基于无线Mesh技术的校内开放区域组网研究

刘 友 武

(三明学院现代教育技术中心， 福建 三明 365004)



基于无线Mesh技术的校内开放区域组网研究

刘 友 武

(三明学院现代教育技术中心， 福建 三明 365004)

根据三明学院校园网络信息化建设的要求，研究校内开放区域组网问题，利用无线Mesh技术构建高效的校园开放区域无线网络。

无线Mesh；开放区域；校园；信息化；共享

三明学院历来重视校园网建设，每年设立教育信息化建设专项资金，并积极与通信运营商合作共建“智慧校园”项目。2010年以来，通信运营商在校园内部署了无线WiFi网络，为学校教学、管理、科研及后勤等服务提供了良好的网络支持，大大提高了学校信息化水平。但是在学校公共活动区域及大型会议厅、报告厅、体育馆尚无法提供有效的无线网络服务。在智能终端应用不断普及的同时，从教学到校内管理等方面都对校园信息化建设提出了更高的要求[1-2]。根据学院信息化建设规划，将进一步提高网络网速服务水平，实现全方位无线网络覆盖。

校园开放区域是指校园内师生共有和共享的活动区域。通过相关软件测出校园内的AP总数量为 1 298。其中，教学区域AP数量占总数的14.4%；办公区域AP数量占总数的4.9%；宿舍区域AP数量占总数的74.3%；公共区域(即校园开放区域)AP数量占总数的6.4%。校园开放区域实际无线网络覆盖不足10%。

在此针对校内开放区域无线网络建设问题，介绍无线Mesh技术构建高效无线网络的过程。校园无线网络建设的推进，将进一步促进和提升校园信息化水平。

1 无线Mesh技术概述

1.1 无线Mesh技术的定义

无线Mesh网络(Wirelee Mesh Network)即WMN，是一种新型的宽带无线网络，也是一种高容量、高速率的分布式网络，它与传统的无线网络有较大的差别[3]。无线Mesh网络的优势主要在于其大容量、高速率、宽覆盖和可快速部署等，它不仅可以实现多种异构网络的相互融合，而且还能为多媒体使用者提供灵活的移动宽带无线接入服务。

1.2 无线mesh技术的优势

基于IEEE802.11技术构建的无线Mesh网可与802.11标准兼容，这种兼容不仅体现在物理层和链路层，而且还有所拓展。与传统的WLAN相比，无线Mesh网络具有以下优势：

(1) 部署便捷。与传统WLAN部署的AP不同，该技术不需要每个Mesh节点都连接有线电缆，因此，极大地降低了安装成本，缩短了安装时间。同时，用户更容易通过增加新的节点来扩大覆盖面积和网络容量。

(2) 组网灵活。根据无线Mesh网络本身的组网特点，只要将WR等少量无线设备安装在需要的地点，便可以轻松接入宽带。无线Mesh网络的路由特性也有效地提高了网络的扩展性和可行性，并且更加便于后期维护。

(3) 可靠性强。无线网络的稳定性可以通过多个路由来实现。当一个路由出现故障时，数据可以通过另一个路由备用路径被转发，因此，无线网络的可靠性并不受某一个节点的性能影响。在单跳网络中，如果某一节点出现故障，相关数据就无法进行传输。而在Mesh网络中，每个节点之间有多条路径，即使相邻节点出现问题，数据包也可以自动通过备用路径继续进行传输，避免网络瘫痪。

(4) 带宽更加宽松。随着无线传输距离的延长，干扰因素也随之增多，从而导致数据丢失的几率也增大。通常情况下，通信传输的距离和带宽成反比。因此，通过多个短跳传输数据可以获得更宽松的网络带宽，这也是无线Mesh网络的重要优势。

1.3 无线Mesh网络结构

无线Mesh网络结构通常包括无线骨干型、客户端型及混合型 。

(1) 无线骨干型Mesh网络结构。无线骨干型Mesh网络结构由多个Mesh路由器组成，通过Mesh路由器的网关功能与互联网相关连，其他客户端可以通过Mesh路由器网关或中继接入WMN(见图1)。

图1 无线骨干型Mesh网络结构

(2) 客户端型Mesh网络结构。客户端型Mesh网络结构是由Mesh用户端组成，在用户端之间共享无线服务(见图2)。这种网络结构具有路由和配置功能。

图2 客户端型Mesh网络结构

(3) 混合型Mesh网络结构。混合型Mesh网络结构是骨干型Mesh网络和客户端Mesh网络的组合，同时具有两种网络的特性。混合型Mesh网络组网方式灵活多变，可以融合WIMAX、蜂窝网及传感器等网络。混合型Mesh网络的功能最强，但对客户端的要求也最高。

图3 混合型Mesh网络结构

2 无线网络规划与结构设计

2.1 规划目标

在充分考虑网络前沿性、可靠性和可扩展性的情况下，实现校园开放区域无线网络建设规划。规划目标是：(1) 实现校园开放区域空间的无线覆盖；(2) 保证开放区域内网络设备的稳定性及高可用率；(3) 实现无线网络间的无线互联；(4) 实现区域内无线网络的安全接入；(5) 实现区域内无线网络的管理。

2.2 规划的原则

(1) 稳定性。校园开放区域人员多，实时数据量大，无线网络的稳定性将直接影响用户的上网体验以及用户教学与科研的正常进行。整个无线网络的设计应充分考虑到用户的实际需要及网络本身的稳定性。

(2) 兼容性。在WMN中，INTERNET回程接入得到了有效支持。基于IEEE802.11技术构建的WMN本身就必须与IEEE802.11标准兼容，它的客户端同时具有Mesh能力和WiFi的特性。同时，无线Mesh网络也可以同其他无线技术进行交互，包括WIMAX、ZigBee和移动蜂窝系统等。

(3) 可控性。网络管理已经成为校园网络建设过程中必须考虑的重要因素，并越来越受到管理层的重视。规划中应当考虑到接入用户量庞大这一因素，把握可控性，以免带来重大损失。

(4) 适应性。针对校园开放区域的共享性和开放性特点，在组网方式的选择上，也应当因地适宜，不同区域所选位置和环境各不相同。例如，在体育运动区应当采用网状网连接方式进行组网，以保证网络的覆盖率和稳定性，而在生活休闲区域及教学周边区域则采用多小区无线组网方式。

3 无线网络结构设计

校园开放区域的设备分为接入层、汇聚层和核心层。接入层设备主要实现区域覆盖的功能，最少需配置2个接口。其中，一个接口用于实现接入功能，另一个接口用于实现回程功能且与汇聚层的路由器相连接。汇聚层设备实现接入和汇聚的功能，将接入层数据传输至核心层，其接口都用于回程并与此层设备进行无线连接。核心层将作为系统网关与外网进行连接。

IEEE802.11S标准目前使用较为广泛，在校园开放区域选用的是基于IEEE802.11S标准的WMN。在此，根据IEEE802.11S定义的Mesh组网拓扑图(见图4)，给出校园开放区域的Mesh组网方案。

图4 IEEE802.11S定义的Mesh组网拓扑图

根据IEEE802.11S标准，所有支持Mesh功能的设备统称Mesh点(mesh point，MP)，Mesh接入点(mesh access point ，MAP)是一种特殊的MP。在IEEE802.11S协议中，MAP作为一个接入点并配合MPP(mesh portal point，MPP)使用。而MPP作为一种特殊的MP，在各个MPP之间通过多个基于IEEE802.11的Mesh网络进行互联。通过常规的IEEE802.11S协议流程，在一个设备和一个MAP间建立关联，完成扫描、发现相邻节点、MP认证和信息协商之后，将MAP与其相邻节点关联起来。无线分布系统(wireless distribution system，WDS)就是一组典型的MP和mesh链路。

4 结 语

在智能终端应用不断普及的同时，从教学到校内管理等方面都对校园信息化建设提出了更高的要求。无线Mesh网络是一种新型的宽带无线网络结构，用于部署高容量、高速率的分布式网络，与传统的无线网络有较大区别[3]。无线Mesh网络的优势主要在于其大容量、高速率、宽覆盖和可快速部署等特点，它不仅可以实现多种异构网络的相互融合，而且还能为多媒体使用者提供灵活的移动宽带无线接入服务。通过本次研究，提出了基于Mesh技术的校园无线网络规划目标及原则，并给出了基础设计架构。

[1] 中华人民共和国教育部办公厅. 关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见[A].2015.

[2] 徐涛. 基于无线Mesh技术校园无线网的设计与实现[D].沈阳:沈阳建筑大学,2012:10.

[3] 柴远波,郑晶,李伟,等.无线Mesh网络应用技术[M].北京：电子工业出版社,2015:9.

[4] ZHANG Y，LUO J,HU H L. 无线网状网：架构、协议与标准[M].郭达,张勇,彭晓川,译.北京：电子工业出版社,2008: 7-11.

[5] 薛传东.高校无线网在建设中存在的问题探讨[J]. 电子技术与软件工程，2014(22):12-14.

Research on Wireless Mesh Network Technology for Campus Open Areas

LIUYouwu

(Modern Educational and Technological Center, College of Sanming, Sanming Fujian 365004, China)

According to the requirement of campus network information construction in Sanming University, this paper focuses on the establishment of efficient wireless Internet access in open areas based on the advanced wireless mesh technology.

Mesh; open region; campus; information; sharing

2016-10-09

福建省青年教师科研资助项目(高校教育信息化专项)“基于WiFi无线网络技术的高校信息化环境研究”(JAT160476)；三明学院科研基金资助项目“多运营商环境下无线WiFi网络分析及统一接入研究 —— 以三明学院为例”(B201312/Q)

刘友武(1983 — )，男，福建三明人，硕士，实验师，研究方向为网络与高校信息化。

TP319

A

1673-1980(2017)02-0099-03