WLAN规划设计.doc

WLAN规划与设计随着WLAN技术的日益普及、市场的不断发展，运营商的WLAN网络将与企业结合，热点不断扩展，用户不断增多，在局部地区将出现用户大量集中的现象，如大型写字楼，会议室；另外，多个运营商可能在同一地区共存。若WLAN网络规划不合理，容易造成网络之间的相互干扰，降低用户体验。一、WLAN规划1、WLAN网络规划流程WLAN网络规划流程可以分为以下几个步骤：调研及勘查、覆盖设计、频率规划、容量规划、网络优化几个步骤。通过调研了解客户需求，明确网络覆盖目标、应用背景，分析用户对象群及数量、业务特征等；并对WLAN覆盖现场进行勘查，获得现场环境参数、传输及点位等资源情况。在此基础上制定合理的WLAN网络规划总体原则和策略。覆盖设计阶段首先确定WLAN网络的覆盖方式，即采用室内还是室外覆盖方式、单独建设还是与移动通信网络合路等。确定覆盖方式之后根据现场环境参数进行链路预算，在此基础上初步确定AP点位及数量。在有条件情况下，进行WLAN仿真，预测规划效果，并根据仿真结果进行调整，直到各项参数达到目标值。覆盖设计之后根据前面确定的AP点位及数量进行合理频率规划，规避频率干扰，力求将干扰降到最小。若频点始终无法合理规划，需重新调整AP的点位及数量。目前最流行的无线局域网组建的方式，即“Splic MAC”架构，主要采用LWAPP协议，使用“瘦”AP与WLAN控制器组网的方式，适用于香港总部WLAN组网。因为AP数量较多，原始的“胖”AP组网方式，管理难度高，工作量大，并且无法保证移动性强的实时数据流通信。但“胖”AP可以部署在小型WLAN中，然后根据用户需求进行容量规划。容量规划与频率规划是相互关联又相互制约的，提升容量将增大干扰，降低干扰又会减少网络容量，容量规划的目的就是找到容量和干扰整体最优的结合点。最后，在WLAN网络建成之后，进行实际的测试，做相应的优化调整，使网络性能达到最优。当然，WLAN网络规划的这几个步骤之间是相互关联、不可分割的，进行实际规划设计时应综合考虑这几方面，这样才能减少网络规划往复次数，并使最终的WLAN网络性能接近最优。2设计原则无线网络的设计应遵循以下原则。（1）前瞻性网络的设计要有一定的前瞻性，采用先进的设备和技术手段，保证在一段时间内不会随着技术的发展而变更网络的核心架构和关键技术，并能满足后期新技术扩展的应用。（2）实用性网络的设计也应考虑项目的实际情况和用户的实际需求，以免技术过于超前而造成投资的浪费。（3）可靠性网络结构的设计是否合理？网络设备的选型是否妥当？工程施工的质量是否规范等都会影响到网络运行的可靠性，因此保证网络的可靠性是网络设计的重要原则，另外要求重要的设备要有一定冗余备份。（4）开放性在设计过程中，一定要考虑所运用的技术标准和通信协议是否符合国际规范或工业标准，以确保新设计的网络系统有良好的兼容性和扩展性，无线局域网（WLAN）技术目前所遵循的就是IEEE 802.11系列国际标准。（5）无线辐射根据中国国家无线电管理委员会的规定，在室内部署无线网络，其信号辐射不得超过100mW，以避免2.4GHz和5GHz对人体的影响。在通常情况下，终端使用5mW左右的发射功率，以避免大功率长期辐射对人体的影响。（6）避免干扰无线局域网使用2.4GHz和5GHz频段均为开放频段，无须注册即可使用，无线信号易受外界环境和其他信号的干扰，因此要考虑微波炉、其他大楼的无线系统设备、2.4GHz的无绳电话等可能造成的干扰。（7）安全性无线网络支持多种安全特性，采用集中认证方式，对每个数据包进行加密。通过对射频的实时监测，发现并定位恶意的AP。对恶意AP的扫描配合采用安全无线认证协议，以解决AP和无线之认证协议间的相互信任问题。3、调研及勘查前期调研和规划是网络规划的基础，是获得规划输入参数的过程。调研阶段需与运营商进行良好沟通，以确定准确的覆盖目标、网络设计容量以及网络的预期质量。在WLAN工程中，需要通过现场勘查的方式了解建筑物和周围各种物质的材质，从而来确定WLAN设备的安装位置。由于无线信号是在空气中直线传播的，无线电波传输、接收数据的能力及传输速度都受到周围环境中各种物体的影响。无线信号每遇到一个障碍物，就会被削弱一部分；尤其是像浇注的钢筋混凝土墙体、金属、纸张和陶瓷等，对无线信号的影响都非常大。由于WLAN信号在空间衰减较快，且WLAN多应用于室内环境，建筑结构、房屋材质对WLAN信号的影响很大，需进行现场的勘查，为WLAN的规划、仿真做好前期准备。另外，WLAN使用的是非授权频段，前期勘查的另一目的是确认附近是否有干扰源，是否需要与其他运营商或企业商议频率问题或采取其它干扰规避措施。画楼层草图，步行检验其准确性，楼层为复杂结构需拍照，作为RF站址勘测； 分析用户应用：上网浏览，EMAIL，文件传输； 定义信息类型(DATA、VOICE、VIDEO)；计算吞吐量及数据速率； 估算用户数并确定用户是固定的还是移动的，是否包括漫游。作为移动用户跨IP域移动，需考虑用动态IP； 确定有效覆盖范围，确定有效连网区域； 根据用户应用建立用户安全等级，对传输各级敏感数据，如信用卡号，需设计通过个人防火墙； 了解终端用户设备：硬件及操作系统； 作为移动用户需考虑电池供电时长：802.11网络接口卡(NIC)功耗为 200毫安左右，用户在移动时，需确定是否加备用电池或激活电源管理，或及时充电； 系统接口：确定用户特别的终端接口，如IBM AS/400需加中间件及5250终端仿真； 根据项目规模估计投资成本； 进度：明确用户所需现实的完工日期以便与计划同步。二、WLAN设计1、覆盖设计1.1覆盖方式WLAN网络大体可以分为下面两种场景、4类覆盖方式。室内覆盖：单独建设方式、共用室内分布系统建设方式；室外覆盖：室外型AP覆盖方式、Mesh型网络覆盖方式。（1）室内单独建设方式是目前最简单、应用最广的WLAN建设方式。下图为某办公楼WLAN网络点位图。采取单独建设方式时，主要根据WLAN的覆盖和容量需求在相应的位置布放，并将走线长度控制在允许范围内。随后的链路预算只需计算空间损耗即可。一般来说，单独布放点位选择比较灵活，基本可以使用适合WLAN覆盖的最佳点位；并且由于使用了较多的AP，可以获得较大的网络容量。采用胖AP架构可以不用AC，用城域网现有BRAS作认证，而瘦AP架构必须配置AC。（2）共用室内分布系统建设方式目前很多高档写字楼已经进行了移动通信的室内分布系统建设，在引入WLAN时可以考虑采用共用室分系统的建设方式；另外，没有室分系统的楼宇在规划建设室内分布系统时可以将WLAN信号一同考虑。如下图所示，将WLAN的无线射频信号通过合路器馈入室内分布系统，各频段信号共用天馈进行覆盖。由于WLAN设备输出信号强度较小，一般采用后端合路，使AP尽量接近天线。共用室内分布系统的优点在于可以充分利用原有资源，工程量较小，经济快捷。另一方面，应注意WLAN使用与原有系统不同的频段，需更换支持2.4GHz的元器件；需重新进行链路预算。共用室内分布系统时天线点位可能不是最优的；且由于使用的AP较少，网络容量较低。（3）室外型AP覆盖方式对于居民楼、校园等以覆盖需求为主的地区，可以使用室外型AP进行覆盖。如下图所示，AP置于建筑物顶端或外墙，使用室外型AP和高增益天线，对室内进行覆盖。采用室外型覆盖方式建设速度快，网络维护简单，投资少见效快。但应注意下面几方面问题。室外WLAN信号和室内WLAN信号之间的干扰；WLAN为共享带宽，无法保障单个用户的带宽；室内WLAN信号的覆盖效果。（4）Mesh型网络覆盖方式对于室外较大面积（如城市、校园等）的WLAN覆盖可以采用Mesh型网络覆盖。如图所示，Mesh技术采用网状网结构，通过若干个基于无线互联的AP群对目标区域进行覆盖，并将数据回传至有线IP骨干网。此种建设方式部署灵活、建设快捷，对传输等资源需求较少。部署时应注意频率规划及对周边WLAN网络的影响。从建设方式可以分为以上几种，从另一个角度即覆盖区域划分又可以分为以下几个类型：（1）室内区域热点该类区域主要特点是业务量较为集中、室内隔断较少。根据覆盖面积和业务量采用一个或多个中小功率AP直接进行覆盖；对于会议室、休息室等数量多、单个面积较小的连续区域，优先采用接入室内分布系统的方式，若尚未建设室内分布系统，则采用大功率AP接多面定向天线进行覆盖。（2）大面积室内开阔区域该类区域主要特点是业务量较为集中，空间面积较大且间隔小。主要可以采用多个室内小功率A P连续覆盖的方式。对于有天花板且天花板较低的区域,采用吸顶全向天线；而天花板较高或无天花板的区域，采用吸壁定向天线，同时在建设过程中应注意频率间隔。（3）多楼层多问隔室内区域该类区域主要特点是业务量分散在多个封闭/半封闭的小空间里。优先采用接入室内分布系统的方式，若尚未建设室内分布系统，则采用大功率AP接多面天线进行覆盖。（4）电信资源难以进入的楼字该类区域主要特点是具有一定的业务需求，但没有运营商的有线资源或业主不允许进入施工。在业务、效益综合分析的基础上采用室外大功率AP进行覆盖，同时根据楼宇结构和穿透损耗选择AP设备放置点、数量和天线角度。（5）室外区域该类区域中，建议根据业务量和业务密度采用一个或几个室外大功率AP结合定向天线进行覆盖，同时应注意树木、建筑对信号的阻挡反射等。1.2链路预算在确定WLAN网络部署方式之后，就要进行链路预算。设发射机的输出功率为Pt，空间路径衰耗PL（d），电缆及各类器件的损耗Ls，发射天线增益为Gt，接收天线增益Gr，则接收机接收的功率电平Pr可用下面公式表示：Pr=Pt+Gt-PL(d)-Ls+Gr根据此公式可以计算得到各处的接收电平，进而确认AP覆盖范围。1.2.1室外环境无线局域网小区的覆盖范围较小，因此采用自由空间传播模型。2.4GHz自由空间电磁波的传播路径损耗符合：L0(dB)=92.4+20lg(d)+20lg(f)其中L0为自由空间损耗；d为传输距离，单位是km；f为工作频率，单位是GHz。1.2.2室内环境选取衰减因子模型作为室内无线传播模型，其表示式为：其中PL(d0)=20lg（4d0/），一般取d0=1m，当频率为2.45GHz时，其值为40dB；NMF表示基于测试的多楼层路径损耗指数。典型建筑物的路径损耗指数如下表所示。经过链路预算，可以初步确定AP的点位。1.3仿真通过软件，可以将实际的环境中各项参数在仿真中体现出来，包括房屋构造、墙体材料、门窗位置、家具布局等，再现一个近乎实际的场景。仿真后可以得到信号强度、信噪比等多项指标，通过结果可以对网络进行重新调整和仿真。部分仿真软件甚至能够根据客户需求自动进行WLAN规划。2、频率规划IEEE802.11b/g设备使用2.42.4835GHz频段。工作频率带宽为83.5MHz，最多有11个信道可用，11个信道的标号及所用中心频率的情况见下表。互不干扰的子信道有3个。与蜂窝网类似，3个互不干扰信道可以进行频率复用，但应确保使用同一信道的AP之间应有足够远的距离，避免干扰。在多个频段同时工作的情况下，为保证频段之间不相互干扰，要求两个频段的中心频率间隔不能低于25 MHz，在实际使用中一般选择如l、6、11三个频道进行频率规划。同频段问必须两两隔离。AP覆盖区域之间应有重叠区，以保证无缝覆盖和适应负载均衡。AP设备建议应采用具有自动信道选择功能的设备，这样设备会自动选择信道，无需手工设置，可以简化工程、维护等方面的工作量。3、容量规划随着WLAN的普及，出现了一些用户密集的热点区域，这些区域是WLAN设计的难点和重点。AP接入能力、干扰对WLAN速率的影响。3.1单AP接入能力由于WLAN采用CSMA/CA机制，如果接入用户过多，那么同一时刻发生冲突的概率明显增大，也必定会延长每个用户等待的时间，而使得系统带宽闲置；如果用户超过一定的限度，会导致系统的瘫痪。工程设计上一般每AP接入用户数在2030台左右应该比较合适。3.2信道干扰3.2.1其它设备的干扰经过测试，使用2.4GHz频段的设备中，蓝牙等小功率设备对WLAN网络的影响很小，可以忽略；微波炉等大功率设备对WLAN网络的影响较大，在网络设计时应注意远离此类设备。WLAN设备靠近干扰源时，传输速率迅速下降。常见干扰源：微波炉、无绳电话、蓝牙设备及其它无线LAN设备。对WLAN干扰最为严重的设备是2.4G无绳电话，其次为10英尺内的微波炉，再次是蓝牙设备如笔记本和PDA。有效措施：分析潜在的RF干扰； 阻止干扰，关掉相应设备； 提供足够的WLAN覆盖，增强WLAN信号； 正确选择配置参数。对跳频系统，改变跳频模式，或改变信道频率。802.11e MAC层提供内置RF抗干扰算法； 应用新的802.11a WLAN，现在常见干扰为2.4G，可采用5G的802.11a。3.2.2同道干扰WLAN采用的直接序列扩频技术的扩频码是标准的，不同的设备使用相同的扩频码，因此相邻小区不能使用相同频率，否则将造成同频干扰。下面二图分别是相距40m的两个802.11b的AP使用1、6信道和1、1信道时的网络吞吐量。在使用非干扰频段时，两AP总吞吐量可以接近11Mbit/s；在同频时总吞吐量不足6Mbit/s，此时2个AP与非干扰情况下1个AP的吞吐量接近。所以，在有限范围内单纯采用增加AP的办法是无法提高网络容量的。3.2.3邻道干扰两信道中心频率小于25MHz时，信道之间存在重叠区域，会有部分干扰。使用邻频可以增加可用频点数，但会引入干扰，工程上一般仍采用1、6、11三个完全不干扰的频段。对于使用邻频的能否使系统总容量得以及提升、提升效果还有待进一步的试验来验证。3.3干扰规避及容量提升通过规避干扰提升网络容量，尤其是在小范围提供大容量的无线局域网是WLAN设计的难点。针对干扰规避和容量提升，主要有如下几种建议：充分利用天然隔断（如建筑物、墙体等）、使用802.11a、降低AP发射功率、使用扇区天线或智能天线。利用隔断进行频率复用是WLAN网络规划的基本方法，802.11a的使用主要受限于用户发展。3.4降低AP发射功率降低AP发射功率可以减少AP的覆盖范围，从而增大频率复用度。降低AP发射功率，可以减少AP之间的相互干扰；但是，STA的发射功率一般为30mW，部分STA设备的功率用户是无法控制的，所以AP与STA之间、STA与STA之间的干扰依然存在，所能带来的容量提升也有限。3.5扇区天线，智能天线此技术用于蜂窝网络，使容量得以提升。WLAN使用扇区天线或智能天线，可以减少AP之间以及STA与AP之间的干扰，在一定程度上能够提升容量。但是STA均使用全向天线，功率不可调，STA之间的干扰依然无法避免；另一方面，WLAN覆盖半径一般不会大于200m，在室内或是地形、地物复杂的情景下，折射、反射等因素使得在如此小范围内精确控制天线方向图比较困难，使用扇区天线或智能天线带来的容量提升就会大打折扣。所以，目前定向天线更多地应用于信号回传和增大覆盖范围。4、AP设备安装及布放规划原则4.1AP设备安装原则在WLAN工程实施过程中，需要与室内无线综合分布系统结合，建议在保证链路预算的前提下，尽量充分利用室内资源，合理放置AP，扩大覆盖范围。AP以有线（或无线）的方式上联至交换机，并且所有的AP都必须配置独立的管理地址。汇聚交换机的选位以距离最远的AP不超过100 m为标准，尽可能使用大楼已有的机房。改善设备工作环境。AP使用远程供电与本地供电相结合的模式，当AP安装在楼宇内井道时可以采用本地供电，安装在室外或不适合本地供电的地方时，可以采用远端供电。4.2 AP布放规划原则AP的布放和有线网络的规划相比，更多地需要经验及在各方面情况的相互权衡，以保证最终的网络具有较好的覆盖同时又能保证用户的业务使用，下面是AP布放规划的一些参考原则，尽可能地把WLAN无线覆盖工程做成一个规范化、统一化的高品质网络工程。（1）WLAN场强信号原则：无线设备的接入和有线接入相比较，缺乏固定模式，但是作为接入的关键之一，信号强度必须达到一定的要求。设计应考虑的主要技术指标如下。信号覆盖电平：对有业务需求的楼层和区域进行覆盖，目标覆盖区域内95以上位置接收信号强度不低于-75 dBm。信号质量：目标覆盖区域内95以上位置，用户终端无线网卡接收到的下行信号C/I值大于20 dB。信号外泄：室内WLAN信号泄漏到室外10 m处的强度不高于-75 dBm。数据速率：在目标覆盖区内，要求单用户接入时数据传输速率峰值不低于4 Mbit/s，在多用户接入时数据传输速率不低于100 kbit/s，并支持用户在覆盖区内慢速移动。场强预测：无线电波传播受障碍物遮挡的影响，使得信号产生散射、衰减和阴影效应。用公式表示为：P=Pt-PL(Pt表示设备发射功率)PL=32.45+201gD+20Igf+Lw。式中PL表示空间损耗；D表示收、发天线间距离，以km为单位；，f表示频率，单位为MHz。例如：假设室内AP天线均是在走廊进行覆盖，也就是说最多阻隔物为一面墙，设室内覆盖最远点约0.015 km处场强为P，AP的发射功率为17dBm，天线增益为3 dBi，一面墙的损耗为20 dBm。则P=20-(32.45+201g0.015+201g2400+20)=-69.01 dBm，大于-75 dBm，满足覆盖要求。基本损耗换算: dB=10log(输入信号功率/输出信号功率)障碍物损耗参照表：物体损耗石膏板墙3dB金属框玻璃墙6dB煤渣砖墙4dB办公室窗户3dB金属门6dB砖墙12.4dB相关参数：可接收值EIRP(equivalent isotropically radiated power) 接收灵敏度。例：EIRP=200mw(23dBm) 接收灵敏度-76dbm 允许损耗：99dB。利用测站软件来测试最小范围，或用WLAN分析仪如airemagent/airopeek测量信号功率。（2）最大接入用户数按照IEEE 802.11 MAC层协议、CSMA/CA原理及经验数据，为了保证一定的接入用户使用带宽，当同时接入用户数超过AP最大容许接入数时，性能开始恶化，因此不建议同时接入用户数超过AP的容量。以办公室为主的热点楼宇，一个AP的接入用户数足以满足一层楼的用户使用，那么应尽可能地安排一个AP设备进行覆盖，如果信号有较大盲区，再考虑增加第二个AP设备。以会议室、教室、阅览室等为主的热点，一个AP不能满足一层用户的使用，那么应尽可能安排两个或多个AP设备来覆盖，如果碰到有转角、楼层过长、有心型楼的情况，要考虑适当补充AP设备以全面覆盖。数据速率：仅当一帧发送时的速率，如11Mbps，多帧时由于路由协议开销及共享媒体接入延时，每个用户不能连续发送数据。吞吐量：不计协议、管理帧的发送信息速率，对802.11B约为6Mbps。应用所需带宽：用户浏览：100kbps 高质量视频流：2Mbps 所以，一个AP接入点支持浏览用户60个（6Mbps/100kbps）或视频用户3个。FCC对EIRP的限制，对移动用户：用户无线NIC采用全向天线增益为：小于6dB，1W。 AP点最高100mW，3dB全向天线。最后达200mW EIRP。对固定用户：点对点高增益定向天线，天线增益至少6dB，EIRP允许最高达到4W。 4.3 RF站址勘测步骤获得建筑蓝图，或画楼层草图以表示墙及通道等的位置。 亲自目测发现潜在的可能影响RF信号的障碍物如金属架及部件。 标识用户区域，在图上标识固定及移动用户的区域，另外标识用户可能漫游到的地方。 标识估计接入点初步位置以及天线、数据线及电源线位置。 检验接入点位置，可以利用测站工具来测试每一个预测位置的覆盖范围，以便确定相关的接入点，数据速率，信号强度，信号质量。并确认交流插座的位置。当有频率干扰，需用频谱分析仪来分辨干扰。 文件建立，对测站所读的信号记录日志，及每一个接入点传输边缘的信号日志，做为基本的设计辅助。5、SSID规划对WLAN采用双SSID方式。不同用户群在物理上隔离，BRAS上可以根据不同SSID对应的VLAN来区分用户，根据不同VLAN分别送至不同的后台。SSID的设置需要根据运营商的实际情况和业务运行模式来确定，如：普通数据用户服务SSIDl，采用Web或PPPoE认证；校园网用户服务SSID2，采用Web或PPPoE认证。上述SSID原则上可以全部开放，提供对外服务，也可以根据实际部署需求进行灵活定制。比如学校的某些特定场所不允许访客进入，或者不允许访客无线连接校园网，此处AP可以只开启某一个SSID；或者有些场所不允许某类用户上网。可以不开启与这类用户对应的SSID。对于有特殊要求的热点地区可以专门设置一个SSID来满足其自身业务需求，认证计费可采用其自有的系统。公共WLAN主要集中于机场、会议中心、酒店、码头。对公共WLAN要最大限度满足开放用户的联接特性，尽可能少有改变用户设备，换句话说，确保用户不用升级操作系统，安装特定的联接软件及其它项目。建立公共WLAN的特别要点。关掉WEP：虽然WEP可以提供一些安全保障，但因为关键的分布问题在公共WLAN中WEP没有任何实际意义。取而代之，对典型用户终端可以选择动态方式的安全措施如(EAP-TLS)。 广播SSID (服务设置标识)：SSID对公共WLAN用户来而言是一个障碍，因为许多时候用户必须根据本地公共WLAN提供商的SSID而配置SSID。如果接入点AP广播SSID的话WINDOWSXP可以自动探测到SSID并且不用用户干预就可以配置到用户系统中。否则需要教给用户如何配置到WLAN中。 开放DHCP服务：当用户从另外一个热点区域漫游进入新的覆盖区域，他们的用户设备需要一个本地网的IP地址。为使漫游过程中用户尽可能少地配置行为，建立DHCP服务来自动为访问客户分配IP是极为必要的。大多数版本的Windows操作系统可以自动激活操作系统。用户不用作任何事情。6、IP地址管理和VLAN规划建议专门创建管理VLAN来管理这些AP。AP管理IP地址分配法：对于一个本地网，需要多个C类的私网地址静态分配给每台AP；一个C类的私网地址分配给管理服务器、WCS、DHCP、Web门户。VLAN划分建议：按照网络规模及实际需求，SSIDl、SSID2分别对应若干个VLAN；无线控制器管理网段对应一个VLAN；城域网互联一个VLAN；网管、DHCP、Web门户等服务器一个VLAN；所有的AP通过城域网开启VPLS 功能对应一个管理VLAN；核心交换机完成VLAN间的路由。7、用户IP地址规划根据接入用户的数量。在预留一定扩展能力的前提下。建议一个本地网内采用多个C类地址段，用于互联网数据用户接入地址分配。无线用户建议采用DHCP动态分配地址，无线控制器对无线客户端的DHCP Request进行DHCP Proxy的操作。8、安全设计策略在标准WLAN设计中，假定所有WLAN设备都与唯一的IP子网相连，适用于有线网络的多数服务也将适用于无线网络。在这之前，还要介绍主要安全设备的性能，讨论如何实现WLAN用户分离等问题。提供安全服务的关键设备主要有DHCP、RADIUS、IPSec，它们都需要在保证安全性能的同时提高可用性。 动态主机配置协议（DHCP）：每秒请求实施WLAN之后，DHCP服务器必须能保证以一定的速度处理新DHCP请求。如果DHCP服务器负担过重，那么LEAP用户无法在认证之后获得IP连接，IPSec用户则无法用VPN网关设置安全通道。 DHCP安全故障恢复协议DHCP服务器应该遵循RFC DHCP安全故障恢复协议草案，并配置成冗余的双服务器。 地址管理如果使用LEAP，网络设计时应该考虑实施WLAN后带来的额外IP地址需求；如果使用IPSec VPN保护无线接入，则应该为VPN