基于WMN技术的校园无线网络建设——以滁州职业技术学院为例

戴 月，魏光杏

（滁州职业技术学院，安徽 滁州 239000）

基于WMN技术的校园无线网络建设
——以滁州职业技术学院为例

戴 月，魏光杏

（滁州职业技术学院，安徽 滁州 239000）

从满足校园对无线网络的建设需求出发，介绍了无线Mesh网络概念，分析了无线Mesh网络在校园的应用。通过与其他网络的比较总结其优点，并结合校园的环境，提出了校园无线网络建设目标和方案设计原则，给出了校园无线网络结构设计方法。

WMN；校园网；无线网络

一、无线网状网的概念

无线网状网络 （无线Mesh网络，或WMN/wireless mesh network）脱胎于海湾战争时期美国的军事领域，也称为“多跳（multi-hop）”网络，是一种与传统的无线网络完全不同的网络。在传统的无线局域网(WLAN)中，每个客户端均通过一条与AP（固定的接入点）相连的无线链路来访问网络，用户如果要进行相互通信的话，必须首先访问一个AP，这种网络结构被称为单跳网络。这样的话，即使两个的节点实际上就是互相挨着，它们也必须通过AP才能进行通信。而在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。“Mesh”这个词原来的意思就是指所有的节点都互相连接，当然实际上绝大多数Mesh网络只是通过部分节点相互连接。

二、无线网状网在校园的应用

2004年底，澳大利亚Edith Cowan大学与北电合作部署了澳大利亚境内的第一个无线网状网。网络运行的实际情况表明无线网状网具有良好的无缝移动性和安全性，以及广泛的覆盖。Edith Cowan大学的学生们通过笔记本电脑，就可以在校园内的任何地点随时随地登录互联网，同教师和同学保持通信，提交作业，进行VoIP语音讨论。此外，阿肯瑟(Arkansas)大学、韩国Seo Won大学，以及台湾大学等世界一流大学都部署了无线网状网。

很多国内高校为顺应教育信息化的发展趋势，也用无线网状网建设自己的无线校园。2005年9月，广东暨南大学在其位于广州的主校园部署中国首个校园无线网状网。该网络为校园创建一个“热区”，提供安全、无缝覆盖整个校园的互联网和校园网的宽带无线接入。中央民族大学在2006年提出了“无线网状网校园计划”，目的是对整个校区进行无线覆盖，实现校区内随时随地的网络互联。室内全无线覆盖项目作为此项计划的一期工程，首先实现了对文科大楼的无线覆盖。经过使用，无论是速度和安全性方面都能完全满足文科楼的教学科研需要。速度方面，在文科楼各位置的TCP测试速率最低都能达到10Mbps。此外，厦门大学、中国海洋大学等都部署了无线网状网。

三、无线网状网与其他网络的比较

无线网状网与其他无线网络的相比较，各有自己的特点和适用场合[1]。

（一）与3G网络比较

3G网络，是指使用支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术的第三代移动通信技术的线路和设备铺设而成的通信网络。3G网络将无线通信与国际互联网等多媒体通信手段相结合，是新一代移动通信系统。与3G网络比较，WMN具有移动、宽带的特性，与3G提供的业务有些相近，而WMN先于3G进行市场，同时它具有很强的兼容性，可以解决3G未端接入的问题。在“移动走向IP”和“IP走向移动”是通信发展的趋势下，将来与WMN的结合存在很大的可能性。

（二）与 W LAN（W i-Fi）比较

WLAN即无线局域网，是应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。它的主流标准是IEEE802.11x系列标准，也可以称为Wi-Fi技术。此标准主要包括 IEEE802.11b、IEEE802.11a和 IEEE802.11g。Wi-Fi的价格便宜，经过几年的发展，已经比较成熟。主要应用场合是人群聚集的地点或楼宇内发展，像咖啡店、酒店、机场候机大厅、写字楼等地为用户接入互联网的服务。

WMN对于传统的单跳Wi-Fi，在组网方式，传输距离以及移动性上都有很大的进步，具有三点明显的优势：强壮性、高带宽和高利用率。WMN将有比Wi-Fi更为广泛的应用范围，更重要的是WMN兼容Wi-Fi的特性，扩展Wi-Fi应用上提供很大帮助。同时，Wi-Fi终端目的普及应用又会为WMN的迅速推广带来好处。Wi-Fi和WMN之间可以相互补充、相互融合。

（三）与W iMAX比较

WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access),即全球微波互联接入。WiMAX也叫802.16无线城域网。WiMAX是一项宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km。WiMAX还具有QoS保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。

WMN与WiMAX并不是相互对立的技术。WMN不但可以与Wi-Fi技术相结合形成Wi-Fi MESH,也是可以与WiMAX相互补充，共同组成WMAN的。在基于802.16e标准的移动WiMAX成熟之后，可以用WiMAX替代Wi-Fi进行无线覆盖，使WMN组网的方式就更加灵活了。同时，在WiMAX系统中使用了WMN技术，也可以在网络建设初期降低WiMAX网络建设成本，推动WiMAX用户的普及。所以这两种技术会共存互利，互补大于竞争。

（四）与MANET相比较

MANET为Mobile Ad hoc network的简称，Ad hoc网络是一种自组织网络，分为固定节点和移动节点两种。MANET特指节点具有移动性的Ad hoc网络。比如有N个笔记本电脑通过802.11的Ad hoc模式自己组网形成一个网络，如果笔记本的使用者不移动的话，网络的拓扑就不会改变，路由等也就是固定的。但是如果每个出租车上都配置一个无线网卡，全部出租车组成一个网络，则拓扑是不断变化的，路由等也变得复杂。

WMN与MANET均是点对点的无中心基站的无线分布式网络。WMN在把MANET技术应用到移动节点的同时又使移动节点可通过网关节点连接到其他网络。从一定程度上可以将WMN看成MANET的一种特例，但是正由于这种特例，也使得它们的网络特征不同，应用定位不同。

三、无线网状网的优点

无线网状网络继承了MANET自组织的优点，并且还具有高带宽、低成本、可靠、可扩展等优势。因为无线网状路由器属于固定设备，部署后不轻易移动，所以其成本相对支持移动MANET的网卡低廉，无线传输的带宽和距离成反比，因此增加低成本的无线网状路由器可以有效增加传输带宽。其次，由于无线网状路由器之间是网状的连接，因此一条链路的失效并不影响传输，这样的网络具有高度的可靠性。再次，由于无线网状网继承了移动自组织网络的自管理特点，扩充的无线路由器能够进行自配置，因此具有高度的可扩展性。最后，无线网状网络满足了任何民用设施都不可缺少的Internet接入需求，比起MANET更为实用。

四、无线网状网的结构

WMN由客户节点、Mesh路由器节点和网关节点组成。通常Mesh客户节点可以是笔记本电脑、PDA、Wi-Fi手机、RFID阅读器和无线传感器或控制器等；Mesh路由器可以是普通的PC，也可以是专门的嵌入式系统，如ARM(Advanced Risc Machines)等。若按WMN的结构层次，网络可分为平面结构、多级结构和混合结构[2]。

（一）平面网络结构

平面网络结构中所有的节点为对等结构，具有完全一致的特性，即每个节点均包含相同的MAC、路由、管理和安全等协议，既具有客户端节点的功能，也具有能够转发业务的路由器节点的功能。这是一种任意网状的拓扑结构，节点可以任意移动，网络拓扑结构会动态变化。本质上是一种Ad hoc网络结构模式，它可以在没有或不便利用现有网络基础设施的情况下提供一种通讯支撑环境。这种结构适用于节点数目较少且不需要接入到核心网络的应用场合。

（二）多级网络结构

多级网络结构分为上层和下层两个部分。在这种结构中，终端节点可以是普通的VoIP手机、笔记本电脑和无线PDA等。这些终端节点设备通过Mesh路由器接入到上层Mesh结构的网络中，实现网络节点的互联互通。这样的结构降低了系统建设成本，也提高了网络覆盖率和可靠性。

（三）混合网络结构

混合网络结构为以上两种结构的混合。在这种结构中，终端节点增加了具有转发和路由功能的Mesh设备，设备之间可以以Ad hoc方式互联，直接通信。一般来说，终端节点设备需要同时能够支持接入上层网络Mesh路由器和本层网络对等节点的功能。

混合结构WMN如图1所示，Mesh客户端可以通过Mesh路由器接入骨干Mesh网络。这种结构提供了与其他网络的互连功能，如因特网、WLAN、WiMAX、蜂窝和传感器网络。同时，客户端的路由能力增强了网络的连通性，扩大了覆盖范围。这时的终端节点已不是现有的仅支持单一无线接入技术的设备，而是增加了具有转发和路由功能的Mesh设备，设备间可以直接通信。通常要求终端节点设备具备同时支持接入上层网络Mesh路由器和本层网络对等节点的功能[3]。

图1 混合结构WMN

五、滁州职业技术学院无线网建设目标和方案设计原则

滁州职业技术学院无线网的建设目标为：

（一）实现校区内主要教学、试验和办公场所室内的无线覆盖；

（二）实现室外所有活动区域的无线信号覆盖；

（三）实现无线网状网设备间无线互联；

（四）实现无线网络与现有有线网络之间的无缝联接；

（五）实现无线终端安全接入；

（六）实现无线网络设备集中管理。

方案设计原则遵循可靠性、兼容性、可扩展性、可管理性、可维护性和安全性等要求。

六、滁州职业技术学院无线网络的配置和部署[4]

为了使WMN具备良好的可扩展性、容错性、自调节能力，大的覆盖范围和网络容量，需要对网络配置和部署进行研究。

首先，需要对移动性较弱，组成骨干网的Mesh路由器的部署位置进行规划，一方面在保证不出现无线信号覆盖盲区的前提下，需要的Mesh路由器需要量尽可能地低以降低成本；另一方面，在热点区域，提供多条路径以增加用户接入数。可以结合多入多出(MIMO)和方向性天线技术等来进一步提高网络传输能力。

Mesh路由器能提供各种异构网络的接入服务，因此，如何分配Mesh路由器的多个无线接口以保证各个网络之间的连通性，是WMN应该解决的问题。此外，在WMN中，采用多信道的方法可以用来增加网络的吞吐量，但在无线多跳的环境下，多信道的通信方式也面临更多的亟待解决的问题。

七、滁州职业技术学院网络拓扑

滁州职业技术学院网络拓扑拟采用厦门大学海韵校区无线Mesh组网的拓扑结构：

（一）采用Azalea金梭MSR2000无线路由器。

（二）Backhaul采用5.8G频段，天线采用定向天线，避免相互之间的干扰。

（三）Access采用2.4G频段，为了减小各个站点之间的相互干扰，所有站点均采用定向扇区天线覆盖。

该方案采用了两个有线接入点接入校园有线网络，其他各点通过无线链路网状互联，充分考虑了网络的可靠性、冗余能力、自愈能力，方案设计具有前瞻性，能够满足将来网络向更高性能扩展的能力，在保证系统的稳定性和带宽的基础上实现了无线链路冗余。

通过搭建的无线网络，能够为学院的师生提供无线上网、无线视频监控、无线网络教学、Wi-Fi语音等多种业务。师生可以随时随地通过笔记本电脑、PDA等各种无线终端连入校园网及互联网，更为方便、高效地共享信息资源。不仅教学手段和课余生活能得到极大的丰富，而且教学、科研和管理的水平也能得到相当的提高。

[1]苏杰.无线宽带的未来——无线网状网[J].中国新通信(技术版),2007,(10)：61-65.

[2]张倩.一种基于WMN的天空地一体化网络[J].科技信息,2010,(10)：256-257.

[3]田辉.IP化基站无线Mesh组网构架[J].中兴通讯技术.2008,(2).http：//wenku.baidu.com/view/54294f00bed5b9f3f90f1c36.html

[4]刘志敏.无线网状网组网技术及实验研究[J].中兴通讯技 术 ,2008，（2）.http：//www.zte.com.cn/cndata/magazine/zte_communications/2008/2/magazine/200804/t20080414_150759.htm l

TP316.8 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A

1671-5993（2011）04-0056-04

2011-10-12

戴 月(1974-)，男，汉族，安徽滁州人，硕士，滁州职业技术学院信息工程系讲师，研究方向为计算机应用。