WLAN規劃監測優化系統的設計與實現

楊寧

摘 要： 論述了基于C#和3D建模技術，采用Eclipse開發工具，設計并開發了實現WLAN規劃監測優化系統的過程。重點介紹了無線勘察、規劃、監測、專家優化模塊。經過實踐證明，該系統能3D化顯示空間WLAN布局，高性能地計算最佳的WLAN規劃設計，從而提高了規劃布局效率，節約了成本。

關鍵詞： WLAN規劃； 數據庫； C#

中圖分類號：TN925 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）09-11-03

0 引言

無線局域網（WLAN）以高帶寬和低成本的優勢，正迅速成為除GSM/CDMA/LTE之外的第四大網絡。目前，國內各電信運營商、企業和個人對WLAN的應用與日俱增，在“無線城市”和“智能城市”建設和應用中，Wi-Fi已成為手持設備無線接入的重要方式。預計未來三年中，僅僅電信級WLAN的熱點建設，將有近千萬個AP（Access Point）建成，2012年開始市場將以55%以上的速度增長。WLAN網絡的急劇發展，勢必推動其建設和維護的規范化、專業化和標準化，因此WLAN規劃、設計、監測和網優工具軟件的市場需求是迫切的，市場前景非常廣闊。

通過調研無線通信運營商、設備集成商、通信研究院、通信設計院以及相關高校，查閱大量無線網絡規劃方面的資料和文獻，可以收集和總結出市場上具有代表性的產品，針對產品的功能特點，可對相關產品具有的功能作歸類劃分。網絡規劃：提供無線網絡系統建設推薦方案，仿真預測網絡性能等功能；網絡設計：提供無線網絡系統施工布局和系統拓撲連接等圖紙設計等功能；網絡監測：收集、監測無線網絡各類性能指標和參數；優化建議：提供網絡性能預警和優化建議等功能。

1 系統架構及功能分析

1.1 系統架構設計

系統體系結構如圖1所示。系統在數據層有著安全的體系，采用輕量級的MySQL，為了確保系統的安全，通過Mysqldump導出備份數據庫，完善數據庫的底層機制，系統采用C#為開發平臺，可支持多種控件給應用層軟件開發提供技術支持。

在服務器端我們采用高性能的云，作為應用層上傳數據的處理與分析，其核心處理的內容為多墻模型，光線發射，光線追蹤。

1.2 系統功能分析

項目組經過大量調研和分析，將WirelessNet系統的功能分為四個功能模塊：無線勘察、規劃設計、監測分析、優化建議。

1.2.1 無線勘察模塊

為WLAN無線網絡規劃和設計提供基礎數據。主要實現網絡建設中建筑場景的3D建模，場景中電磁場頻譜的測量，建筑與勘察結果的3D可視化呈現。

⑴ 數據準備與導入

建筑場景的3D建模，利用3Ds Max 建模，其支持AutoCAD圖紙與圖像的導入，方便建模工作；完成后系統導入3Ds建筑場景。

⑵ 無線頻譜路測

測量空間各位置的電磁場強度S[x][y][z][f]， 其中x、y、z為空間坐標，f為某一通道的頻率。

⑶ 測量值自動錄入和存貯

對應2D地圖上的點，測量結果S[x][y][z][f]的輸入，并將數據的持久化，存入數據庫。

⑷ 2D/3D可視化化

3D建筑模型場景與無線電磁場強度信號的2D/3D可視化。

1.2.2 規劃設計模塊

規劃設計WLAN無線網絡建設方案，分析預測網絡性能，提供設計報告和施工方案。

⑴ 獲取基礎數據

建筑場景的3D模型。

⑵ WLAN網絡天線布局優化方案搜索

確定廣義的天線參數，指天線數量、位置（XYZ）、發射功率，XY面上朝向，Z軸仰角，Pattern參數等；搜索優化的標準是信號覆蓋、信噪比、通信容量、天線數量最少。

⑶ 無線覆蓋信號計算

確定天線參數后，根據無線傳播模型算法，計算空間各柵格點上信號強度。

⑷ 無線傳播模型算法實現

成熟算法，多墻模型、射線發射法與射線追蹤法實現。

⑸ 手動天線參數設置

設計師也可以通過交互，手動設置天線參數，允許人工調整處理。

⑹ 2D/3D可視化化

3D建筑模型和場景，預測建成后的電磁場強度信號（最佳小區，即每個天線，作為施主天線作用的范圍）分布，天線參數，預測的信噪比/帶寬等。

⑺ 性能預測與統計分析報表

WLAN網絡規劃設計方案，各項性能指標匯總報表，遞交網規部門審核。

⑻ 施工圖紙

導出規劃后的WLAN施工圖紙，交給施工人員建設。

1.2.3 監測分析模塊

監測網絡各項指標參數，保證網絡的運行質量，確保網絡運行安全可靠。

⑴ 測量WLAN網絡常見性能參數

AP通信通道、SSID、MAC地址、通信協議、信號強度、噪聲、加密方式、通信帶寬、吞吐率、調制模式、連接速度、漫游切換。

⑵ 測量WLAN網絡擴展性能參數

AP設備完好率、WLAN掉線率、上/下行速率、網絡ping時延。這些參數的定義如下：

（a） AP設備完好率

AP設備完好率={1-[AP非運作時間長總和/（AP總數x統計時長）]}x100%

（b） WLAN掉線率

掉線事件定義為用戶正常訪問網絡期間，異常原因導致的掉線。WirelessNet系統提供握手功能，對用戶在線情況進行實時監測。

（c） 上/下行速率

傳輸測試用的文件應大于5MB，平均下載速度要求達到100KB/s以上。

（d） 網絡ping時延

發送32bit大小的包進行測試，每個ping包的時延不大于50ms。

⑶ 顯示、分析和報表輸出性能指標

提供列表顯示、排序、查詢和報表輸出功能。

1.2.4 優化建議模塊

可設置預警和優化規則，當網絡參數符合預設規則時，觸發事件提出預警和優化建議。

⑴ 規則編輯

用戶自定義優化和建議規則的輸入、刪除和編輯。

⑵ 網絡優化和報警功能

根據監測模塊的數據，提出網絡優化建議或報警。

2 系統設計與實現

如前所述，本系統劃分為四大子系統模塊：無線勘察模塊、無線規劃模塊、無線監測模塊、專家優化模塊。四大模塊的入口在系統各個界面均能清晰體現，不會讓系統平臺用戶在使用該業務時，選擇其他業務時不知所措，做到全方位布局，如圖2所示。

2.1 勘測模塊

⑴ 3Ds模型導入

系統首先需要用戶對場景通過3Ds建模，導出3Ds模型，用戶再使用系統導入3D模型，之后便可以在系統中看見所導入的3D圖形，此3D圖形支持用戶的放大縮小，遠近觀察，方便用戶對場景的了解，之后系統會對導入的3d圖形進行結構化處理，通過3Ds import得到基礎的VTK Object，把VTK Object的屬性（長度，寬度，高度，材質）存放至系統的結構體中。3Ds模型導入流程如圖3所示。

⑵ 3Ds圖形處理與顯示

先取出存放在結構體中的VTK Object，在VTK Control中顯示出來，之后便需要用戶輸入所需要切割平面的Z軸數值，對z數值我們采用正則表達式進行控制，要求只能輸入正整數。接下來使用VTK Clipping函數處理VTK Object，對其進行截面。獲取到截面后存放至新生成的bitmap中。然后在規劃模塊中將其顯示。3Ds圖形處理與顯示流程圖如圖4所示。

⑶ 無線信號的獲取

在3D模型中得到路測方案，然后進行現場勘測，在系統標注的記錄點記錄相應的無線信息數據，取得無線信息后對其中的數據（SSID，MAC地址，通信協議，加密方式，信號通道…）進行結構化處理， 把數據存放至數據庫存儲。無線信號的獲取流程如圖5所示。

⑷ 路測結果的顯示

從數據庫獲得實際勘測到的無線數據信息，提取信息中的無線強度信息，通過計算墻兩側的無線信息得到該墻體的衰減場強和自然衰減場強，描述記錄點周圍的信號場強分布，給不同的AP設置不同的色彩，相同AP的不同強度設置顏色深淺的標準，繪制出bitmap圖形，把圖形記錄至數據庫。

2.2 規劃模塊

⑴ 人工天線規劃

規劃者在該模塊首先需要創建AP，設置AP的屬性（發射噪聲，發射功率，仰角，信號通道等），把規劃者輸入的數據進行結構化處理，根據圖形繪制準則在原有的2D圖形中進行圖形的繪制，顯示覆蓋最好的小區，傳數據至服務器數據庫中。

⑵ 軟件算法規劃

在數據庫中獲取AP數據，規劃者選擇所需要的傳播模型（多強模型，光線發射模型，光線追蹤模型），選者最小的信號強度值，選擇AP的最小發射值，云服務器通過算法計算出最佳的AP位置并返回該算法所獲得的場強分布信息在二維圖形中顯示。軟件算法規劃流程如圖6所示。

2.3 監測模塊

⑴ 天線信息監測

在檢測模塊中客戶端收集該點可以搜索到的無線信息，其中包括：SSID，MAC地址，通信協議，加密方式，信號通道等，并且實時更新該點的無線信息。

⑵ 天線信息分析

如圖7所示，通過搜集到的無線信息，把數據發送至服務器分析，以場強、加密方式等判斷是否在標準范圍，如果不在標準值范圍，系統將以警鈴方式進行警告，并給與規劃者警告信息。通過多強模型，光線發射模型，光線追蹤模型算法計算出周圍點的場強覆蓋，同樣定義要求標準，不符合標準的范圍，或者在信號強度過高的范圍給出警告。

2.4 優化模塊

優化模塊中系統提供了兩大方向，一個是系統經過服務器給出算法優化后的推薦方案供規劃者選擇，一個是通過專業的規劃人士對無線信息分析給出較好的規劃方案，如圖8所示。

3 結束語

本文主要論述基于C#和3D建模WLAN規劃監測優化系統的分析及設計實現過程。重點介紹了無線勘察、規劃、監測、專家優化四個模塊。系統能根據場景的建筑結構和固定的電磁場環境，進行WLAN規劃方案的智能化推薦；產品能避免同類軟件功能單一的缺陷，實現網絡規劃、網絡優化、網絡監測和優化功能的有機融合；系統支持3Ds建筑模型、AutoCAD圖紙的導入與呈現，小區的可視仿真規劃設計網絡的信號覆蓋性能最佳，達到3D可視化呈現WLAN網絡設計效果。

但是由于優化系統牽涉較多因素，對于一些較為復雜的電磁場環境，系統有時會無法正確判斷和合理分析，導致優化結果的偏差，對此仍需要做進一步的改進。

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