基于802.11ac wave2协议的高校无线网络应用研究——以南宁学院为例

作者简介:徐家丽(1996 ),女,广西桂林人,助理实验师,学士;研究方向:信息网络安全技术,计算机网络,无线网㊂
应用研究
以南宁学院为例
徐家丽
(南宁学院,广西㊀南宁㊀530200)
摘㊀要:WiFi 对于用户具备廉价㊁易用的特点,是移动互联网中不可或缺且广受欢迎的重要技术,随着时代发展,人
们对无线网络的需求越来越高,文章分析基于802.11ac wave2协议的5GHz WiFi 的技术优势,结合南宁学院的实际情况,搭建5GHz WiFi 网络架构并进行测试,研究802.11ac wave2协议在高校校园 互联网+ 建设中的应用㊂关键词:802.11ac wave2;高校;无线网
0㊀引言
当下大数据时代,无线终端对无线网络速率的需求一直在提升,WiFi 作为无线网络体系中的一项重要技术,每年都会出现技术革新,基于802.11ac wave2协议的5GHz WiFi 相对目前占市场主流的2.4Ghz WiFi 更快㊁更稳定,且在校园中的应用相当广泛,在互联网时代对高校的教学管理会有显著帮助作用㊂1㊀现状和背景分析
目前主流的第四代WiFi 标准 802.11n 协议主要在2.4GHz 的频率上辐射WiFi 信号,该协议的带宽理论值最高为40Mhz,由于2.4GHz 的信号穿透性很强,仅需数个AP 热点就可以大面积覆盖WiFi 信号(不论室内外),所以成本低是四代WiFi 标准的最大优点㊂截至2020年以来,第六代WiFi 标准 802.11.ax 协议已经有了面向普通用户进行售卖的产品(成本远高于第五代标准),但第五代WiFi 标准 802.11ac wave2协议,虽然已经有了非常成熟的产品和广阔的市场知名度,却因为穿透性不强引起的成本上升问题,迟迟未代替四代WiFi 标准成为市场主流产品㊂但是成本带来的性能提升也非常明显,基于第五代标准的5GHz WiFi 的最高速率和最高扩展带宽都能达到2.4GHz WiFi 的四倍以上,MU -MIMO 和波束成形技术令其能够同时对多用户提供高速网络服务,且抗干扰性更强,具备更准确的定位功能,极其适合于高校校园的无线网建设㊂
根据第45次‘中国互联网络发展状况统计报告“[1]
调查数据显示,截至2020年3月底,我国网民规模达到了9.04亿人次,其中手机网民规模达到8.97亿,占比99.2%;全国互联网普及率达到64.5%,较2018年底提升4.9%㊂可见,互联网是以无线通信为主的方向上高速发展,如今年正值热门的5G 手机话题或者是曾经的3G,4G 话题,市场永远对更快㊁更稳定的无线通信技术有强烈的需求㊂WiFi 有着廉价㊁免费㊁易用的特性,基于802.11ac wave2协议的5GHz WiFi 能给高校环境提供高速率㊁强稳定的无线网络环境,是高校 互联网+ 建设有非常不可或缺的重要工具㊂1.1㊀研究目的
本文主要目的在于研究基于802.11ac wave2的5GHz WiFi 技术在高校校园中的应用㊂通过研究802.11ac wave2协议,以在高校校园中大范围覆盖5GHz WiFi 信
号,升级校园无线联网设备的上网速度和通信效率,并讨论 互联网+ 环境下教学模式的优势㊂1.2㊀对象需求
2020年,社会早已经入互联网时代,无纸化办公㊁远程办公是高校在互联网时代中得以发展的不可或缺的技术,还有远程教学㊁多媒体教学等多种新型教学模式㊂2020年的新型冠状病毒性肺炎疫情,使得全国中学㊁高校实施进行网络教学模式,学生们即使隔离居家,也能通过网络学习到新知识,这背后是强大的网络在支撑师生之间的交流,而高校有其独特的专业性,许多专业课程可能需要在特定的实验教室㊁操作机房等场所才能进行,在5GHz WiFi 环境下,教师能以更便捷且稳定的方式,在不同的教室场所进行远程网络教学,一些新媒体教学设备,接入网络教学也是效果更好㊂
以此为基础,讨论5GHz WiFi 网络环境下对高校教学管理所带来的优势,以及对高校校园 互联网+ 建设的帮助作用:WiFi 定位㊁多用户在线㊁物联网设备校园管理等
1.3㊀主要威胁和应对手段
目前针对无线网络的安全威胁主要有7种,分别是:(1)信息重放(中间人攻击):拦截正常的网络通信并嗅探篡改数据,且被攻击对象不知情㊂
(2)WEP 破解:破解无线网络密码,连接入侵㊂
(3)网络窃听:无须将攻击设备物理接入网络,即可在无线信号范围内窃听以明文形式传输的网络通信,也是最常见威胁之一㊂
(4)假冒攻击:窃取合法用户信息,假冒身份侵入网络㊂
(5)MAC 地址欺骗:窃听数据,获取AP 中允许的静态地址信息,伪装成该信息合理接入网络㊂
(6)拒绝服务:对AP 进行泛洪攻击,使其持续提供服务至资源耗尽㊂
(7)服务后抵赖:指通信双方在完成通信后,其中一方否认参与该通信㊂
针对这些威胁,安全厂商早已一一对其进行防范,本文以南宁学院为例,校园网已经有一套完整的网络安全体系,包括下一代防火墙NF㊁入侵检测系统IDS㊁入侵防御系统IPS,日志审计系统DAS,WEB 漏洞应用扫描WVSS 等设备,能够提供强大性能的安全保护作用㊂而
且员工日常使用和维护手段已有一套标准方案,物理层防御手段,能够确保对无线网络的威胁有充足的安全㊂2㊀802.11ac wave2协议的优势2.1㊀速率和带宽优势即使上一代协议中,2.4GHz 的WiFi 波长更长㊁传播范围更广,但其频率低意味着速率的上限低,无法通过技术进步使其达到更高的速度;而且协议仅给其提供了最高40MHz 的带宽,带宽拥挤日益严重,使用者最㊀㊀㊀
常抱怨的网络服务缓慢其实经常是由于带宽拥挤造成的[2]㊂带宽更大才能容下更多的网络流,与之相比,基于802.11ac wave2协议的5GHz WiFi 的高频率能使单位
时间内传输更多的数据量,如表1所示,新协议802.11ac Wave2下,速率是802.11n 协议的5倍以上,而且技术迭代使带宽最高达到160MHz 翻了4倍,犹如一条 高速公路 ㊂
表1㊀基于802.11ac wave2协议的5GHz WiFi 的高频率协议
802.11n_2.4GHz
802.11ac Wave2_5GHz
最大传输速率600Mbps
3.47Gbps
实际传输速率20MHz 频宽:75Mbps
40MHz 频宽:150Mbps
40MHz 频宽:200Mbps 80MHz 频宽:433Mbps 160MHz 频宽:866Mbps
信道带宽
20/40MHz
20/40/80/80-80/160MHz
2.2㊀多用户并发优势
802.11ac wave2主要技术之一即MU -MIMO(多任务处理MIMO)[3]㊂
MIMO 是数据多输入多输出的英文缩写,表示无线路由器天线发送和接收信号的技术,早一些的SU -MIMO(Single User Multiple Input Multiple Output)技术即 单用户多入多出 ,该技术下一个AP 热点同一时间单位内只能处理一台终端设备的数据包,不能多线作战,AP 在任何特定的时间片段都有空闲未使用的网络
带宽,每个用户依次获取网络服务,效率低下㊂
802.11ac wave1虽然提升了网络带宽,但是却没有解决网络堵塞的问题,直到802.11ac wave2协议出现,其标志就是其关键系的MU -MIMO(Multi User Multiple Input Multiple Output)技术即 多用户多入多出 ,如其字面意思,该技术规则下的路由器使用4根收发天线(4∗4MIMO),能同时处理多个终端设备的数据包,吞吐量更高,带宽利用率更高,解决了网络 堵车 的问题,协议参数对比如表2所示㊂
表2㊀协议参数对比
协议802.11n 802.11ac wave1
802.11ac wave2信号频率 2.4GHz&5GHz 5GHz
5GHz
MIMO
Single User(SU)Single User(SU)Multi User(MU)
信道带宽20/40MHz 20/40/80MHz 20/40/80/80-80/160MHz
主要调制技术
64QAM 256QAM 256QAM
吞吐量390Mbps
845
Mbps 1.52Gbps 2.
26Gbps
2.3㊀抗干扰优势
波束成形(Beamforming)是802.11ac wave2的主要技术之二,传统AP 设备上安装使用的是全向天线,特点是向四周呈圆形辐射无线电波,为其中有网络需求的终端提供网络服务,缺点是AP 的无线信道此时在所有方向上都处于繁忙状态,造成资源浪费和网络挤兑现象㊂
波束成形技术则解决了这个问题,通过天线阵列,根据从终端设备获得的信息,如图1所示,动态地将无线电波往指定方向上加权合成;如图2所示,波束成形把能量集中到扇形区域,在此区域中,辐射功率增大,信噪比增强,最终使数据传输速率得到明显提升㊂在这个过程里,5GHz 信号频率 干净 和波束成形技术对信道的管理以及无线电波的定向增益等优势,使得整个WiFi 环境干扰源更少㊁抗干扰能力更强㊂2.4㊀建设成本低
802.11ac 协议具备良好的向下兼容性,以南宁学院为例,802.11n 协议WiFi 目前已经做到全面覆盖校内环境,已经搭建好的服务器机群和网络安全防护设备,以及网络架构的核心层㊁汇聚层㊁接入层的核心交换机㊁三层交换机等网络设备均已经铺设完毕并已稳定运行,802.11ac 设备可以直接安装使用,快捷方便㊂2.5㊀利用校园WiFi 的新教学模式特点
一方面,WiFi 最明显的优势就是几乎没有地理条
㊀㊀㊀
图1㊀无线电波往指定方向上加权合成
图2㊀能量集中到扇形区域
件的限制,且对于用户而言:免费㊁易用;电子设备在信号范围内即自动连接无线网络㊂应用范围十分广泛,未来物联网设备必然会越来越多,基于802.11ac wave2协议的 互联网+ 校园建设,扩展性高,性能优秀,能各方面完美地容纳数量多种类多物联网设备和移动通信设备㊂在新冠肺炎疫情期间,全国上下的学校都在进行网络教学的新型教学模式㊂高校作为高等教育人才的培养基地,拥有更专业更良好的教学仪器,教师能够在高校内的实验教室等环境,进行无线网课的教学,无疑能够让学生们在视频的另一端更加简单易懂地学习专业知识㊂
另一方面,高校校园的管理比中小学校园复杂得多,在互联网时代,网络摄像头㊁无线显示屏㊁无线刷卡机㊁多媒体设备㊁师生签到系统等无线联网设备比比皆是,而且还会有越来越多物联网设备协助高校管理校园和建设校园,一个强大的无线网络环境能够作为坚实的 地基 提供一切服务㊂
预想最直接的应用情况如表3所示㊂3㊀高校校园网5GHz WiFi 的设计和测试3.1㊀无线网络拓扑图
如图3所示,无线网络系统的结构十分简单明了[4-5]㊂汇聚层的三层交换机汇聚接入层的AP 设备
表3㊀最直接的实际应用可能
应用种类
使用情况
无线显示会议室或大型教室投影仪连接
演艺中心视频信号流传输(摄像机㊁多媒体显示器)
高清电视机播放显示快速上传下载
文件㊁视频流传输多点同步办公㊁教学
多媒体网络的回程(Backhaul)传输
生活应用
师生可视签到系统
刷卡机
监控摄像头
数据;核心层核心交换机连接防火墙㊁服务器㊁汇聚层交换机,进行数据交换和管理;最后通过防火墙进行数据安全保障后接入互联网㊂
以南宁学院为例,南宁学院校内的802.11n 标准的无线网络环境已经成熟稳定运行,只需在现有架构上的接入层,增设或者替换802.11ac wave2协议设备,即可完成无线网升级㊂
图3㊀无线网络结构拓扑
3.2㊀网络流量测试
南宁学院目前已建成部分带有5GHz WiFi 信号的无线网络,流量监控情况如图4所示,由图可知,这段监控时间内
共有868用户连接WiFi 上网,其中选择5
GHz WiFi 接入网络的用户数量,远大于2.4GHz 的用户数量;并且网络速率始终保持在300Mbps 以上,这份性能数据已经十分符合高速无线网络环境的表现[6-7]㊂
图4㊀WiFi 网络流量监控
Analysis of EMI problems in circuit design
Zhu Xiaoliu,Song Ying∗
(Nanjing Panda Handa Technology Co.,Ltd.,Nanjing210000,China)
Abstract:Electromagnetic interference is a persistent disease of modern communication equipment,which is mainly produced by radiation and conduction.Analysis of interference problem needs to be considered from three aspects: interference source,coupling channel and sensitive body:accurate analysis and judgment of interference source, reasonable and effective cut off of coupling channel and correct and effective protection of sensitive body are effective methods to solve EMI problem.This paper mainly introduces a typical electromagnetic interference,and gives the corresponding low-cost solution with examples.
Key words:electromagnetic interference;electromagnetic interference;circuit design
(上接第27页)
4㊀结语
互联网已经高速发展到了大数据时代,在这个时代中,无线联网是最主流的发展方向,不管是政府单位㊁家庭㊁商场或是高校,对无线网络永远有更快更强的需求;高校基于802.11ac wave2协议建设无线网络,对于 互联网+ 校园的建设至关重要,在该协议和现在正火热发展的5G通信相结合的基础上,无论是建设互联网+新教学模式,还是建设万物互联的校园管理,都能够顺利实施,做到全面提升高校的教学实力㊂
[参考文献]
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(编辑㊀王永超) Research on the application of wireless network in colleges based on802.11ac wave2Protocol:taking Nanning University as an example
Xu Jiali
(Nanning University,Nanning530200,China)
Abstract:WiFi is an indispensable and popular technology in mobile Internet.With the development of the times,the demand for wireless network is higher and higher.This paper analyzes the technical advantages of five GHz WiFi based on 802.11ac bined with the actual situation of Nanning University,the application of802.11ac wave2 protocol in campus Internet construction is studied.
Key words:802.11ac wave2;colleges;wireless network。