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摘要：随着自建无线网络在高校中的普及，移动端越来越频繁的接入师生的日常生活中来。如何运用学校的无线网络给全校师生提供更为便捷的服务，成为学校管理者急需考虑的问题。该文介绍了江苏开放大学无线网的建设概况，在此基础给出了江苏开放大学无线位置管理系统的架构及各组件功能和设置，并展望了运用本系统与其他信息系统结合的应用趋势。
关键词：无线位置管理系统 ；智能支持服务平台； 场景应用
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）36-0085-03
Research on Wireless Location Management System and its Scene Application in Jiangsu Open University
HAO Zhe， WANG Xiao-jun
（Jiangsu Open University，Nanjing 210036， China）
Abstract：In This paper the construction of wireless network in Jiangsu Open University has be introduced， and the architecture of wireless position management system in JiangsuOpen University has be built. the function and setting of each component， and the application trend of the application of this system and other information systems is also discussed.
Key words： wireless location management system； wireless location management system； scene application
随着大量的Wi-Fi移动设备的出现，学习已经从桌面端渐漸移至移动端来，越来越多的移动学习应用正不断出现，包括在移动终端上进行视频学习，收发电子邮件、组织小组讨论、进行作业并提交等。这些移动应用一方面丰富了学习方式，提高了学习效率。另一方面也对学校的无线网络提出了新的要求。校园移动学习时代已经到来，如何在这一新兴时期利用无线网络为学习者提供更好的服务，使其能够随时随地获得学习帮助，促进学习者的学习主动性及有效性，将是各个高校需要研究解决的问题。
1 背景介绍
1.1 江苏开放大学无线建设介绍
江苏开放大学是一所综合性多学历层次的新型大学，目前，教学教务平台，网上学习厅，移动学习中心等网上教学平台已陆续投入使用，他们的移动应用版本也在积极开发中。据不完全统计，学生智能手机覆盖率达到98%，且校无线网学生瞬时在线账号占总账号的35%，与此同时通过移动终端登录教学教务平台率也大幅度增长。有调查称，至2020年，移动端的网络需求将会超越桌面端需求，人们将从桌面生活走向移动生活的新纪元。毋庸置疑，在高校中，移动学习、移动生活将成为下一代校园网主旋律，而无线网络也将不仅仅作为校园有线网络的补充而存在，它将在移动时代独当一面。
江苏开放大学无线网始建于2014年，采用全套思科设备，以先进性、开放性、可伸展性为原则；以总体规划、分期实施为指导思想建设。按照网络的管理层次思想，经过两期建设，目前已经在实现全校3个校区教学楼、行政楼、综合楼、食堂、体育馆、礼堂等范围的覆盖，覆盖面积达70%，并将在第三期建设中，实现全校范围内无盲点全覆盖。在楼层方面，通过安装AP实施楼宇无线无缝隙覆盖，各楼层通过网线连接至无线网专用楼层交换机。楼层交换机汇聚至楼宇交换机，最后汇聚至核心交换机。目前经过两年的推广使用，已成为教学行政提供了有力支持。据不完全统计，日平均峰值在线数为1800人，已与校内有线网络平均峰值在线人数比肩。日均下行流量峰值约300Mbps。
1.2 无线定位分析技术
随着无线通信技术的发展和数据处理能力的提高，无线网络已不再仅仅作为有限网络的补充，而渐渐在网络运用中独当一面，从而基于位置的服务成为最具发展潜力的移动互联网业务之一。[1]如何在室内外快速准确的获得用户位置并根据位置信息提供相应服务，成为迫切需解决的问题，由此，无线定位分析技术依然成为当前研究热点。
无线定位技术通过对无线电波的一些参数进行测量，根据特定的算法来判断被测物体的位置。测量参数一般包括无线电波的传输时间、幅度、相位和到达角等。[1]目前定位技术大致可以分为基于三角关系和运算的定位技术、基于场景分析的定位技术和基于临近关系的定位技术三种。
目前，定位技术在我国仍属于起步阶段，但也有了一定的应用。例如公交站台的等车系统，就是依靠GPS对每辆公交车进行位置定位，并将信息推送至公交站台的显示屏上供人们参考。在高校，由于楼宇对GPS信号的遮挡，定位无法精确，随着wlan无线网在各个高校的建设与普及，基于wlan无线技术的定位研究逐步兴起，例如一些高校以wlan无线网基础开发的校园地图导航系统。而基于无线定位技术为校区师生提供推送服务则鲜有尝试，例如上海交通大学已经尝试运用无线定位技术定位在校师生的位置，推送如食堂、天气的信息。然而，就大部分高校而言，无线定位分析技术仍是一门新兴的技术，即便是在已经实现私有无线网覆盖的学校，也鲜有在校园中运用此项技术的。而与其他信息系统结合。
2 江苏开放大学无线位置管理系统
在无线网正常运行的前提下，2014年我校引入cisco公司的无线定位技术，建立了江苏开放大学位置管理系统。如图1所示，江苏开放大学位置管理系统由信号采集组件、控制认证组件、位置分析组件和可视化组件构成。
图1 江苏开放大学位置管理系统示意图
信号采集组件，包括负责信号接收的无线访问接入点（AP）、各层交换机。其中AP（WirelessAccessPoint））主要作用是接收各个无线网络客户端信号。例如当某个学生打开手机无线上网功能的时候，它就会发送802.1X探查请求帧来识别自己在学校中的无线网络，同时也得到相关联的接收信号强度指示（RSSI）。即使是与某个无线AP相关联之后，为了获得更好的服务，这个手机设备还是会继续发送802.1X探查请求帧来识别网络，当该学生位置发生变动时，其手机无线信号会在无线AP之间漫游。无线AP收集网络中的无线设备相关的探查请求帧、RSSI信息，和设备的MAC地址信息，最后将其发送至无线控制器（WLC）。
我校无线AP采用思科产品，室内覆盖范围为50～100米，支持100终端同时接入。经过两期的建设，共设置无线AP432个。根据我校各栋楼宇特征结合考虑可能连接人数、AP作用范围及信号衰减程度，目前无线AP设置为，定淮门校区行政楼及图书馆楼每层为5个AP，东校区和应天校区楼宇平均为4个AP每层，根据使用人数不同和范围大小适当增减，例如体艺馆、大礼堂这些人员密集的场所适量增加1-4个AP。
控制认证组件，包括无线控制器（WLC）、Dr.com和LDAP组成的身份认证系统、中心交换机。在WLC上对接入终端设备进行统一身份认证，并将无线AP收集的信息连同认证后的用户信息传送给MSE。
位置分析组件包括了负责提供位置分析服务的思科移动服务引擎（MSE）。MSE是一个平台，其内置了位置数据挖掘和位置分析技术。通过对WLC即无线控制器接收的客户端的802.1X探查请求帧、RSSI信息、设备的MAC地址信息及身份认证信息的数据分析，来定位无线设备的实时位置。运用MSE中的分析解决方案，对其原始数据进行聚合分析，了解Wi-Fi客户端在各位置的停留时间、移动轨迹等，某一位置的Wi-Fi客户端设备数量、流量等。这些分析结果可以被导出与我校其他数据相结合，通过大数据分析为我校师生的校园生活提供各类帮助，
可视化组件包括负责将位置分析进行可视化的思科企业网络管理产品（PI）。在PI（Cisco Prime Infrastructure）中构建了江苏开放大学无线AP地图模型，通过模型将移动客户端的运动轨迹等进行可视化的呈现。无线AP地图模型的构造框架为校区，楼宇及设施，各楼层。按照此框架，在PI中将我校各类楼宇建筑各层平面构造图及基础设施平面图进行导入，并按照现实中各个AP分布及影响范围在平面图中进行标记和信息设置。为了能够更为直观的了解AP所在位置，AP的命名规则为“楼宇标记 楼层标记 其所覆盖范围所在地（首字母） 序号”。例如，在覆盖范围为我校十八楼资源建设中心的AP命名为“Dalou-18F-ZYJSZX-1”。
图2 位置管理系统可视化示意图
如图2所示，通过构建无线AP的地图模型，我们可以实时了解学校各处移动设备的位置情况，他们以MAC地址为标识，在地图模型中按照楼层直观地显示出来。此外，针对某一移动终端，可以通过模型查看其运动轨迹，轨迹目前是以x轴为时间，y轴为AP名称的离散图表示的，当点击某一位置节点时，就会显示此位置的AP名称，登陆时间和离开时间。
通过江苏开放大学无线位置管理系统，运用大数据的方式，根据移动终端的认证登陆情况。我们可以得到每个移动终端用户的平日运动轨迹、最受欢迎的校内位置、教室及会场的拥挤状况等信息。利用这些位置信息，结合我校各类系统，通过数据挖掘技术可以发掘出更多的有效应用。
3 无线位置管理系统在高校中的场景应用研究
图3 无线位置管理系统与其他系统结合示意图
目前，类似此类wifi路径管理被使用在商店、酒店、物流中心等，用以对物资进行位置管理、流量管理等。随着大数据时代的到来，高校基础信息平台的建逐步完善，信息孤岛将渐渐消失，路径管理系统将深入学校的方方面面，结合各类数据，利用各类定位分析和高级分析为校内人员提供各类服务。如图3所示，利用学校现有各类信息平台与w-lan路径管理系统相结合，经过数据处理和数据挖掘，将一系列结果通过微信、短信、网页弹出窗口等方式直接推送给终端学习者。
1）基于位置服务的学习推荐系统
随着移动学习平台的日渐强大，师生的教与学已经从传统的课堂方式转换到网络移动端上。在此基础上，各类学习推荐系统也层出不穷。然而，目前市面上的推荐系统多以系统数据为基础，以算法为核心，进行数据挖掘。而基于位置的学习推荐系统较少有人研究。
基于位置的学习推荐系统就是一种通过定位移动客户端，从而定位用户位置，从位置的角度提供给学习者需要的信息的推荐系统，它将给学习者带来随时随地学习的全新感受。例如，当学习者进入图书馆区域时，推荐系统将会结合教学教务系统信息，如考试信息、课程信息等，将推荐书籍列出。进一步结合学校图书管理系统，可给出书籍所在位置，方便查阅。又例如在，当学习者位置移动至教室时，结合教学教务及信息平台数据，将该学生课表及教室推送给学生，并将该学生可能感兴趣的该教学楼内将进行的各类活动信息推荐给学生。
2）基于位置的校园综合服务平台
结合学习推荐系统，将位置信息融入更多的学校各类系统数据，建立基于位置的校园综合服务平台。这些数据信息已经不仅仅是学习所需信息，还包括如天气信息、食堂信息、校内通知公告、社会新闻等非主流信息。通过这些信息数据与用户位置信息的整合，挖掘出针对每个位置点每个用户的个性化信息，力争为使用者第一时间推送消息。例如，在离开宿舍位置的时候推送天气情况信息，在食堂位置推送本日食堂菜款及价格信息，在礼堂位置推送礼堂的活动信息，在图书馆位置推送用户图书借阅信息，在操场位置推送实时操场使用及比赛信息等。
3）基于位置的反馈预警系统
无线位置服务管理系统通过移动设备的位置变化针对每个在校人员描绘了平时路径图。通过路径图，可以掌握用户在某位置所花费的时间，及其访问位置的频率。通过这些地理位置信息与学习平台、bbs等结合，可以对学生进行学习分析。例如，通过学生在教室、图书馆、实验室位置出现的频率，研究其与学生成绩的关联性。而对于用户路径反常的发现，也可以及时发现问题，对用户进行预警。例如，一个平日经常在图书馆位置出现的用户，突然长时间未出现在该位置，系统就会自动默认为异常现象发出预警。
4 结束语
江苏开放大学无线位置管理系统在我校尚属起步阶段，其与各个系统之间交互与结合还有许多细节有待研究。就无线位置管理系统本身而言，也有许多有待改进的地方，这些都需要在以后的研究中进一步的探索。
参考文献：
[1] 杨韶，侯志超，崔春红，等.无线传感器网络定位系统设计[J].《虚拟运营与云计算——第十八届全国青年通信学术年会论文集（上册），2013.
[2] 王萍. 基于位置服务的移动学习研究[J].中国电化教育，2011（12）：114-119.
[3] Bill N. Schilit， Norman Adams， Roy Want. Context-AwareComputing Applications[EB/OL]. http：//www.ubiq.com/want/papers/parctab-wmc-dec94.pdf，2011-10-10.
[4] 徐海东，李菲菲，王飞.基于位置服务座位管理系统的设计与实现[J]. 农业图书情报学刊，2014（12）：25-27.
关键词：无线位置管理系统 ；智能支持服务平台； 场景应用
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）36-0085-03
Research on Wireless Location Management System and its Scene Application in Jiangsu Open University
HAO Zhe， WANG Xiao-jun
（Jiangsu Open University，Nanjing 210036， China）
Abstract：In This paper the construction of wireless network in Jiangsu Open University has be introduced， and the architecture of wireless position management system in JiangsuOpen University has be built. the function and setting of each component， and the application trend of the application of this system and other information systems is also discussed.
Key words： wireless location management system； wireless location management system； scene application
随着大量的Wi-Fi移动设备的出现，学习已经从桌面端渐漸移至移动端来，越来越多的移动学习应用正不断出现，包括在移动终端上进行视频学习，收发电子邮件、组织小组讨论、进行作业并提交等。这些移动应用一方面丰富了学习方式，提高了学习效率。另一方面也对学校的无线网络提出了新的要求。校园移动学习时代已经到来，如何在这一新兴时期利用无线网络为学习者提供更好的服务，使其能够随时随地获得学习帮助，促进学习者的学习主动性及有效性，将是各个高校需要研究解决的问题。
1 背景介绍
1.1 江苏开放大学无线建设介绍
江苏开放大学是一所综合性多学历层次的新型大学，目前，教学教务平台，网上学习厅，移动学习中心等网上教学平台已陆续投入使用，他们的移动应用版本也在积极开发中。据不完全统计，学生智能手机覆盖率达到98%，且校无线网学生瞬时在线账号占总账号的35%，与此同时通过移动终端登录教学教务平台率也大幅度增长。有调查称，至2020年，移动端的网络需求将会超越桌面端需求，人们将从桌面生活走向移动生活的新纪元。毋庸置疑，在高校中，移动学习、移动生活将成为下一代校园网主旋律，而无线网络也将不仅仅作为校园有线网络的补充而存在，它将在移动时代独当一面。
江苏开放大学无线网始建于2014年，采用全套思科设备，以先进性、开放性、可伸展性为原则；以总体规划、分期实施为指导思想建设。按照网络的管理层次思想，经过两期建设，目前已经在实现全校3个校区教学楼、行政楼、综合楼、食堂、体育馆、礼堂等范围的覆盖，覆盖面积达70%，并将在第三期建设中，实现全校范围内无盲点全覆盖。在楼层方面，通过安装AP实施楼宇无线无缝隙覆盖，各楼层通过网线连接至无线网专用楼层交换机。楼层交换机汇聚至楼宇交换机，最后汇聚至核心交换机。目前经过两年的推广使用，已成为教学行政提供了有力支持。据不完全统计，日平均峰值在线数为1800人，已与校内有线网络平均峰值在线人数比肩。日均下行流量峰值约300Mbps。
1.2 无线定位分析技术
随着无线通信技术的发展和数据处理能力的提高，无线网络已不再仅仅作为有限网络的补充，而渐渐在网络运用中独当一面，从而基于位置的服务成为最具发展潜力的移动互联网业务之一。[1]如何在室内外快速准确的获得用户位置并根据位置信息提供相应服务，成为迫切需解决的问题，由此，无线定位分析技术依然成为当前研究热点。
无线定位技术通过对无线电波的一些参数进行测量，根据特定的算法来判断被测物体的位置。测量参数一般包括无线电波的传输时间、幅度、相位和到达角等。[1]目前定位技术大致可以分为基于三角关系和运算的定位技术、基于场景分析的定位技术和基于临近关系的定位技术三种。
目前，定位技术在我国仍属于起步阶段，但也有了一定的应用。例如公交站台的等车系统，就是依靠GPS对每辆公交车进行位置定位，并将信息推送至公交站台的显示屏上供人们参考。在高校，由于楼宇对GPS信号的遮挡，定位无法精确，随着wlan无线网在各个高校的建设与普及，基于wlan无线技术的定位研究逐步兴起，例如一些高校以wlan无线网基础开发的校园地图导航系统。而基于无线定位技术为校区师生提供推送服务则鲜有尝试，例如上海交通大学已经尝试运用无线定位技术定位在校师生的位置，推送如食堂、天气的信息。然而，就大部分高校而言，无线定位分析技术仍是一门新兴的技术，即便是在已经实现私有无线网覆盖的学校，也鲜有在校园中运用此项技术的。而与其他信息系统结合。
2 江苏开放大学无线位置管理系统
在无线网正常运行的前提下，2014年我校引入cisco公司的无线定位技术，建立了江苏开放大学位置管理系统。如图1所示，江苏开放大学位置管理系统由信号采集组件、控制认证组件、位置分析组件和可视化组件构成。
图1 江苏开放大学位置管理系统示意图
信号采集组件，包括负责信号接收的无线访问接入点（AP）、各层交换机。其中AP（WirelessAccessPoint））主要作用是接收各个无线网络客户端信号。例如当某个学生打开手机无线上网功能的时候，它就会发送802.1X探查请求帧来识别自己在学校中的无线网络，同时也得到相关联的接收信号强度指示（RSSI）。即使是与某个无线AP相关联之后，为了获得更好的服务，这个手机设备还是会继续发送802.1X探查请求帧来识别网络，当该学生位置发生变动时，其手机无线信号会在无线AP之间漫游。无线AP收集网络中的无线设备相关的探查请求帧、RSSI信息，和设备的MAC地址信息，最后将其发送至无线控制器（WLC）。
我校无线AP采用思科产品，室内覆盖范围为50～100米，支持100终端同时接入。经过两期的建设，共设置无线AP432个。根据我校各栋楼宇特征结合考虑可能连接人数、AP作用范围及信号衰减程度，目前无线AP设置为，定淮门校区行政楼及图书馆楼每层为5个AP，东校区和应天校区楼宇平均为4个AP每层，根据使用人数不同和范围大小适当增减，例如体艺馆、大礼堂这些人员密集的场所适量增加1-4个AP。
控制认证组件，包括无线控制器（WLC）、Dr.com和LDAP组成的身份认证系统、中心交换机。在WLC上对接入终端设备进行统一身份认证，并将无线AP收集的信息连同认证后的用户信息传送给MSE。
位置分析组件包括了负责提供位置分析服务的思科移动服务引擎（MSE）。MSE是一个平台，其内置了位置数据挖掘和位置分析技术。通过对WLC即无线控制器接收的客户端的802.1X探查请求帧、RSSI信息、设备的MAC地址信息及身份认证信息的数据分析，来定位无线设备的实时位置。运用MSE中的分析解决方案，对其原始数据进行聚合分析，了解Wi-Fi客户端在各位置的停留时间、移动轨迹等，某一位置的Wi-Fi客户端设备数量、流量等。这些分析结果可以被导出与我校其他数据相结合，通过大数据分析为我校师生的校园生活提供各类帮助，
可视化组件包括负责将位置分析进行可视化的思科企业网络管理产品（PI）。在PI（Cisco Prime Infrastructure）中构建了江苏开放大学无线AP地图模型，通过模型将移动客户端的运动轨迹等进行可视化的呈现。无线AP地图模型的构造框架为校区，楼宇及设施，各楼层。按照此框架，在PI中将我校各类楼宇建筑各层平面构造图及基础设施平面图进行导入，并按照现实中各个AP分布及影响范围在平面图中进行标记和信息设置。为了能够更为直观的了解AP所在位置，AP的命名规则为“楼宇标记 楼层标记 其所覆盖范围所在地（首字母） 序号”。例如，在覆盖范围为我校十八楼资源建设中心的AP命名为“Dalou-18F-ZYJSZX-1”。
图2 位置管理系统可视化示意图
如图2所示，通过构建无线AP的地图模型，我们可以实时了解学校各处移动设备的位置情况，他们以MAC地址为标识，在地图模型中按照楼层直观地显示出来。此外，针对某一移动终端，可以通过模型查看其运动轨迹，轨迹目前是以x轴为时间，y轴为AP名称的离散图表示的，当点击某一位置节点时，就会显示此位置的AP名称，登陆时间和离开时间。
通过江苏开放大学无线位置管理系统，运用大数据的方式，根据移动终端的认证登陆情况。我们可以得到每个移动终端用户的平日运动轨迹、最受欢迎的校内位置、教室及会场的拥挤状况等信息。利用这些位置信息，结合我校各类系统，通过数据挖掘技术可以发掘出更多的有效应用。
3 无线位置管理系统在高校中的场景应用研究
图3 无线位置管理系统与其他系统结合示意图
目前，类似此类wifi路径管理被使用在商店、酒店、物流中心等，用以对物资进行位置管理、流量管理等。随着大数据时代的到来，高校基础信息平台的建逐步完善，信息孤岛将渐渐消失，路径管理系统将深入学校的方方面面，结合各类数据，利用各类定位分析和高级分析为校内人员提供各类服务。如图3所示，利用学校现有各类信息平台与w-lan路径管理系统相结合，经过数据处理和数据挖掘，将一系列结果通过微信、短信、网页弹出窗口等方式直接推送给终端学习者。
1）基于位置服务的学习推荐系统
随着移动学习平台的日渐强大，师生的教与学已经从传统的课堂方式转换到网络移动端上。在此基础上，各类学习推荐系统也层出不穷。然而，目前市面上的推荐系统多以系统数据为基础，以算法为核心，进行数据挖掘。而基于位置的学习推荐系统较少有人研究。
基于位置的学习推荐系统就是一种通过定位移动客户端，从而定位用户位置，从位置的角度提供给学习者需要的信息的推荐系统，它将给学习者带来随时随地学习的全新感受。例如，当学习者进入图书馆区域时，推荐系统将会结合教学教务系统信息，如考试信息、课程信息等，将推荐书籍列出。进一步结合学校图书管理系统，可给出书籍所在位置，方便查阅。又例如在，当学习者位置移动至教室时，结合教学教务及信息平台数据，将该学生课表及教室推送给学生，并将该学生可能感兴趣的该教学楼内将进行的各类活动信息推荐给学生。
2）基于位置的校园综合服务平台
结合学习推荐系统，将位置信息融入更多的学校各类系统数据，建立基于位置的校园综合服务平台。这些数据信息已经不仅仅是学习所需信息，还包括如天气信息、食堂信息、校内通知公告、社会新闻等非主流信息。通过这些信息数据与用户位置信息的整合，挖掘出针对每个位置点每个用户的个性化信息，力争为使用者第一时间推送消息。例如，在离开宿舍位置的时候推送天气情况信息，在食堂位置推送本日食堂菜款及价格信息，在礼堂位置推送礼堂的活动信息，在图书馆位置推送用户图书借阅信息，在操场位置推送实时操场使用及比赛信息等。
3）基于位置的反馈预警系统
无线位置服务管理系统通过移动设备的位置变化针对每个在校人员描绘了平时路径图。通过路径图，可以掌握用户在某位置所花费的时间，及其访问位置的频率。通过这些地理位置信息与学习平台、bbs等结合，可以对学生进行学习分析。例如，通过学生在教室、图书馆、实验室位置出现的频率，研究其与学生成绩的关联性。而对于用户路径反常的发现，也可以及时发现问题，对用户进行预警。例如，一个平日经常在图书馆位置出现的用户，突然长时间未出现在该位置，系统就会自动默认为异常现象发出预警。
4 结束语
江苏开放大学无线位置管理系统在我校尚属起步阶段，其与各个系统之间交互与结合还有许多细节有待研究。就无线位置管理系统本身而言，也有许多有待改进的地方，这些都需要在以后的研究中进一步的探索。
参考文献：
[1] 杨韶，侯志超，崔春红，等.无线传感器网络定位系统设计[J].《虚拟运营与云计算——第十八届全国青年通信学术年会论文集（上册），2013.
[2] 王萍. 基于位置服务的移动学习研究[J].中国电化教育，2011（12）：114-119.
[3] Bill N. Schilit， Norman Adams， Roy Want. Context-AwareComputing Applications[EB/OL]. http：//www.ubiq.com/want/papers/parctab-wmc-dec94.pdf，2011-10-10.
[4] 徐海东，李菲菲，王飞.基于位置服务座位管理系统的设计与实现[J]. 农业图书情报学刊，2014（12）：25-27.