WiFi無線接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案研究

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0 引言

隨著無線業(yè)務(wù)的需求逐步增強(qiáng)，WLAN以其移動(dòng)性、靈活性高、建網(wǎng)迅速、管理方便、網(wǎng)絡(luò)造價(jià)低、擴(kuò)展能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在電信、聯(lián)通、移動(dòng)等運(yùn)營商的業(yè)務(wù)領(lǐng)域逐步發(fā)揮越來越重要的作用。任何一個(gè)位置都可以接入網(wǎng)絡(luò)，布線方式簡單，只需建置骨干。新增用戶無須布線，線路故障修復(fù)簡單，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，用戶可任意移動(dòng)。在很大程度上節(jié)約了人力物力和資金。WiFi作為短距離無線技術(shù)，以其便捷靈活的方式，受到人們的追捧和喜愛。

1 WiFi現(xiàn)狀

WiFi（Wireless Fidelity）俗稱無線寬帶，WiFi實(shí)際上為制定 802.11無線網(wǎng)絡(luò)的組織，并非代表無線網(wǎng)絡(luò)。但是，后來人們逐漸習(xí)慣用WiFi來稱呼802.11b協(xié)議。它的最大優(yōu)點(diǎn)就是傳輸速度較高，同時(shí)，也與已有的各種802.11 DSSS設(shè)備兼容。筆記本電腦上的迅馳技術(shù)就是基于該標(biāo)準(zhǔn)的。WLAN標(biāo)準(zhǔn)不斷完善，可運(yùn)營可管理性穩(wěn)步增強(qiáng)，802.11n已成主流?？焖俑咝У?G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，為WiFi無線接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供了條件。

WiFi技術(shù)經(jīng)過幾年的發(fā)展，目前已經(jīng)是一個(gè)比較成熟的技術(shù)，現(xiàn)今的設(shè)備完全支持 802.11a/b/g，安全方面滿足WEP、TKIP、WPA、WPA2等、支持 Radius認(rèn)證、計(jì)費(fèi)、授權(quán)等，未來的發(fā)展一方面是目前協(xié)議的完整和優(yōu)化，例如支持QoS，支持語音視頻等業(yè)務(wù)，這部分功能AP可以通過軟件升級(jí)解決。另一方面，WiFi提出新的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方式，例如Mesh、MIMO技術(shù)等。

WiFi的技術(shù)特點(diǎn)：

（1）無線電波的覆蓋范圍相對(duì)廣。

（2）傳輸速度非?？?，符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求。

（3）廠商進(jìn)入該領(lǐng)域的門檻比較低, 設(shè)備價(jià)格低廉。

（4）信號(hào)功率小，綠色健康。

（5）工作在相同的IMS 頻段，全球統(tǒng)一。

正因?yàn)槿绱?，WiFi無線接入網(wǎng)絡(luò)已成為當(dāng)今社會(huì)的主流元素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到今年8月初，某地區(qū)已部署5000多個(gè)熱點(diǎn)、24584個(gè)AP和70臺(tái)AC。主要集中在賓館酒店、政企單位、商務(wù)樓宇、學(xué)校、休閑娛樂場所、交通樞紐、醫(yī)院等。雖然如此，WiFi建設(shè)還是存在許多問題，綜合如下：

（1）建設(shè)模式單一，沒有引入合作方式共同參與建設(shè)；

（2）部署的熱點(diǎn)偏向高校和政府，商業(yè)價(jià)值不高；

（3）對(duì)WiFi后向運(yùn)營在管理上存在缺失；

（4）多數(shù)802.11n AP上聯(lián)帶寬不足50M，無法確保用戶體驗(yàn)；

（5）部署成本和運(yùn)維成本高；

（6）覆蓋范圍有限，信號(hào)不穩(wěn)定；

（7）安全性有待提高。

2 WiFi發(fā)展策略

WiFi發(fā)展策略，從業(yè)務(wù)、運(yùn)營和建設(shè)等3個(gè)方面展開：

（1）業(yè)務(wù)：由前向經(jīng)營為主向后向經(jīng)營為主轉(zhuǎn)變

做好業(yè)務(wù)發(fā)展策略轉(zhuǎn)變，提升網(wǎng)絡(luò)價(jià)值：做好業(yè)務(wù)發(fā)展策略轉(zhuǎn)變，由前向經(jīng)營為主向后向經(jīng)營為主轉(zhuǎn)變，提升業(yè)務(wù)收入；做好網(wǎng)絡(luò)升級(jí)和改造，以支撐后向經(jīng)營對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求，如AP支持多SSID組網(wǎng)，定制化PORTAL，管理合作伙伴設(shè)備等；在人流密集區(qū)域采取個(gè)性化 PORTAL認(rèn)證界面和推送，為電信相關(guān)業(yè)務(wù)做推廣。

（2）運(yùn)營：構(gòu)建多個(gè)集約化運(yùn)營中心，拓展后向模式

運(yùn)營企業(yè)以收購CDMA網(wǎng)絡(luò)和全業(yè)務(wù)運(yùn)營為契機(jī)，成立了地方網(wǎng)絡(luò)操作維護(hù)中心、無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中心、傳送網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中心、平臺(tái)運(yùn)營支撐中心和網(wǎng)絡(luò)資源管理中心，實(shí)行網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)平臺(tái)的集中維護(hù)、優(yōu)化和監(jiān)控，以及網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)管理和集中調(diào)度，著力提升專業(yè)化維護(hù)能力和重大任務(wù)、應(yīng)急通信的保障能力。實(shí)現(xiàn)平臺(tái)集約、資源集約、帳號(hào)集約、管理集約、數(shù)據(jù)集約、流量集約化。

（3）模塊化建設(shè)、分區(qū)設(shè)計(jì)和覆蓋

大規(guī)模的組網(wǎng)，建設(shè)思想總體來說，把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為多個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)用 AP覆蓋，采用傳輸和交換設(shè)備，把AP的數(shù)據(jù)都匯聚到AC上，小區(qū)內(nèi)所有用戶的數(shù)據(jù)報(bào)文傳遞給AC（每個(gè)小區(qū)有一臺(tái)AC），AC實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的接入控制，對(duì) AC控制的小區(qū)下的用戶進(jìn)行控制； AC可以作為Radius客戶端，配合運(yùn)營商目前的Radius服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)用戶的認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)。Radius服務(wù)器和網(wǎng)管服務(wù)器需要和AC不經(jīng)過 NAT通信,以便滿足認(rèn)證計(jì)費(fèi)的功能，或者 AC作為比較小的認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)服務(wù)器，本身對(duì)小區(qū)的用戶進(jìn)行認(rèn)證計(jì)費(fèi)服務(wù)。

大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)覆蓋系統(tǒng)規(guī)模大，涉及到的設(shè)備眾多，工程難度比較大。整個(gè)系統(tǒng)按照模塊化原則，把要覆蓋的區(qū)域，根據(jù)地理情況，分為N各小區(qū)，每個(gè)小區(qū)單獨(dú)勘測和設(shè)計(jì)。結(jié)合小區(qū)的地理狀況，設(shè)計(jì)合理的AP覆蓋方式。

3 WiFi無線接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案

3.1 WiFi無線接入網(wǎng)絡(luò)模式

（1）Ad-Hoc

此模式的特點(diǎn)是：無中心，自組織，多跳路由，動(dòng)態(tài)拓?fù)洹?/p>

（2）無線接入點(diǎn)—AP

此模式的特點(diǎn)是：無線接入點(diǎn)，有線無線互聯(lián)；需設(shè)置信道、密鑰（WEP）、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如DHCP）、橋接等；客戶端為臺(tái)式 PC機(jī)、筆記本電腦、掌上電腦等終端設(shè)備；AP結(jié)構(gòu)分布圖如圖1所示：

圖1 AP結(jié)構(gòu)分布圖

（3）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)橋接—P to P

P to P網(wǎng)絡(luò)通常用于通過Ad Hoc連接來連接節(jié)點(diǎn)。

（4）點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)路由—P to MP

點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)路由—P to MP，即點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)橋接，可將分布于不同地點(diǎn)和不同建筑物之間的局域網(wǎng)連接起來，真正實(shí)現(xiàn)高性能、多功能平臺(tái)的無線傳輸。P to MP結(jié)構(gòu)分布圖如圖2所示：

圖2 P to MP結(jié)構(gòu)分布圖

（5）無線客戶端—AP Client

無線客戶端—AP Client特點(diǎn)是：無線客戶端，無線有線互聯(lián)；自動(dòng)捕捉信道；手工設(shè)置密鑰；自動(dòng)獲取IP地址等。

（6）無線轉(zhuǎn)發(fā)器—Repeater

無線轉(zhuǎn)發(fā)器是用來轉(zhuǎn)發(fā)無線探測器或者遙控器的信號(hào)，構(gòu)成聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的重要器件，當(dāng)遙控器或探測器和接收裝置之間因安裝距離較遠(yuǎn)、通訊信號(hào)強(qiáng)度不足時(shí)可加裝無線轉(zhuǎn)發(fā)器，以保證通信順暢。

（7）無線網(wǎng)狀網(wǎng)—WiMesh

（8）無線網(wǎng)狀網(wǎng)—WiMesh是一種基于IP協(xié)議的通信技術(shù)，它支持多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，采用移動(dòng)跳接式路由技術(shù)（Mobile Ad Hoc），避免了星型網(wǎng)絡(luò)單點(diǎn)故障的問題。無線網(wǎng)狀網(wǎng)—WiMesh結(jié)構(gòu)分布圖如圖3所示：

圖3 WiMesh結(jié)構(gòu)分布圖

3.2 WiFi無線接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃實(shí)施方案

（1）對(duì)現(xiàn)有高流量場所，如高校、政企場所等，繼續(xù)優(yōu)化，做厚做精：在WiFi使用的高流量地方，繼續(xù)提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，增加帶寬及流量，使這些地方的WiFi使用更加方便，從而帶動(dòng)其他地方或場所的WiFi使用率。

（2）預(yù)留一部分投資，根據(jù)前端部門訂單需求建設(shè)新增熱點(diǎn)：對(duì)投資有一個(gè)全面的計(jì)劃，并根據(jù)前端部門訂單需求，從而進(jìn)行擴(kuò)展延伸，建立新的熱點(diǎn)。

（3）關(guān)注后向經(jīng)營對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求：AP支持多SSID組網(wǎng)，定制化PORTAL，管理合作伙伴設(shè)備等 。

3.3 WiFi網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃實(shí)施步驟

WiFi網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃實(shí)施步驟分為：調(diào)研及勘查、覆蓋設(shè)計(jì)、頻率規(guī)劃、容量規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化幾個(gè)方面。

（1）調(diào)研及勘查

通過調(diào)研了解客戶需求，明確網(wǎng)絡(luò)覆蓋目標(biāo)、應(yīng)用背景，分析用戶對(duì)象群及數(shù)量、業(yè)務(wù)特征等；并對(duì)WLAN覆蓋現(xiàn)場進(jìn)行勘查，獲得現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)、傳輸及點(diǎn)位等情況。在此基礎(chǔ)上制定合理的WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃總體原則和策略。

調(diào)研及勘查是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的成功關(guān)鍵：

①了解運(yùn)營商要求覆蓋建筑物的數(shù)量，樓層的高度，覆蓋的邊界。

②了解如下的干擾源，設(shè)置AP時(shí)盡量避開干擾源：

微波爐

藍(lán)牙設(shè)備

醫(yī)療或科學(xué)設(shè)備

高壓線

③了解運(yùn)營商要求的室內(nèi)的覆蓋率，一般考慮 80%，用戶可以享用的最大帶寬，通用的集線比。

④勘測AP放置的位置有無其它的AP設(shè)備，發(fā)射功率多少，有無其它干擾頻率。

⑤現(xiàn)場架式AP設(shè)備，對(duì)要覆蓋的區(qū)域進(jìn)行測試，保證室內(nèi)和室外的滿足覆蓋范圍指標(biāo)。

⑥對(duì)機(jī)房的情況記錄，比如上連接口，電源電壓，以太網(wǎng)固定位置等。

⑦估算以太網(wǎng)線的長度，固定位置，要遠(yuǎn)離樓頂接地網(wǎng)。

⑧室外AP安裝的位置需要有接地線。在雷雨較多的地區(qū)，要安裝避雷器和以太網(wǎng)避雷器。

（2）覆蓋設(shè)計(jì)

覆蓋設(shè)計(jì)階段首先確定WLAN網(wǎng)絡(luò)的覆蓋方式，即采用室內(nèi)還是室外覆蓋方式、單獨(dú)建設(shè)還是與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)合路等。確定覆蓋方式之后根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)進(jìn)行鏈路預(yù)算，在此基礎(chǔ)上初步確定AP點(diǎn)位及數(shù)量。在有條件情況下，進(jìn)行WLAN仿真，預(yù)測規(guī)劃效果，并根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，直到各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到目標(biāo)值。

計(jì)算空中損耗如表1所示：

表1 空中損耗表

（3）頻率規(guī)劃

合路器、耦合器、功分器、射頻饋線、吸頂天線等室分系統(tǒng)的頻率范圍為 800～2500MHz頻帶的需求。

室內(nèi)分布系統(tǒng)天線的等效全向輻射功率大于10dBm覆蓋要使邊緣場強(qiáng)達(dá)到最低要求（-75dBm）

一般規(guī)定在人員經(jīng)常停留地區(qū)最高信號(hào)接收電平不超過-25dBm；

GSM 900 TD-SCDMA 信號(hào)經(jīng)過耦合器在 WLAN頻段的噪聲電平－100dBm。

（4）容量規(guī)劃

WLAN由于是靠無線電波傳輸數(shù)據(jù)，因此在建網(wǎng)時(shí)的設(shè)計(jì)、規(guī)劃，并且在相關(guān)布網(wǎng)理論基礎(chǔ)上要比有線網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的多；

WLAN的實(shí)施具體地講就是根據(jù)客戶需求和網(wǎng)絡(luò)容量，因地制宜、精確地定位無線接入點(diǎn)（AP）的裝配位置；

在確定接入點(diǎn)位置時(shí)，精確的位置必須要通過場地信號(hào)強(qiáng)度測試儀和比較試驗(yàn)來定,設(shè)備的標(biāo)稱值只能作為一個(gè)大致的參考；

相鄰設(shè)備不要重迭頻道；

立體考慮信號(hào)干擾問題；實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是立體的，而不是平面的；

信號(hào)損耗、干擾源的避免。

（5）網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

按照網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃對(duì)AP設(shè)備進(jìn)行安裝完成后，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。

用戶容量的優(yōu)化：

在試運(yùn)行階段，檢測每個(gè)AP用戶的容量,保證每個(gè)AP連接用戶數(shù)不高于20個(gè)，如果超過該數(shù)量，需要增添新的AP設(shè)備。

對(duì)AP間同頻干擾優(yōu)化：

采用WLAN掃描軟件對(duì)建筑物進(jìn)行掃描，了解網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況，對(duì)同頻干擾AP盡量降低發(fā)射功率，保證AP的正常運(yùn)行。

對(duì)覆蓋范圍的優(yōu)化：

了解小區(qū)的覆蓋情況，對(duì)覆蓋較差的區(qū)域，通過增加AP或增大AP的發(fā)射功率來滿足用戶的上網(wǎng)需求。各熱點(diǎn)場合下AP占比如圖4所示：

圖4 各熱點(diǎn)類型下AP占比

4 總結(jié)

經(jīng)過綜合分析，WiFi無線接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，可以符合以下要求：

（1）前瞻性

網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)要有一定的前瞻性，采用先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)手段，保證在一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)隨著技術(shù)的發(fā)展而變更網(wǎng)絡(luò)的核心架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，并能滿足后期新技術(shù)擴(kuò)展的應(yīng)用。

（2）實(shí)用性

網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合用戶的實(shí)際需求，考慮與現(xiàn)網(wǎng)兼容，盡可能利用現(xiàn)網(wǎng)資源，節(jié)省投資。

（3）可靠性

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否合理？選型是否妥當(dāng)？工程施工的質(zhì)量是否規(guī)范等都會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性，因此保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的重要原則，要求重要的設(shè)備要有一定冗余備份。BRAS、AC、數(shù)據(jù)庫等網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備應(yīng)采用冗余備份方式，即系統(tǒng)主設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)、及時(shí)切換到備用設(shè)備，保證了用戶接入的不中斷以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性。同時(shí)對(duì)于重要的用戶接入，AP設(shè)備也應(yīng)選用雙鏈路設(shè)備。

（4）可管理性

網(wǎng)絡(luò)的可管理性是保證網(wǎng)絡(luò)開通、后續(xù)維護(hù)以及運(yùn)營的重要指標(biāo)。一方面包括WLAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的統(tǒng)一管理和控制，另一方面包括用戶的統(tǒng)一管理，如無線用戶和有線用戶的統(tǒng)一認(rèn)證、統(tǒng)一計(jì)費(fèi)；IP地址的統(tǒng)一規(guī)劃和分配等。

（5）可擴(kuò)展性

網(wǎng)絡(luò)只有具備良好的可擴(kuò)展性，才能滿足后續(xù)的發(fā)展。可擴(kuò)展性包括網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)可擴(kuò)展、用戶容量可擴(kuò)展以及業(yè)務(wù)可擴(kuò)展等。

（6）安全性

系統(tǒng)應(yīng)具有從無線側(cè)到網(wǎng)絡(luò)側(cè)的安全保證。WLAN網(wǎng)絡(luò)支持多種認(rèn)證和加密方式，保障了WLAN接入網(wǎng)絡(luò)的安全和無線通信中用戶數(shù)據(jù)的安全。通過對(duì)非法AP的檢測和定位以及防 DoS攻擊等手段，可以進(jìn)一步保證無線網(wǎng)絡(luò)的安全。在網(wǎng)絡(luò)側(cè)應(yīng)安裝網(wǎng)絡(luò)防火墻等，防止黑客入侵等；同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫采取網(wǎng)絡(luò)隔離，保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的安全。

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