《基于802.11ac Wave2标准的高校图书馆无线网络设计研究》-工学论文，工程论文-论文范文参考-科学狗论文网

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基于802.11ac Wave2标准的高校图书馆无线网络设计研究

范文

王普雄郑晓晶王维君

摘要：文章在分析无线网络设计原则以及802.11ac Wave2标准优势的基础上，以西安工程大学图书馆为例，根据西安工程大学图书馆区域功能布局和读者分布以及对无线网络的需求，具体对无线网络的架构、拓扑、部署场景、认证、SSID与信道规划、安全、运维等方面提出了设计方案，为智慧图书馆构建中的无线网络部署实施提供参考，为智慧校园建设中的全校无线网络覆盖提供一定的实践指导。

Abstract： Based on the analysis of the principles of wireless network design and the advantages of 802.11ac Wave2 standard， taking the library of Xi'an Polytechnic University as an example， according to the regional function layout and reader distribution of Xi'an Polytechnic University library and the demand for wireless network， the design scheme of wireless network architecture， topology， deployment scenario， authentication， SSID and channel planning， security， operation and maintenance is specifically proposed， which can provide reference for the deployment and implementation of wireless network in the construction of smart library， and provide some practical guidance for the coverage of wireless network in the construction of smart campus.

关键词：无线网络;802.11ac Wave2标准;网络架构;智慧图书馆

Key words： wireless network;802.11ac Wave2 standard;network architecture;smart library

中图分类号：TN925? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2019）26-0254-04

0? 引言

随着移动互联网技术的飞速发展和移动智能终端的普及应用，读者的学习方式和阅读习惯也随之发生着改变，图书馆作为学习、交流、教学、科研的信息资源保障中心原有的有线网络已无法满足读者个性化、碎片化、移动化、实时性的学习需求。

西安工程大学图书馆由金花校区图书馆和临潼校区图书馆两个分馆组成，总建筑面积3.4万m2，阅览座位约5千余座，已累积收藏纸本文献约160万册，拥有中外文纸本和电子期刊3.2万种，中外文电子资源数据库60余种。已形成以工为主，纺织、印染、服装艺术为特色，理、工、管、文相结合的多学科、多种文献载体并存的信息资源中心。

随着802.11无线局域网技术标准的不断发展，无线网络的应用越来越广泛，无线网络相比有线网络具有综合成本低、覆盖范围广、传输速度高、组网灵活和易扩展等特点。因此图书馆设计建设无线网络并与有线网络进行无缝结合势在必行，无线网络将突破物理空间的限制为读者提供更加灵活、自由的学习空间，从而满足读者的个性化需求，可改进图书馆的服务方式，提升图书馆的服务水平。

1? 圖书馆无线网络设计原则

图书馆无线网络设计应遵循以下几点原则：

①经济实用性。

在经费有限的情况下设计方案必须遵循经济实用性原则，设备选型时必须选择性价比高的产品。

②先进性。

无线网络技术发展日新月异，规划设计时必须具备一定的技术前瞻性，采用当前先进和成熟的技术标准，确保无线网络建成至少5年不会发生结构与设备的大幅调整，从而避免资源浪费。

③可靠性。

设计方案保证网络系统的可靠运行的同时满足多种故障自动识别、隔离、恢复和冗余备份机制，系统提供多种智能负载均衡机制，以提高网络的可靠性。

④扩展性。

无线网络系统建成之后，后期根据图书馆的区域功能和读者分布变化，进行网络优化和扩展，扩展之后在保证信号强度的前提下网络架构和拓扑结构模式保持不变，无线AP做到即插即用易于扩展。

⑤兼容性。

无线网络普遍采用IEEE802.11X系列的协议技术标准（802.11a/b/g/n/ac），为了保证无线网络可持续性的发展，并满足各类无线终端的需求，网络设计时应确保其能够实现低成本的无缝升级与兼容性，即确保网络的可扩展性。

⑥安全性。

安全是无线网络的薄弱环节之一，网络设计时必须贯彻安全性原则，防范无线网络内、外部的攻击破坏。采取网络资源访问的实名认证、上网行为可查可溯等措施防止网络的用户对网络资源的非法访问使用。

2? 802.11ac Wave2技术标准

802.11ac wave2是全球非营利性组织Wi-Fi联盟2016年认证的一项标准，该标准有以下几点优势：

①实现千兆无线网络。

Wave 2可将无线网络带入千兆的时代。Wave2支持更高频率的256QAM（8bit）信号调制方式，并支持更高的频宽，整体性能提升至3.47Gbps。

②更高的空间流。

空间流的数量就是天线的数量。Wave2支持4空间流，采用4根收发天线，带来更多的分集增益，提高无线数据通信传输的可靠性和容错能力，提高终端的覆盖范围和信号强度，进而带来传输性能的提升。

③MU-MIMO技术。

802.11ac Wave2标准的精髓就是引入了MU-MIMO（Multi User Multiple Input Multiple Output）技术，即“多用户多输入多输出”，突破多用户数据并发处理的瓶颈。顾名思义，MU-MIMO技术就是一种可以实现同一无线AP同一时间同时与多个智能终端设备进行数据传输，改善了网络资源利用率，显著提高网络总吞吐量，充分提升无线AP的整体性能。

由此可见802.11ac Wave2标准的优势非常适合部署在手机、电子书、平板和笔记本电脑等移动终端的人员密集场所，故本次图书馆无线网络方案设计基于802.11ac Wave2标准设计。

3? 图书馆无线网络设计目标

西安工程大学图书馆在经费有限的情况下利用学校现有的有线网络资源，统筹图书馆实际业务需求，兼顾转型智慧图书馆的发展目标，力求为两校区图书馆设计一个高效、稳定、安全、可控的无线网络。具体目标如下：

①统一融合的网络环境。

根据两校区图书馆读者分布和区域功能布局选择接入设备、汇聚设备;选择经济高效的物理链路及连接方式，建设实现无线网络和校园网的融合，无线网络汇聚交换机分别与各校区数据中心的核心交换机设备互联互通。

②采用先进的无线网络技术标准。

采用支持802.11ac Wave2技术标准的无线AP，结合图书馆实际场景的区域面积、人员密度进行差異化的、有针对性的设计部署方案。

③统一身份认证。

无线网络系统对接学校的三大平台和现有的有线网认证系统，从而实现图书馆无线网络和校园网有线网络采用统一身份认证。读者接入无线网络使用唯一的学号或者工号认证。

④上网行为可查可溯。

对无线网络访问用户进行统一实名的身份认证并对上网行为进行管理审计，既满足了公安部82号令要求，还保护了无线网络的安全。

⑤高速的无线网络。

图书馆内无线网络信号在室内任何空间信号强度双频2.4G和5G信号同时不低于-65dbm，丢包率小于1%。

⑥有线无线的统一管理。

建设统一的网络管理运维平台实现有线、无线网络设备的管理和维护，提高网络管理人员的工作效率[1]。

4? 西安工程大学图书馆基于802.11ac Wave2标准的无线网络设计

4.1 POE+AC+FIT AP架构设计

4.1.1 无线接入点 AP（Wireless Access Point）。主要负责发送无线信号和终端进行数据通信，使有线网络与无线客户端之间进行数据通信。

4.1.2 无线控制器AC（Wireless Access Point Controller）用来集中化控制管理无线网络中的所有无线AP设备。随着无线通信技术的发展，AC的功能越来越强大，可以控制AP实现下发配置文件、修改配置参数、射频智能管理、接入安全控制、负责均衡、设备状态监控等管理功能。

4.1.3 供电交换机POE（Power Over Ethernet）是一种可以在无线网络中通过网线向远程终端无线AP传输电力与数据的交换机。无线AP无需单独铺设强电线路，极大地简化系统布线，降低建设成本[2]。

4.1.4 POE+AC+FIT AP架构。目前高校主流的无线网络架构分为POE+FAT AP和POE+AC+FIT AP两种解决方案。两者区别在于FTP AP（也称为“胖”AP）所有管理与配置集成在设备自身，每台AP独立于运行，没有全局的统一管理，后期的维护升级成本高，更没有对无线网络的物理链路、设备和用户等的监测与管理、故障排查、流量控制和审计等功能。而POE+AC+FIT AP（“瘦”AP）这种解决方案AP无需做任何配置，仅需在AC上配置好所有的参数，然后AC对所有在线AP统一下发配置管理，智能规划信道及用户认证方式、安全控制策略等工作。通过AC控制界面可以直观地对所有在线AP进行统一、批量的配置、性能分析、状态查看、故障判断、固件升级，甚至包括对物理链路的监测以及无线用户的管理。POE为AP供电并传输数据、AP与AC相互配合分工明确，便于管理者监控无线网络状态。考虑全校的统一管理、统一认证和本架构优势等方面进行反复比较，结合学校校园网的实际情况，我校图书馆的无线网络架构适合采用POE+AC+FIT AP的解决方案。

4.2 无线网络拓扑设计

本次图书馆无线网络的设计结合校园网的客观情况和图书馆的实际需求，无线网络从设备及物理链路完全独立于现有的有线网络，两套网络彻底隔离只有在数据中心的核心交换机上互联互通，这样既能优化资源节省成本，又能做到统一认证统一管理。如图1所示无线网络采用星型拓扑结构，从上向下分为校园网核心层、万兆汇聚层、千兆接入层。物理链路从下向上是无线AP通过千兆网线连接至同楼层的千兆POE接入交换机，接入交换机再通过千兆网线汇聚到图书馆万兆汇聚交换机上，无线AC旁接在万兆汇聚交换机上，最终汇聚交换机通过万兆光纤互联至相应校区的校园网的核心层设备，从而实现万兆骨干链路，千兆网络到桌面的高速无线网络。

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