北京航空航天大學：密集型無線宿舍網(wǎng)設(shè)計與實現(xiàn)

文/王鵬飛 周林志 盛長亮 田庸 鄭劍

北京航空航天大學（以下簡稱北航）大運村公寓2001年竣工，現(xiàn)有公寓套間1558套（其中絕大部分是2室或3室的套間）共5228間房，入住了1.5萬名學生。

2013年8月以前北航大運村公寓沒有接入校園網(wǎng)。本校學生在宿舍上網(wǎng)時無法使用校內(nèi)系統(tǒng)和資源，是校園網(wǎng)的一個“網(wǎng)絡(luò)盲點”。為了徹底解決此問題，將大運村公寓接入校園網(wǎng)勢在必行，根據(jù)大運村實際情況，決定采用無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的方法實現(xiàn)大運村公寓接入校園網(wǎng)。

建設(shè)目標

1. 實現(xiàn)校園網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋

通過大運村公寓無線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，擴大校園網(wǎng)的覆蓋范圍，使教師和學生能隨時、隨地、方便、高效地使用校園網(wǎng)。

2. 保障校園網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展

整個無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以根據(jù)需要進行規(guī)模擴張和升級，滿足更多用戶的登錄、操作以及數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 大運村公寓樓體結(jié)構(gòu)及AP安裝位置

3. 便于網(wǎng)絡(luò)管理人員維護

良好的組織和管理對網(wǎng)絡(luò)的正常運轉(zhuǎn)和高效使用有很大幫助，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能夠提供方便、靈活、有力的工具，使得無論是安裝、操作還是使用對用戶來說都輕而易舉。

4. 平衡網(wǎng)絡(luò)安全和用戶使用體驗

無線產(chǎn)品必須具備高安全性和可靠性。通過對無線用戶做靈活的認證、加密來確保網(wǎng)絡(luò)和用戶的安全性，可對不同的用戶做不同的安全策略，并且可以對用戶無線應(yīng)用及訪問的資源做可視化管理。

5. 夯實校園移動互聯(lián)的基礎(chǔ)

提高網(wǎng)絡(luò)的管理水平和效率，加快信息化智慧校園的建設(shè)步伐。

設(shè)計原則

1. 先進性

系統(tǒng)建設(shè)要有一定的前瞻性。把先進的技術(shù)與現(xiàn)有的成熟技術(shù)和標準結(jié)合起來，充分考慮到學校應(yīng)用的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢。在網(wǎng)絡(luò)建成后的3~5 年之內(nèi)，不會由于業(yè)務(wù)量的增加導致對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及主要設(shè)備的重大調(diào)整。

2. 魯棒性

網(wǎng)絡(luò)必須能夠可靠地運行，關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)有冗余，確保系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時，能及時恢復正常運行，不會造成損失，最大限度地支持大運村無線系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3. 可擴展性

采用既能反映當今先進水平，又可以給未來發(fā)展留有擴展空間的無線網(wǎng)絡(luò)方法、技術(shù)與設(shè)備。

4. 可控可管性

無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有很好的維護性，具備良好的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)管理、故障分析和處理能力。

5. 安全性

無線網(wǎng)絡(luò)必須具有靈活方便的控制機制和權(quán)限機制，以及高度的保密機制，使系統(tǒng)對各種形式的非法入侵可以通過多種手段來防范，并確保機密信息的安全傳輸。

6. 高性價比

對校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進行合理規(guī)劃，降低整體建設(shè)成本。

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓撲

建設(shè)方案

1. 采用無線控制器（AC）+ Fit AP的部署方式，通過信道自動選擇、無線資源管理、無線安全管理、AP 間自適應(yīng)、發(fā)射功率自動調(diào)整、RF 監(jiān)測、無縫漫游以及 QoS 等功能建立良好的運行環(huán)境。

2. 單用戶接入速率不小于10Mbps，同時為用戶提供IPv4與IPv6 雙棧接入環(huán)境。支持用戶全網(wǎng)快速、安全、無縫漫游，保證用戶在樓內(nèi)移動過程中IP地址不變、網(wǎng)絡(luò)連接不間斷、應(yīng)用會話不間斷，保證用戶網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在移動中的不間斷性。

3. 為了給用戶提供良好的接入帶寬和傳輸速率體驗，決定使用支持802.11ac和5.8GHz頻段功能的AP，它在5.8GHz 頻段最高數(shù)據(jù)速率為 1.3 Gbps，在 2.4 GHz 頻段為 600 Mbps，其速度比 802.11n AP 快三倍，提供 1.9 Gbps 總吞吐量。

4. 大運村公寓的房間結(jié)構(gòu)為套間形式，房間和套間形成兩層墻體，住宿人員非常密集，即每個套間內(nèi)含有2個或3個房間，每房間內(nèi)有4~6名學生，套間入戶門為防盜鐵門。根據(jù)這些情況，決定每個套間放置一個AP，同時為所有大套間安裝采用802.11ac協(xié)議的AP。

5. 大運村公寓屬于高層建筑，經(jīng)過衡量，決定每三層設(shè)立一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間，所有的AP通過POE交換機供電，連接至核心交換網(wǎng)絡(luò)。AP注冊采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，AP獲得IP地址后，通過DHCP的option 43屬性，發(fā)現(xiàn)并連接無線控制器。

6. 考慮到用戶群體的高素質(zhì)，因此，要求設(shè)備能對用戶的帶寬和網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用進行控制，并要求網(wǎng)絡(luò)對合法用戶進行認證，從而確保用戶正常接入網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)資源的合理分配。

7. 選擇一個強大并且好用的無線網(wǎng)管平臺，要求能夠提供詳細的設(shè)備和用戶報表，通過一個集中、直觀的用戶界面可以實時查看設(shè)備、用戶的實時狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)，主要包括：無線網(wǎng)絡(luò)流量、并發(fā)用戶、AP連接的用戶數(shù)量，無線工作模式，用戶的登錄賬號、IP地址、MAC地址，終端操作系統(tǒng)，網(wǎng)卡型號，信號強度，位置信息， AP和終端的流量統(tǒng)計，終端漫游記錄，AP和用戶的故障記錄，用戶的登錄和離線時間記錄等。

建設(shè)效果

2013年9月10日北航大運村校園無線網(wǎng)正式投入使用，大運村10棟樓宇與校園主干網(wǎng)之間通過雙萬兆互聯(lián)，采用一主一備方式部署兩臺無線控制器的高可靠的網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境。

表1 建設(shè)投入

日常平均在線人數(shù)約為4500人左右，高峰時期在線人數(shù)約為6600人左右，日常平均流量約為950Mb/s,高峰時期流量約4.3Gb/s。

目前校園網(wǎng)出口總帶寬7.4G，無線網(wǎng)能夠為用戶提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。僅2014年無線網(wǎng)累計為104萬人次，提供了8.4Pb的數(shù)據(jù)服務(wù)。

校園無線網(wǎng)的建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，它離不開合理的規(guī)劃和設(shè)計。

通過對無線網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析，可以為師生提供很多方便于科研和生活的服務(wù)，改善教學的條件和環(huán)境，刺激和促進智慧校園的建設(shè)。

距離實現(xiàn)這一目標，我們?nèi)匀贿€有很多方面需要建設(shè)和改進，我們正在一步步走進智慧北航。