无线组网设计-(淮工)

课程设计报告书课程设计报告书 课程名称 专业综合课程设计 题 目 淮海工学院本部 WiFi 组网研究与设计 系 院 电子工程学院 学 期 2011 2012 1 专业班级 姓 名 学 号 评语 评语 成绩 成绩 签名 日期 精品文档 1欢迎下载 淮海工学院本部校区女生宿舍子网淮海工学院本部校区女生宿舍子网 WiFiWiFi 组网研究与设计组网研究与设计 1 1 课程设计的目的和任务课程设计的目的和任务 本次课程设计是根据 通信工程专业培养计划 要求而指定的 综合课程设计是通 信工程专业的学生在学完所有专业课后进行的综合性课程设计 其目的在于使学生在课 程设计过程中能够理论联系实际 在实践中充分利用所学理论知识分析和研究设计过程 中出现的各类技术问题 巩固和扩大所学知识面 为以后走向工作岗位进行设计打下一 定的基础 课程设计的任务包括让同学掌握一般通信系统方案设计的过程 步骤 要求 工作 内容及设计方法 训练学生组网工程项目管理 需求分析 网络方案设计 系统合成 综合布线能力等 训练学生综合运用专业知识的能力 提高学生进行通信网络工程设计 工程实施的能力 2 2 项目实际环境项目实际环境 以淮海工学院本部校区为背景 WiFi 技术组建淮海工学院本部校区的无线局域网 根据覆盖范围 用户数目 接入速率以及 AP 规划等方面综合考虑 结合本部校区的实地 环境 进行无缝的无线覆盖设计 为大家提供何时何地都可方便使用网络资源的环境 淮海工学院本部校区占地面积 65 万平方米左右 校舍面积近 50 万平方米 教学楼 众多 布局多样化 较为分散 组网艰巨 教工宿舍及学生宿舍用户数量庞大 设计要 求也较高 室外空旷地面积大且分散 无缝覆盖不易进行 我负责设计的是女生宿舍子 网 包括 A1 A10 共 10 栋宿舍楼 每栋为五层宿舍加底层 A2 A4 除外 为六层加底层 底层为宿管人员值班室 洗衣房 开水房和自行车库等 不需要 AP 覆盖 只有 A5 底层 有个金购福超市 放置一个 AP 3 3 需求分析需求分析 随着校园网络的规模不断扩大 网络应用不断增加 网络已经成为老师和学生获得 信息的主要手段之一 但原先的有线校园网有着较多的问题 存在许多 网络盲点 如 图书馆 会议室 体育馆 宿舍等场所 少数联网的教室无法满足多数人同时上网的需 求 组建时安装繁琐 布线不便等 无线接入安装布线灵活 区域重构快速 移动的服务用户 并且可以迅速 方便的 部署在任何环境中 例如在校园应用 那么在每次需求发生变化时 可以为教室 实验 室和宿舍等重新布线节省所需要的时间和成本 我们可以用一种安全 经济的方式将网 络连接拓展到整个校园 是学生 教师和管理人员无论在室内还是室外都可以接入网络 创建无线的教室 尤其是也解决了学生在宿舍上网存在的局限问题 让网络无处不在 4 4 市场调研市场调研 精品文档 2欢迎下载 根据淮海工学院本部校区的实际情况 选择性价比高的产品 以下是本组研究得出 的市场上的无线局域网主流产品的性能 价格 参数分析 详细参数见下面各表 市场 的无线局域网主流产品的性能 价格 参数分析如表 4 1 4 5 表 4 1 无线 AP 参数表 型号传输距离 米 价格 RMB 天线类型 TP LINK TL WA501G 室内 200 室外 830 170 可拆式全向天线 天线增益 4dbi 表 4 2 交换机参数表 符合 IEEE 802 3 IEEE 802 3u 网络标准 型号技术参数价格 RMB H3C S1024 快速以太网交换机 传输速率 10Mbps 100Mbps 24 个 10 100M 自 适应以太端口 接口介质 10 100Base TX 3 4 5 类双绞线 背板 带宽 4 8Gbps 包转发率 3 57Mpps 510 H3C S1224R 快速以太网交换机 端口数量 24 个 10 100 1000Mbps RJ45 口 接 口介质 10Base T 3 4 5 类双绞线 100Base TX 5 类双绞线 传 输速率 10Mbps 100Mbps 背板带宽 48Gbps 包转发率 35 71Mpps 1250 表 4 3 光纤参数表 型号性能价格 RMB 立孚 8 芯室外 多模光缆 产品类型 多模光纤 波长 1300nm 850nm 纤芯数量 8 损耗 850 3 5dB km 1300 1 0dB km 7 m 表 4 4 双绞线参数表 型号参数价格 RMB 跃图五类二对 四芯 UTP 网线 产品类型 五类双绞线 产品适用 100Base T 最大单段长度 100 米 传输速率 100Mbps 包装长度 305 米 290 表 4 5 光电转换器参数表 型号参数价格 RMB D Link DFE855 光纤转换器 转换模式 光纤和 UTP 的转换 接口类型 10 100Base TX SC 接口数量 2 传输数率 Mbps 100 600 根据淮海工学院本部校区女生宿舍子网的实地情况 我们选择的各产品设备如下 室内无线 AP TP LINK TL WA501G 层 楼交换机 H3C S1024 区交换机 H3C S1224R 光纤 立孚 8 芯室外多模光缆 双绞线 跃图五类二对四芯 UTP 网线 光电转 换器 D Link DFE855 精品文档 3欢迎下载 5 5 总方案设计总方案设计 5 15 1 接入层设计接入层设计 接入层通常指网络中直接面向用户连接或访问的部分 在一个网络中 它通常由无线 AP 交换机及集线器构成 它的目的是允许终端用户连接到网络 因此接入层交换机具 有低成本和高端口密度特性 接入交换机是最常见的交换机 它直接与外网联系 使用 最广泛 尤其是在一般办公室 小型机房和业务受理较为集中的业务部门 多媒体制作 中心 网站管理中心等部门 在传输速度上 现代接入交换机大都提供多个具有 10M 100M 1000M 自适应能力的端口 AP 相当于基站 一个 AP 能够在几十至上百米的范围内连接多个无线用户 AP 的主 要作用是将无线网络接入以太网 其次要将各无线网络客户端连接到一起 相当于以太 网的集线器 使装有无线网卡的 PC 可以通过 AP 共享有线局域网络甚至广域网络的资源 AP 工作于 2 4GHz 频段 接入层由无线网卡 AP 和 L2Switch 组成 按照宽带网络的定义 接入层的主要功能 是完成用户流量的接入和隔离 对于无线局域网 WLAN 用户 用户终端通过无线网卡和无 线接入点 AP 完成用户接入 它主要是集中在宿舍或办公室等终端用户所在的区域 在女生宿舍子网设计方案中 每一层楼处使用一交换机把各 AP 连接起来 然后五层 楼的交换机连接到一个总的交换机上 综合上述参数 我们打算选用无线 AP TP LINK TL WA501G 室内选用双绞线跃图五类二对四芯 UTP 网线连接 AP 接入点与二层交换机 图 5 1 是淮海工学院本部校区女生宿舍子网的接入层拓扑结构 APAP AP 层交换机 APAPAP 层交换机 楼交换机 图 5 1 女生宿舍子网接入层拓扑图 5 25 2 汇聚层设计汇聚层设计 汇聚层是楼群或小区的信息汇聚点 是连接接入层和核心层的网络设备 为接入层提 供数据的汇聚 传输 管理 分发处理 汇聚层为接入层提供基于策略的连接 如地址合 精品文档 4欢迎下载 并 协议过滤 路由服务 认证管理等 通过网段划分 如 VLAN 与网络隔离可以防止某些网 段的问题蔓延和影响到核心层 汇聚层同时也可以提供接入层虚拟网之间的互连 控制和 限制接入层对核心层的访问 保证核心层的安全和稳定 汇聚层的功能主要是连接接入层节点和核心层中心 汇聚层设计为连接本地的逻辑中 心 仍需要较高的性能和比较丰富的功能 汇聚层设备一般采用可管理的三层交换机或 堆叠式交换机以达到带宽和传输性能的要求 其设备性能较好 但价格高于接入层设备 而且对环境的要求也较高 对电磁辐射 温度 湿度和空气洁净度等都有一定的要求 汇聚层设备之间以及汇聚层设备与核心层设备之间多采用光纤互联 以提高系统的传输 性能和吞吐量 汇聚层的设备一般安装在一个大楼的内部或楼下 包括主楼 教学楼 图书馆 科技楼 各个宿舍楼 教工宿舍楼等等 然后通过光纤接入核心层 汇聚主干层主要采用环形和星型两种拓扑结构 环形拓扑结构一般用于地理范围较 大的校园网 通过多个节点进行汇聚 星型拓扑结构用于规模不大的校园网 星型拓扑 由于在管理和维护上十分简单因而成为目前最常见的拓扑结构 淮海工学院本部有教学 子网 后勤子网 宿舍子网 室外子网 教工子网等 我做的是本部女生宿舍子网 其 汇聚层的拓扑结构如下图 5 2 所示 综上所述 采用无线交换机 H3C S1024 H3C S1224R 光电转换器 D Link DFE855 等 楼交换机 区交换机 光电转换 器 光电转换 器 光电转换 器 光电转换 器 光电转换 器 AC 图 5 2 女生宿舍子网汇聚层拓扑图 5 35 3 核心层设计核心层设计 核心层的功能主要是实现骨干网络之间的优化传输 骨干层设计任务的重点通常是冗 余能力 可靠性和高速的传输 网络的控制功能最好尽量少在骨干层上实施 核心层一 直被认为是所有流量的最终承受者和汇聚者 所以对核心层的设计以及网络设备的要求 十分严格 由于核心层设备将占投资的主要部分 所以设计核心层时需要考虑冗余设计 5 45 4 无线接入点 无线接入点 APAP 配置原则 配置原则 精品文档 5欢迎下载 5 4 1 使用室内直放 AP 布点覆盖 需考虑及遵循以下几个问题和原则 1 需要有入户线缆资源 双绞线 2 如果在一个大厅里只安装一个 AP 则尽量把 AP 安放在大厅的中央位置 而且 最好是放置于大厅天花板上 如果同一空问安装两个 AP 则可以放在两个对角上 3 保持信号穿过墙壁和天花板的数量最小 2 4GHz 信号能够穿透墙壁和天花板 然而 每一面墙壁和天花板都将使 AP 信号的覆盖范围减少 1 到 30 米 应放置 AP 与计算 机于合适的位置 使墙壁和天花板阻碍信号的路径最短 损耗最小 4 考虑 AP 和覆盖区域之间直线连接 注意 AP 的放置位置 要尽量使信号能够垂 直的穿过 90 度角 墙壁或天花板 5 不同的建筑材料产生不同的传输效果 由金属的框架或门构成的建筑物会使 WLAN 无线信号的传输距离变小 放置 AP 的位置应使信号通过干燥的墙壁或敞开的门 避 免放置在使信号必须通过金属材料的位置 6 AP 天线方向可调 安装 AP 的位置应确保天线主波束方向币对覆盖目标区域 保证良好的覆盖效果 7 AP 安装位置需远离电子设备 起码 l 2 米 例如微波炉 监视器 电机等 5 4 2 无线接入点 AP 的频率配置要遵循的原则 1 在室内覆盖相距 25M 以内的不同 AP 不可以使用相同频点 超过 40M 的不同 AP 可以考虑使用相同的频点 2 在室内覆盖相距 25M 内但中间有 3 面以上水泥墙隔开的 2 个 AP 可以考虑使用 相同的频点 3 在室外覆盖相距 200M 以内的不同 AP 不可以使用相同频点 超过 300M 的可以 考虑使用相同频点 4 在室外覆盖相距 200M 以内但有建筑物的阻断 无线电波需穿透 3 面水泥墙 的不同 AP 可以考虑使用相同频点 5 用于室外覆盖的 AP 频点 建议在室内覆盖的 AP 频点中不要再次使用 避免出 现室外频点的频率对室内频点的频率干扰 6 6 无线网络规划与覆盖设计无线网络规划与覆盖设计 6 6 1 1 无线网络频率规划无线网络频率规划 802 1lg 工作在 2 4G 频段 全部采用非授权许可频段 无须向国家相关管理部门申 请频段使用 采用 2 4GHZ 做无线网络覆盖 在进行频点规划时 非重叠信道可以进行复 用 但确保使用同一信道的 AP 之问有足够远的距离 相邻节点不要采用同样的信道 IEEE 802 11g 使用 2 4GHz 的 ISM 频段 工作频率范围为 2400 2485 3MHz 可用带宽为 85 3MHz 划分为 13 个信道 每个信道的带宽为 22MHz 中心频率以 5 MHz 的间隔 对于 真正相互不重叠信道只有相隔 5 个信道的工作中心频点 故理论上只能进行三组信道的 规划无缝覆盖 精品文档 6欢迎下载 图 6 1 2 4GHZ 频段存在的信道 图 6 2 802 11g 第一组频点规划示意图 频率与序号 n 的关系 f1 n 2412 n 1 5MHZ 表 6 1 WIFI 无线网络频点表 频点 频率频点 频率频点 频率 CH 12412 MHzCH 22417 MHzCH 32422 MHz CH 42427 MHzCH 52432 MHzCH 62437 MHz CH 72442 MHzCH 82447 MHzCH 92452 MHz CH 102457 MHzCH 112462 MHzCH 122467 MHz CH 132472 MHz 三组信道的规划如下 第一组 信道 1 信道 6 信道 11 第二组 信道 2 信道 7 信道 12 第三组 信道 3 信道 8 信道 13 由于只有三组可行的频率规划 现规定第一组 CH1 CH6 CH11 和第二组 CH2 CH7 CH12 适用于室内的分布 第三组 CH3 CH8 CH13 适用于室外的分布 这样 在宿舍楼内形成了微蜂窝覆盖的无线网络 无线微蜂窝覆盖 就是将多个 AP 形成的各自的无线信号覆盖区域进行交叉覆盖 各覆盖区域之间无缝连接 所有 AP 通过 双绞线与有线骨干网络相连 形成以固定有线网络为基础 无线覆盖为延伸的大面积服 务区域 所有无线终端通过就近的 AP 接入网络 访问整个网络资源 微蜂窝覆盖大大扩 展了单个 AP 的覆盖范围 从而突破了无线网络覆盖半径的限制 用户可以在 AP 群覆盖 的范围内漫游 而不会和网络失去联系 通信不会中断 6 26 2女生宿舍子网覆盖设计及频点网络规划女生宿舍子网覆盖设计及频点网络规划 AP 实际覆盖距离的规划准则 AP 的发射功率 dB 天线增益 dBi 无线网卡的接受功率 dB fs L dB 无 线网卡的灵敏度 fs L 为自由空间传播路径损耗 dLfslg202400lg2044 32 根据所选的设备可知无线接入点 AP 的发射功率为 100mw 天线增益为 4dBi 无线网 卡的最小接收功率为 10mw 左右 一般的无线网卡的灵敏度选为 68dB 因此对应的发射 电平为 20dBm 接受电平为 10dBm 将上述数据代入公式得到 68 20Lgd 20Lg2400 32 44 10dBm4dBi20dBm 由 精品文档 7欢迎下载 于还存在一些内墙外墙约 8 12dB 宿舍内的门柜等穿透损耗 故大约取无线网卡灵敏度 为 34dB 此时算出 d 25m 每间宿舍长约 d1 10m 左右 宿舍到走廊宽一半距离为 d2 1 5m 即 AP 覆盖距离为 d3 d d1 d2 13 5m 每间宿舍宽为 4m 左右 覆盖宿舍数 d3 4 3 4 取小为 3 AP 点放置在门沿处 即一个 AP 可以覆盖 3 2 6 个宿舍 从图 6 3 的覆盖可以看出 此时能够保证没有盲区的存在 图中的覆盖范围不同是因为我以覆盖 半径是 12m 所画 由于 AP 覆盖距离为 13 5m 故在所需处可以适当增大覆盖半径 2 4 2 2 2 0 1 8 1 6 1 4 1 2 1 0 2 3 2 1 1 9 1 7 1 5 1 3 1 1 0 9 阳 台 0 7 0 5 0 3 0 1 0 8 0 6 0 4 0 2 2 6 2 8 3 0 3 2 2 5 2 7 2 9 3 1 学生公 寓值班 室 3 2 3 0 2 8 2 6 2 4 2 2 2 0 1 8 1 6 1 4 1 2 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 值班 室 3 1 2 9 2 7 2 5 2 3 2 1 1 9 1 7 1 5 1 3 1 1 0 9 0 7 0 5 0 3 0 1 活动 室 楼长80M 楼 宽 2 3 M 楼 宽 2 3 M 南 北 走 向 8 0 M CH1CH6CH11CH12CH7 CH2 CH1 CH2CH7CH12 CH1 CH6CH11 图 6 3 A1 2 和 A3 4 宿舍平面图 图 6 3 为 A1 2 和 A3 4 宿舍平面图 A1 A3 为 5 层 A2 A4 为 6 层 每栋楼外加一 个底层为车库等无需放置 AP 其余每层分别有 16 2 个房间 每间宿舍约长 10 米 宽 4 米 每层采用 6 个 AP 具体放置和 AP 频段如上图所示 每 6 间宿舍共用一个 AP 两栋 楼的同一层用一个二层交换机 并将 A2 A4 的 6 层上的 AP 接到第 5 层的交换机上 放 在两栋楼的值班室左右即可 活动室和值班室均为 1 层 故在值班室放一个 AP 即可 频 点为 CH1 精品文档 8欢迎下载 值班 室 活动 室 楼长60M 楼 宽 2 3 M 南 北 走 向 8 0 M CH12 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 储 藏 室 0 1 0 3 0 5 0 7 0 9 1 1 1 3 1 5 1 7 1 9 2 1 2 3 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 储 藏 室 0 1 0 3 0 5 0 7 0 9 1 1 1 3 1 5 1 7 1 9 2 1 2 3 CH7CH2 CH1CH11CH6CH1 CH6CH12 图 6 4 A5 A6 宿舍平面图 如上图 6 4 所示的是 A5 A6 宿舍平面图 A7 A8 和 A9 A10 与此结构完全相同 每栋 楼为 5 层 外加底层为车库等无需放置 AP 每层分布结构相同 每层分别有 23 个宿舍 1 个储藏室 每间宿舍约长 10 米 宽 4 米 每层放置 4 个 AP 每 6 间宿舍共用 1 个 AP 两栋楼的同层采用一个二层交换机 放于值班室左右 值班室放置 1 个 AP 频点为 CH12 活动室为两层 但无特殊需求 不需要另外添加 AP 两栋宿舍通过活动室和值班 室相连接 由于 A5 楼下有金购福超市 约长 35 米 宽 20 米 无特殊需求故放置 1 个 AP 即可 频点为 CH1 底楼自行 车车库 图 6 5 A1 A10 宿舍主视示意图 图 6 5 是女生宿舍 A1 A10 主视图 反映出每栋宿舍楼均为 5 层外加个底层 A2 A4 除外 为 6 层外加底层 底层一般为宿管值班室 停车库 开水房 洗衣机房房等 不 精品文档 9欢迎下载 需要放置 AP 但 A 5 宿舍楼下有个金购福超市 放置 1 个 AP 其他与别的宿舍楼一样模 型 由于是每两栋宿舍的同层采用同 1 个二层交换机 故每层的层交换机同时接到楼交 换机上 楼交换机放在两栋楼间的值班室 经过调查 女生宿舍没有台式电脑 故不需 要无线网卡 A1 A10 每栋楼 AP 点的具体频点分布如下作为归纳 由左向右排列 以 A1 A2 和 A5 A6 的一二层为例 3 层 5 层和 1 层相同 4 层 6 层和 2 层相同 并且 A3 和 A1 A4 和 A2 相同 A7 A9 和 A5 相同 A8 A10 和 A6 相同 A1 号楼 CH2 CH7 CH12 CH1 CH6 CH11 一层 奇数层 CH11 CH6 CH1 CH7 CH12 CH2 二层 偶数层 A2 号楼 CH1 CH6 CH11 CH2 CH7 CH12 一层 CH7 CH12 CH2 CH11 CH1 CH6 二层 A1 A2 楼间 CH1 A5 号楼 CH2 CH7 CH12 CH6 一层 CH11 CH1 CH7 CH12 二层 A5 底层超市 CH1 A6 号楼 CH1 CH6 CH11 CH1 一层 CH12 CH7 CH2 CH11 二层 A5 6 楼间 CH12 A 10 A 9 A 8 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 图 6 6 女生宿舍子网的整体图 女生宿舍整体结构图如上图 6 6 所示 A1 A10 宿舍 10 栋 由于每两栋的同层接的是 1 个层交换机 5 层的层交换机连到楼交换机上 故为两栋宿舍合用同一个楼交换机 再 由 5 个楼交换机连到女生宿舍子网的区交换机上 综合考虑 区交换机可放置在 A7 A8 中间值班室 这样可以减少布线 精品文档 10欢迎下载 7 7 淮海工学院本部校区淮海工学院本部校区 WiFiWiFi 组网解决方案组网解决方案 7 17 1 女生宿舍子网的网络拓扑女生宿舍子网的网络拓扑 A1 A2 A3 A4 A7 A8 A9 A10 A5 A6 B1 B2 B3 B4 足球场篮球场 空 旷 区 4 图 7 1 女生宿舍子网方位图 女生宿舍的具体方位如上图 7 1 所示 位于足球场的西侧 共 10 栋楼 每两栋相连 层交换机 楼交换机 楼交换机 区交换机 层交换机 AC AP AP 13个AP接1个层交 换机 5个楼交换机接1个 区交换机 5个层交换机接1个 楼交换机 9个AP接1个层交换 机 光电转换器 光电转换器 图 7 2 女生宿舍楼子网的网络拓扑图 图 7 2 为女生宿舍楼子网的网络拓扑图 其中 A1 A4 每层楼放置 6 个 AP 点 然后通 过双绞线接至每两栋楼 如 A1 和 A2 A3 和 A4 同层的层交换机上 再将 5 层的层交换 机连接到一个楼交换机上 A5 A10 每层楼放置 4 个 AP 点 通过双绞线接至每两栋楼同 层的层交换机上再将 5 层的层交换机连接到一个楼交换机上 接着将 5 个楼交换机连接 到 1 个区交换机上 最后连到 AC 上即可组成女生宿舍子网的网络拓扑图 7 27 2 网络设备统计网络设备统计 表 7 1 网络设备统计表 名称位置数量型号单价 元 A1 A2 A3 A4 5 6 12 132 APA5 A6 A7 A8 A9 A105 8 3 120 TP LINK TL WA501G 235 精品文档 11欢迎下载 值班室和超市5 1 1 6 A1 A2 A3 A45 2 10层交换机 A5 A6 A7 A8 A9 A105 3 15 H3C S1024 510 A1 A2 A3 A42楼交换机 A5 A6 A7 A8 A9 A103 H3C S1024 510 区交换机室外1H3C S1224R 1350 光纤室外600m立孚 8 芯室外多模 光缆 7 m 双绞线A1 A1040 捆跃图五类二对四芯 UTP 网线 290 光电转换器A1 A105D Link DFE855 600 注 在计算双绞线和光纤长度时 应留有足够的余量 AP 和层交换机之间相连用双绞线 是沿着 走廊的顶部布线 层交换机和楼交换机相连也用双绞线 同时也沿着墙壁布线 尽量在满足条件下减 少线的长度 楼交换机和区交换机用光纤相连 区交换机放在 A7 A8 的值班室 由于一栋楼长 80m 加上余量 总长取 600m 7 37 3 成本预算成本预算 无线 AP 共 258 个 单价 235 元 计 60630 元 层交换机共 25 个 单价 510 元 计 12750 元 楼交换机共 5 个 单价 510 元 计 2550 元 区交换机共 1 个 单价 1350 元 计 1350