【《用室内中继提高家庭WiFi覆盖的方案设计案例概述》4500字】

用室内中继提高家庭WiFi覆盖的方案设计案例概述目录TOC\o"1-3"\h\u23290用室内中继提高家庭WiFi覆盖的方案设计案例概述 113421.1常用无线信号增强方式 277551.1.1WiFi的位置优化 2122261.1.2WiFi信号放大 2145791.1.3无线信号放大 2108331.2基于Ad+Hoc的WiFi覆盖增强方案 377681.2.1拓扑方案 3238181.2.2相关配置过程及原理 6140951.2.3室内信号源布局 14295341.3结果验证 15图3-1是三室两厅的典型的户型，现有的单WiFi的覆盖方案，路由器通常会放在客厅里面，终端会在全屋的任何一个角落移动，可能会在房间边缘的次卧或者书房出现盲点，使终端无法接入AP，导致WiFi信号不好，无法接入网络。图3-1室内单WiFi覆盖针对上述三室两厅的典型的公寓户型，对现有单WiFi网络覆盖方案进行改进：首先，可采用常用信号增强方式，增强覆盖；其次，基于第二章WiFi覆盖增强的多种方案的对比分析，基于Ad+Hoc室内wifi覆盖增强的方案，进行改进。1.1常用无线信号增强方式为了解决家庭中需要同时上网的多个成员用户的需求，同时减小室内障碍物—门、窗、墙等的影响，需要扩大无线信号的覆盖区域，通常可以采用路由器的位置优化、提升天线增益、调整发射功率、无线信号放大等方式。1.1.1WiFi的位置优化无线路由器是一种带有天线的产品，以路由器为中心，信号最强，逐渐向四周减弱。可以选择一个位置相对偏高、阻碍物最少、尽量不穿越隔墙、在房间中心的位置，这个位置就是最佳的路由器放置地点。1.1.2WiFi信号放大针对于路由的天线，有定向和全定向两种，目前在市场上投入使用的都是全向天线，可以通过选取不同公司的天线产品来提升天线增益。图3-2无线路由器不同增益的天线光猫通过ITMS平台的远程控制来调节节点的无线增益，无线路由器可以手动进行功率调节。无线路由器可以设置高、中、低三种等级的传输功率，传输功率越高，无线信号的传输距离越远，覆盖范围越广。1.1.3无线信号放大通过改造金属制品，例如可乐罐，就可以完成无线信号的放大，通过如图所示的装置，可将信号增大1-2倍，但背面的信号会减弱，因此需要合理规划可乐罐摆放形态及位置，并将天线直接放在可乐瓶扇形罐的对面，以达到最佳的反射效果。图3-3可乐罐放大信号示意图1.2基于Ad+Hoc的WiFi覆盖增强方案1.2.1拓扑方案为了解决由单一WiFi路由器构建的家庭WiFi存在的覆盖不佳从而导致连接信号不稳定、网络掉线等问题，本文针对三室的户型进行了一种家庭WiFi信号覆盖优化的方案设计，提升网路覆盖，达到优化效果。方案拓扑图如3-4所示。图3-4方案拓扑图家庭无线网络如图3-4所示，现在家庭一般都是光纤到户，光猫一侧通过运营商尾纤连接，用户侧则可以提供有线和无线的接口给家庭网络设备。由于有些家庭户型较为复杂，装在客厅的AP并不能做到覆盖整个房屋，还会出现一些无线覆盖的盲区。在传统的WLAN网络中，无线信道被用作STA和AP之间的传输介质，AP的上行链路是有线网络。为了扩大无线网络的覆盖范围，有必要将AP与交换机和其他设备相互连接，这将导致最终的部署成本较高，且需要时间较长。因此可以通过WDS技术，AP之间可以做到无线中继，灵活组网，以便解决室内WIFI覆盖存在盲区的问题。此拓扑中，设计了4个路由放置点，分别是餐厅路由放置点A，卧室路由放置点B,C,D。通过在这4个点位分别放置一个路由器，并且按照位置节点的需求对路由器功能进行区分，从而实现系统功能，针对家庭WiFi信号覆盖进行优化。首先，电信网络经过光纤接入到用户家中，连接到光猫上，光猫通过网线连接到我们的路由器上面，也起着调制解调的作用。光猫的存在是为了进行网络信号的进一步接入。在餐厅A点放置一个路由器，此路由器为本方案的出口路由器，也就是本方案的网关路由器。此路由器一端连接到光猫，连接时，可以通过有线方式连接也可以通过无线方式连接，本方案选用有线方式，通过网线将出口网关路由器A与光猫连接起来。并且此路由器还可以通过无线WiFi的方式，与其他所有路由器相连，即可以跟房间中的B,C,D路由器进行连接，实现家庭网络的覆盖，也可以跟其他终端设备相连，提供上网服务。并且此路由器还需要具备无线控制器AC功能，一旦有其他路由器与出口网关路由器相连接，即可提供无线控制器的功能。所以我们所选用的出口路由器，需要选择一体化路由器，它即是路由器，又是无线控制器。现在的一体化路由器除了提供1个自适应的（WAN）接口，可接ADSL外，还一共4个自（LAN）接口，与内部局域网连接。它可以自动发现网络中的TP-LINK-AP，并统一配置和管理AP，即插即用。同时，它还还支持AP状态监控、AP升级和定时重启的功能，有些也又支持防火墙、支持APP端控制的功能，故餐厅A点需选择一个一体化路由器进行放置。房间1,2,3分别放置一个加强信号的WiFi路由器B,WiFi路由器C,WiFi路由器D，这三个路由器功能相同，工作模式相同，都是工作在中继模式下。这三个路由器都可以通过无线WIFI的方式接入到路由器A上，并且可以通过无线WiFi的方式连与其他终端设备相连，提供上网服务。在设置时，打开路由器的模式选择，选择中继模式或者无线扩展功能即可，如图3-5所示。关于路由器的具体配置见附录A。图3-5路由器的无线扩展功能NAT则选择自动配置。如图3-6所示图3-6自动获取的上网方式1.2.2相关配置过程及原理一、WDS实现原理。无线中继的方式是每个房间路由器连接到主路由器，并共享一个无线网络。每个AP可以有各自的覆盖范围，消除无线信号的覆盖盲区。IP地址是通过出口路由器使用DHCP统一分配。出口则是采用NAT技术访问公网。WDS实现原理图如3-7所示：图3-7WDS实现原理图实现原理的过程分两个步骤：AP上线AP的WDS功能启用后，系统自动创建WDS型VAP（即AP型VAP以及STA型VAP），以在AP间建立无线虚链路。通过无线虚链路，AP访问AC并且获得自己的配置。（2）建立业务链接图3-8业务链接建立过程图在WDS网络中，业务数据通过无线虚链路传输，AP上线后，需要通过无线虚链路建立业务链接。如图3-8所示，下面以图3-7所示的AP2和AP3为例，说明建立业务链接的过程。EQ\o\ac(○,1)探测请求AP3广播携带指定WDS-Name（WDS网桥标识，类似于传统WLAN业务中的SSID）的探测请求帧。EQ\o\ac(○,2)探测响应AP2收到探测请求帧后，发送探测响应帧。EQ\o\ac(○,3)认证请求AP3收到探测响应帧，向AP2发送认证请求帧。EQ\o\ac(○,4)认证响应AP2收到身份验证请求帧后，根据WDS白名单的启用状态来判断是否允许AP3访问：如果未启用WDS白名单，则允许AP3访问，向AP3发送身份验证响应帧，表示身份验证成功；如果启用WDS白名单，则判断AP3的MAC地址是否在白名单列表中：如果在，则允许AP3访问，向AP3发送认证响应帧，表示认证成功；如果不是，则向AP3发送带有响应错误码的认证响应帧，表示认证失败，并且不再执行以下步骤。EQ\o\ac(○,5)关联请求AP3收到认证成功的认证响应帧后，向AP2发送关联请求帧。EQ\o\ac(○,6)关联响应AP2收到关联请求帧后，将关联响应帧发送给AP3，通知AP3进行访问认证。EQ\o\ac(○,7)接入认证WDS要求STA型AP的访问身份验证的方式必须为WPA2–PSK方式。因此，AP3和AP2利用预先配置的共享密钥进行协商，并通过成功解密协商的消息来确定AP3和AP2上的密钥是否相同，从而完成AP3和AP2的相互认证。EQ\o\ac(○,8)密钥协商AP3和AP2协商出后续数据业务报文传输的加密密钥。STA接入过程。STA接入过程分为三个阶段：扫描阶段、链路认证阶段和关联阶段。EQ\o\ac(○,1)扫描阶段STA可以通过主动扫描和被动扫描获取到周围的无线网络信息。在STA的工作过程中，它会定期地搜索周围的无线网络，这意味着它会主动扫描周围的无线网络。根据探测请求帧是否携带SSID，扫描可分为两种：A、主动扫描客户端发送携带有指定SSID的探测请求：STA依次在每个信道发出探测请求帧，寻找与STA具有相同SSID的AP，只有能够提供指定SSID无线服务的AP在收到探测请求后才回复探测响应，如图1所示，STA发送探测请求帧寻找SSID为huawei的AP。图3-9携带有指定SSID的主动扫描过程这种方法适用于STA通过主动扫描接入指定的无线网络。被动扫描每个信道上，STA监听AP定期发送的信标帧（信标帧中包含SSID和支持速率等信息），以获取AP的相关信息。图3-10被动扫描过程EQ\o\ac(○,2)链路认证阶段为了保证无线链路的安全性，AP需要在访问过程中完成STA认证。802.11链路定义了两种身份验证机制：开放系统身份验证和共享密钥身份验证。开放系统身份验证(OpenSystemAuthentication)：即不进行身份验证，任意STA都可以成功进行身份验证，如图3-11所示。图3-11开放系统认证过程图3-12为密钥认证过程图。图3-12密钥认证过程STA向AP发送认证请求。AP随即生成一个“挑战”发给STA。STA使用预设密钥加密“挑战”并将其发送到AP。AP接收到加密的“挑战”，使用预设密钥解密消息，然后将解密后的“挑战”与先前发送给STA的的消息进行比较。如果相同，则身份验证成功；否则，身份验证。EQ\o\ac(○,3)关联阶段终端关联过程实质上是链路服务协商的过程。完成链路认证后，STA会继续发起链路服务协商，具体的协商通过Association报文实现。关联阶段处理过程分两个步骤。.STA向AP发送关联请求，请求帧将携带STA自身的各种参数以及根据服务配置选择的各种参数（主要包括支持的速率、支持的信道、支持的QoS的能力以及选择的接入认证和加密算法）。在接收到关联请求后，AP确定是否需要用户的访问认证，并响应关联响应。四、路由器的设置过程我们将餐厅路由器命名为routerA，routerA的参数如3-13所示。主卧室的路由器命名为routerB，这里的routerB是TP-LINK路由器，我们先检查一下routerB的IP地址，如果路由器的IP地址相同，我们必须修改其中一个路由器的IP，例如，我们修改routerA的IP。打开手机，在浏览器的地址栏中输入“”，输进账户密码并登录，点击“网络参数”中的“LAN口设置”如图3-14。图3-13路由器A的参数图3-14LAN口设置将路由器的IP地址更改为“”，然后保存并退出。如图3-14.图3-15修改IP地址如果路由器的IP不同，我们可以跳过上述步骤，连接routerB，打开手机浏览器，在地址栏中输入“”（routerB的IP），然后进入主页，我们可以看到带有设置向导的窗口，点击“设置向导”的下一步，然后在“设置向导—工作模式”中选择中继模式，如图3-16。图3-16中继模式选择中继模式后，如图3-17所示，点击扫描。图3-17扫描扫描后，会弹出“AP”的信息列表，在这中间，SSID为无线WiFi的SSID名称，BSSID为无线WiFi的MAC地址，选择要放大的WiFi信号，然后单击“连接”，如图3-18所示。图3-18选择要中继放大的WiFi此时会自动填写SSID和BSSID，然后选择加密方式，此时，加密方式应与原始WiFi的加密方法一致，填写，最后保存，如图3-19所示。3-19设置密钥最后重启路由器即表示设置成功，如图3-20所示。图3-20重启路由器1.2.3室内信号源布局图3-21室内wifi覆盖场景图图2-5给出了一种三室两厅的房间户型，本文以该户型为例，分析了基于Ad+hoc的WiFi室内覆盖增强的解决方案。在近年来新构建的房屋户型中，房屋入口侧面下通常配备有一个金属盒内，而室内信号的接入就通过这个金属盒从而实现，室内信号的接入服务通常由移动、联通等供应商提供，随着电子集成技术的发展，现有的modem都配备有上变频模块，能够将基带信号转换为能够覆盖室内WiFi信号，但是在房屋面积这么大的情况下，仅靠房屋入口处的信号源，室内左右两侧空间因受到墙壁等障碍物的影响，导致室内信号覆盖存在盲点，鉴于此，我们将出口路由放置在餐厅的信号盒内，两个卧室及书