虚拟蜂窝技术提升博物馆参观体验的应用研究

顾　波

（上海中国航海博物馆，上海　201306）

虚拟蜂窝技术提升博物馆参观体验的应用研究

顾波

（上海中国航海博物馆，上海201306）

随着智能终端的普及和移动应用的增长，特别是各种随需而变的网络服务也日益丰富，对无线局域网（Wireless Local Area Networks，WLAN）的网络质量提出了更高的要求。文章把虚拟蜂窝技术应用于博物馆导览，弥补了无线网络APP支持客户端数量少、同频干扰、漫游中断及定位不准确的不足，并通过博物馆APP使参观者享受到高品质的参观体验。

虚拟蜂窝；同频干扰；移动终端；博物馆导览

当今社会已经进入无线网络时代，博物馆的数字化建设也在这个时代得到了发展的机遇。博物馆作为向公众提供知识和教育的文化传播机构，每天要接待大量参观者。为了满足不同层次的观众对历史文化的需求，智能终端和移动应用起到了很大作用。其不仅促进了博物馆工作的提升和改变，也使得博物馆行业的整体面貌得到改变，行业的服务水平也得到了提升。但随着智能终端的普及和移动应用的增长，特别是各种随需而变的网络服务的日益丰富，对WLAN的网络质量提出了更高的要求。本文以上海中国航海博物馆为例，阐述了使用梅鲁公司的虚拟蜂窝WLAN架构，不但可以实现高密度覆盖、高吞吐率、高稳定性、无缝漫游，很好地解决了同频干扰问题，还使得博物馆应用程序（Application，APP）给予了参观者高品质的参观体验。

1　传统微蜂窝网络与虚拟蜂窝网络的分析

1.1高密集度

随着应用需求不断升级，以微蜂窝架构为基础的第三代WLAN架构在容量、覆盖、部署、漫游、网络接入速度等多方面存在不足，例如同频干扰、高密度终端容量受限、部署成本高且管理复杂、不能无缝漫游、由客户端自己选择接入点（Access Point，AP）导致稳定性差、在多设备状态下网络接入速率低、不能保证每个用户的公平传输等。

传统微蜂窝架构虽然具有自动射频管理的功能，但实际上干扰依旧存在，无法避免，尤其是在高密度环境下。对于客户端密集度高的场所，需要很高的RF覆盖密度。一般厂商的AP最高支持30多个客户端，超过30个客户端往上，整体性能急剧降低，而梅鲁网络公司的单射频AP最大可以支持128个用户，高密度环境下依然能够保证稳定的带宽。

1.2同频组网架构

传统WLAN为了抑制来自同一信道的干扰，尽量降低输出功率。因此蜂窝的范围小，需要更多的AP、电缆以及POE设备；必须反复进行现场勘察；在追加、移动或变更AP时，需要作信道的再设定；在实际工作环境中，需要大量的人工设定与调试。

梅鲁公司使用的虚拟化蜂窝网络技术，最大的特点是将相邻的两个AP设置在同一信道，将所有AP设备绑定成一个大的AP，不仅回避同频干扰，还让每个信道的使用效率都得到大大提高，如图1所示。而当网络需要扩容时，只需要分层，通过增加频点就可不断扩大容量；由AC控制器主导AP和客户端的交涉，总是可以提供最高的数据传输速度；追加、移动或变更AP时无需再作信道规划和现场勘察，实现即插即用。

图1　微蜂窝与虚拟蜂窝

1.3空气流量控制技术

不同于传统的“冲突避免”技术，虚拟蜂窝技术采用空气流量控制技术解决并发用户冲突问题。它是基于控制无线网络中的电波的思想，控制器除了管理AP，还能对客户端行为进行管理，通过竞争管理算法和服务质量（Quality of Service，QoS）竞争压制等子技术组成，对在“冲突避免”机制下对无线媒介的访问作了极大的优化。

1.4定位服务更精准

Meru网络公司的设备拥有专利技术：E（z）RF定位系统。定位引擎接收由AP传回的数据，通过场强定位等算法，计算WiFi定位终端所处位置，并将位置信息传送至定位管理系统；定位管理系统用于接收定位引擎传来的位置信息，并将WiFi定位终端位置显示在用户的终端APP上。

2　虚拟蜂窝技术在博物馆中的实际应用

博物馆无线网络部署需求：（1）博物馆展区一层、二层内实现802.11n网络全覆盖；（2）展区内满足2000个移动终端同时上网；（3）实现展区内无线定位服务。

面临的课题：（1）如何实现支持2000个移动终端同时上网的高密度WLAN；（2）如何实现展区内无线定位服务。

Meru解决方案：（1）1台MC1500系列控制器；（2）9台AP822e 802.11ac/n以及27台AP1010e 802.11n。

2.1博物馆虚拟蜂窝架构WLAN设计

由于博物馆展区一层和二层有中国移动（China Mobile Communications Corporation，CMCC）无线网络和“ishanghai”无线网络，其中主要为信道1和信道6，因此虚拟蜂窝同频组网部署在信道11上。同时考虑到还需实现APP定位功能，在部署AP时不仅要考虑楼层信号覆盖强度，减少实施和维护成本，同时以“三点定位”的方法对AP位置进行优化。各AP通过超5类双绞线与楼层弱电机房标准有源以太网（Power Over Ethernet，POE）交换机连接，每个楼层涉及的弱电机房均部署了POE交换机，弱电机房之间使用光纤设备连接并连接至电信专线网络，最终形成虚拟蜂窝架构WLAN网络，如图2所示。

图2　虚拟蜂窝同频WLAN设计

2.2虚拟蜂窝架构的实现

通过虚拟蜂窝WLAN的设计与部署，实现了博物馆第一层和第二层所有区域信号覆盖。由于第一层密集度高、空间狭小，仅部署了25台AP，第二层空间开阔因而部署了11台AP。

由于是同频组网部署，整个博物馆展区内使用同一信道，在同一个虚拟蜂窝内，因此在展区内上网、导览以及定位没有发生中断，实现了无缝漫游，平均信号强度指示（Received Signal Strength Indicator，RSSI）大于-60dbm，信号最差的地方也有-70dbm的信号强度，如图3所示。经过现场测试，在公共开放区域以及高密度区域，同一AP接入数最大可达100个，基本可满足博物馆的网络需求。

图3　信号强度

在实际测试移动终端设备时，梅鲁的定位服务在基于Android的系统中无需终端设备连接网络就可完成，但IOS系统由于苹果公司的技术性屏蔽，必须连接网络后才可实现定位。

2.3博物馆APP导览体验

博物馆APP提供了一套可缩放的上海中国航海博物馆平面参观地图，观众可以通过现场无线网络定位后实时显示观众当前所处的位置，并可在地图上查询和显示参观路线及预设的各类展品展项信息点；观众在馆外时APP除了不提供实时无线定位服务外，仍可进行公共设施查询，地图自由缩放、信息点标注和显示、地图信息的查询导览，电子地图上显示终端设备的位置和运动轨迹以及路径回溯。

3　结语

在博物馆内，建设结构相对复杂，又存在大量的厚墙、金属面板、大理石和特殊的装饰材料，一般的信号在这种环境下，不可避免地会发生折射、散射和漫射等现象，使得整个WLAN性能不高，而梅鲁公司的同频架构，不但减少了干扰，还减少了AP设备的安装数量，所有AP均能以最大功率工作，使得信号强度能够最大限度地穿越厚墙等材料，确保了在博物馆复杂布局和装饰材料环境下稳定的WLAN性能。整个架构已经运行1年，WLAN网络运行稳定，证明该建设方案切实有效。

［1］吴晓刚.WLAN技术与微蜂窝技术的研究［J］.科技致富向导，2012（36）：130.

［2］Meru-networks.White paper［EB/OL］.（2014-08-12）［2016-08-11］.http://www.merunetworks.com/technology/resources/white_papers.

［3］张勇，易军凯，何坤鹏.面向博物馆的室内定位技术研究分析［J］.博物馆的数字化之路，2015（10）：36-38.

Research on application of virtual cellular technology in enhancing visiting experience of museums

Gu Bo
（Shanghai China Maritime Museum， Shanghai 201306， China）

With the growth in popularity of intelligent terminals and mobile applications， especially the various on-demand network services have become more and more abundant， and higher requirements have been put forward to the network quality of WLAN. Virtual cellulartechnology is applied to the tour guidance of the museum， which makes up the shortages that wireless network APP supporting clients is less，same frequency interference， roaming interrupt and positioning are inaccurate， and makes visitors enjoy high-quality visiting experience through the museum APP.

virtual cellular； same frequency interference； mobile terminal； museum guidance

顾波（1983— ），男，上海，本科，工程师；研究方向：文博信息化及数字博物馆的建设。