高職院校無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略探討
——以常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例

王小敏 田 威

（常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心，湖南 常德 415000）

0 引言

隨著信息技術(shù)在高校教學(xué)、科研和管理中的深度融合，尤其是智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等無(wú)線終端設(shè)備的不斷普及，以及視頻會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)直播、移動(dòng)學(xué)習(xí)、移動(dòng)辦公在高校的應(yīng)用，高職院校信息化水平逐步提高，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的要求也越來(lái)越高，為了提高師生的上網(wǎng)體驗(yàn)，保障校園網(wǎng)絡(luò)安全，2021年10月教育部發(fā)布《關(guān)于提高高等學(xué)校網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)質(zhì)量的通知》，要求加強(qiáng)校園網(wǎng)絡(luò)管理統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，提高校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境建設(shè)水平。在這種情況下，本文以常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，通過(guò)介紹該學(xué)院的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，結(jié)合日常工作經(jīng)驗(yàn)和李思思等前人的研究，對(duì)學(xué)院無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)與優(yōu)化，具有一定實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分析

學(xué)院自2019年全面建設(shè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以來(lái)，共安裝無(wú)線控制器一臺(tái)，無(wú)線接入點(diǎn)817個(gè)，其中室外19個(gè)，室內(nèi)798個(gè)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采用“AC+FIT AP”無(wú)線組網(wǎng)方式，無(wú)線接入點(diǎn)分布于教學(xué)區(qū)域、辦公區(qū)域和室外，每日平均上線用戶數(shù)達(dá)4 500人左右。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基本覆蓋辦公，教學(xué)區(qū)域，但受設(shè)備性能，安裝部署環(huán)境、線路等因素影響，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)無(wú)法完全滿足學(xué)院師生教學(xué)需求。下面對(duì)該現(xiàn)狀存在的問(wèn)題進(jìn)行分析介紹。

1.1 交換機(jī)和線路故障

在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的日常巡檢中，通過(guò)無(wú)線控制器發(fā)現(xiàn)共有38個(gè)AP離線。現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)AP指示燈不亮，查明原因?yàn)樵O(shè)備線路故障，另外，核心交換機(jī)無(wú)線用戶DHCP地址池配置問(wèn)題也是影響無(wú)線用戶上網(wǎng)體驗(yàn)的因素之一。

通過(guò)表1可以看出，學(xué)院無(wú)線用戶IP地址池共有7個(gè)，每個(gè)地址池的利用率都超過(guò)80%，過(guò)期地址占總地址數(shù)的80%，過(guò)期地址不能及時(shí)釋放，會(huì)造成地址資源的浪費(fèi)。

表1 無(wú)線用戶地址池使用情況

1.2 AP性能

針對(duì)現(xiàn)階段無(wú)線建設(shè)情況，先后組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)試超過(guò)10余次，其中全院性壓力測(cè)試3次；不同型號(hào)的AP在局部點(diǎn)位測(cè)試至少8次，通過(guò)多次測(cè)試得知目前教室所安裝的部分型號(hào)AP無(wú)法滿足日常教學(xué)需求。表2和表3分別為2020年下學(xué)期在第二實(shí)訓(xùn)樓420教室無(wú)線測(cè)試結(jié)果和2021年上學(xué)期在第二實(shí)訓(xùn)樓416教室的無(wú)線測(cè)試結(jié)果。

表2 第二實(shí)訓(xùn)樓420教室無(wú)線測(cè)試結(jié)果

表3 第二實(shí)訓(xùn)樓416教室無(wú)線測(cè)試結(jié)果

從表2和表3中可以看出，AP型號(hào)1700和1800可承載人數(shù)不滿足實(shí)際需求，型號(hào)3700基本滿足實(shí)際用戶需求，1700和1800組合使用，可滿足實(shí)際需求，一個(gè)5230可以滿足實(shí)際需求。通過(guò)對(duì)不同型號(hào)的AP進(jìn)行測(cè)試，為無(wú)線優(yōu)化時(shí)AP選型提供依據(jù)。

1.3 無(wú)線設(shè)備參數(shù)設(shè)置

根據(jù)陳保國(guó)學(xué)者的研究，如果只考慮現(xiàn)有AP數(shù)量和學(xué)院無(wú)線網(wǎng)絡(luò)每日上線人數(shù)，現(xiàn)有AP數(shù)量足已滿足師生日常上網(wǎng)需求。但實(shí)際情況下，除了受AP性能的影響，還受設(shè)備參數(shù)等影響，需要根據(jù)無(wú)線覆蓋的一般原則，對(duì)無(wú)線AP的設(shè)備功率、信道、漫游靈敏度等參數(shù)進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整。現(xiàn)階段，學(xué)院無(wú)線AP的發(fā)射功率都是自動(dòng)設(shè)置的，默認(rèn)為Auto，沒(méi)有根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，接入點(diǎn)信道也默認(rèn)為Auto，沒(méi)有根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置。另外，如果無(wú)線AP漫游差，會(huì)出現(xiàn)終端在走動(dòng)時(shí)掉線、PING延遲大、不自動(dòng)切換到近距離信號(hào)好的AP上，因此需要對(duì)無(wú)線漫游進(jìn)行優(yōu)化。

1.4 無(wú)線流量管控問(wèn)題

雖然目前已經(jīng)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)用戶做了用戶認(rèn)證，只有通過(guò)認(rèn)證的用戶才可以訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)，但并沒(méi)有對(duì)無(wú)線IP網(wǎng)段進(jìn)行限速，更沒(méi)有針對(duì)個(gè)別用戶進(jìn)行限速。若不進(jìn)行流量控制，會(huì)造成一部分人占用大量帶寬，另一部分人上網(wǎng)體驗(yàn)不好，因此對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量有一定影響。如圖1所示，為某工作日內(nèi)網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備流量的使用情況。從圖1中可以看出，學(xué)院出口帶寬為4G，總流速已逼近4 000M。

圖1 學(xué)院出口流量分布

2 校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

經(jīng)調(diào)查論證，根據(jù)本文提到的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)存在的問(wèn)題以及多次無(wú)線測(cè)試結(jié)果，學(xué)院將對(duì)現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 交換機(jī)線路及配置

針對(duì)1.1節(jié)中提到的設(shè)備線路故障，上聯(lián)POE交換機(jī)端口的網(wǎng)線水晶頭松動(dòng)，更換水晶頭，重新制作網(wǎng)絡(luò)接頭后，交換機(jī)端口亮燈，線路恢復(fù)正常，AP重新上線；個(gè)別AP死機(jī)的情況，將AP重啟后恢復(fù)正常；另外，核心交換機(jī)上無(wú)線用戶地址池過(guò)期地址太多，無(wú)法及時(shí)釋放的問(wèn)題，將地址池的租期從兩個(gè)小時(shí)調(diào)整為一節(jié)課的時(shí)間，即90分鐘。每堂課結(jié)束后及時(shí)回收地址。

2.2 AP型號(hào)更換

針對(duì)AP性能問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中用戶對(duì)于無(wú)線的需求來(lái)設(shè)計(jì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，定制無(wú)線AP的型號(hào)。將學(xué)院小教室的AP更換為WiFi 6產(chǎn)品，在第四教學(xué)樓的教室和辦公室、中央廣場(chǎng)等室外區(qū)域新增WiFi6產(chǎn)品。WiFi6與WiFi5、WiFi4相比，具有更大的數(shù)據(jù)傳輸速率，更高的調(diào)制方式，更大的頻帶。WIFI6更貼合于現(xiàn)階段多WI-FI終端，多應(yīng)用普及的場(chǎng)景。能夠從WI-FI網(wǎng)絡(luò)中識(shí)別出關(guān)鍵業(yè)務(wù)，對(duì)空口資源進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化。更換下來(lái)的低型號(hào)AP可以補(bǔ)充在部分教室和建筑物走廊等無(wú)線信號(hào)較弱的區(qū)域。另外，教學(xué)區(qū)域現(xiàn)有AP都采用壁掛安裝，師生上課使用效果不理想。新增教學(xué)區(qū)域的AP采用吸頂式AP，確保天線主波束正對(duì)目標(biāo)覆蓋區(qū)域，保證良好的覆蓋效果。

2.3 AP參數(shù)調(diào)優(yōu)

為了優(yōu)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，還需要從以下幾方面調(diào)整參數(shù)：

（1）發(fā)射功率：AP的發(fā)射功率并不是越大越好，功率減小時(shí)，信號(hào)覆蓋范圍會(huì)隨之減小，但遠(yuǎn)距離終端上網(wǎng)體驗(yàn)會(huì)變差；功率增大時(shí)，信號(hào)覆蓋范圍會(huì)增大，但是AP之間容易造成干擾，因此，需要根據(jù)不同的地理位置調(diào)整AP發(fā)射功率。學(xué)院現(xiàn)有大多數(shù)AP的發(fā)射功率都設(shè)置為Auto，沒(méi)有根據(jù)不同樓棟的地理位置不同進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置。針對(duì)辦公區(qū)域樓層房間分布密集場(chǎng)所，將AP功率調(diào)整為15dBm～17dBm；針對(duì)第一教學(xué)樓，第二教學(xué)樓等教室內(nèi)AP功率調(diào)整為18dBm～20dBm；針對(duì)廣場(chǎng)、草坪等室外區(qū)域，適當(dāng)調(diào)高AP功率，保障信號(hào)強(qiáng)度。

（2）信道調(diào)優(yōu)：國(guó)家開(kāi)放了1-13信道，根據(jù)802.11b/g工作頻譜，信道1和信道2、3、4、5都有交疊的地方，如果兩臺(tái)無(wú)線AP同時(shí)工作，且信道位于1～5之間，分別為1和2，或者1和3等，那么這兩臺(tái)AP發(fā)送出來(lái)的信號(hào)就會(huì)互相干擾。現(xiàn)有所有AP的信道都設(shè)置為Auto，通過(guò)實(shí)地勘測(cè)，部分AP之間存在嚴(yán)重的信號(hào)干擾，現(xiàn)對(duì)AP信道采用“自動(dòng)+手動(dòng)”調(diào)整的方式，對(duì)于干擾嚴(yán)重的AP盡量調(diào)整信道，使用無(wú)頻率交叉的1，6，11信道進(jìn)行蜂窩式覆蓋。

（3）漫游靈敏度：通過(guò)對(duì)無(wú)線接入點(diǎn)的射頻參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，配置限制低速率終端接入功能，該功能可以促進(jìn)終端連接到比較近的信號(hào)較強(qiáng)的AP上，2.4G建議設(shè)置成5.5M或者2M，5.8G通常不建議開(kāi)啟。當(dāng)用戶終端速率低于2M時(shí)，漫游到附近信號(hào)較強(qiáng)的AP上；配置限制beacon幀發(fā)送速率，可以讓AP的廣播幀以更快的速率發(fā)出去節(jié)省空口帶寬資源，也就能更快的處理自身的廣播報(bào)文，及時(shí)處理漫游過(guò)來(lái)的終端信息，一定程度上也能優(yōu)化漫游；2.4G通常設(shè)置成5.5M，5.8G建議設(shè)置成9M。

根據(jù)學(xué)院實(shí)際部署環(huán)境，選取固定點(diǎn)位，通過(guò)調(diào)整教室、密集型辦公室、走廊上的AP參數(shù)，對(duì)AP性能進(jìn)行優(yōu)化。點(diǎn)位位置：第二實(shí)訓(xùn)樓4樓走廊。4樓南北方向走廊距離50米左右，共安裝3個(gè)AP，選取其中一個(gè)AP進(jìn)行測(cè)試，MAC地址為70:3a:73:04:c0:67，參數(shù)調(diào)優(yōu)前通過(guò)WiFi魔盒現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，刷視頻略有卡頓。

AP參數(shù)優(yōu)化前的發(fā)射功率為最大，沒(méi)有限制終端速率和beacon幀發(fā)射速率，該AP的觀測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。注意：漫游時(shí)間為行走過(guò)程中，終端第一次連接到附近AP并發(fā)生漫游的時(shí)間。

從表4可以看出，AP參數(shù)優(yōu)化前，行走過(guò)程中刷視頻略有卡頓，參數(shù)優(yōu)化后，漫游時(shí)間縮短，刷視頻不卡頓。因此需要對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有問(wèn)題的點(diǎn)位進(jìn)行針對(duì)性參數(shù)優(yōu)化。

表4 參數(shù)優(yōu)化后測(cè)試數(shù)據(jù)

（4）AP私設(shè)問(wèn)題：學(xué)院辦公區(qū)域存在大量私設(shè)AP，對(duì)于有限的空口資源來(lái)說(shuō)，這些私設(shè)AP不僅會(huì)對(duì)合法AP和無(wú)線用戶造成信號(hào)干擾，還會(huì)擴(kuò)大原有網(wǎng)絡(luò)邊界，增大了內(nèi)網(wǎng)用戶遭受攻擊的可能性，因此，在后續(xù)對(duì)學(xué)院無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化中，將對(duì)大量私設(shè)AP進(jìn)行逐步整改替換，進(jìn)一步優(yōu)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。除此之外，針對(duì)用戶頻繁彈出認(rèn)證頁(yè)面的問(wèn)題，在無(wú)線控制器上進(jìn)行免認(rèn)證設(shè)置。

2.4 流量管控

由于流量沒(méi)有合理限速，導(dǎo)致上網(wǎng)高峰時(shí)段總流量逼近學(xué)校出口帶寬。結(jié)合流量排行前面的應(yīng)用，現(xiàn)針對(duì)單用戶Web流媒體等應(yīng)用在上班時(shí)間進(jìn)行合理限速，下表為針對(duì)某無(wú)線用戶，IP地址為10.10.58.179的騰訊視頻多次測(cè)試的結(jié)果。

表5 單用戶限速測(cè)試結(jié)果

因此，針對(duì)無(wú)限用戶進(jìn)行單用戶限速，將單用戶的騰訊視頻應(yīng)用限速為上行20Mbps，下行20Mbps，既能滿足用戶上網(wǎng)需求，又不會(huì)占用太大帶寬。使用此方法，對(duì)流量排行前面的應(yīng)用逐個(gè)進(jìn)行適當(dāng)限速，以此提高整體用戶的上網(wǎng)體驗(yàn)。

3 構(gòu)建優(yōu)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方法模型

根據(jù)前人總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合日常網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作遇到的實(shí)際情況，參照ISO提出的七層網(wǎng)絡(luò)概念模型，現(xiàn)總結(jié)出學(xué)院無(wú)線網(wǎng)絡(luò)排查問(wèn)題的步驟，并構(gòu)建出優(yōu)化校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方法模型。

3.1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題排查步驟

（1）故障定位：包括定位無(wú)線網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)，查看網(wǎng)絡(luò)故障現(xiàn)象、網(wǎng)絡(luò)故障終端設(shè)備類型等。

（2）故障排查：包括排查用戶賬號(hào)問(wèn)題、用戶終端自身設(shè)備問(wèn)題、無(wú)線AP的問(wèn)題、線路問(wèn)題、無(wú)線地址池優(yōu)化問(wèn)題、無(wú)線AC設(shè)備問(wèn)題等。

（3）故障解決：通過(guò)全方位排查無(wú)線故障，使得用戶正常使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

3.2 優(yōu)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方法模型

（1）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估：根據(jù)學(xué)院辦公區(qū)域、教學(xué)區(qū)域、室外廣場(chǎng)等不同區(qū)域?qū)o(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行性能評(píng)估，如果滿足要求，則不進(jìn)行整改，如果不能滿足要求，則進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

（2）分析問(wèn)題，多方面優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)：先排除無(wú)線用戶的內(nèi)在問(wèn)題，包括用戶的終端類型以及終端性能、操作方法等。再定位用戶所在位置，查看AP狀態(tài)，交換機(jī)端口狀態(tài)，判斷線路是否故障、是否要進(jìn)行設(shè)備參數(shù)的調(diào)優(yōu)等。

（3）優(yōu)化后測(cè)試：排除無(wú)線故障，對(duì)優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，查看是否滿足用戶需求。如果滿足，則進(jìn)行下一步，如果不滿足，則再次進(jìn)行優(yōu)化。

（4）問(wèn)題歸納整理：收集網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過(guò)程中的優(yōu)化參數(shù)及方法等，對(duì)優(yōu)化后的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行歸納整理。

圖2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的方法模型

4 結(jié)語(yǔ)

本文首先對(duì)學(xué)院的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行概述，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析探討，通過(guò)排除交換機(jī)線路故障、更新地址池租期、進(jìn)行流量管控、提升AP性能以及調(diào)優(yōu)設(shè)備發(fā)射功率等策略來(lái)對(duì)學(xué)院無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。最后，構(gòu)建了優(yōu)化學(xué)院無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方法模型，該方法模型對(duì)后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作具有一定的參考價(jià)值。