淺談校園WLAN網(wǎng)絡規(guī)劃思路

【摘 要】移動通信大行其道，WLAN網(wǎng)絡重要性日益明顯，而校園有其特殊性，一方面使用需要旺盛，另一方米有人員密集區(qū)，如教室，但同時又有外部大面積區(qū)域，如教學樓外、大學城等，本文一方面介紹了普通WLAN網(wǎng)絡規(guī)劃思路，同時結合校園的特殊性，對其網(wǎng)絡規(guī)劃方法進行了介紹。

【關鍵字】WLAN； 校園； 網(wǎng)絡； 規(guī)劃 ； IEEE802.11b/g 2.4G

一、概述

21世紀，移動通信大行其道，3G方興未艾，4G已粉墨登場，而WLAN網(wǎng)絡的重要性也日益明顯，中國電信目前也直接將WLAN網(wǎng)絡定義為其第四張網(wǎng)。一般WLAN網(wǎng)絡規(guī)劃流程可以分為以下幾個步驟：調(diào)研及勘查、覆蓋設計、頻率規(guī)劃、容量規(guī)劃、網(wǎng)絡優(yōu)化幾個步驟。

通過調(diào)研了解客戶需求，明確網(wǎng)絡覆蓋目標、應用背景，分析校園對象及用戶數(shù)量、業(yè)務特征等；并對WLAN覆蓋現(xiàn)場進行勘查，獲得現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)、傳輸及點位等資源情況。在此基礎上制定合理的WLAN網(wǎng)絡規(guī)劃總體原則和策略。

覆蓋設計階段首先確定WLAN網(wǎng)絡的覆蓋方式，即采用室內(nèi)還是室外覆蓋方式、單獨建設還是與移動通信網(wǎng)絡合路等。確定覆蓋方式之后根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)進行鏈路預算，在此基礎上初步確定AP點位及數(shù)量。覆蓋設計之后根據(jù)前面確定的AP點位及數(shù)量進行合理頻率規(guī)劃，規(guī)避頻率干擾，力求將干擾降到最小。然后根據(jù)用戶需求進行容量規(guī)劃。容量規(guī)劃與頻率規(guī)劃是相互關聯(lián)又相互制約的，提升容量將增大干擾，降低干擾又會減少網(wǎng)絡容量，容量規(guī)劃的目的就是找到容量和干擾整體最優(yōu)的結合點。

在WLAN網(wǎng)絡建成之后，進行實際的測試，做相應的優(yōu)化調(diào)整，使網(wǎng)絡性能達到最優(yōu)。

二、調(diào)研及勘查

前期調(diào)研和規(guī)劃是網(wǎng)絡規(guī)劃的基礎，是獲得規(guī)劃輸入?yún)?shù)的過程。調(diào)研階段需覆蓋目標、網(wǎng)絡設計容量以及網(wǎng)絡的預期質(zhì)量。

由于WLAN信號在空間衰減較快，且WLAN多應用于室內(nèi)環(huán)境，建筑結構、房屋材質(zhì)對WLAN信號的影響很大，需進行現(xiàn)場的勘查，為WLAN的規(guī)劃、仿真做好前期準備。

三、覆蓋設計

（一）覆蓋方式

WLAN網(wǎng)絡大體可以分為下面兩種場景、4類覆蓋方式。

（1）室內(nèi)覆蓋：單獨建設方式、共用室內(nèi)分布系統(tǒng)建設方式；

（2）室外覆蓋：室外型AP覆蓋方式、Mesh型網(wǎng)絡覆蓋方式。

1.室內(nèi)單獨建設方式

室內(nèi)單獨建設方式是目前最簡單、應用最廣的WLAN建設方式。

采取單獨建設方式時，主要根據(jù)WLAN的覆蓋和容量需求在相應的位置布放，并將走線長度控制在允許范圍內(nèi)。隨后的鏈路預算只需計算空間損耗即可。

一般來說，單獨布放點位選擇比較靈活，基本可以使用適合WLAN覆蓋的最佳點位；并且由于使用了較多的AP，可以獲得較大的網(wǎng)絡容量。

2.共用室內(nèi)分布系統(tǒng)建設方式

目前很多校園教學樓已經(jīng)進行了電信運營的室內(nèi)分布系統(tǒng)建設，在引入WLAN時可以考慮采用共用室分系統(tǒng)的建設方式。

該種方式將WLAN的無線射頻信號通過合路器饋入室內(nèi)分布系統(tǒng)，各頻段信號共用天饋進行覆蓋。由于WLAN設備輸出信號強度較小，一般采用后端合路，使AP盡量接近天線。

共用室內(nèi)分布系統(tǒng)的優(yōu)點在于可以充分利用原有資源，工程量較小，經(jīng)濟快捷。共用室內(nèi)分布系統(tǒng)時天線點位可能不是最優(yōu)的，且由于使用的AP較少，網(wǎng)絡容量較低。但綜合成本及用戶需求，一般校園內(nèi)建議覆蓋采用此種方式，雙SSID接入。

3.室外型AP覆蓋方式

對于校園內(nèi)辦公樓、校區(qū)等以覆蓋需求為主的地區(qū)，可以使用室外型AP進行覆蓋。AP置于建筑物頂端或外墻，使用室外型AP和高增益天線，對室內(nèi)進行覆蓋。

采用室外型覆蓋方式建設速度快，網(wǎng)絡維護簡單，投資少見效快。但應注意下面幾方面問題。

（1）室外WLAN信號和室內(nèi)WLAN信號之間的干擾；

（2）WLAN為共享帶寬，無法保障單個用戶的帶寬；

（3）室內(nèi)WLAN信號的覆蓋效果。

4. Mesh型網(wǎng)絡覆蓋方式

對于室外較大面積（如大學城、校園等）的WLAN覆蓋可以采用Mesh型網(wǎng)絡覆蓋。如圖4所示，Mesh技術采用網(wǎng)狀網(wǎng)結構，通過若干個基于無線互聯(lián)的AP群對目標區(qū)域進行覆蓋，并將數(shù)據(jù)回傳至有線教育城域網(wǎng)。

此種建設方式部署靈活、建設快捷，對傳輸?shù)荣Y源需求較少。部署時應注意頻率規(guī)劃及對周邊WLAN網(wǎng)絡的影響。

（二）鏈路預算

在確定WLAN網(wǎng)絡部署方式之后，就要進行鏈路預算。

設發(fā)射機的輸出功率為Pt，空間路徑衰耗PL（d），電纜及各類器件的損耗Ls，發(fā)射天線增益為Gt，接收天線增益Gr，則接收機接收的功率電平Pr可用下面公式表示：

Pr=Pt+Gt-PL（d）-Ls+Gr

根據(jù)此公式可以計算得到各處的接收電平，進而確認AP覆蓋范圍。

下面討論在室外、室內(nèi)的WLAN信號傳播損耗。

1.室外環(huán)境

無線局域網(wǎng)校園的覆蓋范圍較小，因此采用自由空間傳播模型。2.4GHz自由空間電磁波的傳播路徑損耗符合：

L0（dB）=92.4+20lg（d）+20lg（f）

其中L0為自由空間損耗；d為傳輸距離，單位是km；f為工作頻率，單位是GHz。

2.室內(nèi)環(huán)境

選取衰減因子模型作為室內(nèi)無線傳播模型，其表示式為：

其中PL（d0）=20lg（4πd0/λ），一般取d0=1m，當頻率為2.45GHz時，其值為40dB；NMF表示基于測試的多樓層路徑損耗指數(shù)。典型建筑物的路徑損耗指數(shù)如表1所示。

四、頻率規(guī)劃

目前較成熟的，一般采用IEEE802.11b/g設備使用2.4～2.4835GHz頻段。工作頻率帶寬為83.5MHz，劃分為14個子頻道，每個子頻道帶寬為22MHz；互不干擾的子信道有3個。（802.11a使用5.8GHz頻段，目前應用較少，暫不做討論。）

與蜂窩網(wǎng)類似，3個互不干擾信道可以進行頻率復用，但應確保使用同一信道的AP之間應有足夠遠的距離，避免干擾。AP覆蓋區(qū)域之間應有重疊區(qū)，以保證無縫覆蓋和適應負載均衡。

表1 典型建筑物的路徑損耗指數(shù)

經(jīng)過鏈路預算，可以初步確定AP的點位。

五、容量規(guī)劃

隨著WLAN的普及，出現(xiàn)了一些用戶密集的熱點區(qū)域，這些區(qū)域是WLAN設計的難點和重點。下面討論AP接入能力、干擾對WLAN速率的影響幾個方面的問題。

（一）單AP接入能力

由于WLAN采用CSMA/CA機制，如果接入用戶過多，那么同一時刻發(fā)生沖突的概率明顯增大，也必定會延長每個用戶等待的時間。對校園場景，工程設計上一般每AP接入用戶數(shù)在20～30臺左右應該比較合適。

（二）信道干擾

1.其它設備的干擾

經(jīng)過測試，使用2.4GHz頻段的設備中，藍牙等小功率設備對WLAN網(wǎng)絡的影響很小，可以忽略；微波爐等大功率設備WLAN網(wǎng)絡的影響較大，在網(wǎng)絡設計時應注意遠離此類設備。WLAN設備靠近干擾源時，傳輸速率迅速下降。

2. 同道干擾

WLAN采用的直接序列擴頻技術的擴頻碼是標準的，不同的設備使用相同的擴頻碼，因此相鄰小區(qū)不能使用相同頻率，否則將造成同頻干擾。所以，在有限范圍內(nèi)單純采用增加AP的辦法是無法提高網(wǎng)絡容量的。

3. 鄰道干擾

兩信道中心頻率小于25MHz時，信道之間存在重疊區(qū)域，會有部分干擾。

使用鄰頻可以增加可用頻點數(shù)，但會引入干擾，工程上一般仍采用1、6、11三個完全不干擾的頻段。對于使用鄰頻的能否使系統(tǒng)總容量得以及提升、提升效果還有待進一步的試驗來驗證。

（三）干擾規(guī)避及容量提升

通過規(guī)避干擾提升網(wǎng)絡容量，尤其是在教室等小范圍空間提供大容量的無線局域網(wǎng)是WLAN設計的難點。針對干擾規(guī)避和容量提升，業(yè)內(nèi)主要有如下幾種建議：充分利用天然隔斷（如建筑物、墻體等）、使用802.11a、降低AP發(fā)射功率、使用扇區(qū)天線或智能天線。

利用隔斷進行頻率復用是WLAN網(wǎng)絡規(guī)劃的基本方法，802.11a的使用主要受限于用戶發(fā)展，這里都不再贅述。

六、網(wǎng)絡優(yōu)化

在網(wǎng)絡規(guī)劃設計及建設完成之后，需要對實際網(wǎng)絡質(zhì)量進行測量，并根據(jù)測量結果對網(wǎng)絡進行調(diào)整，以確保信號強度、干擾等指標達到目標值。

作者簡介：

劉敏，女，漢族，1980年4月生，2003年畢業(yè)于新疆大學計算機客戶與技術專業(yè)。工作單位為新疆電信公司政企客戶支撐中心，通信工程師職稱。先后曾從事傳輸、數(shù)據(jù)等專業(yè)維護工作，參與過多項重大工程項目的方案設計及實施。