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标题

WI-FI6技术助力校园无线网络建设

范文

白娟李鹏

摘要：针对用户在使用校园无线网过程中出现的速率慢、漫游不成功等现象，该文结合最新Wi-Fi 6技术，探讨Wi-Fi 6与5G的融合发展，将Wi-Fi 6技术融入校园网建设过程中，考虑校园无线网络应用场景和使用特点，规划无线网络建设，针对不同场景选择适宜的AP部署方案，改善用户体验，提升无线网络服务质量。

关键词：Wi-Fi 6;5G;网络规划;无线AP

中图分类号：G64 ? ? ? 文獻标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）25-0059-03

Abstract：In view of the phenomenon of slow speed and low access success rate in the process of using campus wireless network， this paper intends to combine the latest Wi-Fi 6 Technology， and discuss on the integrated development of Wi-Fi 6 and 5g in the process of ?campus network construction. We should consider the campus wireless network application scenarios， plan the wireless network construction， select the appropriate AP deployment scheme for different scenarios， improve the user experience， and improve the wireless network service quality.

Key words： Wi-Fi 6; 5G; network planning; wireless AP

1 引言

信息技术的飞速发展，使个人对无线网络的依赖不断加深，无线网络技术在当今工作环境及社会生活中占据了极其重要的地位，被广泛应用于办公、管理、教育、商业、生产等多个场景下。与此同时，在无线网络环境下，用户终端呈现出数量急剧增长、样式多样化等特点，涵盖笔记本、PAD、手机、智能家居、物联网终端等多样化设备，而且越来越多的设备无时无刻不依赖网络环境，在此情境下，网络的质量对设备工作状态以及用户体验起到非常大的影响作用。

在校园，无线网络环境日益渗入日常教学、管理、学习等各个方面，广大师生基于校园无线网络环境，开展学习、交流、科研等各项工作，可以说，无线网络质量的好坏，对用户的使用体验以及学习、工作效率起到重要影响作用。因此，建设高效、稳定、便捷的无线网络，对校园信息化建设及智慧校园建设，起到重要作用。本文拟结合WIFI6技术及5G技术，对校园在无线网建设及使用过程中遇到的问题进行分析，提出网络优化设计方案，为其他校园的无线网建设与应用提供借鉴。

2 WI-FI 6技术介绍

2.1 什么是WI-FI 6？

Wi-Fi 6 全称802.11ax，是于2019年发布的最新一代无线局域网传输技术。随着 Wi-Fi 标准的演进，无线标准化组织为了便于 Wi-Fi 用户和设备厂商轻松了解 Wi-Fi 设备型号，选择使用数字序号来对 Wi-Fi 重新命名。根据无线标准化组织的公告，现在的 Wi-Fi 命名如表1所示：

同以往发布新标准一样， 802.11ax 也将兼容之前的 802.11ac/n/g/a/b标准，老的终端一样可以无缝接入 802.11ax 网络。

2.2 ?WI-FI 6特点

1）速度更快：WI-FI 6最大理论传输速度为9.6Gbps，较之于WI-FI 5最大理论传输速度3.5Gbps，速度提升了3倍。当然在实际应用中，还取决于空间数据流量、信道占用数量以及应用环境等诸多因素。

2）时延更低：WI-FI 6同时支持上行与下行MU-MIMO（多用户多入多出）技术，支持的空间数据流提升至8条，也就是最大可支持8*8MU-MIMO，进一步提高了上传下载速率，多用户MU-MIMO技术允许电脑通讯时间多终端共享信道，使多台手机/电脑一起同时上网，使此前低效的排队顺序变成为“齐头并进”的高效方式，改善网络拥堵状况。

3）容量更大：Wi-Fi 6 引入了 BSS Coloring 着色机制，标注接入网络的各个设备，同时对其数据也加入对应标签，传输数据时也就有了对应的地址，直接传输到位而不会发生混乱。

4）更安全：Wi-Fi 6使用新一代加密协议 WPA 3，WPA 3是目前广泛使用的 WPA 2 协议的升级版本，安全性进一步提升，可以更好地阻止强力攻击、暴力破解等。

5）更省电：Wi-Fi 6 引入了 TARget Wake Time（TWT）技术，允许设备与无线路由器之间主动规划通信时间，减少无线网络天线使用及信号搜索时间，这意味着能够一定程度上减少电量消耗，提升设备续航时间。对于正在普及的智能家居来说，尤其对需要长时间供电的无线设备，该技术可以大大提升其续航时间，改善使用体验。

2.3 ?WI-FI 6关键技术

WI-FI 6的关键技术包括：OFDMA 频分复用技术、 MU-MIMO 技术、TWT定时唤醒技术、1024-QAM更高阶的调制技术、SR空分复用技术以及 BSS Coloring 着色机制，所有这些新技术的应用，将给用户以更直观的改善体验，主要包括：

1）理论带宽 9.6Gbps 的超高带宽（160MHz 频宽下 8 条流）。

2）网络单AP的用户数可提升 4 倍，支持更多的终端并发接入。

3）终端功耗节约 30%以上，满足物联网终端对低功耗的要求。

3 Wi-Fi 6与5G的关系

随着5G技术的逐步成熟及预热，越来越多的人开始讨论，在今后网络发展及建设中，是否有必要继续使用Wi-Fi技术？可否用5G替代Wi-Fi 6？在此作简单探讨。

5G网络，即第五代移动通訊技术，5G的应用与成熟是否会取代现有的WIFI技术？答案是否定的。5G 与 Wi-Fi 的应用场景模式是不相同的，Wi-Fi 主要用于室内环境，而 5G 则是一种广域网技术，它在室外的应用场景更多。

5G 网络技术采用的是超高频频谱（ 5G 网络频段： 24GHz～52GHz），根据频谱特性，频率越高衍射现象越弱，穿越障碍的能力也就越弱，因此 5G 信号是很容易衰减的，尤其在室内，衰减现象特别严重，比如墙体密度较高的教学楼内、宿舍楼内等，如果要在这些确保5G的信号质量，必须加大投资、部署更多的5G微基站，而Wi-Fi明显在性价比上，有突出的优势。单从这一点来说，5G也无法取代Wi-Fi。另外，随着物联网时代的到来，入网设备的数量在大幅提升，要想降低基站的负担，就必须依靠 Wi-Fi 来做分流。再者，基于流量费用、移动端耗电、网络容量等因素综合来考虑，5G 还无法彻底取代 Wi-Fi，更多的是与 Wi-Fi 进行深度融合，Wi-Fi正以独特的优势被广泛应用到社会的方方面面。而Wi-Fi6可以很好地满足多人多设备同时上网的需求，使用户有明显的流畅体验。

4 校园无线网络的特点

4.1 场景丰富，用户密度存在较大差异

无线网络的部署与实际的场景密切相关。校园无线网络的部署涉及场景多样、复杂，包括办公室、学生宿舍、实验室、教室、图书馆、体育场、报告厅等多种。办公室一般人数在 10 人以下，而且网络应用主要在白天，有线与无线同时并用。学生宿舍一般为 4-7 人每间，房间结构简单统一，上网的高峰时间为晚上 17：00-22：30，用户密度大、对网络质量要求较高。普通教室和实验室，容纳的人数一般在 50 人以内，对网络速度的要求较高，环境统一空旷。大型会议室和报告厅，空间大，经常适用于举办大型活动，容纳的人数可达 300 -1000人，人员密集，接入密度大，需要传输大量的音频流、视频流，属于高密应用场景，对网络速度的要求较高。图书馆包括读者阅览区域和书目存放区域，需考虑到书架对无线信号可能造成的干扰。

4.2 覆盖范围广，需考虑漫游问题

校园无线网络的覆盖范围广，当无线用户在不同区域内进行移动时，用户的移动终端需要从当前连接的 AP 切换到信号强度更大的 AP 上，也就是出现无线信号漫游情况。而不同的AP有可能注册在不同的AC设备下，因此，需规划DHCP地址池，避免不断获取新IP地址，缩短 AP 的切换时间，不产生业务中断。

4.3 考虑多种认证方式，方便用户使用

校园无线网络中存在的移动终端多种多样，需提供多种认证方式，包括： 802.1x 和Portal认证。Portal认证的优点是使用方便，不需要特殊的客户端软件，只需浏览器即可，对各种终端兼容性较好。但是Portal 认证方式对用户来说，需每次输入用户名和密码，效率较低，上网带来一定的不便。为了解决这个问题，目前很多学校采取了无感知认证技术，将用户账户信息与终端MAC 进行绑定，当用户首次登录Portal认证成功后，终端MAC在认证服务器上进行记录，以后如果使用同样的终端接入无线网，认证服务器会对该终端直接放行，从而达到用户层面无感知。

4.4 网络规划以AC控制器+瘦AP为主

无线校园网建设主要采用无线控制器 AC + FitAP 的组网方式。无线控制器 AC旁挂在现有的有线网络的核心交换机上，可以方便地对整网的无线 AP 进行统一配置和管理，旁挂的组网方式使无线网络的部署更为灵活。

5 校园无线网络面临的挑战

校园无线网络在建设初期，只是作为有线网络的一个补充部分。但是随着信息技术的不断发展，在校师生随时、随地上网的需求不断增加，用户终端数量急剧增长，而且随着网络应用的不断丰富，传统的收发邮件、查询资料、电子办公等应用转向视频观看、VR教学、远程会议等方式，网络流量消耗也大量增加。传统基于802.11n、802.11ac等标准建设的网络，面临承载用户数量有限、无线覆盖不完整、信号衰减明显、用户速率慢、接入困难等诸多现象，在此情况下，优化校园无线网络，采用新技术规划校园网络建设，成为无线网络建设的重点工作。要衡量无线网络质量，可以从两个方面来重点考察，一是设备性能指标，二是用户体验。设备性能指标是一个客观性较强、容易获取的参数体系，但设备性能指标不足以完全反映用户的实际效果，因此，引入用户体验来作为重要参照。检验用户体验效果，可从用户上线速度、接入稳定性、正常下线率、上线成功率、漫游成功率五个重要方面，来评估用户上网体验，量化用户网络使用效果。

6 校园无线网络接入规划

校园无线网络的建设，要以稳定、安全、可靠、易用、易管为建设目标，为智慧校园建设提供良好的基础平台及应用环境。考虑到校园网使用中典型的潮汐现象，要动态地进行带宽资源调配以及负载均衡。校园办公区，主要表现为网络设备白天负载率高，带宽资源消耗大，而学生宿舍区，则典型的表现为夜晚联网设备多、资源消耗量大，针对不同区域的不同时段应用特点，合理规划网络资源，动态调配，解决师生的使用需求。

校园网络建设中引入Wi-Fi 6的意义在于，Wi-Fi 6（802.11ax）的出现，就是为了满足用户快速增长的网络使用需求而诞生。802.11ax 设计之初就是为了适用于高密度无线接入和高容量无线业务，而这一特点，恰恰满足了校园内会议室、报告厅、食堂、高密场馆、电子教室等场景的应用。

另外，从实际应用来看，校园内的语音及视频流量也在不断增加，从实际应用来看，视频流、语音流（时延小于 30ms）、 VR 流等应用场景对带宽和时延是十分敏感的，如果网络拥塞或重传导致传输延时，将对用户体验带来较大影响。而现有的 Wi-Fi 5（ 802.11ac）网络虽然也能提供大带宽能力，但是随着接入密度的不断上升，吞吐量性能遇到瓶颈。而 Wi-Fi 6（802.11ax）网络使高流量服务比以前更可靠，不但支持接入更多的客户端，同时还能均衡用户带宽，给用户较好的应用体验。

因此，合理规划校园无线网络，部署支持Wi-Fi 6（802.11ax）的网络设备和生态体系，就显得尤为必要和必需。

6.1 教学楼

教学楼是学校中最重要的教学区域之一，其特点是用户密度大，对网络质量要求高。在平时上课、自习等高峰时间段，教室中的无线网络接入用户密度大约为 2 用户/平米。承载上网查阅资料、观看教学视频、即时学术交流等重要的教学业务。建设高质量的教学区域无线网络，是保障教学质量的有效手段。

部署规划：Wi-Fi 6标准下，STA 为双空间流以上并支持 Wi-Fi 6， AP 工作在 HE40 模式下，在并发率 50%下单 AP 支持业务数：48 个终端。

信号强度：95%区域信号强度不低于-67dBm。

AP选型：建议使用放装型 AP，支持802.11ax，4 空间流以上，推荐2射频/3 射频。

6.2 办公楼

学校办公楼场景内，也是无线网络使用率比较高的区域。目前大部分教职工都有笔记本电脑、手机等无线终端，通过无线网络进行办公、查阅资料、即时交流等。建设高质量的办公区无线网络，对于办公效率的提升有很大帮助。

部署规划：Wi-Fi 6标准下， STA 为双空间流以上并支持 Wi-Fi 6， AP 工作在 HE40 模式下，在并发率 40%下单 AP 支持业务数：60 个终端。

信号强度：95%区域信号强度不低于-67dBm

AP选型：建议2-6人的小型办公室部署面板型 AP，7人以上的中大型办公室面积较大，人数较多，可部署多个 AP，安装时避开金属物品遮挡，支持802.11ax，双频 2 空间流以上

6.3 ?报告厅/图书馆/实验室

报告厅、图书馆、实验室都属于人员密集区域，尤其当遇到大型会议及学术报告等活动时，用户数会达到高峰，平均 2 用户/平米甚至更高。在进行该类场景下的无线网络建设时，需要考虑 AP 容量、信道规划、干扰抑制等方面，使无线网络在高密情况下依然能提供良好的接入体验。

部署规划：Wi-Fi 6标准下，STA为双空间流以上并支持 Wi-Fi 6， AP 工作在 HE40 模 ?式下，在并发率 35%下单 AP 支持业务数：68 个终端

信号强度：95%区域信号强度不低于-67dBm

AP选型：可采用放装型 AP，支持802.11ax，三射频 2 空间流以上

6.4 ?宿舍区

宿舍区是学生的生活区域，其特点是用户密度中等，对网络质量要求较高。在平时晚上高峰时间段，宿舍中的无线网络接入用户密度大约为 1 用户/2 平米，承载 web、即时通信、游戏、高清视频等为主的网络活动。

部署规划：Wi-Fi 6标准下， STA 为双空间流以上并支持 Wi-Fi 6， AP 工作在 HE40 模式下，在并发率 75%下单 AP 支持业务数： 34 个终端

在宿舍这种房间密集的场景中，由于墙体等室内建筑物的阻隔，无线信号的衰减现象较为严重，普通的室内放装型 AP 无法完全满足高性能的无线覆盖需求。因此，可考虑每个房间安装面板式AP进行部署，同时在楼道、洗衣房等区域布置相应AP，确保无信号盲区。

信号强度：95%区域信号强度不低于-75dBm

AP选型：可采用面板型 AP，支持802.11ax，双频 4 空间流以上，采用智能天线

6.5 操场

操场是学校的户外区域，在大型集会或活动时，人员密集度较高，一般情况下用户密度较低，在平时无线网络接入用户密度大约为 1 用户/10 平米～1 用户/20 平米，主要以音频、即时通信为主要业务。

部署规划：Wi-Fi 6标准下，STA 为双空间流以上并支持 Wi-Fi 6， AP 工作在 HE20 模式下，在并发率 40%下单 AP 支持业务数：112个终端

信号强度：95%区域信号强度不低于-75dBm

AP选型：建议采用功率较大的室外AP，支持802.11ax，雙频4 空间流以上，智能射频调优，动态负载均衡

7 总结

网络技术发展日新月异，无线网络的高质量覆盖已经是大势所趋，基于802.11标准的无线网络快速发展，在技术标准快速迭代以及需求场景迅速增长的双重推动下，无线网络已经由最初的“有线网络延伸”，发展为完整、独立的接入骨干。因此，充分采用Wi-Fi 6 （802.11ax）技术，建设方便、可靠、实用的校园无线校园网络，对智慧校园建设有重要的意义，在使用Wi-Fi 6 （802.11ax）技术时，同时充分考虑到汇聚层、核心层网络设备的标准更新，不断加快智慧校园基础设施建设，全面支撑大数据、物联网的应用与发展，为校园信息化应用提供强有力保障。

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【通联编辑：王力】

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