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对外经济贸易大学:高校宿舍楼无线网的设计与部署

  随着现代通信技术的飞速发展,无线校园网已经成为校园生活的重要组成部分,而学生宿舍楼是学生们日常生活中最重要的场所,越来越多的学生习惯了使用平板电脑、智能手机、笔记本电脑等各类无线终端在宿舍内上网。为了满足学生们在宿舍内日益增长的无线上网需求,对外经贸大学对校内的五个宿舍楼进行了无线网络的设计和部署,很好地提高了学生使用校园网的满意程度,同时完善了学校无线网络布局,推进了校园信息化建设。

  宿舍楼无线网络部署背景

  本次无线项目将对校内汇文楼、汇康楼、汇智楼、汇美楼以及虹远楼五个宿舍楼进行无线网络改造,实现对每个宿舍无线网络的全覆盖。在本次部署之前,此五个楼内的无线网络均为走廊放装式部署,仅仅在楼道间布置了有限的AP设备,远远满足不了学生无线上网的需求。

  各宿舍楼的平面图和未改造前走廊放装式无线网络部署如图1和图2所示。

  汇美楼、汇智楼、汇康楼有5层,汇文楼有6层,每个宿舍4到5人,这四个宿舍楼均为男生宿舍,每个宿舍楼各一个设备间,一共约870间宿舍。虹远楼为女生宿舍楼,共有十层,约2000多间学生宿舍。虹远楼地上楼层一共有12个设备间,分布在二、五、九层,每层根据东北、东南、西北、西南四个方位分为ACDF区,每个区域各一个设备间,每个区域对应的二、五、九层的设备间互通互联。

  从图1、2中可以看到,原宿舍楼内仅在楼道间布置了有限的AP,约平均6个宿舍共用一个AP,学生的无线上网体验感很差。

  由上述平面图可以看到,宿舍楼的无线网络部署场景有以下几个特点:一是走廊比较狭长,信号在狭长的空间中被来回反射,容易形成“多径干扰”;二是由于墙壁的材质等原因,无线信号不容易穿透;三是宿舍内人群多且密集,并发量大,对无线网络的性能有着极高的要求。

  宿舍楼无线网络设计与部署

  建设宿舍楼校园无线网络,除了要满足学生容量的现状与未来几年内的发展之外,还需要根据无线网络自身的特点,为其规划设计一个“有线无线网络融合、一体化管理、高带宽、大范围覆盖、安全可信”的无线覆盖网络,无线网络规划将从无线信道带宽保障、重点区域覆盖、安全可信、认证及网络管理充分融合等多方面综合考虑。

  虹远楼无线部署方案

  1.无线网络拓扑设计

  本次项目为无线AP更新及无线网络新建,所涉及的设备包括AP、POE交换机及汇聚交换机。POE接入交换机采用千兆交换机,千兆上下联到AP和汇聚交换机,其具有拓展万兆扩展卡的能力,可以满足未来大流量需求。汇聚交换机采用小型箱式交换机,具有超高的拓展能力和超强的性能,满足全宿舍楼2000多个房间、万人用网的大流量网络需求。汇聚到核心为万兆光纤链路。

  在本次的设计中,虹远楼无线拓扑如图3所示,共有20台POE接入交换机,和一台汇聚交换机,其中20台POE接入交换机放在虹远楼的其中五层,每层根据东南西北四个角分为ACDF四个区域,每一个区域的弱电间各1台,每台供其方位的两层的AP通过双绞线连接,距离小于100m。

  2.室内部署设计

  针对虹远楼的场景特点,采用AP室内分布式部署,其整体方案由无线控制器、室内分布式AP、馈线、智能天线4部分组成。这样的方式部署简单,易于管理和维护,节约成本。一个AP可以覆盖8个房间,数量可以灵活设置,通过将射频卡引入室内,使得每个房间的用户共享一块射频卡性能,性能大幅增强。

  男生宿舍楼无线部署方案

  1.无线网络拓扑设计

  汇智楼、汇康楼、汇文楼、汇美楼这四个男生宿舍楼是彼此独立的楼,楼层低,房间结构相对简单,因此针对汇字楼的无线网络采用多级分布式架构部署。在主机侧的数据转发和业务管理上分别采用不同的模块进行处理,增强设备的性能和稳定性,并辅以万兆上行接口,可以彻底消除数据传输瓶颈;入室部署的微AP射频模块采用独立CPU进行数据处理和转发,独立射频芯片进行多用户空口调度,消除了因为共享主机性能带来的性能瓶颈。

  主AP+微AP的多级分布式架构设计给该解决方案带来了超高性能,同时因为主AP的统一规划管理,对比传统的独立AP也可以更好的进行终端的漫游漂移和信道的规划。

  智分+系统中的主AP和微AP射频模块在管理上是一个单一AP,微AP射频模块是主AP的射频卡,无需单独管理、无需软件升级、无需下发配置、不占用无线控制器licence,同时省去了POE交换机。

  24个房间的高性能无线部署仅需管理一台AP主机即可,为管理人员节约了极大的后期管理成本,即使是上万个房间规模的无线部署,也仅需管理数百台AP。这样的方式部署使得结构简单,易于管理和维护,且每房间集成了两块射频卡,使得性能不再成为瓶颈,很适合宿舍网这样的密集部署环境,具体的无线网络拓扑设计如图4所示。

  2.室内部署设计

  汇智楼、汇康楼、汇美楼、汇文楼每个楼各部署了1台无线汇聚交换机,用以汇聚若干主AP,每一个主AP有24个口,每一个口通过网线连接一个微AP射频模块至某一个宿舍,通过这样的方式实现宿舍楼无线网络全覆盖。入室部署的微AP射频模块采用独立CPU进行数据处理和转发,独立射频芯片进行多用户空口调度,且支持最新的802.11ac wave2技术,支持mu-mimo,适用于各种场景,并具备4个下行口,适合有线无线一体化部署。

  无线信号覆盖指标

  为能够提供优质的无线服务,所有房间(面板AP除外)内要求无线信号在室内任何空间信号强度5G同时不低于-65dBm,丢包率小于1%。同时为了达到信号稳定,同频率、同信道的干扰信号强度不得高于-75dBm。

  宿舍楼无线校园网测试

  室内AP部署完成与未部署之前的比较

  将走廊放装式AP开启,室内AP关闭,分别选取离走廊放装AP最近和最远的两个房间,对其大门与窗口的位置分别进行信号强度测试。然后关闭走廊放装AP,开启每一个房间的AP,对此两个房间的大门与窗口位置分别进行信号强度测试。结果见表1。

  从表中数据可以看到,走廊放装式部署的AP远远无法满足同学们宿舍内的无线上网需求,离AP最远的宿舍,室内没有无线校园网信号,离AP最近的宿舍,其室内在较远位置时,信号强度为-75dbm,基本达到不可用级别。

  室内AP与走廊放装AP间的干扰测试

  此测试主要是观察室内AP与走廊放装AP彼此干扰时的终端速度。具体操作是:对走廊放装AP原有移动ssid和学校自有的ssid,不调节放装AP功率,在功率不降低情况下,部署智分的一个天线到室内,信道与走廊放装AP信道一致,关联一个终端,进行速度测试。测试时分别选取床位、阳台两个位置的信号,测试结果见表2。从表中可以看到,远端位置放装信号为-75dbm,基本不可用,终端连接智分信号则使用正常,下载速度达到2Mbps。近端信号强度相差较小,终端有一定概率连接到放装AP上,对智分产生干扰。

  无线终端漫游测试

  关闭走廊AP的学校ssid,在两到四个房间部署的AP功率调节为50%,用一个终端从一个房间通过走廊依次走到另外的房间,测试关联情况。主要测试在走廊AP拆除的情况下,是否可以做到终端的走廊漫游不掉线(同AP即可)。测试结果见表3。

  对于走廊漫游的功能,智分天线(50%)在走廊的穿墙信号强度为-57dbm,放装(10%)走廊的信号强度为-56dbm,可见其信号强度相差不大。此种情况下,一般行为取决于终端,一般情况下终端会继续关联原AP,但是部分终端会选择其他的AP,有可能连接到走廊AP上,故需要在AC侧做三层漫游隧道功能。

  无线网综合测试

  表4为宿舍楼内无线网络部署完成以后的综合测试结果。

  由于对外经贸大学的校园网分为内网与外网,对其分别测试,测试结果显示正常。

  此外,用户网关与出口设备的延迟小于10ms,两者的丢包率均小于3%。

  宿舍楼无线网络监控

  对外经济贸易大学宿舍楼无线校园网部署完成以后,我们通过IT运维管理系统以科技化的手段实时监控无线校园网运行状况,有效保证综合网络的稳定运行。

  无线校园网出入流量监测

  IT运维管理系统可实时监测宿舍楼的无线校园网,能够观测某一个楼任意时间段内无线校园网的出入流量,如图5与图6所示。

  这两图显示了虹远楼、某男生宿舍楼某一个时间段内无线校园网的出入流量。从图中可以看到3月16~23日,虹远楼每周的入流量峰值为1.95G,出流量的峰值为344M;某男生宿舍楼每周的入流量峰值为151M,出流量峰值为44M。此外,图中还显示了无线校园网的高峰期持续时间一般在晚上的10~12点。

  无线网用户数监测

  IT运维管理系统可以监测到某一个时间段内无线用户的数量,如图7所示。

  从图中可以看到,IT运维系统显示了3月1日~8日无线校园网用户数量的趋势,其中高峰期达到了约10890个用户,最小用户数为294个,平均用户数为8400余个。

  无线网故障监测

  当无线网络出现故障时,监测系统可及时发现异常信息并迅速定位故障根源,避免运维人员耗费大量时间精力进行故障排查,如图8、图9所示,它们分别显示了无线网络监测拓扑图与故障报警列表。

  图8显示的拓扑图为四个男生宿舍楼与一个女生宿舍楼的无线汇聚到校园网宿舍核心上,系统实时监测无线校园网的拓扑链路是否存在异常,同时还显示了每条链路的上下行流量。图9是故障报警列表,它一共分为四个等级:紧急、重要、次要、通知,当宿舍楼的某台无线汇聚交换机出现故障时,此系统能及时地反馈此故障交换机的IP地址、设备名称、触发时间等信息。

  通过IT运维管理可以对宿舍楼内无线校园网进行全局把控,监测宿舍楼内的无线网络运行状况可及时发现故障信息,化被动为主动,将潜在问题解决在萌芽阶段,消除潜在隐患,提高运维效率,高质量地管理宿舍楼无线校园网。

  本文以对外经贸大学为例,介绍其宿舍楼无线校园网络的设计与部署,通过无线网络解决方案组建了基于WLAN的校园无线网络,实现了校内五个宿舍楼无线网络的全覆盖。经过一年多的使用,网络运行稳定,学生反映较好,很好地满足了学生在宿舍内上网的需求,同时以科技化的方式监测宿舍楼无线网络,有效地推进了信息化校园的建设工作。(责编:杨燕婷)(作者单位为对外经济贸易大学信息化管理处)

来源:中国教育网络作者:王伟权 杨洋
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