無線局域網組網淺析

【摘要】 無線局域網（WLAN）技術實現數據傳輸，具有簡易靈活、綜合成本低、擴展能力強的特點，在多種行業和領域有著廣闊的應用空間，擁有良好的市場需求。本文詳細闡述了無線局域網絡組建的規劃設計原則、覆蓋方案以及網管、計費認證系統的網絡結構部署方法和經驗。

【關鍵詞】 無線 WLAN 規劃 設計

Analysis of WLAN Networking Construction

He Qun （China Unicom Co.Ltd Fujian branch， Fuzhou，350007，China）

ABSTRACT：Wireless local area network （WLAN） technology to achieve data transmission， has the advantages of simple， flexible， low comprehensive cost， expansion ability， in a variety of industries and areas has a broad application space， has a good market. In this paper， the design principle， coverage scheme and network structure deployment method and experience of network management and billing authentication system for wireless local area network are described in detail..

KEY WORDS：WLAN， data transmission；Networking Construction，Optimization

一、概述

無線局域網（WLAN）技術于20世紀90年代逐步成熟并投入商用，既可以作傳統有線網絡的延伸，在某些環境也可以替代傳統的有線網絡。對比傳統的有線傳輸解決方案，使用WLAN網絡實現數據傳輸具有簡易靈活、綜合成本較低、擴展能力強等顯著特點。

無線局域網技術經過十幾年的發展，已經歷了三代技術及產品的發展。第一代無線局域網主要是采用Fat AP，每一臺AP都要單獨進行配置，費時、費力、費成本；第二代無線局域網融入了無線網關功能但還是不能集中進行管理和配置，其管理性和安全性以及對有線網絡的依賴成為了第一代和第二代WLAN產品發展的瓶頸，由于這一代技術的AP儲存了大量的網絡和安全的配置，包括加密的鑰匙，Radius client的安全密碼 （secret） 等，而AP又是分散在建筑物中的各個位置，一旦AP的配置被盜取讀出并修改，其無線網絡系統就失去了安全性。另外由于AC或無線網關的硬件多數是基于Pentium架構的，所以當用戶接入數量 （IP sessions）增多時，無線網的性能會急劇下降，時常會發生掉線或死機情況。在這樣的環境下，基于無線交換機技術的第三代WLAN產品應運而生。第三代無線局域網采用無線交換機和FIT AP的架構，對傳統WLAN設備的功能做了重新劃分，將密集型的無線網絡和安全處理功能轉移到集中的 WLAN 交換機中實現，同時加入了許多重要新功能，諸如無線網管、AP間自適應、無線安管、RF監測、無縫漫游以及Qos。，使得無線局域網的網絡性能、網絡管理和安全管理能力得以大幅提高。

二、無線局域網設計與規劃

2.1設計原則

依照無線局域網的國際規范和國家無線電管理委員會的標準，在進行實際的網絡設計時，遵循先進性、開放性、可伸展性、安全性、可靠性、可管理性等原則

2.2頻率規劃

目前針對WLAN來講，2.4G具有3條不重疊的信道，主要采用1、6、11三個信道交錯使用，具體的面覆蓋邏輯示意圖如下：

在多個頻道同時工作的情況下，為保證頻道之間不相互干擾，標準要求兩個頻道的中頻間隔不能低于25MHz。因此從上圖可以看出，在一個蜂窩區內，直序擴頻技術最多可以提供3個不重疊的頻道同時工作，提供高達33Mbps的吞吐量。

2.3頻率復用

針對頻率復用的設計與實現主要側重于重疊區域，考慮到802.11技術中目前業界主要采用DCF的仲裁，這樣會導致從網絡實施的角度出發，沒有辦法做到像GSM、3G網絡的控制力度，從技術原理的角度出發，沒有辦法實現很好的頻率復用，只能被動做些負載均衡的功能。每個AP具有54Mbps、48Mbps、36Mbps、18Mbps等的覆蓋范圍，對于54Mbps的覆蓋范圍不重疊，對于54Mbps與18Mbps就可能進行重疊，可以根據網絡側的負載功能實現一定程度的頻率復用功能，從網絡規劃的角度出發，WLAN基本上、下行無線鏈路復用的處理問題，目前都是DCF方式，從而只能結合業務網絡覆蓋目標效果，使用負載均衡功能進行實現。

2.4容量規劃

從業界實現的DCF方式來看，沒有一個最大用戶數的限制，但業界各個廠商進行實現時都基于一定理解的前提下進行默認限制，目前每個AP最大的用戶默認限制為256個用戶。AP的最大吞吐量為：23Mbps，用戶的增加總帶帶下降量不大，100kbps/用戶，按128用戶進行規劃；300kbps/用戶按64用戶進行規劃；1Mbps/用戶按22用戶進行規劃；2Mbps/用戶按11用戶進行規劃。

三、WLAN覆蓋方案建議

3.1室內放裝式覆蓋

適合于尚無室內分布系統的中小規模室內覆蓋、小面積盲點覆蓋或重要的公用場所的覆蓋及容量需求，如賓館、酒店、會議中心等地區。系統結構簡單，由獨立AP布點覆蓋。

一般來說，普通辦公環境，要求中等密度連續覆蓋時；或用戶只對若干單個房間實現覆蓋的情況下，比如，酒店的公共休息區，小酒吧，會議室，西餐廳等區域，通常面積都不大（小于100平方米），每個場所放一個AP即可滿足覆蓋需求。對于大面積區域稍復雜的應用環境，且用戶對傳輸速率和信號質量要求較高時，建設WLAN時需要對AP的架設位置、AP采用頻點、AP隔離距離等進行專門的規劃。使用室內直放AP布點覆蓋，需考慮及遵循以下幾個問題和原則：1）需要有入戶線纜資源（雙絞線或五類線）。2）如果在一個大廳里只安裝一個AP，則盡量把AP安放在大廳的中央位置，而且最好是放置于大廳天花板上；如果同一空間安裝兩個AP，則可以放在兩個對角上。3）保持信號穿過墻壁和天花板的數量最小。2.4G信號能夠穿透墻壁和天花板，然而，每一面墻壁和天花板都將使AP信號的覆蓋范圍減少1到30米。應放置AP與計算機于合適的位置，使墻壁和天花板阻礙信號的路徑最短，損耗最小。4）考慮AP和覆蓋區域之間直線連接。注意AP的放置位置，要盡量使信號能夠垂直的穿過（90°角）墻壁或天花板。5）不同的建筑材料產生不同的傳輸效果。由金屬的框架或門構成的建筑物會使WLAN無線信號的傳輸距離變小。放置AP的位置應使信號通過干燥的墻壁或敞開的門，避免放置在使信號必須通過金屬材料的位置。6）AP天線方向可調，安裝AP的位置應確保天線主波束方向正對覆蓋目標區域，保證良好的覆蓋效果。7）AP安裝位置需遠離電子設備（起碼1～2米），例如微波爐、監視器、電機等。

3.2室內分布式覆蓋

適用中大規模的室內覆蓋，系統結構較復雜。主要用于中等面積的盲區覆蓋或重要的公用場所，滿足如賓館、酒店、機場、會議中心等地區的覆蓋要求，但不適合有較高容量需求的網絡。室內分布式AP專為室內分布式組網方式設計，AP本身內置功率放大器，射頻口發射功率可達500毫瓦。

使用要求：該系統為室內覆蓋系統，要求設備安裝在室內運行。

來自不同系統基站的下行信號，經過多通道濾波合路器合路，然后通過低損耗電纜、耦合器、功分器等到達終端天線進行室內覆蓋，根據每層所需終端天線的數量，選用不同耦合度的耦合器來確定功率分配，形成一定區域的覆蓋，對于狹長形狀（如地鐵、隧道），也可以使用泄露電纜替代室內小天線進行覆蓋。由于CDMA、GSM、PHS、WLAN的工作頻段差異較大，發射功率和接收靈敏度不同，電纜損耗差異，因此每個系統的覆蓋能力和范圍差異較大。

利用原有室內分布系統承載WLAN業務時，對原有系統的設計要求及相關改動如下：1）確定原有室分系統規模，估算出每個接入節點間的饋線/分配損耗；2）了解原有功率分配器/定向耦合器的工作頻帶，保證其在WLAN頻段的可用性。若器件工作頻段不包括WLAN 2.4G頻段，則需要更換；3）了解原有終端天線的工作頻帶，保證其在WLAN頻段的可用性，原則上天線在WLAN頻段的VSWR不能大于2.5：1，超過該指標時，建議更換；4）WLAN系統接入時，必須使用濾波合路器，使原有和新接入系統損耗最小，根據需要選擇濾波合路器的類型；只要濾波合路器指標合適，CDMA/GSM/PHS與WLAN之間的干擾可以有效控制；5）原有室內分布系統的天線分布位置大多數沒有考慮WLAN的覆蓋能力/范圍要求，因此對于不符合WLAN覆蓋要求的天線應當適當移動或通過改變功率分配器增加1-2個終端天線，這樣對原有覆蓋影響很小，但可以有效改善WLAN信號覆蓋；6）明確原有室內覆蓋系統為何種信號源接入設備，由于直放站和基站的發射帶外信號質量有差異，在接入WLAN時，濾波合路器的端口隔離指標有較大差別，前者80dB，后者只需50dB。

根據實際的工程得到如下經驗：1）一般情況下，如果天線口輻射功率為10dBmW，使用2dBi全向室內小天線，則每離天線30米范圍內，在空曠的會議中心、沒有磚隔墻情況下，覆蓋電平可以達到-75dBm/WLAN；2）對于酒店客房密集隔墻結構，如果天線口輻射功率為10dBmW，使用2dBi全向室內小天線，則每離天線8-10米范圍內，客房內信號可以達到-70～-85dBm。一般來說，信號到達客房門距離應控制在4m以內；3）在進行能量分配時，盡量使信號分布均勻；4）在設計中，從基站到每個天線的路徑中盡量避免出現兩個以上功分器件（或耦合器），以保證上行信號的有效接入。5）通過利用原CDMA/GSM/PHS室內分布系統，對不符合頻段和隔離等要求的硬件進行更換。對不滿足WLAN網絡良好覆蓋的小天線布點進行調整，以達到AP信號良好覆蓋的效果。對類似酒店大廳等于較開闊空間，適于采用此方案進行覆蓋，可在保證覆蓋和容量需求的情況下，降低AP資源投入，并有效避免AP頻率干擾。

采用室內分布式覆蓋，存在以下問題：1）對沒有室內分布系統的環境，為WLAN新建室內分布系統成本高于AP直接布放。2）在較為復雜的環境優化天饋部分，增加或調整天線角度，工程難度仍較大，有的甚至綜合成本高于直接布放多AP的成本。

3.3室內補點覆蓋

當利用原有室分系統進行WLAN覆蓋時，對于工程改造量較大、天線位置改動多、功分負載匹配難度大的情況，可適當采用獨立AP覆蓋盲點、熱點，輔助原室內分布系統，在空間內交疊覆蓋達到良好效果。這樣做，在室內分布系統硬件基本可滿足接入AP信號源的情況下，盡量減少了工程改造量，而通過適當增加單個AP，在空間內適度的交疊覆蓋，滿足區域覆蓋需求，同時可緩解容量需求。

適用范圍：進行中大規模的室內覆蓋，系統結構設計較復雜，工程改造量相對較小，采用WLAN信號源接入室內分布系統，輔以獨立AP布點覆蓋少數盲點，最終達到無縫覆蓋的良好效果。既可滿足公用場所開闊地帶，如機場的覆蓋需求，又可兼顧如酒店、會議中心等存在中度容量需求。

需注明的是，當原有CDMA、GSM、PHS室內系統的天線分布位置不滿足WLAN的覆蓋能力/范圍要求時，可不考慮對天線做移動或通過改變功率分配器增加終端天線，而是采用獨立AP規劃方法，對少量熱點進行覆蓋補盲。

3.4室外立體覆蓋

在室外AP部署上，為體現“以線帶面”的覆蓋策略，應通過在區域內道路兩側部署室外型AP來實現高速無線寬帶接入，在站址選擇上以滿足業務發展的需要為前提，以運營商已有物業中的高度較低的物業為首選，在條件允許的情況下，可以通過合理的方式新建站址。

在建設實施步驟上，以主干道→干道→其余街道→向內延伸的順序完成廣覆蓋的建設，在建設完成后可滿足大部分用戶的無線寬帶上網需求。同時，在辦公樓宇、大型茶樓、會所、休閑娛樂場所等數據業務需求較高的熱點區域進行深度覆蓋來提高區域內無線寬帶網絡品質。

覆蓋效果理論計算可依據信號強度和傳輸距離的換算公式：

1）AP加卡的信號總強度公式：Gt-Gr+AP天線增益+終端天線增益=L信號總強度（dB）

Gt（AP或終端功率，單位dB），Gr（終端或AP靈敏度，單位dB）

2）距離產生的信號衰減公式：40+20lgd=L1（dB） d（距離，單位m）

工程中最大傳輸距離以45m計算，所以L1=72dB

建筑無線傳輸損耗=穿透損耗中值+偏差+慢衰落余量。各種材料的無線傳輸損耗參數如下圖所示：

四、網管系統部署

無線網絡管理系統針對各種規模和應用的WLAN/WAPI網絡環境，提供一整套的網絡管理解決方案，實現了TMN建議的系統管理（安全管理）、網絡拓撲管理、配置管理、故障管理和性能管理等重要的網絡管理功能。主要功能應包括：拓撲管理、配置管理、故障管理、性能管、安全管理、日志管理。其邏輯結構如下圖所示。

無線網絡管理系統可以采用為分布式結構部署，小型規模的系統可以部署在一臺服務器上，中大型系統可以根據需要部署在2臺以上的服務器上。

1）單機部署。適用較小的網絡規模，網元數小于200；服務器上安裝網管管理平臺所有部件。采集程序/數據庫/Web服務等。服務器推薦配置：PC 服務器 P4 2.8G/2G Memory/160G HD/19” LCD/56K/10/100/1000M

2）多機部署。適用中等的網絡規模，網元數200～600；在多臺服務器上部署網管管理平臺，采集程序、數據庫、Web服務分別部署在2臺或2臺以上的服務器上。服務器推薦配置：PC 服務器 P4 2.8G/2G Memory/160G HD/19”LCD/56K/10/100/1000M。

3）集中部署。適用較大的網絡規模，網元數大于600；所有WLAN網段管理單元的采集機都部署在網管管理中心；在多臺服務器上部署網管管理平臺，采集程序、數據庫、Web服務分別部署在2臺或2臺以上的服務器上，根據具體網管結構和規模推薦PC服務器或小型機。（圖4.2）

4）集中分布式部署。適用較大的網絡規模，網元數大于600；在一個或多個WLAN網段管理單元部署獨立采集機，采集機與網管中心通信，實現采集分部署，管理數據集中。在多臺服務器上部署網管管理平臺，采集程序、數據庫、Web服務分別部署在2臺或2臺以上的服務器上。根據具體網管結構和規模推薦PC服務器或小型機。（圖4.3）

五、認證計費系統

認證計費管理系統的功能模塊組成如下圖所示：

無線網絡建設對認證計費管理系統有以下要求：

1）應支持標準的RADIUS協議，可以全面兼容不同廠家的BRAS產品并已經成功和國內外主流以太網交換機實現802.1X對接。2）支持各種用戶計費安全措施，能夠實現帳戶、MAC、IP、VLAN、接入服務器和服務器端口的綁定或者上述多種要素的綁定。3）豐富的計費策略，可實現時長、流量、包時長、包流量、普通包天、動態包天、分層、包月和包年預付費和后付費等計費策略。4）多樣化數據庫支持功能，支持Oracle，MS SQL，Postgre等多種流行的數據庫系統。5）用戶管理功能，能夠提供用戶開戶、用戶注銷、變更受理、用戶查詢、用戶在線、專線用戶管理、停機用戶管理、公免帳號管理和廣播信息等功能。6）費用管理功能，提供帳單確認、費用預繳、用戶充值、用戶銷帳、批量銷帳、銀行托收功能。7）齊全的報表管理功能，提供用戶清單查詢、帳單查詢、充值報表、預繳報表、收費報表、欠費報表功能等各種查詢、統計功能。8）多樣化的卡類管理功能，提供上網卡、充值卡、卡查詢等各類卡業務。9）系統設置功能，提供營業區設置、費率設置、策略管理、時段管理、Radius監控、銀行托收等功能。10）可靠的安全設計，支持系統角色分配、操作員管理、備份管理、日志記錄等功能。

六、結束語

WLAN是無線寬帶網絡的重要組成部分，主要承載PC、手機及第三方WiFi終端的互聯網數據業務，是無線蜂窩網絡承載移動數據業務的重要補充。WLAN作為支撐無線寬帶接入的有效手段，規劃建設的核心目標是實現對蜂窩網絡數據流量的有效分流。WLAN網絡將與GPRS/EDGE和WCDMA、TD-SCDMA等移動蜂窩網絡互為補充，共同構成未來數據業務承載網。因此，WLAN網絡的建設對于各運營商來說具有特殊意義。