WI-FI6技術助力校園無線網絡建設

白娟 李鵬

摘要：針對用戶在使用校園無線網過程中出現的速率慢、漫游不成功等現象，該文結合最新Wi-Fi 6技術，探討Wi-Fi 6與5G的融合發展，將Wi-Fi 6技術融入校園網建設過程中，考慮校園無線網絡應用場景和使用特點，規劃無線網絡建設，針對不同場景選擇適宜的AP部署方案，改善用戶體驗，提升無線網絡服務質量。

關鍵詞：Wi-Fi 6;5G;網絡規劃;無線AP

中圖分類號：G64 ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：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

信息技術的飛速發展，使個人對無線網絡的依賴不斷加深，無線網絡技術在當今工作環境及社會生活中占據了極其重要的地位，被廣泛應用于辦公、管理、教育、商業、生產等多個場景下。與此同時，在無線網絡環境下，用戶終端呈現出數量急劇增長、樣式多樣化等特點，涵蓋筆記本、PAD、手機、智能家居、物聯網終端等多樣化設備，而且越來越多的設備無時無刻不依賴網絡環境，在此情境下，網絡的質量對設備工作狀態以及用戶體驗起到非常大的影響作用。

在校園，無線網絡環境日益滲入日常教學、管理、學習等各個方面，廣大師生基于校園無線網絡環境，開展學習、交流、科研等各項工作，可以說，無線網絡質量的好壞，對用戶的使用體驗以及學習、工作效率起到重要影響作用。因此，建設高效、穩定、便捷的無線網絡，對校園信息化建設及智慧校園建設，起到重要作用。本文擬結合WIFI6技術及5G技術，對校園在無線網建設及使用過程中遇到的問題進行分析，提出網絡優化設計方案，為其他校園的無線網建設與應用提供借鑒。

2 WI-FI 6技術介紹

2.1 什么是WI-FI 6？

Wi-Fi 6 全稱802.11ax，是于2019年發布的最新一代無線局域網傳輸技術。隨著 Wi-Fi 標準的演進，無線標準化組織為了便于 Wi-Fi 用戶和設備廠商輕松了解 Wi-Fi 設備型號，選擇使用數字序號來對 Wi-Fi 重新命名。根據無線標準化組織的公告，現在的 Wi-Fi 命名如表1所示：

同以往發布新標準一樣， 802.11ax 也將兼容之前的 802.11ac/n/g/a/b標準，老的終端一樣可以無縫接入 802.11ax 網絡。

2.2 ?WI-FI 6特點

1）速度更快：WI-FI 6最大理論傳輸速度為9.6Gbps，較之于WI-FI 5最大理論傳輸速度3.5Gbps，速度提升了3倍。當然在實際應用中，還取決于空間數據流量、信道占用數量以及應用環境等諸多因素。

2）時延更低：WI-FI 6同時支持上行與下行MU-MIMO（多用戶多入多出）技術，支持的空間數據流提升至8條，也就是最大可支持8*8MU-MIMO，進一步提高了上傳下載速率，多用戶MU-MIMO技術允許電腦通訊時間多終端共享信道，使多臺手機/電腦一起同時上網，使此前低效的排隊順序變成為“齊頭并進”的高效方式，改善網絡擁堵狀況。

3）容量更大：Wi-Fi 6 引入了 BSS Coloring 著色機制，標注接入網絡的各個設備，同時對其數據也加入對應標簽，傳輸數據時也就有了對應的地址，直接傳輸到位而不會發生混亂。

4）更安全：Wi-Fi 6使用新一代加密協議 WPA 3，WPA 3是目前廣泛使用的 WPA 2 協議的升級版本，安全性進一步提升，可以更好地阻止強力攻擊、暴力破解等。

5）更省電：Wi-Fi 6 引入了 TARget Wake Time（TWT）技術，允許設備與無線路由器之間主動規劃通信時間，減少無線網絡天線使用及信號搜索時間，這意味著能夠一定程度上減少電量消耗，提升設備續航時間。對于正在普及的智能家居來說，尤其對需要長時間供電的無線設備，該技術可以大大提升其續航時間，改善使用體驗。

2.3 ?WI-FI 6關鍵技術

WI-FI 6的關鍵技術包括：OFDMA 頻分復用技術、 MU-MIMO 技術、TWT定時喚醒技術、1024-QAM更高階的調制技術 、SR空分復用技術 以及 BSS Coloring 著色機制，所有這些新技術的應用，將給用戶以更直觀的改善體驗，主要包括：

1）理論帶寬 9.6Gbps 的超高帶寬（160MHz 頻寬下 8 條流）。

2）網絡單AP的用戶數可提升 4 倍，支持更多的終端并發接入。

3）終端功耗節約 30%以上，滿足物聯網終端對低功耗的要求。

3 Wi-Fi 6與5G的關系

隨著5G技術的逐步成熟及預熱，越來越多的人開始討論，在今后網絡發展及建設中，是否有必要繼續使用Wi-Fi技術？可否用5G替代Wi-Fi 6？在此作簡單探討。

5G網絡，即第五代移動通訊技術，5G的應用與成熟是否會取代現有的WIFI技術？答案是否定的。5G 與 Wi-Fi 的應用場景模式是不相同的，Wi-Fi 主要用于室內環境，而 5G 則是一種廣域網技術，它在室外的應用場景更多。

5G 網絡技術采用的是超高頻頻譜（ 5G 網絡頻段： 24GHz～52GHz）， 根據頻譜特性，頻率越高衍射現象越弱，穿越障礙的能力也就越弱，因此 5G 信號是很容易衰減的，尤其在室內，衰減現象特別嚴重，比如墻體密度較高的教學樓內、宿舍樓內等，如果要在這些確保5G的信號質量，必須加大投資、部署更多的5G微基站，而Wi-Fi明顯在性價比上，有突出的優勢。單從這一點來說，5G也無法取代Wi-Fi。另外，隨著物聯網時代的到來，入網設備的數量在大幅提升，要想降低基站的負擔，就必須依靠 Wi-Fi 來做分流。再者，基于流量費用、移動端耗電、網絡容量等因素綜合來考慮，5G 還無法徹底取代 Wi-Fi，更多的是與 Wi-Fi 進行深度融合，Wi-Fi正以獨特的優勢被廣泛應用到社會的方方面面。而Wi-Fi6可以很好地滿足多人多設備同時上網的需求，使用戶有明顯的流暢體驗。

4 校園無線網絡的特點

4.1 場景豐富，用戶密度存在較大差異

無線網絡的部署與實際的場景密切相關。校園無線網絡的部署涉及場景多樣、復雜，包括辦公室、學生宿舍、實驗室、教室、圖書館、體育場、報告廳等多種。辦公室一般人數在 10 人以下，而且網絡應用主要在白天，有線與無線同時并用。學生宿舍一般為 4-7 人每間，房間結構簡單統一，上網的高峰時間為晚上 17：00-22：30，用戶密度大、對網絡質量要求較高。普通教室和實驗室，容納的人數一般在 50 人以內，對網絡速度的要求較高，環境統一空曠。大型會議室和報告廳，空間大，經常適用于舉辦大型活動，容納的人數可達 300 -1000人，人員密集，接入密度大，需要傳輸大量的音頻流、視頻流，屬于高密應用場景，對網絡速度的要求較高。圖書館包括讀者閱覽區域和書目存放區域，需考慮到書架對無線信號可能造成的干擾。

4.2 覆蓋范圍廣，需考慮漫游問題

校園無線網絡的覆蓋范圍廣，當無線用戶在不同區域內進行移動時，用戶的移動終端需要從當前連接的 AP 切換到信號強度更大的 AP 上，也就是出現無線信號漫游情況。而不同的AP有可能注冊在不同的AC設備下，因此，需規劃DHCP地址池，避免不斷獲取新IP地址，縮短 AP 的切換時間，不產生業務中斷。

4.3 考慮多種認證方式，方便用戶使用

校園無線網絡中存在的移動終端多種多樣，需提供多種認證方式，包括： 802.1x 和Portal認證。Portal認證的優點是使用方便，不需要特殊的客戶端軟件，只需瀏覽器即可，對各種終端兼容性較好。但是Portal 認證方式對用戶來說，需每次輸入用戶名和密碼，效率較低，上網帶來一定的不便。為了解決這個問題，目前很多學校采取了無感知認證技術，將用戶賬戶信息與終端MAC 進行綁定，當用戶首次登錄Portal認證成功后，終端MAC在認證服務器上進行記錄，以后如果使用同樣的終端接入無線網，認證服務器會對該終端直接放行，從而達到用戶層面無感知。

4.4 網絡規劃以AC控制器+瘦AP為主

無線校園網建設主要采用無線控制器 AC + FitAP 的組網方式。無線控制器 AC旁掛在現有的有線網絡的核心交換機上，可以方便地對整網的無線 AP 進行統一配置和管理，旁掛的組網方式使無線網絡的部署更為靈活。

5 校園無線網絡面臨的挑戰

校園無線網絡在建設初期，只是作為有線網絡的一個補充部分。但是隨著信息技術的不斷發展，在校師生隨時、隨地上網的需求不斷增加，用戶終端數量急劇增長，而且隨著網絡應用的不斷豐富，傳統的收發郵件、查詢資料、電子辦公等應用轉向視頻觀看、VR教學、遠程會議等方式，網絡流量消耗也大量增加。傳統基于802.11n、802.11ac等標準建設的網絡，面臨承載用戶數量有限、無線覆蓋不完整、信號衰減明顯、用戶速率慢、接入困難等諸多現象，在此情況下，優化校園無線網絡，采用新技術規劃校園網絡建設，成為無線網絡建設的重點工作。要衡量無線網絡質量，可以從兩個方面來重點考察，一是設備性能指標，二是用戶體驗。設備性能指標是一個客觀性較強、容易獲取的參數體系，但設備性能指標不足以完全反映用戶的實際效果，因此，引入用戶體驗來作為重要參照。檢驗用戶體驗效果，可從用戶上線速度、接入穩定性、正常下線率、上線成功率、漫游成功率五個重要方面，來評估用戶上網體驗，量化用戶網絡使用效果。

6 校園無線網絡接入規劃

校園無線網絡的建設，要以穩定、安全、可靠、易用、易管為建設目標，為智慧校園建設提供良好的基礎平臺及應用環境。考慮到校園網使用中典型的潮汐現象，要動態地進行帶寬資源調配以及負載均衡。校園辦公區，主要表現為網絡設備白天負載率高，帶寬資源消耗大，而學生宿舍區，則典型的表現為夜晚聯網設備多、資源消耗量大，針對不同區域的不同時段應用特點，合理規劃網絡資源，動態調配，解決師生的使用需求。

校園網絡建設中引入Wi-Fi 6的意義在于，Wi-Fi 6（802.11ax）的出現，就是為了滿足用戶快速增長的網絡使用需求而誕生。802.11ax 設計之初就是為了適用于高密度無線接入和高容量無線業務，而這一特點，恰恰滿足了校園內會議室、報告廳、食堂、高密場館、 電子教室等場景的應用。

另外，從實際應用來看，校園內的語音及視頻流量也在不斷增加，從實際應用來看，視頻流、語音流（時延小于 30ms）、 VR 流等應用場景對帶寬和時延是十分敏感的， 如果網絡擁塞或重傳導致傳輸延時，將對用戶體驗帶來較大影響。而現有的 Wi-Fi 5（ 802.11ac） 網絡雖然也能提供大帶寬能力，但是隨著接入密度的不斷上升，吞吐量性能遇到瓶頸。而 Wi-Fi 6（802.11ax） 網絡使高流量服務比以前更可靠，不但支持接入更多的客戶端，同時還能均衡用戶帶寬，給用戶較好的應用體驗。

因此，合理規劃校園無線網絡，部署支持Wi-Fi 6（802.11ax）的網絡設備和生態體系，就顯得尤為必要和必需。

6.1 教學樓

教學樓是學校中最重要的教學區域之一，其特點是用戶密度大，對網絡質量要求高。在平時上課、自習等高峰時間段，教室中的無線網絡接入用戶密度大約為 2 用戶/平米。承載上網查閱資料、觀看教學視頻、即時學術交流等重要的教學業務。建設高質量的教學區域無線網絡，是保障教學質量的有效手段。

部署規劃：Wi-Fi 6標準下，STA 為雙空間流以上并支持 Wi-Fi 6， AP 工作在 HE40 模式下，在并發率 50%下單 AP 支持業務數：48 個終端。

信號強度：95%區域信號強度不低于-67dBm。

AP選型：建議使用放裝型 AP，支持802.11ax，4 空間流以上，推薦2射頻/3 射頻。

6.2 辦公樓

學校辦公樓場景內，也是無線網絡使用率比較高的區域。目前大部分教職工都有筆記本電腦、手機等無線終端，通過無線網絡進行辦公、查閱資料、即時交流等。建設高質量的辦公區無線網絡，對于辦公效率的提升有很大幫助。

部署規劃：Wi-Fi 6標準下， STA 為雙空間流以上并支持 Wi-Fi 6， AP 工作在 HE40 模式下，在并發率 40%下單 AP 支持業務數：60 個終端。

信號強度：95%區域信號強度不低于-67dBm

AP選型：建議2-6人的小型辦公室部署面板型 AP，7人以上的中大型辦公室面積較大，人數較多，可部署多個 AP，安裝時避開金屬物品遮擋，支持802.11ax，雙頻 2 空間流以上

6.3 ?報告廳/圖書館/實驗室

報告廳、圖書館、實驗室都屬于人員密集區域，尤其當遇到大型會議及學術報告等活動時，用戶數會達到高峰，平均 2 用戶/平米甚至更高。在進行該類場景下的無線網絡建設時，需要考慮 AP 容量、信道規劃、干擾抑制等方面，使無線網絡在高密情況下依然能提供良好的接入體驗。

部署規劃：Wi-Fi 6標準下，STA為雙空間流以上并支持 Wi-Fi 6， AP 工作在 HE40 模 ?式下，在并發率 35%下單 AP 支持業務數：68 個終端

信號強度：95%區域信號強度不低于-67dBm

AP選型：可采用放裝型 AP，支持802.11ax，三射頻 2 空間流以上

6.4 ?宿舍區

宿舍區是學生的生活區域，其特點是用戶密度中等，對網絡質量要求較高。在平時晚上高峰時間段，宿舍中的無線網絡接入用戶密度大約為 1 用戶/2 平米，承載 web、即時通信、游戲、高清視頻等為主的網絡活動。

部署規劃：Wi-Fi 6標準下， STA 為雙空間流以上并支持 Wi-Fi 6， AP 工作在 HE40 模式下，在并發率 75%下單 AP 支持業務數： 34 個終端

在宿舍這種房間密集的場景中，由于墻體等室內建筑物的阻隔，無線信號的衰減現象較為嚴重，普通的室內放裝型 AP 無法完全滿足高性能的無線覆蓋需求。因此，可考慮每個房間安裝面板式AP進行部署，同時在樓道、洗衣房等區域布置相應AP，確保無信號盲區。

信號強度：95%區域信號強度不低于-75dBm

AP選型：可采用面板型 AP，支持802.11ax，雙頻 4 空間流以上，采用智能天線

6.5 操場

操場是學校的戶外區域，在大型集會或活動時，人員密集度較高，一般情況下用戶密度較低，在平時無線網絡接入用戶密度大約為 1 用戶/10 平米～1 用戶/20 平米，主要以音頻、即時通信為主要業務。

部署規劃：Wi-Fi 6標準下，STA 為雙空間流以上并支持 Wi-Fi 6， AP 工作在 HE20 模式下，在并發率 40%下單 AP 支持業務數：112個終端

信號強度：95%區域信號強度不低于-75dBm

AP選型：建議采用功率較大的室外AP，支持802.11ax，雙頻4 空間流以上，智能射頻調優，動態負載均衡

7 總結

網絡技術發展日新月異，無線網絡的高質量覆蓋已經是大勢所趨，基于802.11標準的無線網絡快速發展，在技術標準快速迭代以及需求場景迅速增長的雙重推動下，無線網絡已經由最初的“有線網絡延伸”，發展為完整、獨立的接入骨干。因此，充分采用Wi-Fi 6 （802.11ax）技術，建設方便、可靠、實用的校園無線校園網絡，對智慧校園建設有重要的意義，在使用Wi-Fi 6 （802.11ax）技術時，同時充分考慮到匯聚層、核心層網絡設備的標準更新，不斷加快智慧校園基礎設施建設，全面支撐大數據、物聯網的應用與發展，為校園信息化應用提供強有力保障。

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【通聯編輯：王力】