AP及规划方案

部署WLAN时，要合理选择AP的位置，以获取干扰性小、安全性高、保证QOS的最大网络覆盖面积。实现这个任务先要结合相关的工程经验进行分析研究，接着在部署工作中确定要覆盖的区域，通过计算系统容量与覆盖区域来确定单位区域内AP的数量，下一步采用物理法部署AP并调整其功率，以确定区域范围，在信道分配工作中要避免同频干扰的问题。最后进行RF现场测试时，核查部署内容能否符合系统要求。

初步规划设计时要结合经验、利用计算处理要解决的问题，此外，建立仿真模型可以有效获取设计中的重要依据，同时在设计中可采取NS2来仿真模拟验证设计方案，其最终目标是为实现一个可靠、安全、利于管理的无线校园网络。

2.1 部署室内AP

室内AP的覆盖范围通常为25m左右，但实际中会受到空间隔断或家私的影响，因此覆盖范围会更小一些。通常来说，15m范围内的AP信号能够穿透两堵20cm厚的砖混隔断或一堵20cm厚的混凝土隔断，并且不影响网络的稳定运行。建筑物内频率规划是立体的，由于用户在使用中移动性较小，所以对切换漫游的需求不太高。

依据设计经验，部署AP的数量能够由经验公式求得：

NAP=（B×Nu×Su）/（η×SAP），经验公式中NAP是指AP的数量，B为带宽，Nu代指用户数量，Su意指用户使用效率，η指网络运行效率，SAP是指AP基本联系速率。

在线教学的流媒体影像压缩比特率常是220kbit/s，为确保有效服务QOS，需要设定带宽为300kbit/s，可以提供双向等量带宽，选取802.11b的协议、AP基本联系速率是11Mbit/s，用户量为100，50%的网络运行效率，用户的使用效率为25%，通过经验公式推算，即：

NAP=（2×300kbit/s×100×0.25）/（0.5×11Mbit/s）=2.7≈3

结合以上数据，设定一个仿真模型（如图1所示），在区域中有基站节点，选取11Mbit/s带宽，设置移动节点10个，并且所有节点不再进行分组，在30×30的范围内静止，倘若全部节点吞吐率即为300kbit/s，那么表明AP并为饱和，能够继续扩大用户量；否则表明AP处于饱和状态，需要相应地提高AP数量。

开展仿真测试时获知每个节点的吞吐量为450kbit/s，因此系统总吞吐量是4.5Mbit/s，网络效率为4.5/11≈40%.结合实际状况，无线网络的利用率通常在50%以下，因此其属于可接受范围。所以一个无线AP选取802.11b传输协议，可确保10台机器满足流媒体的需求，从而可以进一步推断选取802.11g传输协议，以每位用户占据的带宽相同为前提，每个AP大概可以为30名用户提供服务，进而推知100位用户由3个AP即可满足其服务。

2.2 部署室外AP

在室外环境部署AP时，为满足用户相对移动性较高的需要，要首先确保用户切换接入的成功率，尽可能减少接入盲点。通常室外AP的覆盖范围是250m左右，根据有关定理分析，设定某一平面被半径为1的圆覆盖，当且仅当有3个圆交与一点，并且3个圆心连接成边长为■r的等边三角形，覆盖的最大效率是（3■）/（2π）。因此能够推算得知在确保完全覆盖的状况下，N个半径相等的圆交于一点，当N为3时，其覆盖效率最大为（3■）/（2π）。如图2所示。

为了检验当前覆盖方式下小区切换的可靠度，于是设定仿真环境，即设置3个基站节点，一个移动节点，基站节点的半径为200，相邻两个基站节点的间隔为■r，移动节点在200■×200■间自由移动，所有节点均在域1之中，不再进行分组。倘若移动节点出现多次无法连入基站节点，那么表明AP的切换覆盖范围较小或是存在问题。

通过观测仿真模型，得知发生了丢包现象，之所以发生丢包是因为移动节点在跨越小区过程中发生了切换延迟，经过研究分析，切换延时低于500ms，便可以满足正常通信的需求。所以选取如此的覆盖方法可以确保在QoS的前提下实现最大化的区域覆盖。

经过上述的仿真分析和计算结果，从而得出了以下部署方案，即对于室内部署，每个AP能够为30个用户提供同时上网的服务，其覆盖范围为25m左右，穿越一堵墙后信号会减弱，若穿过钢筋水泥隔板后信号会减弱一多半，每层楼使用8个AP实行覆盖，即5层的教学信息楼需要有40个AP来实现全覆盖；针对室外部署AP，大规模的实地测试会有很大难度，难以实现，因此只好结合设计方案来分析，选取华为的WA1208e自带全向天线AP，覆盖室外范围200m，为实现最大化覆盖范围，即每隔200■m便设置一个AP，因此对于700m×1400m的范围内至少要部署10个AP，方可实现全校的网络覆盖。在进行实际测试时结合以下参考指标，即AP信号强度大于-80dBm、ping丢包率低于5%，方可表明具有良好的覆盖状况。

3 统一管理平台

当前很多校园网络都选取了Radius服务器与LDAP数据库来构成以LDAP为基础的统一认证系统，然而其管理仅可基于预先设定的不同SSID来进行，无法针对各角色权限来实施管理。同时现存系统与目录服务器两者间的信息交换，都是以传统的C/S模式为基础的，这其中有一定的局限性，比如单点登录的问题。

经过分析我们得知并提出了基于角色的策略控制，在LDAP数据库中存储每个人不同的序列号，依据这些序列号便可以确定每个人的不同身份；此外，策略实施点被转移使用至无线交换机中，依据策略把用户按其特点归入各虚拟站点。

在实行具体认证工作时，LDAP会对全部用户设置各类用户群组，并由无线控制器按照各类用户群组匹配至控制器中的相应角色权利，同时赋予各类用户的相应的控制策略，例如访问权限、带宽等等。经过认证通过的用户会将LDAP数据库中返回的用户编码映射成为无线控制器内的属性，进而获取相应的角色权限，经过角色和vlan的有效对应，再将用户归入不同的vlan之中。其实在这个过程当中，无线控制器就是策略实施点的化身，完成了用户与其角色的映射作用。

4 网络构架的研究及互通性的测试

在建设校园网络的实际工作中，始终坚持着满足当前需求条件并为未来预留充分资源而开展新业务的原则，具体设计无线校园网络方案如下，整个校园的无线网络采取分布式即AP加WS的构架为主，并辅以Mesh的构架方案。主无线交换控制器处于核心层，以取替Radius服务器，直接连接LDAP数据库并当做认证服务器。汇聚层设备使用原有的太网交换机，有利于节约资金。无线校园网使用现有的核心交换机连接有线网络，同时和有线网络共同享用一个出口来连接公网。选取Aruba或是bluesocket的无线控制交换器实行用户接入控制工作，底层的架构相对于上层管理要透明化，用户管理、设备管理数据加密及解密等要在数据中心操作完成。

通过以上的设计方案，在开展有线与无线节点两者间的仿真测试时，始终没有发生warning现象，即没有出现丢包问题。所以，无线网络可以完全独立组网，并保持与有线网络实现正常的通信功效，对于上层的应用不会产生任何影响。

5 结束语

综上所述，无线校园网的规划与设计工作并非一件易事，需要结合学校的具体情况及特点，由专业的网络设计人员来操作部署，方可保障校园无线网络的稳定性，较高的信号强度，满足师生们利用网络教与学的需要。

无线校园网凭借着其便捷、高效的优势为校园学习生活广泛需要，它可以满足校园中师生在任何位置、任何时间来实现上网浏览、分享资源、收发电邮等需求，可以说是将传统意义上的教室进行了充分的延展，更加方便、更加自由地提高了教学与求学效率。无线网络作为有线网络的有益补充，将整个学校带进了新的网络时代。

参考文献：

[1] 王成志.高校无线校园网的规划与设计探讨[J].科技创新导报,2011(4).

[2] 王琦.2.4GHz无线网络在校园网络建设中的应斥――山东工业职业学院无线校园网络的设计方案[J].中国电子商务,2010(7).

[3] 章雁宁.无线局域网在高职院校的设计与建设[J].中国新技术新产品,2010(1).

[4] 常潘,彭伟.一种安全、高效无线校园网络的设计与实现[J].中国教育信息化:高教职教,2008(1).

[5] 郑一周,梁强.无线校园网络设计初探[J].桂林航天工业高等专科学校学报,2006(3).

[6] 冉敏.基于无线数字校园网的应用系统设计[J].中国教育技术装备,2005(12).

[7] 陈建斌.无线校园的规划与设计[J].安庆师范学院学报:自然科学版,2003(1).

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