校园无线网建设实践与体会
来源：信阳师范学院网络信息与计算中心 作者：马学文 发表于：2015.09.03 1506浏览
为落实教育部和省教育厅颁布的教育信息化十年发展规划(2011-2020年)精神，我校进一步加大了信息化基础设施建设力度。2013～2014年，我校投资1300万元集中开展无线网建设，部署各类无线AP 8164套，实现了对1500亩校园内所有教学办公楼宇、体育场馆、公共绿地、山道凉亭、教工住宅、学生公寓等120余处建筑的室内室外、有线无线网络双覆盖。部署AP数量之多，属全省高校首例，在全国高校中也不多见。现将建设过程中形成的一点浅薄体会呈现出来，供大家参考。
一、科学定位，打好基础
目前流行的无线局域网（WLAN）技术主要是IEEE 802.11a/b/g/n系列标准，主要用于解决计算机或智能终端的无线接入问题，由于受带宽较低和抗干扰性差等特点限制，不适合用于校园网主干。2008年，为了把一栋孤立在教学办公区之外的新建教学楼联入校园网，我们曾采用定向天线的方式实现楼间的无线连接，但每遇刮风下雨，网络就时通时断，后来不得不改用光纤。因此，无线最大的优势仍在于对现有有线网络的补充。我校一直重视信息化基础设施建设，自1997年启动以来，校园网建设就年年有投资，年年有发展。早在2010年，就实现了对包括教工住宅和学生公寓在内的学校所有楼宇的有线网络覆盖，为后来的无线网建设奠定了基础。
二、抢抓机遇，快速发展
我校实行财务预算制，项目必须纳入学校年度预算才能开展。我们一直奉行“总体规划，分步实施；急需先行，稳步推进；坚持不懈，年年申报；抓住机遇，快速发展”的原则。为了分解无线网建设项目资金压力，增加其获批的可能性，我们事前做了大量的论证工作，依据区域将其分成8个子项目，以方便以后逐年申报。照此做法，我们把握了实现校园网跨越式发展的多次机遇。2006年，学校为迎接教育部本科教学水平评估，校园网获得建设资金400万元，教学办公区域网络提升一个层次；2009年，我校与工商银行合作联建校园“一卡通”，校园网获得建设资金1300万元，学生公寓实现全面联网；2013年，省财政要求高校加快资金支付，校园网获得建设资金900万元，教学办公区域无线网部署完成；2014年，高校加快资金支付的形势仍在持续，校园网获得建设资金1300万元，教职工生活区和学生生活区无线网建设一步到位。可以说，没有几次跨越式发展，就没有我校校园网今天的良好局面。
三、明确目标，有的放矢
我校校园网有近20000个注册用户，在线用户达7000多个。校园网与学校的教学、科研、管理乃至广大师生的日常生活息息相关。网络中心最想做、也是最难做的事情就是“让用户满意”。为此，我们把“用户体验好”作为无线网建设的重要目标之一。为实现这个目标，具体提出如下要求：
1、实现有线、无线用户统一管理。所有校园网用户只有一个账号，既可上有线网，又可上无线网，且密码相同，网费共享。
2、实现无线用户无感知认证。各类无线终端均免装认证客户端，且仅在首次登录时需要账号和密码，此后只要“WLAN”功能开启，登录操作就会自动完成。
3、实现无线终端全校无缝漫游。无线用户可在校园中边走边上网，而无明显断网感觉出现。
四、因地制宜，合理选型
无线网主要组成包括：AP，POE交换机，无线控制器(AC)，Portal认证服务器等。可能最令人纠结的地方就是AP的选型。AP大致分为五类：室外型，室内放装型，室内分布式，室内智分(差分)式和室内面板式。楼外区域、运动场所、文化广场等开阔地带选择室外型AP，室内空旷的建筑内部如教室、阅览室、会议室、学生餐厅等选择室内放装型AP，这些似乎没有太大的争议。后三种AP主要针对学生宿舍联网而设计的，不同的学校可能有不同的选择。由于我校先前已经把有线网部署到学生宿舍的每一个房间，而且学生公寓刚刚进行了全面装修，正在等待接受全国高校学生公寓达标评估，后勤服务公司不许再在学生公寓从事大规模施工活动。所以根据这种情况，不可能把30栋学生公寓、6000多间宿舍的网线再重布一遍。经反复论证和试验，我校在学生公寓选择了面板式AP。
面板式AP有三大优势：其一，施工特别简单，只需把原有的信息面板拆下来，把面板式AP装上即可；其二，可管理性高，能够接受标准网管软件的管理，有了问题能及时发现；其三，有线、无线兼用，在提供无线服务的同时，还提供四个有线接入端口。面板AP也有一些缺点，比如，AP数量较多，增加了管理和维护的工作量；又如，建设成本较高，需要配置更多的无线控制器。针对我校的宿舍网络情况，选择面板式AP是合适的，也是最佳的方案。
五、依靠技术，提升品质
建设过程中，最没把握的事情是AP的部署密度问题。我们考察了许多做过无线网建设的高校，咨询了许多无线网产品生产商，查过大量无线网部署资料，均未得到操作性强、有说服力的答案。实际采用的AP密度部署策略是：校园内每一个点至少有三个有效的AP信号(强度小于-60db)可达，三个AP互为备份且负载均衡。实践发现，如果AP密度过大，对影响无线网服务品质的两大因素必须给予充分重视。
其一，同频干扰问题。相邻的两个或多个AP工作在相同的信道，就会出现同频干扰。一方面，同频干扰会导致终端接入AP的不确定性和终端连接的不稳定性；另一方面，根据CSMA/CA机制，工作在相同信道的AP带宽是共享的，同频AP之间的退避会使得信道的整体利用率大大降低。
其二，隐藏用户问题。同时连接到同一个AP的两个或多个终端相互不可见，则称这些节点互为隐藏节点。隐藏节点直接造成冲突的增加，导致吞吐量的下降，反应到用户层面则为信号很强，但不能正常进行数据传输。
解决如上问题的传统手法主要是靠调整AP信道、调整AP功率、调整AP天线方向等。我校AP数量太多，依靠人工来调整AP的参数，工作量实在太大。为此，在选购无线AP和控制器时，我们特别注重系统的智能化或自动调整能力，包括AP的自动负载均衡、AP信道的自动分配、AP功率的自动调整甚至信号发射方向的自动调整等。这些技术虽然还有待进一步完善，但已经表现出不错的实际效果。
六、优化配置，提升性能
为了实现无线终端全校无缝漫游功能，我校无线网在刚刚部署时，采用的是无线终端数据集中转发模式。也就说，无线控制器（AC）在负责AP管理工作的同时，还要负责移动终端通信数据的转发。在无线网规模较小、用户通信数据不大的情况下，这种模式没有出现太大的问题。但随着用户数量的增加，无线控制器的负载变得越来越繁重，CPU利用率通常高达50%甚至超过70%，根本无暇再做AP的智能化管理工作，甚至连用户登录也出现不正常现象。为此，我们要求无线网产品生产商对无线控制器的软件进行了重大修改，在保证不丢失无缝漫游功能的前提下，实现无线终端数据的本地转发。这样一来，AP与控制器之间只有管理信息通信，控制器专心做AP管理的事，问题得到妥善解决。
为了方便用户，无线网终端IP地址一般采用动态分配的方式自动配置，这就需要在无线网中部署DHCP服务器。实践表明，校园无线网IP地址的动态分配任务十分繁重。一方面，依据Portal协议的工作流程，任何移动终端只要开启WLAN功能，不管其是否登录都需要获得IP地址，几乎是有多少位学生，就有多少部手机，有多少个在线用户，我校的实际无线IP地址并发占用率通常会超过20000个；另一方面，校园内的无线终端经常会有大量的群体性移动（如上课或下课时段），无线终端从一个AP切换到另一个AP往往需要重新获取不同的IP，DHCP服务的并发请求会因用户的群体移动瞬间爆发。为了分解DHCP服务的压力，我们把DHCP服务器分散部署到75台汇聚交换机中，每台汇聚交换机负责一个较小区域。考虑到DHCP服务器需要冗余，还在7台核心交换机上开启DHCP服务，当某台汇聚交换机故障时，核心交换会自动接管其负责的DHCP服务，从而有效地保证了DHCP服务的可用性。
七、统一运维，智能管理
无线网项目实施后，我校校园网上的网络设备由原来的700多个陡然增加到近9000个。这么多设备，随时都有发生故障的可能。要想维持良好的服务质量，网管员必须具有及时发现故障的能力。我校早就部署有校园网统一运维管理系统，不仅能够对网络设备和服务器的健康状况进行实时监视，而且能够通过协议分析发现系统的软故障。在此次无线网建设项目中，我们升级了原有的统一运维管理系统，增添了无线资源（如AP、AC、在线用户、WLAN服务等）管理功能，实现了有线网络、无线网络、业务系统管理的一体化。该系统最显著的特点是可视化管理——通过无线热图，可以使网管员了解AP所处的实际位置和AP所发射的信号覆盖范围，帮助网管员做好AP规划工作；通过无线拓扑，可以展示AP与AC之间的连接关系，帮助网管员梳理AP与AC之间的依赖关系。网管系统使网管员具备了“超视距”能力！
八、仍有遗憾，期待发展
由于受无线网技术的限制，有些需求暂时尚无有效的解决方案。比如：
1、用户密集区的AP部署问题。大型会议室、体育馆、运动场看台等场所，在较小的空间内聚集了大量用户。因为单个AP支持的用户数量是有限的，在这些场所AP部署少了不够用，AP部署多了同频干扰大，提高带宽效果不明显。
2、突发性无线网需求问题。平时有些区域的用户密度较低，当遇到某个活动时（如迎新现场）时，用户才突然增多。麻烦的是这些场合不固定，很难事先部署足够的AP。
3、无线接入管控问题。在我校无线网刚投入使用不久，学代会就提出要求：在上课时段关闭所有教室内的无线信号。我们希望做到在上课时段，有课的教室无线网关闭，无课的教室无线网开放，可惜的是目前还无法完美满足这一要求。
通过学校无线网络覆盖工程建设，我们认为，无线网络建设满足了师生日益增长的随时随地联网需求，是有线网络的重要补充。我们期待无线网技术有进一步的发展和应用，让广大教职工享有更高效、更快捷的办公和教学方式，让学生感受更方便、更畅通的网络学习和生活环境。