无线网络规划与设计

随着 WLAN 技术的成熟和终端的普及 WLAN 网络承载的业务与应用逐渐丰富 为越来越多 的终端用户所喜爱 各大运营商与企业也不断加大对 WLAN 网络建设的投入 在各热点楼宇 写字楼 酒店 机场等 规划部署 WLAN 网络 以满足终端用户不断上涨的业务需求 本 文将对无线网络的规划设计原则加以总结和分析 可作为无线网络部署的指导意见 无线网络规划与设计无线网络规划与设计 当前 WLAN 网络采用的主流协议为 802 11a g n 在设计无线网络部署方案 时 首先应对这些协议有所了解 特别是与网络部署相关的信道 频率等信息 最终根据协议规定的相关原则来指导网络的规划与设计 本文主要以 802 11g 协议为例阐述无线网络的规划与设计 1 1 802 11g802 11g 协议频谱协议频谱 如图 1 所示 IEEE 802 11g 协议的频谱范围是 2 4 2 4835GHz 802 11 协 议在 2 4GHz 频段定义了 14 个信道 每个频道的频宽为 22MHz 两个信道中心 频率之间为 5MHz 信道 1 的中心频率为 2 412GHz 信道 2 的中心频率为 2 417GHz 依此类推至位于 2 472GHz 的信道 13 信道 14 是特别针对日本所 定义的 其中心频率与信道 13 的中心频率相差 12 MHz 图 1 802 11g 协议频谱划分图 从图 1 可以看到 信道 1 在频谱上和信道 2 3 4 5 都有交叠的地方 这 就意味着 如果有两个无线设备同时工作 且它们工作的信道分别为 1 和 3 则它们发送出来的信号会互相干扰 为了最大程度的利用频段资源 可使用 1 6 11 2 7 12 3 8 13 4 9 14 这四组互相不干扰的信道来进行无 线覆盖 下面的表 1 列出了 802 11g 在各国家授权使用的频段 在北美地区 美国 加拿大 开放 1 11 信道 在欧洲开放 1 13 信道 中国与欧洲一样 同样开放 1 13 信道 表 1 802 11g 协议的授权使用频段 由于只有部分国家开放了 12 14 信道频段 所以一般情况下 使用 1 6 11 这一组互相不干扰的信道来进行无线覆盖 注 对于 802 11a 的 5G 频段 在中国一共开放了 5 个信道 分别是 149 153 157 161 165 信道 这 5 个信道相互之间不重叠 为互不干扰信道 2 2 规划设计原则 规划设计原则 在了解的 802 11g 协议的频谱分布后 下面将遵照协议标准指导无线网络 的规划与设计 2 12 1 蜂窝式无线覆盖蜂窝式无线覆盖 图 2 802 11g 协议蜂窝覆盖示意图 依据 802 11g 协议的信道划分情况 按照蜂窝式无线覆盖的原则 在二维 平面上使用 1 6 11 三个信道实现任意区域无相同信道干扰的无线部署 如图 2 所示 图 3 多楼层蜂窝覆盖示意图 在多楼层无线覆盖时 信道的设置要考虑三维空间的信号干扰 如图 3 所 示 在 1 楼部署 3 个 AP 从左到右的信道分别是 1 6 11 此时在 2 楼部署的 3 个 AP 的信道就应该划分为 11 1 6 同理 3 楼为 6 11 1 这样就可最大程度地 避免了楼层间的干扰 无论是水平方向还是垂直方向都按照无线蜂窝式覆盖原 则进行部署 2 22 2 信号强度标准信号强度标准 无线覆盖区域的信号强度应满足一定的标准 才能保证 AP 与终端之间信号 的有效交互 从而保证无线覆盖的效果 覆盖区信号强度至少要在终端的接收 灵敏度以上 这样终端才能发现无线网络 但在实际网络勘测设计中 为使得 AP 与终端之间协商出较高的发送速率 取得一定的带宽和好的上网体验 需要有更好的信号强度作为保证 一般情况 下 对于有业务需求的楼层和区域进行覆盖时 目标覆盖区域内 95 以上位置 的接收信号强度应 75dBm 经验值 适用于绝大部分无线网卡 重点覆盖 区域信号强度应 70dBm 2 32 3 单单 APAP 并发用户数并发用户数 图 4 不同用户业务带宽需求的部署方案对比 无线用户所选择的速率将极大地影响单 AP 并发用户数量与覆盖范围 从而 影响网络勘测的结果 例如图 4 所示 以两种不同的速率勘测同一开放式办公 区域 如果在 2Mbit s 的速率下需要 4 个 AP 覆盖用户区 而如果在 5 5Mbit s 的速率下 则需要 6 个 AP 才能覆盖 因此 充分了解用户业务对带宽的需求是 非常重要的 2 42 4 信号穿透损坏估测信号穿透损坏估测 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 并估测其对无线信号的影响 从而来确定 WLAN 设备的安装位置 例如将 AP 置于相对较高的位置 可以有效地消除 AP 与无线终端之间的固定或移动的 遮挡物 从而能够保证 AP 与无线终端之间信号的有效交互 提高 WLAN 的覆盖 质量 保障 WLAN 网络的畅通 2 4GHz 电磁波对于各种建筑材质的穿透损耗的经验值如下 隔墙的阻挡 砖墙厚度 100 300mm 20 40dB 楼层的阻挡 20dB 以上 木制家具 门和其它木板隔墙的阻挡 2 15dB 厚玻璃 12mm 10dB 同时 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 例如 一面 0 5 米厚的墙壁 当 AP 信号和覆盖区域之间直线连接呈 45 角 入射时 无线信号相当于穿透近 1 米厚的墙壁 在 2 角时相当于超过 14 米厚 的墙壁 所以要获取更好的覆盖效果应尽量使 AP 信号能够垂直的穿过墙壁 2 52 5 802 11n802 11n 协议信道规划原则协议信道规划原则 802 11n 同时定义了 2 4GHz 频段和 5GHz 频段信道 沿用了 802 11g 和 802 11a 的频谱资源 分别称之为 802 11gn 模式和 802 11an 模式 但与 802 11a g 每 信道只用 20MHz 频宽不同的是 11n 定义了两种频带宽度 20MHz 频宽和 40MHz 频宽 其中 40MHz 频宽使用两个 20MHz 信道进行捆绑 其中一个是主信道 一个是辅 信道 40MHz 信道模式虽然可以获得更多的频谱利用率 获得 20MHz 模式两倍的吞吐 量 但是通过前面 802 11g 协议频谱的学习可以知道 40MHz 信道模式对于 2 4GHz 频段有限的频谱资源来说有些尴尬 因为在 2 4GHz 频谱中无法实现两 个相互不干扰的 40MHz 信道的划分 然而 5GHz 频段具有丰富的频谱资源 FCC 分配了 23 个互不重叠 20MHz 信道 在中国也有 5 个互不重叠 20MHz 信道 有足够的信道来实现 40MHz 信道的捆绑 因此 40MHz 频宽的 11n 模式基本不建议在 2 4GHz 使用 即 802 11gn 模式一 般都采用 20MHz 频宽进行部署 获取更多的信道资源 以满足蜂窝覆盖的原则 而想要获得 40MHz 频宽的高吞吐量 建议使用 5GHz 的 11n 即 802 11an 模式 进行部署 3 3 优化设计原则 优化设计原则 3 13 1 室内部署位置的优化原则室内部署位置的优化原则 由于无线信号的空间传播是三维的 所以给设计 部署和排错带来了较大 的困难 在进行室内部署时 在满足一定用户密度的无线应用需求下 要尽可 能的减少三维空间中的信号可见数量 为了更便于大家的理解 下面我们将通 过一个实例来阐述无线网络在优化设计时的原则 3 23 2 室内部署位置的优化实例室内部署位置的优化实例 部署某无线网络时 其勘测到的场景如下 1 两个十字交叉的走廊分四个办公室 将三个不同部门分割开 2 工程部会经常有大量的用户存在 他们对带宽要求较高 3 市场部和销售部办公人员较少 他们对带宽要求不高 但两个部门之间 经常相互移动办公 4 每个房间靠近两个走廊交叉区域的位置为承重墙 同时在走廊外也摆放 了许多工艺品 此区域对射频信号衰减较大 部署设计方案 1 的设计思路 由于工程部经常有大量用户 而且对带宽要求较高 所以每一间办公室都 安装一台 AP 壁挂在墙壁上 使用自带 2dBi 全向天线 工程部两个 AP 安装位置的墙面为普通隔断墙 对信号的损耗较小 因此市 场部 销售部的大部分区域也可被这两个 AP 的信号覆盖 在市场部与销售部的 办公室之间部署第三个 AP 解决信号覆盖的盲区问题即可 以上部署方案所暴露的问题有 1 没有从用户应用 用户密度 工作流程等方面综合考虑 2 部分区域还有信号覆盖盲区 3 在需要经常移动的市场部和销售部的办公区域 用户移动时会发生多次 不同信号覆盖区域间的切换 4 在走廊 1 移动的用户只能通过泄露信号覆盖 信号质量较差 部署设计方案 2 的设计思路 由于工程部经常有大量用户 而且对带宽要求较高 所以每一间办公室都 安装一台 AP 而 AP 安装位置移至承重墙角落处 采用定向平板天线覆盖各自 的办公室 这样可以保证每个 AP 的信号都集中在各自房间内 同时利用承重墙 对信号的较大损耗以防止信号泄漏到房间以外 在市场部和和销售部之间的 AP 放置在两办公室的门口处 这样 1 台 AP 可 覆盖两间办公