WLAN建设及测试分析.doc

1、WLAN技术介绍WLAN是利用无线通信技术在一定的局部范嗣内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入.WLAN的技术标准是IEEE 802. 11x，目前使用最多的标准是802. 11g，标准工作频段是2.4 GHz，最高传输速率达到54 Mbps.目前最新的WLAN标准是802. 11n，最高速率达到600 Mbps，被称为下一代无线网络标准。本文所研究的WLAN基于IEEE 802. 11g标准的FAT AP构架。2、基于WLAN的建设方案本文设计的WLAN建设方案分为频谱环境分析、规划设计、安装施工、测试、验收5个阶段，下面分别进行讨论。2.1 频谱环境分析在WLAN开始设计之前，为了保障设计的合理性，首先要进行频谱环境分析，以便找到实施空间内已经存在的各种无线信号干扰，通常情况下对WLAN干扰较大的信号源有无绳电话、微波炉、蓝牙设备、遥控监控系统、电磁炉等，定位这些干扰源对AP的分布和功率的调整有着重要的作用。2.2 规划设计规划设计阶段是WLAN建设的直接依据。规划设计可以采用专业的无线勘测设计系统或带WiFi功能笔记本电脑进行实地勘测。使用专业的无线勘测设计系统能够做到完全精确的WiFi透视，利用软件模拟查看信号覆盖区域、死区和冲突等，并模拟测量站点实际连接性能、速度、丢包、最终用户容量。无线勘测设计系统需要首先录入建筑物的平面图，详细地标明所有墙体、门、玻璃的材质，以便自动分析出信号衰减的大小。然后根据不同AP产品的功率和覆盖范围，系统会自动计算出AP数量，用户可以调整AP空间分布和发射功率，动态的调整信号最低值，系统就可以根据不同的颜色显示出每个AP的最佳信号覆盖范围和信号较薄弱的地方。图1 无线勘测系统设计图图1是使用无线勘测设计系统设计的效果图，从左到右分别为信号效果分布图、信道分布图、三维模拟图(注：图片由Air Magnet Planner生成).通常情况下，专业的无线勘测设计系统费用较贵，而且需要专业的工程师进行规划设计。因此可以采用带wi Fi功能的笔记本电脑代替专业的无线勘测系统，可以大大降低费用。具体方法如下：首先定位一台AP，然后用笔记本电脑的Wi Fi网卡来测试信号强度，移动到信号较弱的地方就可以在附近增加一台AP。这种方法简单方便，不需要额外的费用，但是规划出来的效果不是很好，需要根据勘测规划的初步结果进行详细设计。详细设计我们主要考虑的是信号衰减和信道规划。信号衰减设计：由于办公楼建筑结构多为框架结构，办公室墙壁为砖木结构，有利于2. 4G无线信号的传输，但是考虑到离AP较远的办公室接收到的信号可能要穿过2-3堵墙，还有信号斜穿墙体时的反射和墙厚增加导致信号衰减较大。为了增加信号强度可以增加Ap端全向天线或者加大AP发射功率，扩大单个AP的覆盖范围：也可以在信号薄弱的地方补充AP，避免楼层内出现信号盲点。对于2.4G室内无线信号衰减可以采用衰减因子模型进行估算，公式为：PathLoss(dB)=46+ 10n Log D(m) 其中，D为传播路径，n为衰减因子。dB = 20*lg(A/B)。此处A，B代表参与比较的功率值或者电流、电压值。dB的意义其实再简单不过了，就是把一个很大（后面跟一长串0的）或者很小（前面有一长串0的）的数比较简短地表示出来。针对不同的无线环境，衰减因子n的取值有所不同.在自由空间中，路径衰减与距离的平方成正比，即衰减因子为2。在建筑物内，距离对路径损耗的影响将明显大于自由空间。一般来说，对于全开放环境下n的取值为2.02.5;对于半开放环境下n的取值为2.53.0;对于较封闭环境下n的取值为3.03.5.典型路径传播损耗理论计算值如表1所示.表1 典型路径传播损耗理论计算值速率（Mbps）灵敏度（dBm）室内最大传输距离（m）54-726511-8848.95.5-9163.12-9372.41-9694.8假设天线发射和接收增益为零，AP发射功率为16. 2dBm时，理论室内传播最大距离如表2所示. 注释 ：dBm即分贝毫瓦；1dBm=30+10lgP (P:瓦)表2理论室内传播最大距离距离（m）传输损耗（dB）n=3.5n=2.5n=3.01063.4766.9770.465080.9587.9494.9310088.4796.97105.46现阶段可提供的2.4 GHz无线信号对于各种建筑材质的穿透损耗的经验值如下：(1) 隔墙的阻挡(砖墙厚度100 mm300 mm)：20 dB40 dB;(2) 楼层的阻挡：30 dB以上;(3) 木制家具、门和其他木板隔墙阻挡：2 dB 15 dB;(4) 厚玻璃(12mm)：10 dB。另外，在衡量墙壁等对于AP信号的穿透损耗时，需考虑AP信号入射角度，一面0.5 m厚的墙壁，当AP信号和覆盖区域之间直线连接呈45角入射时，相当于1m厚的墙壁；在2角时相当于超过14 m厚的墙壁，所以要获取更好的接收效果应尽量使AP信号能够垂直穿过(90角)墙壁或天花板，一般无线网卡接收灵敏度为-72 dBm。低于此数值将无法正常使用无线网络，在铺设AP时需要根据不同品牌型号的AP参数进行详细的计算。信道规划设计：为了减少信号衰减对WLAN的影响，增加了AP点或者扩大了单个AP的覆盖范围，但是却产生了AP间的信道干扰，在不影响WLAN传输质量的情况下必须考虑对信道进行合理划分，为了减少相邻AP之间的干扰.IEEE 802. 11 b/g设备使用(2.42.4835)GHz频段，工作频率带宽为83.5 MHz.划分为14个子频道，每个子频道带宽为22 MHz;互不干扰的子信道有3个，这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。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。常用的信道有l、6、11。以某办公楼信道划分为例来说明信道规划方法：某办公楼共7层，砖木结构，每层铺设AP点4个，信道分布如表3。表3 某办公楼信道划分实例楼层AP1信道AP2信道AP3信道AP4信道L116111L261116L3111611L416111L561116L6111611L716111从该表可以看出，同楼层同信道的AP分布在两端，距离最远。楼层间同位置AP信道也要相差5个信道。容量规划：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接入用户数不超过20台。2.3安装施工阶段规划设计完成后就进入安装施工阶段。WLAN的安装施工与拓扑结构有关，通常情况下WLAN由防火墙、核心交换机、无线交换机、二级交换机、AP及天线组成，如果楼宇层数较多，就需要在某些楼层安装二级交换机来保证到最远的AP距离不超过l00m。二级交换机与核心交换机之间可以通过光纤或超五类双绞线连接，也可以划分不同的VLAN，调试方法与LAN相同，信道等设置可以通过无线交换机来完成。无线交换机与核心交换机连接，对所有的AP进行管理和控制。AP安装在设计好的地点，天线安装在无阻隔的空旷处，一般可以安装在天花板下方。如果选用了POE端口供电的二级交换机，就不需要给AP铺设另外的电源线了，可减少成本和故障点。一般情况下，如果天线口辐射功率为IO dBmW，使用2dBi全向室内小天线，则每离天线30 m范围内，在空旷的会议中心、没有砖隔墙情况下，覆盖电平可以达到- 75 dBm/WLAN；对于写字楼、酒店客房密集隔墙结构，如果天线口辐射功率为10dBmW，使用2 dBi全向室内小天线，则每离天线(810)m范围内.客房内信号可以达到(-70 85)dBm。一般来说，信号到达客房门距离应控制在4m以内。 注释 ：dBi是考征增益的值（功率增益），dBi的参考基准为全方向性天线。2.4 测试阶段WLAN施工完成后，进行严密的测试是不可缺少的。WLAN测试分为信道测试、网络性能测试、协议分析测试、故障诊断4个方面.测试需要选用专业的WLAN测试分析仪。信道测试：与布线测试不同，信号强度、噪声强度、信噪比是信道测试中最重要的指标，无线传输的模式是微波传输，信号强度的测试是验证信号衰减的状态，微波衰减的强弱与距离、障碍物屏蔽、AP的发射功率等因素相关，信号的强度在WLAN中站点能否上网连通起决定性作用，由于WLAN 802. 11使用的是公共频道，在这些频道中还有其他通信或工业设备，例如微波炉、手提电话、2.4 G/5.8 G微波传输设施都会给WLAN造成噪声，对WLAN的传输造成很大干扰。性能测试：与有线网络测试相同，网络性能测试也分基本测试和运行监测，基本测试包括AP吞吐量测试、Ping、站点及AP列表分析等，测试者通过这些测试完成对WLAN运行基本情况的评估。运行监测是在基本测试的基础上增加了实时的AP站点性能综合分析、实时流量分析、SSID分组分析、802. 11网络传输的各种数据包和信号帧的分类和组成、实时的网络利用率和吞吐量以及任一节点的传输速率等测试参数，这些参数反映了WLAN目前实际的工作状态。协议分析：对于WLAN来说，由于它在协议方面有许多特殊的帧格式，因此实时的捕包解码是WLAN测试中不可或缺的方法。故障诊断：WLAN的故障诊断是通过对信道测试、网络性能分析、协议分析等多项测试的结果进行综合分析来进行的。WLAN的自身特点造成WLAN的故障诊断被分为两部分：一是网络性能的故障诊断(网络性能评估)，包括连通性故障，低速传输，AP信号弱等；二是网络安全的故障诊断(网络安全评估)，这是WLAN网络特有的问题，目前的安全问题大都出于用户的初始设置问题，大多数企业用户连最基本的安全模式WEP都没有打开，任何人都可以随意进入其的网络，这时的网络是非常不安全的.对于企业网来说，仅仅打开WEP功能是远远不够的。WEP是静态密钥，对于一个训练有素的黑客来说攻击只有WEP的网络只需要两个小软件就可以轻松破解了。如何发现并迅速定位非法入侵的设备也是WLAN安全测试中非常重要的需求。2.5 验收阶段WLAN测试完毕后进人验收阶段，施工方需要向建设方提交设计报告、网络拓扑图、调试报告、产品手册等管理文档.完善的管理文档会使网络的运行维护更轻松，管理文档还必须包括各无线接人点和站点的详细状态列表，除此之外，还要将测试报告归入文档中，既要包括基本的网络安全、性能分析，也要将每次的实时报告顺序归档，这样就形成了整个网络的长期的动态的网络分析文档，为进一步的网络升级维护提供了方便的途径。3、WLAN高频电磁辐射的测试分析WLAN以无线电磁渡为传输介质，势必会产生高频电磁辐射，这些辐射量到底有多大，长期在这种辐射下工作会不会对人体健康有影响？为此笔者专门作了一次WLAN高频电磁辐射的环境评价，目的是通过测试结果来分析其对人体健康的影响。国家环境保护局早在1988年就颁布了电磁辐射防护规定) (GB 870288)，其中对频率范围在1OO kHz 300GHz的电磁辐射都做了防护限值要求，具体如下：职业照射：在每天8h工作期间，任意连续6 min按全身平均的比吸收率(SAR)应小于0.1 W/kg。公众照射：在一天24 h内，任意连续6 min按全身平均的比吸收率(SAR)应小于0.02 W/kg。对于工作频率为2.4 GHz的WLAN来说，适用的导出限值如表4：表4 电磁辐射防护导出限值 工作频率（MHz）照射分类电场强度（V/m）磁场强度（A/m）功率密度(W/m2)303000职业照射280.0752公众照射120.0320.4测试的地点是在三栋铺设了FAT AP构架的办公楼内，办公室墙体均为砖混结构，办公家具和门为术质，每楼层安装4只AP。AP铺设的位置位于楼道天花板上方，发射功率100 mW，工作频率为2.4 GHz.测试期问人员松散无走动.测试设备为PMM8053P型电磁辐射分析仪，测试结果如表5：表5 WLAN电磁辐射测试结果序号测点位置电场强度（V/m）磁场强度（A/m）功率密度(W/m2)1A楼5楼楼道0.250.0020.0012A楼5楼办公室0.140.0010.0013A楼4楼办公室0.380.0010.0014A楼4楼楼道1.010.0030.0015B楼3楼楼道1.490.0020.0036B楼实验室0.180.0010.0017C楼6楼楼道4.20.0070.0538C楼6楼办公楼0.210.0010.0019C楼1楼办公楼0.250.0010.001对测试结果进行分析，笔者发现WLAN覆盖范围内平均电场强度为0.9 V/m、磁场强度为0.002 A/m、功率密度为0.007.所有测量结果值远小于电磁辐射防护规定中要求的公众照射防护限值，且仅在办公室工作8h左右.因此可以得出结论。WLAN覆盖范围所产生的高频电磁辐射，对人体健康没有危害，大家可以放心使用WLAN。4、结束语本文设计了一种楼宇内WLAN建设的方案，给出了该方案的详细设计步骤，重点讨论了设计阶段，对该阶段的关键技术，即信号衰减与信道规划设计结合实例进行了详细的阐述，给出了合理的解决方案，对今后的WLAN建设有一定的借鉴意义，但由于楼宇建筑材料的不同和办公室分布的不同，加之不同的无线产品性能也有差异，导致WLAN的信号衰减程度不同，因此无法找到一个最佳的规划方案，设计人员需要根据具体楼宇的情况和终端接人数量做更细致的规划，在全面覆盖和减少信道干扰之间找到一个合适的方案。针对WLAN的高频电磁辐射对人体健康可能造成的影响，本文通过专业的测试设备证明了WLAN