WiFi無線接入網絡規劃方案研究

張元金

0 引言

隨著無線業務的需求逐步增強，WLAN以其移動性、靈活性高、建網迅速、管理方便、網絡造價低、擴展能力強等特點，在電信、聯通、移動等運營商的業務領域逐步發揮越來越重要的作用。任何一個位置都可以接入網絡，布線方式簡單，只需建置骨干。新增用戶無須布線，線路故障修復簡單，機動性強，用戶可任意移動。在很大程度上節約了人力物力和資金。WiFi作為短距離無線技術，以其便捷靈活的方式，受到人們的追捧和喜愛。

1 WiFi現狀

WiFi（Wireless Fidelity）俗稱無線寬帶，WiFi實際上為制定 802.11無線網絡的組織，并非代表無線網絡。但是，后來人們逐漸習慣用WiFi來稱呼802.11b協議。它的最大優點就是傳輸速度較高，同時，也與已有的各種802.11 DSSS設備兼容。筆記本電腦上的迅馳技術就是基于該標準的。WLAN標準不斷完善，可運營可管理性穩步增強，802.11n已成主流。快速高效的4G網絡應用，為WiFi無線接入網絡建設提供了條件。

WiFi技術經過幾年的發展，目前已經是一個比較成熟的技術，現今的設備完全支持 802.11a/b/g，安全方面滿足WEP、TKIP、WPA、WPA2等、支持 Radius認證、計費、授權等，未來的發展一方面是目前協議的完整和優化，例如支持QoS，支持語音視頻等業務，這部分功能AP可以通過軟件升級解決。另一方面，WiFi提出新的網絡實現方式，例如Mesh、MIMO技術等。

WiFi的技術特點：

（1）無線電波的覆蓋范圍相對廣。

（2）傳輸速度非常快，符合個人和社會信息化的需求。

（3）廠商進入該領域的門檻比較低, 設備價格低廉。

（4）信號功率小，綠色健康。

（5）工作在相同的IMS 頻段，全球統一。

正因為如此，WiFi無線接入網絡已成為當今社會的主流元素。據統計，截止到今年8月初，某地區已部署5000多個熱點、24584個AP和70臺AC。主要集中在賓館酒店、政企單位、商務樓宇、學校、休閑娛樂場所、交通樞紐、醫院等。雖然如此，WiFi建設還是存在許多問題，綜合如下：

（1）建設模式單一，沒有引入合作方式共同參與建設；

（2）部署的熱點偏向高校和政府，商業價值不高；

（3）對WiFi后向運營在管理上存在缺失；

（4）多數802.11n AP上聯帶寬不足50M，無法確保用戶體驗；

（5）部署成本和運維成本高；

（6）覆蓋范圍有限，信號不穩定；

（7）安全性有待提高。

2 WiFi發展策略

WiFi發展策略，從業務、運營和建設等3個方面展開：

（1）業務：由前向經營為主向后向經營為主轉變

做好業務發展策略轉變，提升網絡價值：做好業務發展策略轉變，由前向經營為主向后向經營為主轉變，提升業務收入；做好網絡升級和改造，以支撐后向經營對網絡的要求，如AP支持多SSID組網，定制化PORTAL，管理合作伙伴設備等；在人流密集區域采取個性化 PORTAL認證界面和推送，為電信相關業務做推廣。

（2）運營：構建多個集約化運營中心，拓展后向模式

運營企業以收購CDMA網絡和全業務運營為契機，成立了地方網絡操作維護中心、無線網絡運營中心、傳送網絡運營中心、平臺運營支撐中心和網絡資源管理中心，實行網絡和業務平臺的集中維護、優化和監控，以及網絡資源的動態管理和集中調度，著力提升專業化維護能力和重大任務、應急通信的保障能力。實現平臺集約、資源集約、帳號集約、管理集約、數據集約、流量集約化。

（3）模塊化建設、分區設計和覆蓋

大規模的組網，建設思想總體來說，把整個網絡分為多個小區，每個小區用 AP覆蓋，采用傳輸和交換設備，把AP的數據都匯聚到AC上，小區內所有用戶的數據報文傳遞給AC（每個小區有一臺AC），AC實現對用戶的接入控制，對 AC控制的小區下的用戶進行控制； AC可以作為Radius客戶端，配合運營商目前的Radius服務器，實現用戶的認證、授權、計費。Radius服務器和網管服務器需要和AC不經過 NAT通信,以便滿足認證計費的功能，或者 AC作為比較小的認證、授權、計費服務器，本身對小區的用戶進行認證計費服務。

大規模的網絡覆蓋系統規模大，涉及到的設備眾多，工程難度比較大。整個系統按照模塊化原則，把要覆蓋的區域，根據地理情況，分為N各小區，每個小區單獨勘測和設計。結合小區的地理狀況，設計合理的AP覆蓋方式。

3 WiFi無線接入網絡規劃方案

3.1 WiFi無線接入網絡模式

（1）Ad-Hoc

此模式的特點是：無中心，自組織，多跳路由，動態拓撲。

（2）無線接入點—AP

此模式的特點是：無線接入點，有線無線互聯；需設置信道、密鑰（WEP）、網絡協議（如DHCP）、橋接等；客戶端為臺式 PC機、筆記本電腦、掌上電腦等終端設備；AP結構分布圖如圖1所示：

圖1 AP結構分布圖

（3）點對點橋接—P to P

P to P網絡通常用于通過Ad Hoc連接來連接節點。

（4）點對多點路由—P to MP

點對多點路由—P to MP，即點對多點橋接，可將分布于不同地點和不同建筑物之間的局域網連接起來，真正實現高性能、多功能平臺的無線傳輸。P to MP結構分布圖如圖2所示：

圖2 P to MP結構分布圖

（5）無線客戶端—AP Client

無線客戶端—AP Client特點是：無線客戶端，無線有線互聯；自動捕捉信道；手工設置密鑰；自動獲取IP地址等。

（6）無線轉發器—Repeater

無線轉發器是用來轉發無線探測器或者遙控器的信號，構成聯動系統的重要器件，當遙控器或探測器和接收裝置之間因安裝距離較遠、通訊信號強度不足時可加裝無線轉發器，以保證通信順暢。

（7）無線網狀網—WiMesh

（8）無線網狀網—WiMesh是一種基于IP協議的通信技術，它支持多點對多點的網狀結構，采用移動跳接式路由技術（Mobile Ad Hoc），避免了星型網絡單點故障的問題。無線網狀網—WiMesh結構分布圖如圖3所示：

圖3 WiMesh結構分布圖

3.2 WiFi無線接入網絡規劃實施方案

（1）對現有高流量場所，如高校、政企場所等，繼續優化，做厚做精：在WiFi使用的高流量地方，繼續提供優質的服務，增加帶寬及流量，使這些地方的WiFi使用更加方便，從而帶動其他地方或場所的WiFi使用率。

（2）預留一部分投資，根據前端部門訂單需求建設新增熱點：對投資有一個全面的計劃，并根據前端部門訂單需求，從而進行擴展延伸，建立新的熱點。

（3）關注后向經營對網絡的要求：AP支持多SSID組網，定制化PORTAL，管理合作伙伴設備等 。

3.3 WiFi網絡規劃實施步驟

WiFi網絡規劃實施步驟分為：調研及勘查、覆蓋設計、頻率規劃、容量規劃、網絡優化幾個方面。

（1）調研及勘查

通過調研了解客戶需求，明確網絡覆蓋目標、應用背景，分析用戶對象群及數量、業務特征等；并對WLAN覆蓋現場進行勘查，獲得現場環境參數、傳輸及點位等情況。在此基礎上制定合理的WLAN網絡規劃總體原則和策略。

調研及勘查是網絡規劃的成功關鍵：

①了解運營商要求覆蓋建筑物的數量，樓層的高度，覆蓋的邊界。

②了解如下的干擾源，設置AP時盡量避開干擾源：

微波爐

藍牙設備

醫療或科學設備

高壓線

③了解運營商要求的室內的覆蓋率，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設備，發射功率多少，有無其它干擾頻率。

⑤現場架式AP設備，對要覆蓋的區域進行測試，保證室內和室外的滿足覆蓋范圍指標。

⑥對機房的情況記錄，比如上連接口，電源電壓，以太網固定位置等。

⑦估算以太網線的長度，固定位置，要遠離樓頂接地網。

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

（2）覆蓋設計

覆蓋設計階段首先確定WLAN網絡的覆蓋方式，即采用室內還是室外覆蓋方式、單獨建設還是與移動通信網絡合路等。確定覆蓋方式之后根據現場環境參數進行鏈路預算，在此基礎上初步確定AP點位及數量。在有條件情況下，進行WLAN仿真，預測規劃效果，并根據仿真結果進行調整，直到各項參數達到目標值。

計算空中損耗如表1所示：

表1 空中損耗表

（3）頻率規劃

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

室內分布系統天線的等效全向輻射功率大于10dBm覆蓋要使邊緣場強達到最低要求（-75dBm）

一般規定在人員經常停留地區最高信號接收電平不超過-25dBm；

GSM 900 TD-SCDMA 信號經過耦合器在 WLAN頻段的噪聲電平－100dBm。

（4）容量規劃

WLAN由于是靠無線電波傳輸數據，因此在建網時的設計、規劃，并且在相關布網理論基礎上要比有線網絡復雜的多；

WLAN的實施具體地講就是根據客戶需求和網絡容量，因地制宜、精確地定位無線接入點（AP）的裝配位置；

在確定接入點位置時，精確的位置必須要通過場地信號強度測試儀和比較試驗來定,設備的標稱值只能作為一個大致的參考；

相鄰設備不要重迭頻道；

立體考慮信號干擾問題；實際的網絡環境是立體的，而不是平面的；

信號損耗、干擾源的避免。

（5）網絡優化

按照網絡規劃對AP設備進行安裝完成后，需要對網絡進行優化。

用戶容量的優化：

在試運行階段，檢測每個AP用戶的容量,保證每個AP連接用戶數不高于20個，如果超過該數量，需要增添新的AP設備。

對AP間同頻干擾優化：

采用WLAN掃描軟件對建筑物進行掃描，了解網絡的覆蓋情況，對同頻干擾AP盡量降低發射功率，保證AP的正常運行。

對覆蓋范圍的優化：

了解小區的覆蓋情況，對覆蓋較差的區域，通過增加AP或增大AP的發射功率來滿足用戶的上網需求。各熱點場合下AP占比如圖4所示：

圖4 各熱點類型下AP占比

4 總結

經過綜合分析，WiFi無線接入網絡規劃，可以符合以下要求：

（1）前瞻性

網絡的設計要有一定的前瞻性，采用先進的設備和技術手段，保證在一段時間內不會隨著技術的發展而變更網絡的核心架構和關鍵技術，并能滿足后期新技術擴展的應用。

（2）實用性

網絡的設計應結合用戶的實際需求，考慮與現網兼容，盡可能利用現網資源，節省投資。

（3）可靠性

網絡結構的設計是否合理？選型是否妥當？工程施工的質量是否規范等都會影響到網絡運行的可靠性，因此保證網絡的可靠性是網絡設計的重要原則，要求重要的設備要有一定冗余備份。BRAS、AC、數據庫等網絡側設備應采用冗余備份方式，即系統主設備出現異常時，系統會自動、及時切換到備用設備，保證了用戶接入的不中斷以及系統數據的完整性。同時對于重要的用戶接入，AP設備也應選用雙鏈路設備。

（4）可管理性

網絡的可管理性是保證網絡開通、后續維護以及運營的重要指標。一方面包括WLAN網絡設備的統一管理和控制，另一方面包括用戶的統一管理，如無線用戶和有線用戶的統一認證、統一計費；IP地址的統一規劃和分配等。

（5）可擴展性

網絡只有具備良好的可擴展性，才能滿足后續的發展。可擴展性包括網絡組網可擴展、用戶容量可擴展以及業務可擴展等。

（6）安全性

系統應具有從無線側到網絡側的安全保證。WLAN網絡支持多種認證和加密方式，保障了WLAN接入網絡的安全和無線通信中用戶數據的安全。通過對非法AP的檢測和定位以及防 DoS攻擊等手段，可以進一步保證無線網絡的安全。在網絡側應安裝網絡防火墻等，防止黑客入侵等；同時對數據庫采取網絡隔離，保證了系統數據庫的安全。

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