低成本且具备负载均衡功能无线局域网的实践与应用

曾怿理

摘 要： 综述了某学校无线局域网（WLAN）建设项目的实践与应用，并作为案例，展示了建设密集部署型WLAN的一种方法。项目采用性价比高、兼容性强的硬件，以及扩展性好、可改造且支持开源软件的智能路由器和访问控制器系统；经结合实际场地环境布局的规划、安装、配置及优化，构建出支持大用户量、有效、实用的WLAN。所建造的WLAN具有低成本、兼容性及扩展性好、高性能且满足统一管理的负载均衡功能等特点。

关键词： 无线局域网； 密集部署； 低成本； 刷机； 调整； 负载均衡

中图分类号：TP393.1 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2017）04-44-03

Abstract： This paper summarizes the practice and implementation of wireless local area networks （WLAN） construction project in a school， and as a case， demonstrates the construction of a densely deployed WLAN. The project adopts the cost-effective and compatible hardware， and intelligent routers and access controller system with good scalability and open source software support； the planning， installation， configuration and optimization are based off the actual site layout and environment， which the effective and practical WLAN that supports large-scale users is constructed. The implemented WLAN has the characteristics of low-cost， good compatibility and expansibility， high performance and load balancing function of unified management.

Key words： WLAN； dense deployment； low-cost； firmware update； customization； load balance

0 引言

学校已有宽带互联网连接，而在经常举办活动的报告厅还没部署无线局域网（简称WLAN）。为便于在举办活动或召开会议时提供统一管理、安全可用的无线网络访问，需在学校报告厅建设全覆盖的、高效率的WLAN。此项目是惠州一中智能信息社2015年冬季负责实施的科技实践活动。

我校报告厅的整体场地如图1所示，厅内有500多个阶梯式座位。在报告厅的实际使用过程中，因具体活动不同，会场内人员聚集或分布可能不完全均匀。为了避免某个无线访问点（Access Point，简称AP）上接入的终端用户数量过多，影响使用效率，需要实现AP的负载均衡功能，以使客户端合理连接WLAN并保证带宽与性能。

此外，该项目作为我校中学生的智能信息科技实践项目，我們需考虑用非常有限的成本投入来实现高性能、灵活兼容、可扩展管理的功能系统。

1 WLAN的技术构建实践

构建WLAN实践项目中较重要的技术工作。

1.1 网络的准备与安装

无线网络终端采用市面上硬件性价比高、兼容性强，软件扩展性好、可改造支持基于开源类系统（例如基于OpenWrt的[1]）智能WiFi路由器。我们先对硬件作了拆机调整改造、开启Root权限[2]，再把WiFi路由器软件重装（即固件刷机）使它们转变成与访问控制器（Access Controller，简称AC）系统相匹配的AP。基于场地情况（如图1），我们把整个报告厅划分为A、B、C、D四个小片区：在报告厅里共设置12个AP，分布于A、B、C、D区各3个。另一方面，需从交换机处向各AP安装布置以太网络线；对各AP分配设置合理的IP地址，把各AP纳入到AC的统一管理之中。图2是该WLAN的网络拓扑结构简化示意图。

1.2 多AP密集部署下的优化

在完成WLAN设备的基本连接后，需对各AP的射频信号及其相互间的耦合影响与干扰协调问题作出优化调整。实践中，这涉及AP射频的信道选择、功率调整，同时也需注意AP位置、天线方向等细节[3]。在报告厅里密集部署了12个AP，需特别注意相邻近AP间的信号干扰。关于这方面的研究是近年来无线资源管理中的热门研究课题[4]，网上也有针对这类实践的特定参考资料。对于信道选择，我们的基本思路是：把各片区内的3个AP信道各自分开，例如在2.4GHz频段下分别选用信道1、6、11。对于功率调整，主要是优化相邻片区间的信号重叠度问题[5]；由于报告厅内没有墙壁等障碍物隔离，WiFi信号主要随着空间距离而衰减，因而我们把传输功率适当调低。对于具体AP或特定片区的优化，则基于实际测试，调整AP射频参数使其信号有足够覆盖而终端接收的信噪比又足够好。

1.3 通过AC配置管理负载均衡功能

在报告厅内各片区AP信号被调整到较好覆盖（无盲区、多信道工作、相同信道也有一定冗余），且稳定可用（信号主次化、连接信噪比高）的情况下，通过负载均衡管理可进一步优化网络应用，提升网络稳定性与使用效率[6]。实现负载均衡功能在AC管理后台完成（通过AC的Web管理界面操作，也可由计算机连接AC后利用命令行实现）：负载均衡分为基于连接数和基于流量两种。基于连接数量的核心配置是AP或负载均衡组的均衡门限或其最大带机量。由于在报告厅各片区均有信道为1、6、11的AP信号，而片区间形成适当的相邻重叠，所以，可按片区或同信道确定均衡组策略。设置后重启（在测试时，可先设置小的数值），即可检查负载均衡的启用状态（由于通过AC统一了WLAN的SSID发布，所以有关的状态检查需在AC管理后台进行）。

2 应用情况

在完成AC与各AP的组网、设置及多次优化调试后，也经过了一百多手机客户端同时连接的实际活动应用，表明所建设的WLAN覆盖、性能及稳定可用性达到要求。同时，通过登录AC的后台管理Web，在AP列表查询及“在线用户”查询下看到AP的负载均衡功能已经起作用。目前，学校报告厅的无线网络已在正常使用中。

3 结束语

本文以惠州一中报告厅实现的带负载均衡功能WLAN建设项目为实例，探讨智能信息社相关科技创新实践活动。项目过程涉及的方法、技术方案对构建类似WLAN有启示作用。所建造的WLAN主要有以下创新点。

⑴ 具备统一管理的负载均衡功能：密集部署的AP与结合实际的调整，通过AC统一管理（也统一了SSID）且实现热点间的负载均衡，提升了网络安全性和应用效率。

⑵ 经济性：建网所用AC、15个AP（含另外3个用于开发测试）、交换机，以及连接AP的以太网络线、电源等，共花费约4000元。

⑶ 兼容性和高性能：所用的兼容性设备，除了当前可通过软件定制化提高性能外，未来可继续在开源系统的基础上再迭代开发、扩展部署，这样不但可以扩展WLAN部署至整个校园，而且可结合实际情况作性能管理上的调整，或进一步优化更新功能。这对于智能信息社的实践活动也是大有好处的。

学校报告厅是众多活动的常用场所，其覆盖全面且具备负载均衡管理的WLAN为举办各种活动奠定了有效的应用访问及信息交换基础。未来，可进一步把一中智能信息社开发的“电子检票系统”与无线局域网访问作更深入融合[7]。

参考文献（References）：

[1] 开源中国.开源路由器第三方固件[EB/OL].http：//www.oschina.net/p/openwrt.

[2] iKuai爱快论坛.无线工程技术交流区[EB/OL]. http：//bbs.ikuai8.com/thread-27415-1-1.html.

[3] 李劍锋.无线网信号不好都是细节在作怪[N].电脑报，2015.14.

[4] 刘文静.WLAN中AP密集部署干扰协调机制[D].电子科技大学硕士学位论文，2015.

[5] 知乎分享.WiFi信道设置一点疑惑[EB/OL].https：//www.zhihu.com/question/35339958 .

[6] 太平洋电脑网/无线论坛.什么是WLAN无线网络AP的负载均衡[EB/OL]. http：//itbbs.pconline.com.cn/network/16014668.html.

[7] 田丽，张巍，刘春瑞.校园一卡通会议签到系统的应用[J].计算机时代，2016.1：22-24