WLAN宽带校园解决方案.doc

xxxx 有限公司 xxxx 大学 无线宽带校园解决方案 xxxxxxxxxxxxxxxx 有限公司有限公司 20082008 年年 6 6 月月 xxxx 有限公司 目目 录录 1前言前言 3 1 1项目背景 3 1 2项目环境 3 1 3业务需求 4 2无线无线 MESH 技术介绍技术介绍 4 3方案设计方案设计 6 3 1总体方案 6 3 2无线方案设计 7 3 2 1链路预算 7 回传链路预算 7 接入链路预算 8 3 2 2无线带宽预算 10 3 2 3覆盖规划 11 3 2 4回传规划 12 4 4主设备技术规格主设备技术规格 14 4 1室外型系列化 AP 技术规格 14 4 2B 系列室外型大功率无线 MESH 路由器技术规格 15 4 3网络管理平台 GM200 256 技术规格 17 5 5设备清单设备清单 19 xxxxxx 有限公司 第 3 页 共 21 页 1前言前言 1 11 1 项目背景项目背景 随着通信以及信息技术的发展 互联网在人们的生活和工作中扮演了越来 越重要的作用 传统的宽带校园采用的是有线方式的接入方案 无法满足人们 随时随地上网的需求 本文介绍了 xxx 公司针对 xxxx 大学的无线宽带设计方案 可以很好的解决这一问题 1 21 2 项目环境项目环境 xxxx 大学学生宿舍楼需要覆盖的共有 14 栋 分别是 1 舍 2 舍 3 舍 4 舍 5 舍 6 舍 7 舍 8 舍 9 舍 10 舍 11 舍 12 舍 13 舍 20 舍 中间 兰色建筑为食堂 该处提供有线落地点 具体分布情况如下图所示 5舍舍 4舍舍 1舍舍 2舍舍 3舍舍 20舍舍 6舍舍 7舍舍 8舍舍 9舍舍 10舍舍 13舍舍 11舍舍 12舍舍 图 1 1xxxx 大学宿舍区平面示意图 xxxxxx 有限公司 第 4 页 共 21 页 1 31 3 业务需求业务需求 xxxx 大学学生宿舍无线宽带需求如下 为每个学生提供 512kbps 的业务带宽 针对用户提供集中认证和流量控制 保证宿舍楼内有良好的无线信号覆盖 2无线无线 MESH 技术技术介绍介绍 无线 MESH 是一种节点可任意移动 拓扑结构高度动态变化 没有预设基础 网络的无线网络技术 MESH 严格讲只是一种网络组织结构 可以基于多种无线 技术 甚至包括 3G 无线技术 但目前业界主要指基于 WiFi 的 MESH 产品 它可 扩展无线局域网形成无线城域网 多跳功能 多跳功能 如下图 假设只有相邻节点间可达 在传统网络中 将只能在 相邻节点间通讯 但在无线网状网中 节点 A 可以通过节点 B 和 C 的跳接功能 与节点 D 通讯 借助多跳功能 MESH 可以把 WiFi 的单点覆盖扩充到区域覆盖 大大提高其应用范围 目前 业界高性能产品一般能实现 5 9 跳 MESH 的跳 接功能在 MAC 层实现 无需上层应用层参加 性能优越 图 2 1 多跳示意图 网状拓扑结构 网状拓扑结构 如下图 传统的无线网络结构如图 b 属于树状结构 有 父子关系 每个节点只与它直接有父子关系的节点联系 父节点故障将导致其 所有子节点无法正常工作 MESH 拓扑结构如图 a 没有父子关系 只要在无线 发射功率可及范围之内的节点都可以直接通讯 一个节点故障只会影响到与它 相关的无线链路 其它链路可照常通讯 这种网络的一个显著特点就是可靠性 高 但其最大挑战来自过于复杂的网络结构导致路由协议非常复杂 特别是在 无线环境中 节点具有移动性 而且无线环境瞬息万变 节点发射功率也经常 调整 导致网络拓扑结构变化非常频繁 路由协议必须能管理这种快速变化 使任一时刻任意两点间通讯都能找到最佳路径 节 点 A 节 点 B 节 点 C 节 点 D xxxxxx 有限公司 第 5 页 共 21 页 图 a 图 b 图 2 2 两种无线网络拓扑结构 自组织能力 无线网状网不依赖中心站的集中控制 只要节点间可达 就 可以构成网络 无需事先规划 无需外部参与 各节点自己可以自行组织形成 网络 而且可以随着环境变化而自适应调整 自修复 当一个网络中的一个节点故障时 一方面其它节点会自动调整路 由 不会让后续数据走已发生故障的无线链路 另一方面 相邻节点会自适应 加大发射功率提高覆盖范围 完成无线网络的自修复功能 以图 2 2 中图 a 为 例 如 F 节点发生故障 则网络自修复后会形成如下拓扑结构 图 2 3 自修复后的拓扑结构 自平衡 在无线网状网中 由于一个节点与多个相邻节点存在无线链路连 接 导致任意两个节点间通讯的可达路径众多 如图 2 2 图 a 中节点 E 和节点 B 之间 两跳以内的路径就包括 E A B E F B E D C B E D F B E F A B E F C B E A F B 七条 为了使整个网络的通讯带宽 容量最大 每个节点具有自平衡的能力 能根据数据目的地和各前向路由中拥 塞情况选择最佳路径发送 分布式控制 为实现节点间相互通讯 无线网状网需要众多控制功能 如 认证 无线资源安排 路由发现等 这些工作在传统网络中都是通过中心控制 节点完成的 但在无线网状网中没有中心控制节点 这些工作必须由各节点或 节点间自行完成 设计的控制流程与传统无线网络存在很大区别 如下图所示 图 b 为传统网络 节点 A 和节点 E 认证工作都与中心节点 F 直接交互 但在图 a 网状网网络中 节点 A 认证与其相邻节点进行 如图中的 B 节点 E 认证也与 A B C D E F A B C D E F A B C D E F xxxxxx 有限公司 第 6 页 共 21 页 其相邻节点进行 如图中的 B 和 D 而 B 和 D 对 A 和 E 的认证信息必须事先从 节点 F 获得 A B C D E F 图 2 4 两种控制流程 3方案设计方案设计 3 13 1 总体方案总体方案 无线宽带校园包括两个子系统 运维网子系统和无线网络子系统 无线网 络子系统采用 Mesh Wifi 技术承载用户数据 运维子系统实现对用户的收费 带宽管理 权限设置 网络监控等运营需求 整体网络构建的逻辑关系如图 3 1 所示 A B C D E F 图 a图 b xxxxxx 有限公司 第 7 页 共 21 页 无无线线网网 运运维维网网 AAA管管理理服服务务器器 应应用用服服务务器器 网网关关服服务务器器 校校园园 无无线线网网 运运营营商商外外部部网网 图 3 1 系统组成 由于我司的产品提供的是层二的解决方案 对于上层的叠加应用而言是透 明不可见的 因此 可以快速的叠加上层的各种应用 3 23 2 无线方案设计无线方案设计 无线方案设计主要包括链路预算 频率规划以及无线 MESH 网络设计等几 个部分 3 2 13 2 1 链路预算链路预算 无线宽带校园方案中 要对无线 MESH 网络的回传链路和接入链路进行预 算 xxxxxx 有限公司 第 8 页 共 21 页 链路预算根据接收灵敏度 人体损耗 衰落冗余 干扰冗余等参数得到接 收点处所需要的接收功率 再根据发射源的实际发射功率 计算出在空中所允 许的路径损耗 结合合适的传播模型 计算出平均覆盖距离 从而指导工程师 选择合适的站址和合适的天线 回传链路预算回传链路预算 参数参数数值数值备注备注 工作频点 5 8G 上 下行工作频点 相同总体总体 数据速率 Mbps 54 00 MESH 节点发射功率 dBm 16A 发射机发射机 身体损耗 dB 0 00D MESH 节点灵敏度 dBm 70 00F 选择合并增益 dB 0H 线缆损耗 1 5I 覆盖概率 90 0 标准方差 4 阴影衰落余量 dB 2 5M 快衰落余量 dB 5N 噪声恶化 dB 0P 接收机接收机 最少接收功率 dBm 61r f h i m n p 最大允许的链路损耗 dB 77t a r 就电波空间传播损耗来说 有近似的路径传播损耗 对于 5 8G 频点 公 式近似为自由空间衰 L dB 52 10 n Log D m 其中 D 为传播路径 n 为衰减因子 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 在具体环境中 n 需要实际测量 参考其他类似场景的实测数据 我们可 取 n 为 2 2 实际部署中 两端的 Mesh 设备都选择 AND 0258 150 15dBi 定向天线 计算可得 在 54M 传输速率下 覆盖距离可达 316 米 完全可以满足需求 xxxxxx 有限公司 第 9 页 共 21 页 在较低的传输速率下 可以获得更好的覆盖距离 接入链路预算接入链路预算 下行 参数参数数值数值备注备注 工作频点 2 4G 上 下行工作频点 相同总体总体 调制速率 Mbps 54 00 Mesh 节点发射功率 dBm 20A 发射机发射机 身体损耗 dB 0 00D 终端接收灵敏度 dBm 68 00F 选择合并增益 dB 0H 接收天线 0G 线缆损耗 1 5I 覆盖概率 90 0 标准方差 4 阴影衰落余量 dB 2 5M 快衰落余量 dB 6N 噪声恶化 dB 3P 接收机接收机 最小接收功率 dBm 55r f h g i m n p 最大允许的链路损耗 dB 75t a r 上行 参数参数数值数值备注备注 工作频点 2 4G 上 下行工作频点 相同总体总体 调制速率 Mbps 54 00 终端发射功率 dBm 11A 发射机发射机 身体损耗 dB 0 00D Mesh 节点收灵敏度 dBm 74 00F 选择合并增益 dB 0H 接收机接收机 接收天线 0G xxxxxx 有限公司 第 10 页 共 21 页 线缆损耗 1 5I 覆盖概率 90 0 标准方差 4 阴影衰落余量 dB 2 5M 快衰落余量 dB 6N 噪声恶化 dB 3P 最小接收功率 dBm 61r f h g i m n p 最大允许的链路损耗 dB 72t a r 选择余量较小的上行来计算 允许的最大链路损耗为 72dB 实际部署中 我们选择了 16dBi 的定向天线 这样最大允许的链路损耗为 88dB 根据回传类似的计算 2 4G 覆盖在保证 54Mbps 数据率的最大覆盖距离为 63 米左右 对宿舍楼进行室内覆盖时 需要穿透玻璃 损失约 3dB 反射约 2dB 这样 覆盖距离缩短至 40 米 考虑到窗口距室内的距离 所有安装支架距离被覆盖建 筑的距离应小于 25 米 3 2 23 2 2 无线带宽预算无线带宽预算 按照为每个学生提供 512kbps 的业务带宽原则 覆盖区域无线带宽预算 如下 覆盖区域学生人数业务并发系数业务带宽需求 学生宿舍 1 北侧49 间房间 244 人 0 115Mbps 学生宿舍 1 南侧49 间房间 244 人 0 115Mbps 学生宿舍 2 北侧49 间房间 244 人 0 115Mbps 学生宿舍 2 南侧49 间房间 244 人 0 115Mbps 学生宿舍 3 北侧49 间房间 244 人 0 115Mbps 学生宿舍 3 南侧49 间房间 244 人 0 115Mbps 学生宿舍 4 北侧113 间房间 678 人 0 135Mbps 学生宿舍 4 南侧112 间房间 672 人 0 135Mbps xxxxxx 有限公司 第 11 页 共 21 页 学生宿舍 5 北侧87 间房间 522 人 0 130Mbps 学生宿舍 5 南侧87 间房间 522 人 0 130Mbps 学生宿舍 6 北侧45 间房间 270 人 0 115Mbps 学生宿舍 6 南侧44 间房间 264 人 0 115Mbps 学生宿舍 7 北侧38 间房间 228 人 0 115Mbps 学生宿舍 7 南侧38 间房间 228 人 0 115Mbps 学生宿舍 8 北侧55 间房间 330 人 0 120Mbps 学生宿舍 8 南侧54 间房间 324 人 0 120Mbps 学生宿舍 9 北侧36 间房间 216 人 0 115Mbps 学生宿舍 9 南侧36 间房间 216 人 0 115Mbps 学生宿舍 10120 间房间 720 人 0 140Mbps 学生宿舍 11 北侧104 间房间 624 人 0 135Mbps 学生宿舍 11 南侧104 间房间 624 人 0 135Mbps 学生宿舍 12 北侧122 间房间 732 人 0 140Mbps 学生宿舍 12 南侧122 间房间 732 人 0 140Mbps 学生宿舍 13 北侧112 间房间 672 人 0 135Mbps 学生宿舍 13 南侧111 间房间 666 人 0 135Mbps 学生宿舍 20 北侧150 间房间 900 人 0 145Mbps 学生宿舍 20 南侧150 间房间 900 人 0 145Mbps 流量汇总流量汇总 700700 MbpsMbps 3 2 33 2 3 覆盖规划覆盖规划 根据宿舍楼层高度 宽带及所需带宽估算情况 无线覆盖规划如下 采用室外型系列化 AP 产品 利用无线信号从室外向室内穿透的方式来 进行无线覆盖 如下方的规划示意图所示 每个箭头表示一个 AP 模块 不同颜色表示 不同的工作频点 正方形表示室外型系列化 AP 产品 三角形表示 AP 模块和 MESH 回传模块合一的室外型产品 故无线覆盖共需 GA100e 室 外型单模块 AP 5 台 GA200e 室外型双模块 AP 16 台 GA300e 室外型 xxxxxx 有限公司 第 12 页 共 21 页 三模块 AP 3 台 GA400e 室外型四模块 AP 3 台 B2011e T 室外型一 AP 模块 一大功率回传模块 2 台 B3012e T 室外型二 AP 模块 一大功 率回传模块 8 台 楼层较低的 1 舍 2 舍 3 舍和 7 舍 分别在楼两侧对面的楼顶上安装 AP 2 4G 16dBi 的定向天线固定与楼顶打向对应的宿舍区域 其他楼 层较高的楼 同一垂直面上采用两个覆盖天线 即双 AP 每个 AP 约覆 盖 3 层 一个天线安装于楼顶 另一个天线通过馈线拉至 3 楼高度 打向对面的宿舍楼进行覆盖 覆盖天线型号采用 2 4G 90 度 16dBi 板 状定向天线 需加装避雷器 xxxxxx 有限公司 第 13 页 共 21 页 1舍舍 2舍舍 3舍舍 20舍舍 4舍舍 5舍舍 6舍舍 7舍舍 8舍舍 9舍舍 10舍舍 食食 堂堂 13舍舍 11舍舍 12舍舍 1234 567810 11 12 139 channel 图 3 2 2 4G 覆盖规划示意图 3 2 43 2 4 回传规划回传规划 除进行无线覆盖外 需将覆盖流量汇总 回传到提供有线落地点的食堂处 故需规划一张无线回传网络 采用室外型系列无线 MESH 路由器 利用其多跳特性构建无线 MESH 回 传网络 xxxxxx 有限公司 第 14 页 共 21 页 大部分回传设备安装于建筑物楼顶 采用室外型大功率无线 MESH 路由 器 B2020e T 各 AP 通过网线直接接入到该楼楼顶的回传设备 如下图 中的红色四方形 边缘部分安装条件不具备的 需立杆安装 与 AP 共 点 采用 B2011e T 或 B3012e T 如下图黄色和绿色三角形标识 中 间食堂楼顶共设 5 台落地设备 B4040e T 落地点直接接入有线网络 见下图兰色四方形标识 各回传模块组成一个多跳的网状回传网络 使用的是德国的 5 8g 频段 可以采用 100 165 信道 建议信道间错开 3 个信道做同一区域的回传 回传天线型号采用 5 8G 15dBi 板状定向天线 需加装避雷器 1舍舍 2舍舍 3舍舍 20舍舍 4舍舍 5舍舍 6舍舍 7舍舍 8舍舍 9舍舍 10舍舍 食食 堂堂 13舍舍 11舍舍 12舍舍 B2020e T B4040e T B2011e T B3012e T 回传链路 图 3 3 5 8G 回传规划示意图 xxxxxx 有限公司 第 15 页 共 21 页 4 4主设备主设备技术规格技术规格 4 14 1 室外型系列化室外型系列化 APAP 技术规格技术规格 室外型多模块室外型多模块 APAP GA 00eGA 00e 产品技术规格产品技术规格 规格项规格项规格子项规格子项规格描述规格描述 工作频段2 412 2 472GHz 5 745 5 825GHz 调制方式802 11a g OFDM 64 QAM 16 QAM QPSK BPSK 802 11b DSSS DBPSK DQPSK CCK 覆盖范围 250m 最大带宽 向 上层提供的净 带宽 每 AP 模块 27Mbps 最多可提供 4 个 AP 模块 最大发射功率26dBm for 2 4GHz 20dBm for 5 8GHz 接收灵敏度 94dBm 6Mbps 93dBm 9Mbps 91dBm 12Mbps 90dBm 18Mbps 86dBm 24Mbps 83dBm 36Mbps 77dBm 48Mbps 74dBm 54Mbps 无线 数据信道动态调整 硬件功耗 16W xxxxxx 有限公司 第 16 页 共 21 页 尺寸长 宽 深 350 280 145mm 重量 7 5Kg 天线接口每模块 2 标准 N 型母头 接口2 10 100M 自适应以太网口 工作温度 40 55 贮存温度 65 85 工作湿度0 95 非凝固 防水标准 IP67 环境 防风能力 250Km h 4 24 2 B B 系列室外型大功率无线系列室外型大功率无线 MESHMESH 路由器技术规格路由器技术规格 B 系列室外型大功率无线 MESH 路由器产品主要技术规格参数见下表 B e T 产品技术规格产品技术规格 规格项规格项规格子项规格子项规格描述规格描述备注备注 工作频段2 412 2 472GHz 5 745 5 825GHz 同时支持 802 11 a b g 模式 调制方式802 11a g OFDM 64 QAM 16 QAM QPSK BPSK 802 11b DSSS DBPSK DQPSK CCK 遵循 802 11 a b g 标准 最大速率每模块 54Mbps 最大带宽 向上层 提供的净带宽 AP 模块 27Mbps 大功率回传模块 40Mbps 传输距离1000m 回传模块 3000m 高性能回传模块 使用 18dBi 定向 天线 空旷环境 最大移动速度大于 50Km h 回传模块 大于 300Km h 高性能回传模块 最大发射功率 26dBm 无线特性 实际发射功率根据节点密度和信噪比自适应调 整 保证够用就好 可提供最大 xxxxxx 有限公司 第 17 页 共 21 页 功率 400mw 发送速率支持 54Mbps 36Mbps 使 用时根据需要自适应调整 信道选择可静态配置 也可自动选择 快速层 2 网状网路 由协议 路由更新时间小 对业务基本无 影响 回传模块 增强的快速层 2 网 状网路由协议 路由更新时间小 对业务无影响高性能回传模块 硬切换 时延小于 200ms回传模块节点切换 软切换 软切换径数可配 无切 换时延 高性能回传模块 最大跳数10 跳 单跳时延2ms 以下 网络特性 QoS 支持 ToS 与无线层优先级的映射 无线安全节点间相互鉴权 逐跳加密 支持 WEP 64 128 位加密和 WPA WPA2 加密 ACL 支持 MAC 地址过滤 只允许指定 的 MAC 地址通过 支持基于协议 IP 地址 协议端口的过滤 安全 包过滤 内置 WEB 服务器使用直接方便 SNMP 协议 空口接入可以通过空中接口进行管理此功能可关闭 管理 专用网管系统专业电信网管 可进行全网管理 天线接口每模块 2 标准 N 型母头 网络接口2 自适应 10 100Base T 以太网 口 一个用于上连 一个用于下 连 电源接口 160 280V AC 50 60HZ 重量 7 5Kg 硬件特性 尺寸长 宽 深 xxxxxx 有限公司 第 18 页 共 21 页 350 280 145mm 功耗20W 四模块 工作温度 40 55 保存温度 65 85 工作湿度0 95 非凝固 防水标准 IP67 环境要求 防风能力 250Km h 4 34 3 网络管理平台网络管理平台 GM200 256GM200 256 技术规格技术规格 4 3网络管理平台 GM200 256 采用独立服务器 统一网管的方式管理整 个无线校园网络 主要实现的功能有 a 拓扑管理 通过图形化的方式 呈现网络的物理和逻辑拓扑结构 动态显示网络和设 备的告警 事件 设备和资源状态 并通过简单的界面操作 获取网络中各设 备的配置 状态 告警 事件 性能统计等信息 b 配置管理 网管系统能够全面动态地管理全网中所有网元设备的配置数据 以图形 文字等形式显示配置相关的各类信息 并且能够提供查询 编辑 导出这些数 据的功能 配置管理提供对网络中设备的自动发现和自动配置 最大程度简化新增设 备上线的配置管理操作维护 配置管理提供对网络设备的配置数据的存储 下载 上载 核查 备份 导出 等操作 另外 配置管理提供批量添加 删除设备和批量修改设备配置功能 并能 以指定的时间点 实现新增和修改的设备配置数据的同时生效 以保障网络的 正常工作 c 状态管理 网管系统能实时的检测网络中各设备和链路的状态 并通过拓扑视图和图 表方式呈现整体和具体的状态信息 xxxxxx 有限公司 第 19 页 共 21 页 网管系统还能对某些状态进行动态设置 实现设备或资源的动态控制 闭 塞 重启等功能 d 告警管理 网管系统能对设备上报的故障进行动态监控 并以拓扑和图表视图呈现整 体和具体的告警信息 告警上报时能以告警音 告警色在客户端界面以直观和 醒目的方式呈现 并可以以短信和 EMail 的方式自动通知相关人员 告警