低成本且具備負載均衡功能無線局域網的實踐與應用

曾懌理

摘 要： 綜述了某學校無線局域網（WLAN）建設項目的實踐與應用，并作為案例，展示了建設密集部署型WLAN的一種方法。項目采用性價比高、兼容性強的硬件，以及擴展性好、可改造且支持開源軟件的智能路由器和訪問控制器系統；經結合實際場地環境布局的規劃、安裝、配置及優化，構建出支持大用戶量、有效、實用的WLAN。所建造的WLAN具有低成本、兼容性及擴展性好、高性能且滿足統一管理的負載均衡功能等特點。

關鍵詞： 無線局域網； 密集部署； 低成本； 刷機； 調整； 負載均衡

中圖分類號：TP393.1 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）04-44-03

Abstract： This paper summarizes the practice and implementation of wireless local area networks （WLAN） construction project in a school， and as a case， demonstrates the construction of a densely deployed WLAN. The project adopts the cost-effective and compatible hardware， and intelligent routers and access controller system with good scalability and open source software support； the planning， installation， configuration and optimization are based off the actual site layout and environment， which the effective and practical WLAN that supports large-scale users is constructed. The implemented WLAN has the characteristics of low-cost， good compatibility and expansibility， high performance and load balancing function of unified management.

Key words： WLAN； dense deployment； low-cost； firmware update； customization； load balance

0 引言

學校已有寬帶互聯網連接，而在經常舉辦活動的報告廳還沒部署無線局域網（簡稱WLAN）。為便于在舉辦活動或召開會議時提供統一管理、安全可用的無線網絡訪問，需在學校報告廳建設全覆蓋的、高效率的WLAN。此項目是惠州一中智能信息社2015年冬季負責實施的科技實踐活動。

我校報告廳的整體場地如圖1所示，廳內有500多個階梯式座位。在報告廳的實際使用過程中，因具體活動不同，會場內人員聚集或分布可能不完全均勻。為了避免某個無線訪問點（Access Point，簡稱AP）上接入的終端用戶數量過多，影響使用效率，需要實現AP的負載均衡功能，以使客戶端合理連接WLAN并保證帶寬與性能。

此外，該項目作為我校中學生的智能信息科技實踐項目，我們需考慮用非常有限的成本投入來實現高性能、靈活兼容、可擴展管理的功能系統。

1 WLAN的技術構建實踐

構建WLAN實踐項目中較重要的技術工作。

1.1 網絡的準備與安裝

無線網絡終端采用市面上硬件性價比高、兼容性強，軟件擴展性好、可改造支持基于開源類系統（例如基于OpenWrt的[1]）智能WiFi路由器。我們先對硬件作了拆機調整改造、開啟Root權限[2]，再把WiFi路由器軟件重裝（即固件刷機）使它們轉變成與訪問控制器（Access Controller，簡稱AC）系統相匹配的AP。基于場地情況（如圖1），我們把整個報告廳劃分為A、B、C、D四個小片區：在報告廳里共設置12個AP，分布于A、B、C、D區各3個。另一方面，需從交換機處向各AP安裝布置以太網絡線；對各AP分配設置合理的IP地址，把各AP納入到AC的統一管理之中。圖2是該WLAN的網絡拓撲結構簡化示意圖。

1.2 多AP密集部署下的優化

在完成WLAN設備的基本連接后，需對各AP的射頻信號及其相互間的耦合影響與干擾協調問題作出優化調整。實踐中，這涉及AP射頻的信道選擇、功率調整，同時也需注意AP位置、天線方向等細節[3]。在報告廳里密集部署了12個AP，需特別注意相鄰近AP間的信號干擾。關于這方面的研究是近年來無線資源管理中的熱門研究課題[4]，網上也有針對這類實踐的特定參考資料。對于信道選擇，我們的基本思路是：把各片區內的3個AP信道各自分開，例如在2.4GHz頻段下分別選用信道1、6、11。對于功率調整，主要是優化相鄰片區間的信號重疊度問題[5]；由于報告廳內沒有墻壁等障礙物隔離，WiFi信號主要隨著空間距離而衰減，因而我們把傳輸功率適當調低。對于具體AP或特定片區的優化，則基于實際測試，調整AP射頻參數使其信號有足夠覆蓋而終端接收的信噪比又足夠好。

1.3 通過AC配置管理負載均衡功能

在報告廳內各片區AP信號被調整到較好覆蓋（無盲區、多信道工作、相同信道也有一定冗余），且穩定可用（信號主次化、連接信噪比高）的情況下，通過負載均衡管理可進一步優化網絡應用，提升網絡穩定性與使用效率[6]。實現負載均衡功能在AC管理后臺完成（通過AC的Web管理界面操作，也可由計算機連接AC后利用命令行實現）：負載均衡分為基于連接數和基于流量兩種。基于連接數量的核心配置是AP或負載均衡組的均衡門限或其最大帶機量。由于在報告廳各片區均有信道為1、6、11的AP信號，而片區間形成適當的相鄰重疊，所以，可按片區或同信道確定均衡組策略。設置后重啟（在測試時，可先設置小的數值），即可檢查負載均衡的啟用狀態（由于通過AC統一了WLAN的SSID發布，所以有關的狀態檢查需在AC管理后臺進行）。

2 應用情況

在完成AC與各AP的組網、設置及多次優化調試后，也經過了一百多手機客戶端同時連接的實際活動應用，表明所建設的WLAN覆蓋、性能及穩定可用性達到要求。同時，通過登錄AC的后臺管理Web，在AP列表查詢及“在線用戶”查詢下看到AP的負載均衡功能已經起作用。目前，學校報告廳的無線網絡已在正常使用中。

3 結束語

本文以惠州一中報告廳實現的帶負載均衡功能WLAN建設項目為實例，探討智能信息社相關科技創新實踐活動。項目過程涉及的方法、技術方案對構建類似WLAN有啟示作用。所建造的WLAN主要有以下創新點。

⑴ 具備統一管理的負載均衡功能：密集部署的AP與結合實際的調整，通過AC統一管理（也統一了SSID）且實現熱點間的負載均衡，提升了網絡安全性和應用效率。

⑵ 經濟性：建網所用AC、15個AP（含另外3個用于開發測試）、交換機，以及連接AP的以太網絡線、電源等，共花費約4000元。

⑶ 兼容性和高性能：所用的兼容性設備，除了當前可通過軟件定制化提高性能外，未來可繼續在開源系統的基礎上再迭代開發、擴展部署，這樣不但可以擴展WLAN部署至整個校園，而且可結合實際情況作性能管理上的調整，或進一步優化更新功能。這對于智能信息社的實踐活動也是大有好處的。

學校報告廳是眾多活動的常用場所，其覆蓋全面且具備負載均衡管理的WLAN為舉辦各種活動奠定了有效的應用訪問及信息交換基礎。未來，可進一步把一中智能信息社開發的“電子檢票系統”與無線局域網訪問作更深入融合[7]。

參考文獻（References）：

[1] 開源中國.開源路由器第三方固件[EB/OL].http：//www.oschina.net/p/openwrt.

[2] iKuai愛快論壇.無線工程技術交流區[EB/OL]. http：//bbs.ikuai8.com/thread-27415-1-1.html.

[3] 李劍鋒.無線網信號不好都是細節在作怪[N].電腦報，2015.14.

[4] 劉文靜.WLAN中AP密集部署干擾協調機制[D].電子科技大學碩士學位論文，2015.

[5] 知乎分享.WiFi信道設置一點疑惑[EB/OL].https：//www.zhihu.com/question/35339958 .

[6] 太平洋電腦網/無線論壇.什么是WLAN無線網絡AP的負載均衡[EB/OL]. http：//itbbs.pconline.com.cn/network/16014668.html.

[7] 田麗，張巍，劉春瑞.校園一卡通會議簽到系統的應用[J].計算機時代，2016.1：22-24