公園景區WLAN無線覆蓋解決方案

萬忠寶+薛巧平

【摘要】選取公園景區典型案例，通過對公園景區的覆蓋場景特點及業務類型的分析，從覆蓋手段、組網模式、網絡管理幾方面入手，針對WLAN無線智慧城市的業務特點及無線網絡現狀，給出了符合無線智慧城市建設需求的解決方案。

【關鍵詞】公園景區WLAN無線智慧城市覆蓋網絡管理

中圖分類號：TN929.5文獻標識碼：A文章編號：1006-1010(2014)-09-0012-05

1 引言

隨著網絡信息化的快速發展，無線智慧城市的建設越來越受到重視。公園景區作為社會公共活動服務區域，被納為無線城市重點覆蓋場景，通過運營商與政府合作建設的運營模式，為游客提供多種形式的網絡服務，一方面提升政府的公共服務能力，另一方面使運營商獲得品牌提升及經濟效益，同時也能提高公園景區管理水平。

本文針對圓明園景區的特點提出WLAN組網方式，并結合公園景區場景類型從覆蓋策略等幾方面加以分析，給出解決建議。

2場景類型及業務特點

公園景區主要是以點（景區熱點）、線（游客主要流動路線）、面（人員駐留休息區）組成的綜合覆蓋區域，不同的功能場景表現為不同的業務需求特點：

（1）游客服務中心：主要包括景區售票、資訊受理等長時間排隊等候區，此類場景業務并發率較高，業務需求量大；

（2）景點景區：此類場景用戶行為主要表現為短暫逗留、參觀，屬于典型的覆蓋型場景，對容量需求不大；

（3）公眾游客休憩區：景區公園重點覆蓋區域，包含大型休閑廣場、休憩長廊、餐飲區、草坪、亭臺等，此類場景用戶長時間逗留且集中，覆蓋和容量需求比較高；

（4）公園景區辦公場所：主要為公園及景區內辦公人員使用，容量需求小，但對網絡質量、網絡帶寬要求較高，以便于辦公及園區管理；

（5）游園主路、干道：此類場景為典型的覆蓋需求型，人流量大，流動性強，并發率較低。

針對以上各種場景，綜合分析得出不同場景類型對應的業務特點如表1所示：

表1公園景區不同場景類型對應的業務特點

場景類型 覆蓋需求 容量需求

點 景點景區 較高 一般

線 游園主干線路 一般 一般

面 人員駐留休息區 較高 較高

3 組網方式

圓明園作為一座大型皇家宮苑，由圓明、長春、綺春三園組成，占地350公頃，其中水域面積約140公頃，有園林風景百余處，建筑面積逾16萬平方米。根據景區特點以及無線城市網絡需求，WLAN的覆蓋目標是高可靠、高性能和高安全性的無線網絡，該網絡應能覆蓋景區范圍內主要道路、公共休閑區域以及辦公區，支持接入各種主流智能終端，并支持用戶全網漫游。

景區內無線覆蓋技術方案需要滿足：

（1）計費方式多樣化：針對不同接入用戶能夠提供支持基于時長的多種計費方式；

（2）用戶識別認證：能夠支持各種類別用戶在WLAN網絡覆蓋范圍內的識別和認證；

（3）安全的數據業務接入：為用戶提供安全的WLAN接入方式，保護合法用戶的認證和數據信息，防止非法用戶的入侵；

（4）個性管理平臺：整個系統要有一個統一的平臺部署、管理和監控的使用界面，以提高系統維護和管理本身的易操作性與可擴展性。

根據圓明園景區的用戶規模和網絡狀況，主要采用無線控制器（AC）+瘦AP（FIT AP）的組網方式，瘦AP實現無線信號的處理，而用戶管理、加密、漫游、AP管理等功能全部集中到AC進行，這樣可以簡化整個網絡的管理，提高設備的工作效率。接入網層采用二層接入、三層匯聚方式，整個網絡采用公網+私網模式，共廣播運營商、無線城市、公園景區三個SSID，具體網絡拓撲如圖1所示。

根據圓明園內WLAN組網方式的部署，結合應用經驗和發展要求，公園景區的WLAN組網方式在設計時主要遵循實用性、安全性以及可擴展性三個原則。

4 覆蓋策略

4.1傳播模型及鏈路預算

對于WLAN覆蓋的公園景區室外場景，不同區域對于覆蓋及容量的需求不同，因此要根據AP的發射功率、天線增益、業務需求對應的接收靈敏度，以及各種相關參數，計算得出上、下行允許的最大路徑損耗，并結合合理的傳播模型，得出AP的最大覆蓋半徑，從而合理配置覆蓋區域內AP的數量及間距。

下行路徑損耗=AP發射功率-饋線損耗+AP天線增益+終端天線增益-終端接收靈敏度（1）

上行路徑損耗=終端發射功率+終端天線增益+AP天線增益-饋線損耗-AP接收靈敏度 （2）

在視距場景下，采用大功率AP及高增益定向天線覆蓋綠地、道路等區域，一般使用COST 231 Walfish-Ikegami傳播模型，相應的傳播損耗公式為：

PL=42.6+26lg(d)+20lg(f)（3）

其中：PL為路徑損耗，單位為dB；d為距離，單位為km；f為頻率，單位為MHz。

對于一些空曠、平坦視距區域，采用全向天線近距離覆蓋場景，一般可直接選用自由空間損耗模型：

PLo=32.4+20lg(d)+20lg(f) （4）

以2.4GHz為例計算信號在不同傳播模型上的路徑損耗，如表2所示：

表22.4GHz信號傳播損耗

距離/m 50 100 150 200 250 300

COST 231 Walfish-Ikegami/dB 76.4 84.2 88.8 92.1 94.5 96.6

自由空間損耗/dB 73.9 80 83.5 86 87.9 89.5

WLAN室外大功率AP最大發射功率一般為27dBm，而用戶端網卡、手機發射功率為50mW（17dBm），用戶端網卡的接收靈敏度與AP的接收靈敏度基本一致，可見WLAN室外覆蓋為反向覆蓋受限，因此在做覆蓋規劃時要以上行鏈路計算AP覆蓋距離。

4.2頻率規劃

目前，WLAN系統主要適用2.4GHz和5.8GHz兩個頻段，其中2.4G頻段具體頻率范圍為2.4—2.4835 GHz的連續頻譜，信道編號1—14。為保證信道之間互不干擾，要求兩個信道中心頻率之間的間隔不低于25MHz，因此2.4G不重疊信道只有1、6、11三個信道，頻率規劃可用頻點只有三個。由于2.4GHz頻段為公用頻段，電磁環境復雜，WLAN終端對信噪比要求較高，為了提升用戶感知度，WLAN室外規劃時建議采用802.11a/n+g/n雙頻組網。

為了避免AP之間的同頻、鄰頻干擾，WLAN室外規劃時要針對不同的覆蓋場景合理規劃AP的信道。信道規劃要遵循蜂窩式的頻率復用原則，如圖2所示：

圖2WLAN室外規劃信道頻率復用方式

公園景區內主要覆蓋場景分為點、線、面三種，為了規避干擾，在容量需求較小的區域要減少重疊覆蓋區域，同時采用“多天線、小功率”的覆蓋方式，當多家運營商共同覆蓋時，要盡量采用共建共享的方式。

4.3容量規劃

由于WLAN AP采用了CSMA（沖突檢測載波偵聽多路存取）協議，所以一個AP可以接入很多用戶；但如果接入用戶數目過多，會導致每個用戶的性能下降。并發用戶的比例根據覆蓋區域屬性的不同而有所不同，并且與時間段有關，因此覆蓋網絡預計需承載的并發用戶數應根據熱點性質具體取定。

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對于公園景區這類室外WLAN覆蓋場景，容量規劃主要從單AP接入用戶數、用戶平均速率需求以及上聯接入總帶寬需求三方面考慮。

上聯接入總帶寬=用戶數*并發率*單用戶速率需求

（5）

AP數=總用戶數/單AP接入用戶數（6）

根據實際工程測試經驗，建議單802.11b/g/n AP下可承載的并發用戶數按30個考慮，可承載的數據業務總量不超過60Mb/s；單802.11b/g AP下可承載的并發用戶數按20個考慮，可承載的數據業務總量不超過20Mb/s；單用戶的速率需求與網絡設計目標有關，一般建議帶寬為1Mb/s。

根據網絡容量需求的差異，公園景區容量規劃需采用靈活的AP布置方案：

◆低密度：用最少的AP設備提供大面積覆蓋；

◆中等密度：兼顧提供良好的覆蓋和數據吞吐量，約20%的交疊覆蓋；

◆高密度：用以提供較大的數據吞吐量，約50%的交疊覆蓋。

4.4天線選型

（1）定向天線

適用場景：適用于小區覆蓋、條狀區域覆蓋、定點區域覆蓋等場景。

特點：目標區域距離較遠，覆蓋效果要求較高。

（2）全向天線

適用場景：適用于空曠無遮擋區域的場景。

特點：單AP覆蓋范圍較小，覆蓋和容量需求不高。

在具體選擇天線時，要根據覆蓋場景綜合考慮天線的增益、水平波瓣寬度、垂直波瓣角和機械下傾角。

4.5覆蓋手段

（1）建設方式一：室外AP+定向天線

適用于覆蓋公園景區主干道路、停車場、休憩長廊等線型場景。場景特點：目標覆蓋區狹長、距離遠、容量需求小，覆蓋要求大。在做覆蓋規劃時，要根據具體的覆蓋場景特點合理選擇AP和定向天線的數量組合，對于覆蓋距離近、容量需求低的場景，可以選擇單AP+多天線組合；對于覆蓋距離遠、容量需求大的場景，可以選擇多AP+多天線組合，如圖3所示：

圖3WLAN室外覆蓋建設方式一

（2）建設方式二：室外AP+全向天線

適用于覆蓋休閑廣場、旅游景點等點狀型場景。場景特點：覆蓋區域集中，業務需求量大，業務并發率較高。可以根據需要設計不同AP的覆蓋交疊區域來增加容量，如圖4所示。

（3）建設方式三：室內放裝AP+有線覆蓋

適用于覆蓋公園景區內辦公區、管理處等室內場景。場景特點：覆蓋區域為室內，用戶較為固定，網絡質量要求較高，且同時具有有線和無線上網的需求。

對于公園景區的WLAN室外覆蓋，要最大限度地利用現有的室外基站資源和配套設施，通過勘察覆蓋區域的地形、地貌、基礎設施和配套資源合理選擇覆蓋方式，常用的覆蓋形式有以下幾種：

（1）利用現有燈桿、監控桿；

（2）利舊小靈通基站共址；

（3）利用建筑物外墻及樓頂平臺。

通過利舊現有配套資源，可以使設備的安裝、引電、布線簡單化，使資源再利用，大大節省投資成本。

5 網絡管理方法

根據建議組網模式，公園景區室外WLAN采用AC+FIT AP集中管理模式，AC采用下沉方式旁掛在公園網絡機房核心交換機處。WLAN網絡采用雙網管模式，運營商核心網絡中的公網網管服務器可以實現對全網設備的統一監控和管理；同時在公園景區本地搭建一臺網管服務器，采用IMC（網絡管理中心）+ WSM（基于Web的系統管理程序）組件方式，也可以實現從核心、匯聚、接入交換機到無線控制器AC、無線接入點AP和無線接入用戶的統一監控與管理。

對于WLAN網絡廣播運營商、無線城市管委會、公園景區三個SSID（Service Set Identifier，服務集標識符），用戶可以根據需要通過不同界面的Portal認證，連接Internet。在無線城市管委會和公園景區管理處的無線網絡可以根據自身的需求，進行獨特的業務運營。在公園核心網絡部署一臺IMC，安裝UAM和CAMS組件，可以實現用戶接入無線城市管委會SSID或公園景區管理處SSID的認證和計費，實現無線網絡的運營。

IMC可以實現Portal認證，支持Web 2.0技術，并支持用戶自定義的Portal頁面推送，滿足管委會方的各種運營需求。

參考文獻：

[1] 張威. GSM網絡優化——原理與工程[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2010.

[2] 華為技術有限公司. WLAN室外無線網絡規劃指導書[Z]. 2011.

[3] 李薔薇. 移動通信技術[M]. 北京: 北京郵電大學出版社, 2005.

[4] 高峰，高澤華. 電信級Wi-Fi網絡建設與運營[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2012.

[5] 高峰. WLAN技術問答[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2012.★

作者簡介

萬忠寶：無線工程師，學士畢業于河北大學電子信息專業，現就職于廣州杰賽科技股份有限公司通信規劃設計院，主要從事無線網絡規劃、設計、優化相關工作。

薛巧平：碩士就讀于華北電力大學，主要研究方向為信號與信息處理。

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對于公園景區這類室外WLAN覆蓋場景，容量規劃主要從單AP接入用戶數、用戶平均速率需求以及上聯接入總帶寬需求三方面考慮。

上聯接入總帶寬=用戶數*并發率*單用戶速率需求

（5）

AP數=總用戶數/單AP接入用戶數（6）

根據實際工程測試經驗，建議單802.11b/g/n AP下可承載的并發用戶數按30個考慮，可承載的數據業務總量不超過60Mb/s；單802.11b/g AP下可承載的并發用戶數按20個考慮，可承載的數據業務總量不超過20Mb/s；單用戶的速率需求與網絡設計目標有關，一般建議帶寬為1Mb/s。

根據網絡容量需求的差異，公園景區容量規劃需采用靈活的AP布置方案：

◆低密度：用最少的AP設備提供大面積覆蓋；

◆中等密度：兼顧提供良好的覆蓋和數據吞吐量，約20%的交疊覆蓋；

◆高密度：用以提供較大的數據吞吐量，約50%的交疊覆蓋。

4.4天線選型

（1）定向天線

適用場景：適用于小區覆蓋、條狀區域覆蓋、定點區域覆蓋等場景。

特點：目標區域距離較遠，覆蓋效果要求較高。

（2）全向天線

適用場景：適用于空曠無遮擋區域的場景。

特點：單AP覆蓋范圍較小，覆蓋和容量需求不高。

在具體選擇天線時，要根據覆蓋場景綜合考慮天線的增益、水平波瓣寬度、垂直波瓣角和機械下傾角。

4.5覆蓋手段

（1）建設方式一：室外AP+定向天線

適用于覆蓋公園景區主干道路、停車場、休憩長廊等線型場景。場景特點：目標覆蓋區狹長、距離遠、容量需求小，覆蓋要求大。在做覆蓋規劃時，要根據具體的覆蓋場景特點合理選擇AP和定向天線的數量組合，對于覆蓋距離近、容量需求低的場景，可以選擇單AP+多天線組合；對于覆蓋距離遠、容量需求大的場景，可以選擇多AP+多天線組合，如圖3所示：

圖3WLAN室外覆蓋建設方式一

（2）建設方式二：室外AP+全向天線

適用于覆蓋休閑廣場、旅游景點等點狀型場景。場景特點：覆蓋區域集中，業務需求量大，業務并發率較高。可以根據需要設計不同AP的覆蓋交疊區域來增加容量，如圖4所示。

（3）建設方式三：室內放裝AP+有線覆蓋

適用于覆蓋公園景區內辦公區、管理處等室內場景。場景特點：覆蓋區域為室內，用戶較為固定，網絡質量要求較高，且同時具有有線和無線上網的需求。

對于公園景區的WLAN室外覆蓋，要最大限度地利用現有的室外基站資源和配套設施，通過勘察覆蓋區域的地形、地貌、基礎設施和配套資源合理選擇覆蓋方式，常用的覆蓋形式有以下幾種：

（1）利用現有燈桿、監控桿；

（2）利舊小靈通基站共址；

（3）利用建筑物外墻及樓頂平臺。

通過利舊現有配套資源，可以使設備的安裝、引電、布線簡單化，使資源再利用，大大節省投資成本。

5 網絡管理方法

根據建議組網模式，公園景區室外WLAN采用AC+FIT AP集中管理模式，AC采用下沉方式旁掛在公園網絡機房核心交換機處。WLAN網絡采用雙網管模式，運營商核心網絡中的公網網管服務器可以實現對全網設備的統一監控和管理；同時在公園景區本地搭建一臺網管服務器，采用IMC（網絡管理中心）+ WSM（基于Web的系統管理程序）組件方式，也可以實現從核心、匯聚、接入交換機到無線控制器AC、無線接入點AP和無線接入用戶的統一監控與管理。

對于WLAN網絡廣播運營商、無線城市管委會、公園景區三個SSID（Service Set Identifier，服務集標識符），用戶可以根據需要通過不同界面的Portal認證，連接Internet。在無線城市管委會和公園景區管理處的無線網絡可以根據自身的需求，進行獨特的業務運營。在公園核心網絡部署一臺IMC，安裝UAM和CAMS組件，可以實現用戶接入無線城市管委會SSID或公園景區管理處SSID的認證和計費，實現無線網絡的運營。

IMC可以實現Portal認證，支持Web 2.0技術，并支持用戶自定義的Portal頁面推送，滿足管委會方的各種運營需求。

參考文獻：

[1] 張威. GSM網絡優化——原理與工程[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2010.

[2] 華為技術有限公司. WLAN室外無線網絡規劃指導書[Z]. 2011.

[3] 李薔薇. 移動通信技術[M]. 北京: 北京郵電大學出版社, 2005.

[4] 高峰，高澤華. 電信級Wi-Fi網絡建設與運營[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2012.

[5] 高峰. WLAN技術問答[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2012.★

作者簡介

萬忠寶：無線工程師，學士畢業于河北大學電子信息專業，現就職于廣州杰賽科技股份有限公司通信規劃設計院，主要從事無線網絡規劃、設計、優化相關工作。

薛巧平：碩士就讀于華北電力大學，主要研究方向為信號與信息處理。

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對于公園景區這類室外WLAN覆蓋場景，容量規劃主要從單AP接入用戶數、用戶平均速率需求以及上聯接入總帶寬需求三方面考慮。

上聯接入總帶寬=用戶數*并發率*單用戶速率需求

（5）

AP數=總用戶數/單AP接入用戶數（6）

根據實際工程測試經驗，建議單802.11b/g/n AP下可承載的并發用戶數按30個考慮，可承載的數據業務總量不超過60Mb/s；單802.11b/g AP下可承載的并發用戶數按20個考慮，可承載的數據業務總量不超過20Mb/s；單用戶的速率需求與網絡設計目標有關，一般建議帶寬為1Mb/s。

根據網絡容量需求的差異，公園景區容量規劃需采用靈活的AP布置方案：

◆低密度：用最少的AP設備提供大面積覆蓋；

◆中等密度：兼顧提供良好的覆蓋和數據吞吐量，約20%的交疊覆蓋；

◆高密度：用以提供較大的數據吞吐量，約50%的交疊覆蓋。

4.4天線選型

（1）定向天線

適用場景：適用于小區覆蓋、條狀區域覆蓋、定點區域覆蓋等場景。

特點：目標區域距離較遠，覆蓋效果要求較高。

（2）全向天線

適用場景：適用于空曠無遮擋區域的場景。

特點：單AP覆蓋范圍較小，覆蓋和容量需求不高。

在具體選擇天線時，要根據覆蓋場景綜合考慮天線的增益、水平波瓣寬度、垂直波瓣角和機械下傾角。

4.5覆蓋手段

（1）建設方式一：室外AP+定向天線

適用于覆蓋公園景區主干道路、停車場、休憩長廊等線型場景。場景特點：目標覆蓋區狹長、距離遠、容量需求小，覆蓋要求大。在做覆蓋規劃時，要根據具體的覆蓋場景特點合理選擇AP和定向天線的數量組合，對于覆蓋距離近、容量需求低的場景，可以選擇單AP+多天線組合；對于覆蓋距離遠、容量需求大的場景，可以選擇多AP+多天線組合，如圖3所示：

圖3WLAN室外覆蓋建設方式一

（2）建設方式二：室外AP+全向天線

適用于覆蓋休閑廣場、旅游景點等點狀型場景。場景特點：覆蓋區域集中，業務需求量大，業務并發率較高。可以根據需要設計不同AP的覆蓋交疊區域來增加容量，如圖4所示。

（3）建設方式三：室內放裝AP+有線覆蓋

適用于覆蓋公園景區內辦公區、管理處等室內場景。場景特點：覆蓋區域為室內，用戶較為固定，網絡質量要求較高，且同時具有有線和無線上網的需求。

對于公園景區的WLAN室外覆蓋，要最大限度地利用現有的室外基站資源和配套設施，通過勘察覆蓋區域的地形、地貌、基礎設施和配套資源合理選擇覆蓋方式，常用的覆蓋形式有以下幾種：

（1）利用現有燈桿、監控桿；

（2）利舊小靈通基站共址；

（3）利用建筑物外墻及樓頂平臺。

通過利舊現有配套資源，可以使設備的安裝、引電、布線簡單化，使資源再利用，大大節省投資成本。

5 網絡管理方法

根據建議組網模式，公園景區室外WLAN采用AC+FIT AP集中管理模式，AC采用下沉方式旁掛在公園網絡機房核心交換機處。WLAN網絡采用雙網管模式，運營商核心網絡中的公網網管服務器可以實現對全網設備的統一監控和管理；同時在公園景區本地搭建一臺網管服務器，采用IMC（網絡管理中心）+ WSM（基于Web的系統管理程序）組件方式，也可以實現從核心、匯聚、接入交換機到無線控制器AC、無線接入點AP和無線接入用戶的統一監控與管理。

對于WLAN網絡廣播運營商、無線城市管委會、公園景區三個SSID（Service Set Identifier，服務集標識符），用戶可以根據需要通過不同界面的Portal認證，連接Internet。在無線城市管委會和公園景區管理處的無線網絡可以根據自身的需求，進行獨特的業務運營。在公園核心網絡部署一臺IMC，安裝UAM和CAMS組件，可以實現用戶接入無線城市管委會SSID或公園景區管理處SSID的認證和計費，實現無線網絡的運營。

IMC可以實現Portal認證，支持Web 2.0技術，并支持用戶自定義的Portal頁面推送，滿足管委會方的各種運營需求。

參考文獻：

[1] 張威. GSM網絡優化——原理與工程[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2010.

[2] 華為技術有限公司. WLAN室外無線網絡規劃指導書[Z]. 2011.

[3] 李薔薇. 移動通信技術[M]. 北京: 北京郵電大學出版社, 2005.

[4] 高峰，高澤華. 電信級Wi-Fi網絡建設與運營[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2012.

[5] 高峰. WLAN技術問答[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2012.★

作者簡介

萬忠寶：無線工程師，學士畢業于河北大學電子信息專業，現就職于廣州杰賽科技股份有限公司通信規劃設計院，主要從事無線網絡規劃、設計、優化相關工作。

薛巧平：碩士就讀于華北電力大學，主要研究方向為信號與信息處理。

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