智慧城市中WiFi網(wǎng)絡(luò)部署設(shè)計的研究分析

宋安平 中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇省分公司

智慧城市中WiFi網(wǎng)絡(luò)部署設(shè)計的研究分析

宋安平 中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇省分公司

隨著國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略的不斷深入，智慧城市也呈現(xiàn)出爆發(fā)式的發(fā)展，這對人們生活、城市管理、行業(yè)運營都產(chǎn)生了巨大的智慧化變革。WiFi作為網(wǎng)絡(luò)接入，其具有移動性強、靈活性高、建網(wǎng)迅速、管理方便、網(wǎng)絡(luò)造價低、擴展能力大等特點，已作為實現(xiàn)智慧城市中的不可或缺的重要組成部分。然而WiFi網(wǎng)絡(luò)在部署中，也存在一定的局限性和安全風(fēng)險，如何高效節(jié)省地實現(xiàn)城市全域覆蓋，如何更穩(wěn)定安全地實現(xiàn)信息互聯(lián)及應(yīng)用需求，是當前WiFi網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部署的一個重要考慮點。本文將把技術(shù)理論與實踐工作經(jīng)驗相結(jié)合，全面闡述WiFi技術(shù)特性和組網(wǎng)特點，就網(wǎng)絡(luò)部署設(shè)計方面，提出了一些個人建議。

智慧城市 WiFi 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 數(shù)據(jù)采集

1 WiFi網(wǎng)絡(luò)在智慧城市中的地位

2016年第十五屆主題為“繁榮網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強國”的中國互聯(lián)網(wǎng)大會，首次將WiFi作為一個重要和獨立的主題來進行專項探討。

從技術(shù)角度來看，智慧城市是一個多層次結(jié)構(gòu)的復(fù)雜系統(tǒng)，它由底層的感知層、基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)層、核心的平臺層、豐富的應(yīng)用層組成完善的標準體系和安全體系。

WiFi寬帶網(wǎng)絡(luò)處于智慧城市體系架構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)層，承載著互聯(lián)網(wǎng)信息入口和傳送，“連接了線上與線下資源”，“連接了人與服務(wù)”，“連接了用戶與商家”，形成了海量的大數(shù)據(jù)，支撐著用戶抓取，以及廣告業(yè)務(wù)帶來的精準營銷商業(yè)服務(wù)模式，已經(jīng)充分融入了大眾社會生活中，無論是出行、工作、購物、娛樂都能看到WiFi寬帶網(wǎng)絡(luò)嚴謹努力的足跡，“無網(wǎng)絡(luò)不生活”，已經(jīng)形成了社會大眾的生活習(xí)慣。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，WiFi已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)時代的“水和空氣”。

2 智慧城市WiFi網(wǎng)絡(luò)設(shè)計部署建議

2.1 WiFi網(wǎng)絡(luò)設(shè)計規(guī)劃流程

科學(xué)地設(shè)計規(guī)劃，是網(wǎng)絡(luò)合理部署的前提。特別對于WiFi網(wǎng)絡(luò)，如果不能合理規(guī)劃，極可能因不同網(wǎng)絡(luò)之間的相互干擾而降低用戶體驗效果，所以我們必須做好WiFi網(wǎng)絡(luò)設(shè)計規(guī)劃工作，其實施流程分為：調(diào)研和勘察、覆蓋設(shè)計、容量規(guī)劃、頻點規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等幾個方面。

2.1.1 調(diào)研和勘察

調(diào)研是WiFi網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計的基礎(chǔ)，調(diào)研的目的是為獲取網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需要的各項數(shù)據(jù)，通過勘察和溝通，明確設(shè)計目標、網(wǎng)絡(luò)容量、應(yīng)用場景等，了解承載用戶群、業(yè)務(wù)特征等，掌握信號覆蓋區(qū)域數(shù)據(jù)、信號衰減情況等現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)。根據(jù)調(diào)研、勘察所得的數(shù)據(jù)編制出WiFi網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的總體原則和策略。

調(diào)研和勘察在實踐中，必須注意如下幾項關(guān)鍵點：

(1)了解客戶覆蓋區(qū)域建筑物結(jié)構(gòu)（包括樓層高度和數(shù)量、房間數(shù)量和布局等、鋼筋混凝土及木質(zhì)等），了解建筑物線纜走向情況等。

(2)了解附近的干擾源情況，安裝的AP位置盡量避開干擾源，如其他AP設(shè)備、藍牙設(shè)備、微波爐、高壓線等可發(fā)射微波源。

(3)了解客戶室內(nèi)或室外的覆蓋要求，明確出具體部署AP的數(shù)量，并對覆蓋區(qū)域進行測試，保證室內(nèi)外無線信號滿足覆蓋范圍指標。

(4)根據(jù)部署區(qū)域現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件，選取合適的部署方式，如共用室內(nèi)分布系統(tǒng)應(yīng)采用室內(nèi)分布式部署AP，如無需共用室內(nèi)分布系統(tǒng)可采用放裝式進行部署。

(5)掌握部署區(qū)域機房環(huán)境和傳輸設(shè)備情況，如電源電壓、上聯(lián)接口、交換機安裝位置等；明確出線纜走向、距離及固定位置等。

(6)對于室外AP安裝的位置應(yīng)考慮接地情況。特別在雷雨較多的地區(qū)，要安裝避雷器等設(shè)備。

2.1.2 覆蓋方式

WiFi網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式，一般可分為室內(nèi)覆蓋和室外覆蓋，室內(nèi)覆蓋又可分為室內(nèi)分布系統(tǒng)部署和獨立放裝部署。

(1)室內(nèi)分布系統(tǒng)部署方式。一般應(yīng)用于高檔寫字樓的信號覆蓋。如圖1所示，AP是工作在2．4GHz，而CDMA/FDD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)的天饋線系統(tǒng)都分別工作在不同的頻段，在現(xiàn)有的室內(nèi)分布系統(tǒng)的天饋系統(tǒng)上增加合路器、WLAN-AP和功放，天線使用同時滿足CDMA/FDD-LTE和WLAN的寬頻天線即可。該應(yīng)用可大大降低WLAN系統(tǒng)布設(shè)成本，縮短施工周期，也容易使小區(qū)等物業(yè)管理接受。但網(wǎng)絡(luò)容量一般較低，AP部署數(shù)量較少，天線位置也不一定最優(yōu)。

(2)室內(nèi)獨立放裝部署方式。該方式是當前應(yīng)用最廣泛的一種WiFi部署方式，在部署過程中，根據(jù)客戶無線覆蓋要求和數(shù)據(jù)容量，結(jié)合覆蓋區(qū)域環(huán)境和建筑物結(jié)構(gòu)，為確定AP布放位置提供參數(shù)。該方式優(yōu)勢在于AP位置可靈活選定，AP數(shù)量可方便增添，無線信號覆蓋較完善，網(wǎng)絡(luò)容量較大。

(3)室外WiFi部署方式。室外WiFi應(yīng)采用室外型AP進行覆蓋，室外型AP相比室內(nèi)型AP，主要具有大功率和防雷的功能。我們通常把室外型AP安裝在建筑物外部、電線桿、路燈桿等位置，其優(yōu)勢主要在于覆蓋范圍廣，便于WiFi網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護。常應(yīng)用在校園、景區(qū)等區(qū)域的WiFi覆蓋。

(4)鏈路預(yù)算和仿真。確定具體部署方式后，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)和空間衰耗進行鏈路預(yù)算，以此確定AP點位及數(shù)量。條件具備可進行WLAN仿真，預(yù)測規(guī)劃效果，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)部署。其中，圖2表示了信號頻率2．44GHz，天線的增益為0dBi時的自由空間的損耗曲線。

2.1.3 容量規(guī)劃

WiFi網(wǎng)絡(luò)的容量決定網(wǎng)絡(luò)的可用度、設(shè)備投資規(guī)模以及投資收益比。如何在合理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備投資范圍內(nèi)，有效實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)利用的最大化，并滿足預(yù)期的容量需求，也是WiFi網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重點。在此，我們從AP承載能力、用戶密集程度方面，闡述幾點部署建議。

(1)測算好AP場景適應(yīng)能力。單個AP部署時，應(yīng)充分考慮AP的承載能力、同時上網(wǎng)人數(shù)以及上網(wǎng)總帶寬情況，建議以AP承載能力的80%為上限核算上網(wǎng)用戶數(shù)和總上網(wǎng)帶寬，避免因AP承受能力估算不足，而導(dǎo)致實際應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)受阻。

(2)縮小覆蓋范圍。在WiFi網(wǎng)絡(luò)部署過程中，建議覆蓋范圍不應(yīng)過大，覆蓋范圍過大，不僅易產(chǎn)生干擾，而且大大增加了終端鏈接量，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)容量不夠，造成互聯(lián)網(wǎng)訪問擁堵。因此，我們可以通過降低AP的發(fā)射功率，來縮小無線覆蓋范圍及增加頻分復(fù)用度。

2.1.4 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是提升WiFi網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)的有效手段。因此在AP設(shè)備安裝結(jié)束后，應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)進行全面優(yōu)化。

(1)信號覆蓋優(yōu)化

改善WiFi信號覆蓋問題，目前主要以擴容補點、調(diào)整天饋、室分優(yōu)化、干擾優(yōu)化等手段為主。

增加覆蓋點。根據(jù)評估結(jié)果與現(xiàn)場配套設(shè)施，直接對信號覆蓋較差熱點區(qū)域增加放裝型AP設(shè)備，或調(diào)整AP設(shè)備功率。

調(diào)整天線覆蓋。通過調(diào)整天線增益、改變AP不合理的安裝位置、更換成定向天線等措施實現(xiàn)無線覆蓋最優(yōu)范圍。

室分優(yōu)化。檢查無源器件（如天饋、功分器、合路器）、有源器件（干路放大器）指標和布放位置，優(yōu)化不合理的室分部署。

干擾優(yōu)化。排查附近區(qū)域大于-75dBm干擾信號，排查隱藏AP對本區(qū)域的影響。

(2)報文優(yōu)化

低速率報文優(yōu)化。在覆蓋范圍滿足的情況下，根據(jù)業(yè)務(wù)需求和用戶密度狀況，適當關(guān)閉低速率報文，以提高無線空口帶寬利用率，但需考慮弱信號用戶無法接入的不良感知。

Probe Responese報文優(yōu)化。由于AP主動發(fā)送Probe Responese報文會占用部分無線空口資源，建議關(guān)閉Probe Responese報文，以提高無線空口資源利用率。

Beacon報文發(fā)送周期優(yōu)化。按照實際運行情況，可以將Beacon報文發(fā)送周期由100ms調(diào)整為150ms，有利于降低無線空口資源的消耗。

(3)二層隔離

隨著覆蓋節(jié)點的不斷增多，AC/AP組網(wǎng)規(guī)模會變得越來越大，使得整個網(wǎng)絡(luò)是一個大型的二層數(shù)據(jù)網(wǎng)，為提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和管理便利性，需要對整個網(wǎng)絡(luò)進行VLAN劃分，實現(xiàn)小型化的二層網(wǎng)絡(luò)，減少廣播/組播報文的總體數(shù)量和影響范圍，有利于提高WiFi網(wǎng)絡(luò)的性能和使用感知。

2.2 WiFi網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管控設(shè)計方案

當前，我們已進入大數(shù)據(jù)時代，而數(shù)據(jù)信息的采集在大數(shù)據(jù)分析中具有重要地位。以無線網(wǎng)絡(luò)WiFi，以及連接該WiFi的移動設(shè)備為載體，獲取用戶上網(wǎng)行為數(shù)據(jù)，是眾多企業(yè)、商家等機構(gòu)進行大數(shù)據(jù)采集分析的最常用方式。WiFi網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集，一般采用集中式組網(wǎng)和分布式組網(wǎng)兩種方式。

2.2.1 集中式組網(wǎng)設(shè)計方案

所謂WiFi網(wǎng)絡(luò)集中式組網(wǎng)，就是以省或市為范圍，由一臺或多臺集中數(shù)據(jù)管理平臺對省內(nèi)或市所有行業(yè)AP進行數(shù)據(jù)采集、認證審計及行為管控，即省內(nèi)或市內(nèi)共享集中平臺，如圖5所示。其關(guān)鍵需要核心路由器與各BRAS間建立VPN通道，互聯(lián)網(wǎng)流量由AP傳至BRAS，通過VPN通道送至省/市集中數(shù)據(jù)管理平臺，經(jīng)省/市集中數(shù)據(jù)管理平臺統(tǒng)一訪問Internet。

該組網(wǎng)模式一般常用于運營商的WiFi網(wǎng)絡(luò)部署中。其優(yōu)點可以利用共享平臺，降低總體投資，但組網(wǎng)較復(fù)雜。

2.2.2 分布式組網(wǎng)設(shè)計方案

WiFi網(wǎng)絡(luò)分布式組網(wǎng)，主要體現(xiàn)在各個WiFi部署點，分別放置網(wǎng)關(guān)設(shè)備（小型數(shù)據(jù)管理平臺），客戶總部放置云端服務(wù)器，如圖6所示。網(wǎng)關(guān)設(shè)備用于數(shù)據(jù)采集、上網(wǎng)管控等功能，云端服務(wù)器負責(zé)用戶上網(wǎng)數(shù)據(jù)分析及上網(wǎng)日志的管理儲存。各點互聯(lián)網(wǎng)訪問流量經(jīng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備后，直接進入運營商本地Internet網(wǎng)。

該組網(wǎng)模式常用于企業(yè)、大型商家等。其優(yōu)點是網(wǎng)關(guān)和云端服務(wù)器屬專網(wǎng)專用平臺，功能需求更符合客戶的個性化需求，但網(wǎng)絡(luò)投資相對較大。

3 總結(jié)

如今，移動互聯(lián)網(wǎng)正以更加快速、更加強力的方式推動著經(jīng)濟、社會的變革。同時，隨著WiFi新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，WiFi網(wǎng)絡(luò)與其他移動網(wǎng)絡(luò)將會長期共存。然而，構(gòu)建智慧城市WiFi網(wǎng)絡(luò)必定也擁有越來越廣泛的應(yīng)用。如何結(jié)合實際場景，以更科學(xué)更前瞻更安全的角度去設(shè)計規(guī)劃WiFi網(wǎng)絡(luò)，顯得尤為重要。作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和運營者，我們不僅需要緊跟不斷演進的先進技術(shù)，而且要以嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度進行現(xiàn)場勘查和調(diào)研，選擇最優(yōu)的組網(wǎng)建設(shè)方案。我相信，隨著WiFi網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷演進、安全性不斷提升、覆蓋范圍的不斷擴大，將在智慧城市的發(fā)展中發(fā)揮更為突出的移動互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢。

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