802.11ac標(biāo)準(zhǔn)下的高校WLAN部署方案探究

摘 要：當(dāng)前，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于智能終端的移動學(xué)習(xí)逐漸成為教育教學(xué)研究的一大熱點，而有線網(wǎng)絡(luò)無法滿足師生隨時隨地獲取信息的需求，各高校加強無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)勢在必行。本文就802.11ac標(biāo)準(zhǔn)下的高校WLAN部署方案進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：移動學(xué)習(xí)；WLAN；802.11ac標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號：TN925.93

1 高校組建WLAN的必要性

越來越多的實踐證明，高校網(wǎng)絡(luò)移動化的趨勢越來越明顯，高校的移動應(yīng)用也越來越多。

2012年，大規(guī)模在線開放課程（Massive Online Open Courses，簡稱MOOCs）作為一種新型在線教學(xué)模式闖入人們的視野，給互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)及在線學(xué)習(xí)、高等教育帶來巨大影響。斯坦福大學(xué)校長將其比作教育史上“一場數(shù)字海嘯”，《紐約時報》作者Laura Pappano將2012年稱為MOOCs元年。Coursera擁有相近500門來自世界各地大學(xué)的課程，門類豐富。edX是哈佛與MIT共同出資組建的非營利性組織，與全球頂級高校結(jié)盟，系統(tǒng)源代碼開放，課程形式設(shè)計更自由靈活。以Coursera和edX為代表的MOOCs平臺將網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)全球頂級高校的課程變?yōu)楝F(xiàn)實。

當(dāng)前高校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的水平是其實力的重要名片。和MOOCs一樣，F(xiàn)lipped教室、數(shù)字化課程、遠(yuǎn)程教學(xué)、在線評估、聯(lián)合通訊、虛擬實驗室都是基于網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)活動。對于學(xué)生而言，娛樂活動，諸如視頻流、音頻流、在線游戲、社交軟件、網(wǎng)絡(luò)電話、在線學(xué)習(xí)，已經(jīng)成為了無所不在的活動。

高校作為知識傳播的媒介，天然有選擇最佳傳播方式的動力。21世紀(jì)，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為當(dāng)之無愧的媒介之王，隨著無線技術(shù)的不斷完善，校園WLAN已經(jīng)成為了移動互聯(lián)網(wǎng)的主體。同時，高校校園的功能建筑密集分布，使無線替代有線成為可能，因此，高校非常有必要建立WLAN。

高校的特殊區(qū)域及特點促使我們積極探索WLAN的部署和實現(xiàn)方案，但是WiFi體驗效果是個極大挑戰(zhàn)，傳輸速度、吞吐量、信號干擾、天線方位、用戶接入限制等諸多因素都是我們要解決的問題。

2 高校WLAN的目標(biāo)：覆蓋、容量、體驗

WLAN的覆蓋，包括宿舍、教室、食堂、操場、活動中心、辦公室和連接這些區(qū)域的道路。在當(dāng)前動輒上千畝的校園示意圖上，一個個“點”和連接它們的“線”，構(gòu)成了校園無線網(wǎng)的覆蓋熱點圖。如何在有限投入的前提下，盡可能實現(xiàn)校園無線的全面覆蓋，是一個挑戰(zhàn)。

WLAN的容量，無線網(wǎng)的容量取決于該網(wǎng)域內(nèi)AP的型號和數(shù)量，也受限于此。一方面，基于802.11b/g的AP可承載有效用戶數(shù)約為30人，基于802.11n的AP可承載有效用戶數(shù)約為80人。2013年發(fā)布的IEEE 802.11ac標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的AP可輕松實現(xiàn)百人接入。另一方面，于高校而言，用戶密度是無線部署的挑戰(zhàn)，大教室、禮堂、圖書館、食堂的用戶數(shù)以千計，終端的數(shù)量則是2-3倍。宿舍、校園內(nèi)、教室對WLAN有著不同的要求，直接影響到師生的使用體驗。

WLAN的體驗，無線技術(shù)通過空氣中的2.4GHz和5GHz傳輸數(shù)據(jù)流量，傳播中很容易受到各種介質(zhì)阻隔和其它數(shù)據(jù)干擾；另外，相較基于雙絞線的有線網(wǎng)，無線的帶寬較小，并且是共享方式，用戶間很容易相與影響。 無線信號弱、速度慢、間歇性斷開、漫游斷開等都可能是用戶體驗不好的原因。

3 WLAN標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

802.11無線標(biāo)準(zhǔn)是IEEE在1997年為無線局域網(wǎng)（Wireless LAN）定義的一個無線網(wǎng)絡(luò)通信的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其初衷就是為了解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶與用戶終端的無線接入問題。2007年以前，無線的接入終端均為基于802.11a/b/g的胖瘦AP，802.11g運行于2.4GHz頻段，使用OFDM調(diào)制方式，傳輸速率可達(dá)到54Mbps，為用戶提供更高性能，更低價格的無線網(wǎng)絡(luò)。但單個AP的可用接入數(shù)也僅達(dá)到30個。

2007年，Wi-fi聯(lián)盟通過傳輸速度更快的IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)可以工作在2.4GHz和5GHz，編碼類型采用了MIMO①-OFDM②，其理論傳輸速度高達(dá)500Mbps，為無線的發(fā)展注入了強大的生命力，隨著802.11n無線產(chǎn)品的普及，無線演變成了SaaS（Software-as-a-Service，軟件即服務(wù)）的應(yīng)用模式。

2009年，802.11ac的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，802.11ac可以被稱為第五代Wi-Fi或者5G WiFi，是802.11n的下一步發(fā)展目標(biāo)。802.11ac代表了巨大的飛躍和進(jìn)步，802.11ac網(wǎng)絡(luò)通過安裝更多的天線，增加空間信息流的數(shù)量，采用更高密度的調(diào)制方式，以及增加傳輸帶寬等方式大大提高了物理層數(shù)據(jù)的傳輸速率。通過在MAC層定義新的協(xié)議，保證物理層數(shù)據(jù)傳輸速率的實現(xiàn)，從而使整個網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率至少達(dá)到1GHz以上，與802.11n相比，速度提高了三倍，效率提高了六倍。IEEE 802.11ac的出現(xiàn)意味著在速度、可靠性和覆蓋范圍上的極大的提高，可以滿足更多用戶、更多設(shè)備和更多數(shù)據(jù)的需求。

圖1 802.11幾種WiFi標(biāo)準(zhǔn)對比

802.11ac標(biāo)準(zhǔn)一經(jīng)發(fā)布，即快速被應(yīng)用。在國際上，美國Illinois大學(xué)擁有超過45，000學(xué)生，占地4500英畝的大學(xué)，使用3，200個802.11ac無線AP，實現(xiàn)擴(kuò)展、易于管理的解決方案，完美支持移動的、統(tǒng)一通訊，支持30，000 MS Lync 賬戶及同數(shù)量的語音賬戶，并支持無縫漫游。Houston大學(xué)，擁有41，000學(xué)生，占地650公畝，為了應(yīng)對校園內(nèi)無線終端數(shù)量的激增，提升學(xué)生及教師的無線上網(wǎng)體驗，使用4300個802.11ac的AP重建校園無線，提升實現(xiàn)了教室、圖書館、宿舍區(qū)域的無線性能。

在北京，2013年底，北京航空航天大學(xué)部署了個802.11ac的1600個無線接入點完成了大運村學(xué)生公寓的無線網(wǎng)絡(luò)部署，成為第一個在高校宿舍區(qū)使用802.11ac無線產(chǎn)品的院校。2014年上半年，中國政法大學(xué)在校園無線網(wǎng)絡(luò)的新方案中加入了802.11ac的部署。這都預(yù)示著無線802.11ac時代的到來。

4 高校WLAN復(fù)合解決方案

隨著校園WLAN用戶的急劇增加，WlAN的初建或升級優(yōu)化，必須以樓宇特點和用戶體驗作為根本出發(fā)點，使用哪種設(shè)計方案、部署哪種產(chǎn)品、AP密度如何、以及WiFi測試都需從這兩個根本點出發(fā)。本文選擇三類特殊區(qū)域，并提出應(yīng)對方案。

4.1 圖書館、教學(xué)樓802.11ac應(yīng)對高密度

2012年前的校園無線部署，對圖書館和教學(xué)樓等區(qū)域大多采用通用的樓宇無線部署理念，這顯然不能滿足師生的需求，我們應(yīng)針對各樓宇特點分別部署。

圖書館，屬于人流密集區(qū)域，室內(nèi)空間大，AP錯頻部署容易相互干擾。教學(xué)樓，屬于人流密集且流動頻繁區(qū)域，應(yīng)以各個教室為核心展開部署，尤其新建教學(xué)樓墻體采用很厚，無線信號衰減嚴(yán)重。

此類區(qū)域，應(yīng)主要考慮盡可能的增加承載用戶數(shù)，無線終端以802.11ac制式AP為主，采用飽和式部署，800人教室可設(shè)6-8個AP。若仍不能滿足用戶需求，可采用更極端方式，MERU公司W(wǎng)LAN產(chǎn)品特有的單頻部署架構(gòu)可以通過1、6、11三個信道的滿負(fù)荷部署實現(xiàn)AP的三倍疊加，足以滿足高密度區(qū)域師生對無線的苛刻要求。

4.2 特殊建筑的室內(nèi)面板AP部署

近幾年新建的樓宇，大多使用鋼筋混凝土澆灌墻體，存在墻體厚、金屬多的現(xiàn)象，同時，金屬吊頂也嚴(yán)重干擾了信號，另外，施工時需要拆裝吊頂?shù)臏贤ㄊ莻€大問題。部分樓內(nèi)還有教室和會議室，用戶分布密度不同。這些因素都應(yīng)考慮。

此類建筑建議采用室內(nèi)面板AP部署，可方便的安裝在房間已有的有線網(wǎng)口接線盒上，便于施工，不破壞原有裝修設(shè)施。即無須擔(dān)心因斷電造成本地供電中斷而引起AP掉線，又有免隱藏指示燈的打擾模式設(shè)計。目前H3C有面板式11n的面板式AP，MERU2014年第二季度推出了802.11ac的面板式AP，均可實現(xiàn)此目標(biāo)。

4.3 Mesh無線AP應(yīng)對室外無線部署

校園內(nèi)室外和公共場所的無線AP網(wǎng)線的走線和美化一直是個挑戰(zhàn)，部分無線的設(shè)計會因為這個原因遲遲無法開工。為此，筆者提出使用mesh架構(gòu)部署無線的應(yīng)對方案。

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)（無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)）也稱為“多跳（multi-hop）”網(wǎng)絡(luò)，它是一種與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，任何無線設(shè)備節(jié)點都可以同時作為AP和路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都可以發(fā)送和接收信號，每個節(jié)點都可以與一個或者多個對等節(jié)點進(jìn)行直接通信。這種結(jié)構(gòu)的最大好處在于：如果最近的AP由于流量過大而導(dǎo)致?lián)砣脑挘敲磾?shù)據(jù)可以自動重新路由到一個通信流量較小的鄰近節(jié)點進(jìn)行傳輸。依此類推，數(shù)據(jù)包還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的情況，繼續(xù)路由到與之最近的下一個節(jié)點進(jìn)行傳輸，直到到達(dá)最終目的地為止。這樣就通過多跳訪問的方式實現(xiàn)了室外無線網(wǎng)的無線“無線”部署， 目前，美國優(yōu)科的11n制式AP可輕松實現(xiàn)mesh方式接入控制器。

綜上所述，針對前面所提到的特殊區(qū)域，設(shè)計、部署及技術(shù)方案都可能有所不同，如何達(dá)到最佳的使用效果，在遵循工業(yè)設(shè)計準(zhǔn)則、科學(xué)施工部署的基礎(chǔ)上，必須以用戶體驗和實際測試為準(zhǔn)，選擇最佳的應(yīng)對方案，為高校師生創(chuàng)造良好的校園WLAN體驗。

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注：

①多入多出（MIMO）技術(shù)是無線通信領(lǐng)域智能天線技術(shù)的重大突破。MIMO技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。

②OFDM技術(shù)是MCM（Multi-Carrier Modulation，多載波調(diào)制）的一種。其核心是將信道分成許多正交子信道，在每個子信道上進(jìn)行窄帶調(diào)制和傳輸，這樣減少了子信道之間的相互干擾。

作者簡介：冉德玲（1979.10-），女，山東濟(jì)南人，碩士，講師，研究方向：教育技術(shù)學(xué)。

作者單位：山東藝術(shù)學(xué)院信息中心，濟(jì)南 250014