基于802.11n的WLAN工程設計與實現

吳振洲

（烏魯木齊職業大學現代教育技術中心，新疆烏魯木齊830002）

1.引言

在20世紀90年代初，無線局域網技術便已經出現了，但當時由于設備價格、網絡性能、設備兼容性等多種原因，無線局域網在當時并沒有得到非常廣泛的應用和發展。無線局域網技術不斷成熟，形成了包括IEEE 802.11、藍牙技術、HomeRF技術等多種技術標準，無線局域網具有移動性強、網絡實施容易、使用靈活、網絡適應性強、網絡經濟性高等諸多優點，應用范圍更加廣泛、承載應用也更加豐富多樣。2003年9月IEEE專門成立802.11n工作小組，制定無線局域網標準802.11n。IEEE 802.11n協議高速的無線傳輸速率和覆蓋更廣的信號范圍，可以滿足人們對移動帶寬、傳輸速度和應用便捷性的諸多差異化需求。基于IEEE802.11n協議設計實施無線局域網工程，兼顧可操作性、經濟性、冗余性等多種因素，具有很強的實際參考價值。

2.802.11n協議網絡設計模型

相比IEEE802.11a、802.11b、802.11g等無線局域網協議，IEEE802.11n協議能夠提供更高的無線速率、更廣的無線覆蓋范圍以及更強的信號穩定性，并且全面兼容802.11a、802.11b、802.11g產品。在技術層面，IEEE 802.11n在物理層引入M IMO、M IMO-OFDM、Short GI、40MHz等多種技術大大提高了物理層吞吐能力。IEEE 802.11n協議改變了MAC層數據幀結構，增加凈負載所占的比重，減少管理檢錯所占的字節數，大大提升了網絡的吞吐量。在天線上，802.11n協議采用智能天線技術有效解決傳輸覆蓋范圍問題。依托更大的信道帶寬、更大的吞吐量，IEEE 802.11n協議能夠更好地滿足高清視頻傳輸、網絡視頻通話、高速在線游戲等多媒體數字娛樂的無線網絡容量需求。此外，為改善無線局域網安全問題，IEEE 802.11n協議采用了最新的網絡安全標準WPA2。基于WAP的升級標準，增加了支持“AES”加密方式的功能，能夠為家庭用戶、企業商務用戶無線網絡提供更為可靠、更高等級的安全保障。

802.11 n協議無線局域網主要由端站（STA）、接入點（AP）、接入控制器（AC）、AAA服務器以及網元管理單元組成。802.11n協議無線局域網網絡參考模型主要包括如下接口：①WA接口：為空中接口，是接入點和STA之間的接口；②WP接口：為邏輯接口，是Portal服務器與AC之間的接口；③WB接口：為邏輯接口，是接入控制器和接入點之間的接口；④WT接口：STA和用戶終端之間的接口；⑤WS接口：AAA服務器與AC之間的接口，該接口為邏輯接口；⑥WU接口：公眾無線局域網與Internet之間的接口；⑦WM接口：網元管理單元與網元之間的接口。802.11n網絡設計參考模型如下：

圖1 802.11n網絡設計參考模型

（1）端站（STA）：無線網絡中的終端，通過不同接口接入計算機終端，也可以是非計算機終端上的嵌入式設備。STA通過無線鏈路接入AP。

（2）接入點（AP）：通過STA和無線鏈路進行通信。無線鏈路采用標準的空中接口協議。AP和STA均為可以尋址的實體。AP上行方向通過WB接口采用有線方式與AC連接。

（3）接入控制器（AC）：充當無線局域網和外部網之間的網關功能。AC將來自不同AP的數據進行匯聚，與Internet相連。AC支持用戶安全控制、業務控制、計費信息采集及對網絡的監控。AC可以直接和AAA服務器相連。在特定的網絡環境下，接入控制器AC和接入點AP對應的功能可以在物理實現上一體化。

（4）AAA服務器：具備認證、授權和計費（AAA）功能。在物理上可以由具備不同功能的獨立的服務器構成，即認證服務器（AS）、授權服務器和計費服務器。認證服務器保存用戶的認證信息和相關屬性，當接收到認證申請時，支持在數據庫中對用戶數據的查詢。在認證完成后，授權服務器根據用戶信息授權用戶具有不同的屬性。

（5）Portal服務器：負責完成PWLAN用戶門戶網站的推送。Portal服務器為必選網絡單元。

3.802.11n協議無線局域網設計

本文基于某電子商城實際應用管理需要，設計基于802.11n協議的無線局域網。該商城建筑總面積約120000平方米，1-6層為開放式配件市場，7層為休閑餐廳，地下1-2層為物業辦公。從應用需求方面，一方面現有固定寬帶網絡難以有效滿足電子商城高速移動辦公、高帶寬應用產品展示需求，另一方面，電子商城客戶規模持續擴大，通過無線局域網進行網絡覆蓋來實現移動寬帶接入需求非常迫切。整個系統基于IEEE 802.11n無線技術，無線局域網需要覆蓋整個電子商城內部，包括：地上1-7層營業區域、地下1-2層物業辦公區域以及電子商城外部附近區域的無線網絡覆蓋，802.11n網絡拓撲總體設計如下：

圖2 802.11n無線局域網網絡拓撲

電子商城地上1-7層、地下1-2層分別安裝接入點設備(AP)，每個AP再與現有二層交換機進行連接。用戶端設備配備無線網卡，利用空中接口與接入點AP構成連接。為實現電子商城外部的802.11n無線局域網覆蓋，在電子商城外壁安裝室外AP接入點，采用專門設計的室外全向天線，可在室外覆蓋100-300米。此外，需要在電子商城內部建立一個覆蓋整個電子商城的無線接入平臺，通過網管中心統一管理，為電子商城員工和外來游客提供寬帶無線接入。同時，為滿足電子商城用戶接入WLAN和無線接入點（AP）方便管理需要，充分考慮網絡的安全性，設計具有多層次、多認證的安全保護措施，以滿足用戶身份鑒別、訪問控制、可稽核性和保密性等要求。

4.802.11n協議無線局域網容量測算

按照802.11n協議無線局域網的國際規范和國家無線電管理委員會標準，本無線局域網工程網絡設備采用工作頻段為：2400-2483.5MHz。工作頻率帶寬為83.5MHz，并且劃分14個子頻道，每個子頻道帶寬均為22MHz。同時，為保障無線局外網絡有更好的網絡覆蓋和更優的網絡性能，避免重疊覆蓋區相互之間的干擾，本工程相鄰AP信道分配保持5個信道以上的間隔，即在同一覆蓋區域只有三個信道完全不重疊，即：使用1、6、11號子信道或2、7、12號信道。

無線接入點AP容量測算，當無線電波傳輸距離很小且為直射波時，如：在微小區域中或室內無阻攔環境下，其傳播損耗非常接近自由空間的情況，計算公式為：

代入上式可得：

表1 不同距離的信號損耗情況

表2 不同建材和結構的信號損耗情況

每個AP的輸出功率不小于10dBm。綜合考慮電波傳播中建筑結構的衰減，這里損耗取最大值13dB計算，則距離每個天線口1m處（近處）所對應的場強為：

距離每個AP20m處（遠處），對應的場強為：

無線局域網網卡在速率為11Mbps時的接收靈敏度EIRP(equivalent isotropically radiated power)為-76dBm，結合以上測試，設定每個AP在室內的覆蓋半徑約為20m。

考慮普通瀏覽用戶所要求速率為100Kbps，高質量視頻用戶要求速率20Mbps。單個接入點AP支持瀏覽用戶約60個（6Mbps/100Kbps）或視頻用戶3個。根據用戶需求預測，確定本工程瀏覽用戶與視頻用戶比例為20：1。考慮到無線網絡的特殊性，預留20%－30%的冗余。經過測算，一個AP可同時支持瀏覽用戶20個，視頻用戶1個。

通過對覆蓋面積及用戶需求計算，確定地下一層、二層各2個接入點AP；放置3個接入點AP。地上1-5層確定五層放置18個接入點AP，以滿足150-165個瀏覽用戶和6-18個視頻用戶的同時接入。地上六、七層因內部結構復雜，網絡質量要求更高，確定六、七層各放置26個接入點AP，以滿足230-270個瀏覽用戶和10-20個視頻用戶的同時接入。

此外，在無線局域網覆蓋范圍內，為防止沒有獲得允許的網卡登陸局域網，在IP地址分配的時候，先鎖定那些沒有被分配的IP地址，拒絕非法IP地址的登入。內部IP地址采用保留地址（10.12.67.0－10.12.67.254），最多可接入254個信息點，滿足該商城無線局域網的要求。

5.結束語

論文以實際執行方案為基礎，方案以安全性、可靠性為設計核心，兼顧經濟性目標，并在實際實施過程中不斷優化改進無線局域網的設計方案，具有較強的實際參考應用價值。

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