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某宾馆WLAN室内信号覆盖系统规划设计

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宾馆 WLAN 室内 信号 覆盖 系统 规划 设计
资源描述:
某宾馆WLAN室内信号覆盖系统规划设计,宾馆,WLAN,室内,信号,覆盖,系统,规划,设计
内容简介:
山东建筑大学毕业设计说明书目 录摘 要IIIABSTRACTIV1 前 言1.1课题背景11.2 WLAN的意义及应用价值12 WLAN基本概念2.1 WLAN的基本原理42.2 WLAN的硬件设备62.3 IEEE802.11标准72.3.1 IEEE802.1172.3.2 IEEE802.11b72.3.3 IEEE802.11a82.3.4 IEEE802.11g83 WLAN规划方法3.1 WLAN设计原则93.2频率规划93.3无线局域网传输技术114 某宾馆WLAN室内信号覆盖系统规划设计4.1设计方案分析134.2整理分析系统基础数据及优化实施134.3覆盖方式144.4 2.4GHZ频率干扰分析154.5网络拓扑图及宾馆各层WLAN覆盖设计174.5.1 各楼层频点规划及网络结构图:174.5.2一楼覆盖:174.5.3二楼覆盖:184.5.4三楼覆盖:184.5.5设备介绍184.6无线局域网安全性设计245 结 论29致 谢30参考文献31附 录32摘 要无线局域网(Wireless Local Area Network,即WLAN)是指以无线信道作为传输媒介的计算机局域网。它是有线网方式的重要补充和延伸。通过无线网络的移动性结合现代信息技术,无线局域网还可以实现无线Check-in(登记)功能,移动点餐功能,无线VoIP(IP电话)等功能。无线局域网采用射频技术,取代旧式的双绞线所构成的局域网络,将计算机设备互联起来。客户可通过笔记本电脑、PDA(Personal Digital Assistant,即掌上电脑)等终端以WLAN随时随地接入互联网和企业网,获取信息、娱乐或进行办公。本文主要介绍某宾馆WLAN室内信号覆盖系统工程设计。文中第一部分对WLAN的演进发展与应用前景进行了介绍。第二部分是对WLAN的基础知识进行了介绍,包括WLAN的基本原理、硬件设备要求等内容。第三部分介绍了WLAN的规划方法。第四部分着重对宾馆WLAN的覆盖方式、频点规划、网络结构、等做了详细阐述,尤其对整个流程的优化以及覆盖、容量、信道三种优化做了解释。在论文最后对本文所做的研究进行了总结。关键字:无线局域网;信道;IEEE802.11;优化WLAN indoor coverage systems engineering design of a hotelABSTRACTWireless LAN (Wireless Local Area Network, or WLAN) is a kind of computer network which refers to the wireless channel as a transmission medium. It is an important complement and extension of the cable network. Combining modern information technology with the mobility of the wireless network, wireless LAN can realize Wireless Check-in function, mobile ordering functions, Wireless VoIP functionality. Wireless local area network uses radio frequency technology to connect computer equipment for replacing the old twisted pair local area network. Customers access to the Internet and corporate networks, access to information, entertainment or office through the terminal of notebook computers, PDAs and other WLAN anytime, anywhere. This article introduces a hotel WLAN indoor coverage systems engineering. The first part introduces the WLAN evolution of the development and application prospects. The second part describes the basics of WLAN, including the basic principle and the WLAN hardware requirements. The third section describes the planning of WLAN. Part four focuses on coverage of the hotel WLAN frequency planning, network architecture, particularly explaining the optimization of entire process and the coverage、capacity、channel. Finally, there is a summary of the research done in this article.Key words: Wireless LAN; channel;the IEEE802.11; optimization- 32 -1 前 言1.1课题背景信息革命到今天,我们越来越离不开计算机网络,无论是信息共享、合作伙伴交流、还是移动用户办公,都有网络价值的体现。网络已经渗透到了个人、企业以及运营商。现在的网络建设已经发展到无所不在,不论你在任何时间、任何地点都可以轻松上网。网络无所不在其实并不简单,光靠光纤、铜缆是不够的,毕竟在许多场合不允许铺设线缆。因此,需要推广一种新的解决方案,使得网络的无所不在能够得以实现。这种解决方案就是无线数据网络。 一项数据显示,如今全世界每天大约有15万人成为新的无线局域网用户,全球范围内的无线局域网用户数量目前已经超过2亿、作为一项新的应用,无线局域网的市场非常广大二在金融、旅游、医护、仓库管理、石油工业、工厂车间、移动办公系统以及会展等领域,无线网络显示了广阔的应用前景。前景之一是与移动通信网结合。移动运营商将移动通信网的漫游功能和WLAN结合,提高用户无线上网的覆盖范围。这样用户的笔记本电脑在GPRS(General Packet Radio Service,即通用分组无线服务)和WLAN网络中自由切换,在WLAN 的环境下实现11Mbit/s的高速互联网接入,在WLAN覆盖不到的地区则可以通过GPRS上网。前景之二是与固网结合。固网运营商积极推广WLAN应用,中国网通公司最先启动WLAN热点地区建设。在机场、酒店、办公楼和咖啡厅等商务密集地区,采用WLAN提供公共移动服务的成本很低,可满足大量用户的移动上网需求,WLAN可快速地为用户提供数据服务。对于中国网通公司和中国电信公司而言,可将WLAN与ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line,即非对称数字用户环路)业务互为补充,打破宽带接入的瓶颈。提高用户的开通率。中国下一代互联网项目(CNGI)正在顺利展开,基于纯IPv6的骨干网在CERNET已经建设完成并可以提供接入服务。现在建设无线网络,除了要考虑对现有IPv4网络终端的无线接入,满足用户当前对无线网络的需求外;又要支持高性能的IPv6的用户接入,以适应网络发展趋势,并保护网络投资。1.2 WLAN的意义及应用价值近几年,中国无线网络市场规模持续成长,技术不断开发创新,应用也趋于多元化,为WLAN产业链的形成奠定了坚实的市场基础。随着无线通信技术的不断成熟和互联网应用的拓展,无线局域网(WLAN)日益成为通信业的热点领域。同时,随着国内旅游业的蓬勃发展以及各种商务活动异地化、全球化的趋势,人们对宾馆客房的需求爆炸性增长。这为国内宾馆业的发展提供了良好的契机,但随着国际互联网在国内的广泛普及和全球信息化的不断发展,作为宾馆主要服务对象之一的商务人士对网络的依赖日益增强。从宾馆的服务及管理角度出发,其自身也需要依赖网络来实现现代化的服务并提高管理水平。因此,网络建设逐渐受到宾馆管理者的关注。由于有线网络需要对宾馆进行大面积的布线施工,这将严重影响宾馆的日常经营活动,并且施工时间较长。而近年来逐渐兴起的无线局域网WLAN以其技术成熟、快速部署、易于扩展、可移动性和使用便利等特点,迅速在宾馆网络建设中大显身手,成为宾馆网络建设的主要技术之一。随着传统意义上的WLAN演进为公众通信P-WLAN/O-WLAN,WLAN已成为国内几大公众业务基础运营商共同关注的焦点。公众运营商级的WLAN用户主要为企业客户、经常出差的商务人员及家庭用户等,多半属高端用户,对服务质量及安全性非常关注。而IEEE 802.11x标准原先提出的安全方案已被广泛证实存在安全漏洞,例如:基于有线环境设计的端口访问控制协议802.1x;安全协议WEP(Wired Equivalent Privacy,有线等效保密)及所用RC4流密码;DHCP+WEB认证中的用户名和密码按明文Http1.0或弱加密Http1.1的MD5算法;MAC地址过滤及非法接入问题;以及目前使用较多的PPPOE(point-to-point protocol over Ethernet,以太网上的点对点协议)认证方式也利用明文或弱加密方式传送口令,同样不适合于开放无线环境,且PPP报文及PPPOE封装效率较低,也无后续数据加密,均会对电信运营商级高可靠性要求带来较大隐患。针对这些情况,我国依据“商用密码管理条例”制定的WLAN安全标准WAPI(无线网络鉴别保密基础结构,Wireless network Authentication and Privacy Infrastructure),并取得了突破性进展,例如:采用基于公共密钥密码体系的证书机制;动态密钥综合安全度高,采用了我国SMS4密码算法及ECDSA、ECDH密码算法的椭圆曲线及参数,是我国商用密码在无线局域网及宽带无线网络安全领域的典型应用;创新地提出了R-A-S三元安全架构,赋予接入点以独立认证身份,解决了无线网络中“伪造网络,中间人攻击”等问题,保障了合法用户接入合法网络,相比Wi-Fi(wireless fidelity,无线相容性认证)有明显安全技术优势,且用户只需安装一张证书即可方便地在WLAN覆盖的不同地区实现漫游;可支持包括Windows98/2000/XP及Linux等多种操作系统;可满足运营商、企业及家庭等多种应用模式;能提供与现有计费技术兼容的服务;完善的安全认证也是实施身份识别、分类计费、路由策略和流量控制等优良运营用户管理的基础,且这一安全标准已符合我国国家标准与法规要求;同时,该WAPI协议已由ISO/IEC授权的IEEE注册权威机构IEEE RA(Registration Authority)审查认可,并分配了用于该协议机制的以太型字段0x88b4等八大方面的明显进展。无疑,这是我国在WLAN安全领域取得的无可争辩的自主创新卓越成果,有重要国际影响与战略意义。2 WLAN基本概念2.1 WLAN的基本原理WLAN是Wireless Local Area Network的缩写,指应用无线通信技术将计算机设备互联起来,构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。无线局域网本质的特点是不再使用通信电缆将计算机与网络连接起来,而是通过无线的方式连接,从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。无线局域网最通用的标准是IEEE定义的802.11系列标准。无线局域网WLAN是一种借助无线技术取代以往有线布线方式构成局域网的新手段,可提供传统有线局域网的所有功能,它是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。WLAN作为通用无线接入的一个子集,原则上与蓝牙有类似性,都属于无线个人域网(WPAN)范畴;但与蓝牙相比,具有更多优势:支持较高传输速率(2Mbit/s54Mbit/s,甚至更高),利用射频无线电或红外线,借助直接序列扩频(DSSS)或跳频扩频(FHSS)、GMSK(Gaussian Filtered Minimum Shift Keying,高斯滤波最小频移键控)、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用技术)等技术,甚至可达到与UWB超宽带技术相比拟的传输速率(600Mbit/s1Gbit/s左右),实现固定、半移动网络终端对Internet网络进行较远距离的高速连接访问。因此,原则上它与速率较低的蓝牙技术有不同市场定位,相互支持补充,构成一个完整的WLAN/WPAN/WBAN无线接入体系。1997年6月,IEEE推出了802.11标准,开创了WLAN先河,早期加入WLAN领域的一些标准有IEEE802.11b/a/g(最高速率54Mbit/s,工作于2.4GHz频段及5GHz频段)。目前,WLAN领域主要是IEEE 802.11x系列,我国自主创新标准WAPI及欧洲Hiper (High Performance Radio)系列等标准都在积极发挥作用。无线局域网的类型:(1)独立的WLAN是指整个网络中都使用无线通信。在这种方式下可以使用一些进行数据发送和接收的设备,这些设备被称为接入点AP(Access Point),也可以不使用AP。在不使用AP时,各个用户之间通过无线直接互连。其缺点是各用户之间的通信距离必须较近,当用户数量较多时性能较差。如图2.1和图2.2中各台计算机构成一种特殊的无线网络应用模式,一群计算机接上无线网络卡,即可相互连接,资源共享,无需透过Access Point。图2.1 不使用AP的独立WLAN图2.2 使用AP的独立WLAN(2)非独立的WLAN:在大多数情况下,无线通信是作为有线通信的一种补充和扩展。我们把这种情况称为非独立的WLAN(如图2.3)。在这种配置下,多个AP通过线缆连接在有线网络上,以使无线用户随即能够访问网络各个部分。图 2.3 非独立的WLAN无线局域网的网络结构:(1)星型拓扑结构是目前最常见的一种,这种架构包含一个中央计算机或是接入点(AP)。数据封包由源节点发出后,由中央计算机接收,并且转发到正确的无线网络目标节点;这台中央计算机,可以用来当作与有线LAN的通信桥梁,并且用来连接其他有线客户端、互连网或是其他网络设备等。借助于软件,任何接上有线网络并还配备一块无线网卡的计算机,都可以担任桥接器的任务。(2)网状拓扑和星型拓扑不一样,主要是网状拓扑并没有中央计算机。每个节点都可以与同在一个网段内的其他计算机自由沟通。2.2 WLAN的硬件设备主要硬件设备:(1)无线网卡。无线网卡的作用和以太网中的网卡的作用基本相同,它作为无线局域网的接口,能够实现无线局域网各客户机间的连接与通信。 (2)AP。AP是Access Point的简称,无线AP就是无线局域网的接入点、无线网关,它的作用类似于有线网络中的集线器。(3)天线。当无线网络中各网络设备相距较远时,随着信号的减弱,传输速率会明显下降以致无法实现无线网络的正常通信,此时就要借助于天线对所接收或发送的信号进行增强。(4)路由器。路由器(Router)是连接因特网中各局域网、广域网的设备,它会根据信道的情况自动选择和设定路由,以最佳路径,按前后顺序发送信号的设备。(5)交换机。用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。(6)功分器。功分器全称功率分配器,是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件。(7)合路器。合路器主要用作将多系统信号合路到一套室内分布系统。(8)馈线。将发射机发出的信号功率以最小的损耗传送到发射天线的输入端,或将天线接收到的信号以最小的损耗传送到接收机的输入端。同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号。(9)耦合器。耦合器也叫适配器光电耦合器原理及应用:光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电-光-电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内,彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端,受光器的引脚为输出端,常见的发光源为发光二极管,受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多,常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。工作原理:在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光,光的强度取决于激励电流的大小,此光照射到封装在一起的受光器上后,因光电效应而产生了光电流,由受光器输出端引出,这样就实现了电-光-电的转换。基本工作特性:(1)共模抑制比很高,在光电耦合器内部,由于发光管和受光器之间的耦合电容很小(2pF以内)所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小,因而共模抑制比很高。(2)输出特性光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下,光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系,当IF=0时,发光二极管不发光,此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流,一般很小。当IF0时,在一定的IF作用下,所对应的IC基本上与VCE无关。IC与IF之间的变化成线性关系,用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。(3)光电耦合器可作为线性耦合器使用。在发光二极管上提供一个偏置电流,再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上,这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号,其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可工作于开关状态,传输脉冲信号。在传输脉冲信号时,输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间,不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大2.3 IEEE802.11标准 无线局域网协议概述: 无线局域网协议众多,最初IEEE802.11标准于1997年6月公布,是第一代无线局域网标准。目前的主流标准是IEEE802.11g工作在2.4 GHz频段。 2.3.1 IEEE802.11 IEEE802.11是第一代无线局域网标准之一,速率最高只能达到2Mbit/s。该标准定义了物理层和媒体访问控(MAC)协议的规范,允许无线局域网及无线设备制造商在一定范围内建立互操作网络设备。由于在无线网络中冲突检测较困难,媒体访问控制(MAC)层采用避免冲突(CA)协议,而不是冲突检测(CD),但也只能减少冲突。802.11物理层的无线媒体(WM )决定了它与现有的有线局域网的MAC不同,它具有独特的媒体访问控制机制,以CSMA/CA的方式共享无线媒体。 2.3.2 IEEE802.11b IEEE802.11b第二代无线局域网络协议标准其带宽最高可达11 Mb/s,实际的工作速度在5 Mb/s左右。IEEE802.11b使用的是开放的2.4GB频段,不需要申请。既可作为对有线网络的补充,也可独立组网,从而使网络用户摆脱网线的束缚,实现真正意义上的移动应用。 2.3.3 IEEE802.11a IEEE802.11a标准的传输优点是传输速度快,采用OFDM(正交频分复用)调制方式,速度可达54Mbps,完全能满足语音、数据、图像等业务的需要。缺点是无法与IEEE802.11b兼容,致使一些早已购买IEEE802.11b标准的无线网络设备在新的802.11a网络中不能用。 2.3.4 IEEE802.11g IEEE推出的完全兼容IEEE802.11b标准且与IEEE802.11a速率上兼容的IEEE802.11g标准。IEEE802.11g也工作在2.4GHz频段内,支持54Mbps的传输速率,并且与IEEE802.11完全兼容。这样通过IEEE802.11g原有的IEEE802.11b和IEEE802.11a两种标准的设备就可以在同一网络中使用。 3 WLAN规划方法3.1 WLAN设计原则先进性:采用先进的设计思想,选用先进的网络设备,使网络在今后一定时期内保持技术上的先进性。开放性:网络设计及网络设备选型遵从国际标准及工业标准,使网络具有开放性和兼容性。可扩展性:网络设计在充分考虑当前情况的同时,必须考虑到今后较长时期内业务发展的需要,留有充分的升级和扩充的可能性。安全性:网络系统的设计必须贯彻安全性原则,以防止来自网络内部和外部的各种破坏。可靠性:网络系统的设计必须贯彻可靠性原则,使网络系统具有很高的可用性。可管理性:网络系统应具有良好的可管理性,使得网络管理人员能方便及时地掌握诸如网络拓扑结构、网络性能统计、网络故障等信息,能简便地对网络进行配置和调整,确保网络工作在良好状态。3.2频率规划目前广泛应用的IEEE802.11b/g标准使用2.4GHZ的ISM频段,工作频率范围24002483.5MHZ。2.4GHZ频段信道划分:2.4GHZ频段可用带宽为83.5MHZ,划分为13个信道,每个信道带宽为22MHZ。具体配置方案表3.1所示:表3.1 IEEE802.11b/g的13个信道中心频率以5MHZ间隔分布如表所示:信道中心频率(MHZ)信道低端/高端频率(MHZ)124122401/2423224172406/2428324222411/2433424272416/2438524322421/2443624372426/2448724422431/2453824472436/2458924522441/24631024572446/24681124622451/24731224672456/24781324722461/2483在实际建网进行频率规划时,相邻接入点AP应尽量使用不交迭的信道以减少彼此干扰。2.4GHZ频率规划如图3.1所示:图3.1 2.4GHZ频率规划WLAN 802.11a工作在5.8GHz频段,频率范围为5.725GHz5.850GHz,共125MHz带宽,划分为5个信道,每个信道带宽为20MHz。子信道分配如图3.2所示:图3.2 5.8GHZ频率规划在使用2.4GHz频点时,为保证信道之间不相互干扰,要求两个信道之间间隔不低于25MHz。在一个覆盖区内,最多可以提供3个不重叠的频点同时工作,通常采用1、6、11三个频点。5.8GHz的5个频点互不重叠,可在同一覆盖区域内使用。WLAN频率规划需综合考虑建筑结构、穿透损耗以及布线系统等具体情况进行。室分合路方式原则上只能采用2.4GHz频段;室内放装和室外布放方式优先采用2.4GHz频段,若无法避免2.4GHz频段同频干扰,或为增加系统容量,可引入5.8GHz频段。AP 在室内开阔环境中以802.11g方式覆盖,覆盖半径约为60米; 实际覆盖需根据障碍情况计算;针对AP的安装位置限制,需根据AP位置匹配适当的天线实现整体区域覆盖;为了避免各个AP间的干扰,对各个AP间的信道需进行合理规划;在大规模AP的应用中,通过“瘦”AP(需要无线控制器进行管理、调试和控制的AP)架构以实现自动调节信道;同时在干扰特别严重的区域,手动对AP信道进行微调。3.3无线局域网传输技术无线局域网一般采用展频技术,这是一种在20世纪40年代发展起来的调制技术,它在无线电频率的宽带上发送传输信号,包括跳频展频(FHSS)和直序展频(DSSS)两种方式。(1)跳频展频(FHSS)跳频展频(Frequency-Hopping Spread Spectrum ,FHSS)在同步且同时的情况下,接收两端以特定型式的窄频载波来传送信号,对于一个非特定的接收器,FHSS所产生的跳动信号对它而言,也只算是脉冲噪声。FHSS所展开的信号可依特别设计来规避噪声或ONE-TO-MANY的非重复的频道,并且这些跳频信号必须遵守FCC的要求,还用75个以上的跳频信号,且跳频至下一个频率的最大时间间隔为400ms。(2)直序展频(DSSS)直序展频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)是将原来的信号“1”或“0”,利用10个以上的chips来代表“1”或“0”位,使得原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率。而每个bit使用多少个chips被称作Spreading chips,较高的Spreading chips可以增加抗噪声干扰,而较低Spreading chips可以增加用户使用人数。关于其调制方式,11Mbit/s DSSS物理层采用补码键控(CCK)调制模式。CCK与现有的IEEE 802.11 DSSS具有相同的信道方案,在2.4GHZ ISM频段上有3个互不干扰的独立信道,每个信道约占25MHZ。因此,CCK具有多信道工作特性。在传输技术上,无线局域网采用CSMA/CA协议,有线局域网在MAC层的标准协议是CSMA/CD,即载波侦听多点接入/冲突检测。但由于无线产品的适配器不易检测信道是否存在冲突,因此IEEE802.11重新定义了一种新的协议,即载波侦听多点接入/冲突避免(CSMA/CA)。一方面,载波侦听查看介质是否空闲,另一方面,通过随机的时间等待,使信号冲突发生的概率减到最小,当介质被侦听到空闲时,则优先发送。不仅如此,为了使系统更加稳固,IEEE802.11还提供了带确认帧 ACK的CSMA/CA协议。另外,当传送帧受到严重干扰时,必定要重传,这就是信息包重整技术。一个信息包越大,所需重传的耗费也就越大,这时,若减小帧尺寸,把大信息包分割为若干小信息包,即使重传,也只是重传一个小信息包,耗费相对小得多,这样就能大大提高无线网在噪声干扰地区的抗干扰能力。一般的无线产品支持动态速率转换,当射频情况变差时,可将数据传输速率从11Mbit/s降低为5.5Mbit/s,2Mbit/s和1Mbit/s。IEEE 802.11无线网络标准还允许移动用户设置在自动速率选择(ARS, Auto Rate Select)模式下,ARS功能会根据信号的质量及与网桥接入点的距离来自动为每个传输路径选择最佳的传输速率,该功能还可根据用户的不同应用环境来设置成不同的固定应用速率。在实际应用中,当AP变得负载过大或信号减弱时,网卡能更改与之连接的访问点,自动转换到最佳可用的AP,以提高性能。4 某宾馆WLAN室内信号覆盖系统规划设计4.1设计方案分析某宾馆WLAN设计方案分析和建议如表4.1所示:表4.1 设计方案分析和建议关键要点详细分析和建议WLAN网络频率使用WLAN系统考虑各频点之间的干扰,推荐使用1、6、11频点。由于现场已有其他运营商WLAN系统覆盖,需要确定已使用频点后进行详细规划以减小各WLAN系统之间的干扰。网络容量配置建议WLAN系统考虑各用户使用效果,推荐每AP同时接入用户数2030以内。室内网络天线点位对合路室内分布系统的天线覆盖半径约为610米(根据具体情况详细规划)。空旷区域1020米。采用小功率、多天线的方式覆盖。AP的放置位置室内分布型AP建议安装在各层弱电井内部接入室内分布系统。室内放装型AP建议在房间内隐蔽安装,考虑美观,同时考虑实施方便。4.2整理分析系统基础数据及优化实施(1)收集现网无线测试数据(包含信号强度,信噪比,时延,丢包率等信息)。 (2)环境测试,重点对测试数据不理想的区域进行测试,分析AP位置,天线覆盖, 邻频和同频干扰程度。初步掌握恶化区域的主要问题。 (3)数据网络分析,对网络拓扑、VLAN划分、有线传输链路状况等情况作出分析,统计可能出现的原因,作为重点解决的目标之一。 覆盖区域应该根据用户需求分为重点覆盖区域、密集覆盖区域和连续覆盖区域三大类: 重点覆盖区域:应考虑该特定区域的信号强度并特别关注,此区域覆盖的优化需选择合适的输出信号强度和天线进行覆盖。 密集覆盖区域:应考虑该在未来时间内的并发用户数目,保证密集的无线覆盖能够满足一段时间的将来用户群体的发展需要;此区域的优化目标主要是考虑缩小每个AP的覆盖范围或者考虑增加AP进行覆盖的优化。 连续性覆盖区域:保持信号能够满足最低标准即可。 无线覆盖优化保证每个AP 下的平均用户数最大化,这样才能够保证无线网络建设投资能够得到最大的投资回报。对于每一类覆盖的信号强度在满足要求的基础之上,需要考虑用户突发的特性。优化实施主要通过采取如下措施: (1)AP掉线问题告警排障;AP安装位置检查调整;频率规划优化;天线调整;网络配置数据调整。优化目标:改善覆盖;改善链路质量;提高无线传输带宽;减少延时;提高用户感知度。 (2)系统优化(system optimization) 和排障(trouble shooting)在称谓上截然不同,但在实施中却难以区分。实际上排障后,系统指标往往有大幅度提高。测试贯彻本阶段的始终,通过在实际环境中的测试验证以上各种优化手段的实际效果,分析仍然存在的问题,发现新的问题。 (3)在优化实施阶段必须建立详细而完整的优化日志,这对整理优化的思路,结合统计数据,分析评估每项工作的效果,大有帮助。在优化中应该予以充分重视。4.3覆盖方式在已经建成的室内外分布系统中我们通常将WLAN的设备采用直接合路的方式进行覆盖。对于这种覆盖方式有以下几点要特别注意:首先是覆盖范围的考虑。由于WLAN目前采用的2.4G频段远比2G的高,也和3G有所区别,所以各类传播损耗都要高于以往的分布系统,再加上本身WLAN对信号强度的要求比2G和3G的系统要高,这就大大限制了WLAN天线的覆盖半径。如果对于已经存在的分布系统不做改动就直接进行WLAN合路很可能造成WLAN覆盖的区域信号质量和网络性能差的结果。所以在进行WLAN系统整改的时候要充分考虑到范围的问题,适当调整原有天线的位置并尽可能提高天线口的输出功率,在某些覆盖效果不佳的位置还要考虑增加天线以满足WLAN的覆盖效果。其次是容量和带宽的考虑。由于WLAN的目的是为无线用户提供高速便捷的网络服务,这就要求WLAN必须能够满足上网用户的需求。而单个AP所能携带的用户数量也只能维持在20几个,多数厂家的AP还存在带宽和吞吐量的限制。在直接合路的方法中往往大家都忽略了这一点,只考虑了覆盖范围就不顾及网络容量的限制。所以在合路之前要对即将进行覆盖区域做详细调查、分析,对可能存在的用户数量及需求要做足充分的准备工作,以避免网络开通时由于用户量过大而造成的网络瘫痪。再次就是频点规划问题。传统的分布系统所引入的信源往往使用一个频点就可以完成覆盖,就是使用多个也有成熟的规划技巧。但在WLAN网络中,所使用的频点一般只有三个,这就大大增加了频点规划的难度。因为在较大的建筑物中往往一层楼就使用几个AP作为WLAN信源,而每个AP都使用独立的信道,这些信道间如果规划不好就会产生比较严重的影响。所以在合路的时候如果存在同频交叉覆盖的区域往往效果就不会很好,在具体合路时候一定要尽量避免这种情况的出现。最后就是合路的AP以及相应的天线的布放位置。由于WLAN工作的频段为公共频段,所以有很多设备比如说电机、微波炉等都会对WLAN系统产生干扰。在以往的分布系统中往往不需要考虑天线的具体安装位置,只要是能达到覆盖效果就可以了,但在WLAN系统中,就要避免可能产生干扰的设备。4.4 2.4GHZ频率干扰分析2.4GHZ ISM频段是目前唯一的在世界范围内通用和开放的频段,该频段也因此存在许多来自各种不同系统的干扰信号。同时,ISM频段还存在微波炉、无线电话等设备,因此各设备之间存在干扰,干扰的大小与干扰的形式,频率和强度等诸多因素有关。由于各种无线技术的机制不同,相互之间的干扰有不同的特性。此外,AP之间的干扰则更加严重。由于有限的频谱和无线介质的特性,系统容量并不是随AP数目的增加成正比,由于AP之间的干扰,整个系统的吞吐量也会受到影响。同频干扰:Wi-Fi采用的扩频码是基于统一规范的,系统内的设备有可能使用相同的扩频码,因此相邻小区不能使用相同频率,否则将造成同频干扰。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。邻频干扰: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,工程上习惯为相邻小区配置1、6、11信道,这样可以充分利用频点资源,又避免干扰。 在组网中,可以通过频率重用来增加网络容量,解决频率有限的问题,同频干扰是无线通信组网中的主要干扰源,因此选择合适的重用频率集是使用频率重用方式的关键。可用频点的选择可以参照以下原则:一般情况下,推荐使用1、6、11频点进行复用;当选用的AP杂散指标较差时,可采用1、7、13频点进行复用;在频率复用困难或者网络容量需求很高的情况下,也可以采用1、5、9、13频点进行复用。在一些特殊的场合,也可以将AP配置成同一频点作为无线中继使用,以简单扩大覆盖范围。中小型无遮挡的开阔空间:此类区域内最多布防3个AP即可满足覆盖及容量需求,每个AP可使用1、6、11任意一个子信道。超大型无遮挡的开阔空间:对于一些超大规模无遮挡的热点区域需使用3个以上的AP时,为最大限度地减少信道之间的重叠和干扰,应避免相邻AP使用相同的信道。在IEEE802.11b/g中,最好使用信道1、6、11。可以有规划地排列蜂窝,交替使用不同的信道。如图4.1所示:图4.1交替使用IEEE 802.11b/ g信道时出现的盲区然而,在这些信道交叉的中央区域有一个没有被信号覆盖的盲区。如果客户端漫游时经过这个覆盖盲区,可能立刻失去无线信号。另外,如果缩短蜂窝之间的距离,以覆盖这个盲区,两个使用信道1的蜂窝将重叠,进而相互干扰。在这种情况下,为了扩大覆盖范围并减小干扰,网络也需要引入蜂窝结构,如图4.2所示:图4.2交替使用IEEE 802.11b/ g信道的模式天线发射的RF信号实际上是在三维空间内传播的。对于全向天线,其辐射图是一个以天线为中心的圆环,如图4.3所示。信号向外传播,使得蜂窝在楼面上类似于一个圆;信号也将向下和向上传播,这将影响位于相邻楼层中的Wi-Fi信号传播。图4.3 IEEE 802.11b/ g三维信道布局4.5网络拓扑图及宾馆各层WLAN覆盖设计网络拓扑图如图4.4所示:图4.4 网络拓扑图4.5.1 各楼层频点规划及网络结构图:110楼的频点规划图以及12楼的网络结构图见附录一和附录二。4.5.2一楼覆盖:一楼20个客房。布放3个AP、21个全向吸顶天线、馈线140 M、耦合器10个、功分器8个,见附录三。4.5.3二楼覆盖:二楼28间客房、6间办公室、6个包间、以及一间中餐厅。布放6个AP、42个室内全向吸顶天线、25个耦合器、11个功分器、馈线380米,见附录四。4.5.4三楼覆盖:三楼28间客房、6间办公室、6个包间、以及一间西餐厅。布放6个AP、42个室内全向吸顶天线、25个耦合器、11个功分器、馈线380米,见附录五。四楼至十楼覆盖:覆盖方式与三楼AP布放方式相同。4.5.5设备介绍接入点(Access Point):WA631在WLAN(Wireless Local Area Network,无线局域网)网络部署中具有以下技术特点:1. 高可靠性的无线接入服务兼容IEEE 802.11b/g,最高速率达54M bps;射频输出功率为500mW;支持完善的QoS机制,根据业务类型(语音,视频,数据)进行优先级调度;支持有线链路的完整性检测。2. 提供可靠的网络安全性WA631支持多种认证和加密方式。支持WEP(Wired Equivalent Privacy,有线等效加密)认证/加密方式。支持WPA(Wi-Fi Protected Access,Wi-Fi安全访问协议)/WPA2认证/加密方式。支持WAPI(WLAN authentication and privacy infrastructure,无线局域网鉴别和保密基础结构)认证/加密方式。无线局域网鉴别和保密基础结构是中国的无线局域网国家标准体系。支持802.1x认证/加密方式。3.较强的环境自适应能力WA631支持动态速率调整可自动匹配最佳的连接速率,支持漫游期间的用户自动网路连接保持。4.提供简单智能的设备管理和维护WA631作为Fit AP由AC管理,上电后自动上线,配置由AC自动加载,认证、数据转发、AP管理、安全协议、路由、QoS等都由AC完成,并由网管系统实时监控,简化了AP的管理和维护。为终端用户提供信道、频率自动调整,业务不中断的快速漫游切换,负载均衡等功能。功能特性:(1)WLAN上行链路支持1个10/100base-T/Tx端口,兼容IEEE 802.3支持IEEE 802.3af POE(以太网供电)电源标准WAN IP地址配置支持DHCP方式(2)WLAN下行链路1个单频天线接口,使用RP-SMA连接器遵循IEEE 802.11b/g标准支持自动调节发射功率:Full (27dBm),Half (24 dBm),Quarter (21 dBm),Eighth (18 dBm)支持省电模式。当终端进入省电模式,AP将缓存数据帧并通过信标帧通知终端支持自动或手动速率调整,自动速率调整如下: 802.11b:11、5.5、2、1Mbps802.11g:54、48、36、24、18、12、9、6Mbps混合模式:54、48、36、24、18、12、9、6、11、5.5、2、1Mbps支持多SSID,1个管理虚拟AP(VAP)和8个数据虚拟AP(VAP)管理VAP用来查询设备状态和维护,不允许访问Internet每个数据VAP都有自己的SSID和独立的参数,从用户角度看每个VAP都是一个物理AP所有的VAP都支持隐藏模式支持高级设置可选择long或short前同步信号用于11b模式可选择信标间隔可定义DTIM间隔(1-255 beacons)在b/g模式中支持13个信道,并支持自动或手动信道选择支持信号质量查询:接收信号强度和信噪比级别支持后台扫描和非法AP检查(3)链路层支持CAPWAP隧道链路完整性,当以太网链路失效时支持自动停用无线服务,此功能可以启用或停用支持最大关联终端数为128支持最多8个VLAN组,VLAN-ID范围是1-4095(4)QoS支持IEEE802.11e(WMM:Wi-Fi multimedia,Wi-Fi多媒体标准)协议,4个优先级队列(5)防攻击防御DoS攻击防御端口扫描:TCP和UDP端口防御畸形包攻击,例如Ping of Death 和Teardrop(6)安全支持WPA/WPA2 PSK加密支持使用WEP 64/128位加密实现共享密钥链路层加密支持WAPI支持802.11i安全,包括EAP-TLS/用户/会话密钥,EAP-TTLS/用户/会话密钥,PEAP,MD5,AES / TKIP 加密,使用802.1x认证通过密钥轮换,维护账户不能用在数据SSID。(7)管理支持通过AC对AP进行的管理和维护AP支持串口和telnet调试方式支持DHCP协议。作为DHCP终端,用于从WAN口获取IP地址支持看门狗,防止系统锁定支持系统日志,遵循RFC3164管理虚拟AP不能连接Internet服务(8)Hot-Spot阻止无线终端之间的通讯,此项可以启用或停用本地管理过滤,阻止任何终端来管理设备5.电源直流电源适配器输入:90V264VAC;50Hz60Hz直流电源适配器输出:12V,1.25A最大功耗:13WPOE输入电压:-48VDC环境温度:工作温度:-1055存储温度:-4070湿度:5%95% (非凝结)6.物理描述尺寸(长x宽x高):210mm x 125mm x 25mm重量:0.960kg相关认证:CSA/NRTL (UL1950, CSA 22.2.950); TUV/GS (EN60950);IC (CSA C22.2, ICES-003 Class A)7.无线规格(1)射频:802.11b/g2.412 2.462 GHz (for US, Canada) 2.412 2.472 GHz (for ETSI, China) 802.11b2.412 2.462 GHz (for US, Canada) 2.412 2.472 GHz (for ETSI, China)(2)信道:802.11g11 channels in base mode (US, Canada) 13 channels (ETSI, China) 802.11b11 channels in base mode (US, Canada) 13 channels (ETSI, China)(3)射频技术:Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) / Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)(4)数据速率:1/2/5.5/11 (11b) Mbps6/9/12/18/24/36/48/54 Mbps (11g)(5)媒体接入协议:CSMA/CA with ACK接入控制器(Access Controller):Smart AXWS6603是XX技术有限公司推出的无线接入控制器,应用城域网和企业网接入,是无线城域网覆盖、热点覆盖等应用环境的理想接入控制器,提供大容量、高性能、高可靠性、易安装、以维护的无线数据控制业务,具有组网灵活、绿色节能等优势。具体参数与性能如表4.2所示:表4.2 WS6603参数与性能规格简介1、 可灵活应用于直连式和旁挂式组网2、 最多可管理1024台802.11b/g/n的AP网络接口2个10GE光口(上行)8个GE光口(上行或下行)16个GE电口(下行)维护接口1、 一个RJ-45开关量检测接口:支持4路输入开关量检测2、 一个RJ-45维护串口(RS-232电平):连接至操作控制台的RS-232串口3、 一个RJ-45维护网口:连接至操作控制台的10Mbits或100Mbits以太网端口业务特性1、 最大可管理1024个AP,达到业界盒式AC的最高水平2、 支持CAPWAP(Control And Provisioning of Wireless Access Points,无线接入点控制协议)隧道硬件线速转发3、 支持WLAN用户在AC管理的AP间快速漫游切换、负荷均衡等特性4、 支持AP信道的自动选择,以及功率、速率的自动调整5、 支持IEEE802.11e组网保护1、 设备级:支持设备的1+1快速备份和N+1备份2、 端口级:支持基于LACP(Link Aggregation Control Protocol,链路聚合控制协议)、MSTP(Multiple Spanning Tree Protocol,多生成树协议)的端口冗余备份设备保护1、 电源:支持交流、直流均双电源备份和热插拔2、 风扇:支持风扇的冗余备份和热插拔设备尺寸产品高度 1.5U不带挂耳:440mm*250mm*66mm带挂耳:482.60mm*250mm*66mm工作环境工作湿度范围:5%95%(非凝结)工作气压范围:70KPA106KPA防护标准:符合IP20要求电源支持直流和交流两种供电模式1、 双路直流电源输入:-48VDC2、 双路交流电源输入:110V220VAC,50HZ60HZ某室内全向吸顶天线电气参数如表4.3所示:表4.3某室内全向吸顶天线电气参数频率范围(MHZ)806960/17102500带宽(MHZ)154/790增益(dBi)3波瓣宽度H:360 V:55驻波比1.5输入阻抗()50极化方式垂直最大功率(W)50雷电保护直流接地接头型号N母头某无线网卡介绍:无线传输速率最高可达150Mbps内置智能天线符合IEEE802.11g、IEEE802.11b标准提供A型接口提供两种工作模式:集中控制式和对等式采用CCA技术,自动避开频道干扰并充分利用频道优势,确保使用无线网络时不影响邻居。支持WEP加密,支持WPA/WPA2、WPA-PSK/WPA2-PSK等高级加密与安全机制提供简便的配置、监控程序支持无线漫游技术,保证高效的无线连接。具体参数如表4.4所示:表4.4 某无线网卡参数支持标准和协议IEEE802.11g、IEEE802.11b、CSMA/CA with ACK、采用IEEE802.11n无线技术总线类型USB2.0频率范围2.42.4835GHZ传输速率11n:最高可达150M11g:6/9/12/18/24/36/48/54Mbps(自适应)11b:1/2/5.5/11M(自适应)工作信道数13数据调制11b:CCK,DQPSK,DBPSK11g:OFDM11n:OFDM with PSK,BPSK,16-QAM,64-QAMRF功率20dBm(最大值)天线增益2dBiLED指示Status外型尺寸(L*W*H)88.8mm*27.5*10.8使用环境工作温度:040存储温度:-4070工作湿度:10%90%RH 不凝结存储湿度:5%90%RH 不凝结支持操作系统Win 2000/XP/Vista4.6无线局域网安全性设计WLAN在为用户带来巨大便利的同时,也存在着许多安全上的问题。由于WLAN通过无线电波在空中传输数据,不能采用类似有线网络那样的通过保护通信线路的方式来保护通信安全,所以在数据发射机覆盖区域内的几乎任何一个WLAN用户都能接触到这些数据,要将WLAN发射的数据仅仅传送给一名目标接收者是不可能的。而防火墙对通过无线电波进行的网络通讯起不了作用,任何人在视距范围之内都可以截获和插入数据。因此,虽然无线网络和WLAN的应用扩展了网络用户的自由,它安装时间短,增加用户或更改网络结构时灵活、经济,可提供无线覆盖范围内的全功能漫游服务。然而,这种自由也同时带来了新的挑战,这些挑战其中就包括安全性。WLAN必须考虑的安全要素有三个:信息保密、身份验证和访问控制。如果这三个要素都没有问题了,就不仅能保护传输中的信息免受危害,还能保护网络和移动设备免受危害。难就难在如何使用一个简单易用的解决方案,同时获得这三个安全要素。国外一些最新的技术研究报告指出,针对目前应用最广泛的802.11bWLAN标准的攻击和窃听事件正越来越频繁,故对WLAN安全性研究,特别是广泛使用的IEEE802.11WLAN的安全性研究,发现其可能存在的安全缺陷,研究相应的改进措施,提出新的改进方案,对WLAN技术的使用、研究和发展都有着深远的影响。同有线网络相比,无线局域网无线传输的天然特性使得其物理安全脆弱得多,所以首先要加强这一方面的安全性。 无线局域网中的设备在实际通信时是逐跳的方式,要么是用户设备发数据给接入设备,再由接入设备转发,要么是两台用户设备直接通信,每一种通信方式都可以用链路层加密的方法来实现至少与有线连接同等的安全性。无线信号可能被侦听,但是,如果把无线信号承载的数据变成密文,并且,如果加密强度够高的话,侦听者获得有用数据的可能性很小。另外,无线信号可能被修改或者伪造,但是,如果对无线信号承载的数据增加一部分由该数据和用户掌握的某种秘密生成的冗余数据,以使得接收方可以检测到数据是杏被更改,那么,对于无线信号的更改将会徒劳无功。而秘密的独有性也将使得伪造数据被误认为是合法数据的可能性极小。 这样,通过数据加密和数据完整性校验就可以为无线局域网提供一个类似有线网的物理安全的保护。对于无线局域网中的主机,面临病毒威胁时,可以用最先进的防毒措施和最新的杀毒工具来给系统增加安全外壳,比如安装硬件形式的病毒卡预防病毒,或者安装软件用来时实检测系统异常。PC机和笔记本电脑等设备己经和病毒进行了若千年的对抗,接下来的无线设备如何与病毒对抗还是一个待开发领域。 对于DOS(Denial of Service,拒绝服务)攻击或者DDOS(Distributed Denial of service,分布式拒绝服务)攻击,可以增加一个网关,使用数据包过滤或其它路由设置,将恶意数据拦截在网络外部;通过对外部网络隐藏接入设备的IP地址,可以减小风险。对于内部的恶意用户,则要通过审计分析,网络安全检测等手段找出恶意用户,并辅以其它管理手段来杜绝来自内部的攻击。硬件丢失的威胁要求必须能通过某种秘密或者生物特征等方式来绑定硬件设备和用户,并且对于用户的认证也必须基于用户的身份而不是硬件来完成。例如,用MAC地址来认证用户是不适当的。当考虑与其它安全系统的合作时,无线局域网的安全将限于提供数据的机密性服务,数据的完整性服务,提供身份识别框架和接入控制框架,完成用户的认证授权,信息的传输安全等安全业务。对于防病毒,防泄密,数据传输的不可抵络配置中与其它安全系统合作来实现。 无线信道上传输的数据所面临的威胁:由于无线电波可以绕过障碍物向外传播,因此,无线局域网中的信号是可以在一定覆盖范围内接听到而不被察觉的。这如用收音机收听广播的情况一样,人们在电台发射塔的覆盖范围内总可以用收音机收听广播,如果收音机的灵敏度高一些,就可以收听到远一些的发射台发出的信号。当然,无线局域网的无线信号的接收并不像收音机那么简单,但只要有相应的设备,总是可以接收到无线局域网的信号,并可以按照信号的封装格式打开数据包,读取数据的内容。另外,只要按照无线局域网规定的格式封装数据包,把数据放到网络上发送时也可以被其它的设备读取,并且,如果使用一些信号截获技术,还可以把某个数据包拦截、修改,然后重新发送,而数据包的接收者并不能察觉。因此,无线信道上传输的数据可能会被侦听、修改、伪造,对无线网络的正常通信产生了极大的干扰,并有可能造成经济损失。 无线局域网中主机面临的威胁: 无线局域网是用无线技术把多台主机联系在一起构成的网络。对于主机的攻击可能会以病毒的形式出现,除了目前有线网络上流行的病毒之外,还可能会出现专门针对无线局域网移动设备,比如手机或者PDA的无线病毒。当无线局域网与无线广域网或者有线的国际互联网连接之后,无线病毒的威胁可能会加剧。对于无线局域网中的接入设备,可能会遭受来自外部网或者内部网的拒绝服务攻击。当无线局域网和外部网接通后,如果把IP地址直接暴露给外部网,那么针对该IP的DOS或者DDOS会使得接入设备无法完成正常服务,造成网络瘫痪。当某个恶意用户接入网络后,通过持续的发送垃圾数据或者利用IP层协议的一些漏洞会造成接入设备工作缓慢或者因资源耗尽而崩溃,造成系统混乱。无线局域网中的用户设备具有一定的可移动性和通常比较高的价值,这造成的一个负面影响是用户设备容易丢失。硬件设备的丢失会使得基于硬件的身份识别失效,同时硬件设备中的所有数据都可能会泄漏。这样,无线局域网中主机的操作系统面临着病毒的挑战,接入设备面临着拒绝服务攻击的威胁,用户设备则要考虑丢失的后果。 WLAN终端认证:IEEE802.11标准要求WLAN终端在准备连接到网络时,必须进行“身份验证”。WLAN终端身份认证主要有两种方式:开放系统认证(Open-system Authentication)和共享密钥认证(Shared-Key Authentication)。开放系统认证是IEEE802.11标准要求必备的一种方法,是最简单的认证算法,即不认证。如果认证类型设置为开放系统认证,则所有请求认证的客户端都会通过认证。在这种方式下,接入点并未验证工作站的真实身份,工作站以MAC地址作为身份证明,这
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本文标题:某宾馆WLAN室内信号覆盖系统规划设计
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