智慧城市中WiFi網絡部署設計的研究分析

宋安平 中國聯合網絡通信有限公司江蘇省分公司

智慧城市中WiFi網絡部署設計的研究分析

宋安平 中國聯合網絡通信有限公司江蘇省分公司

隨著國家信息化發展戰略的不斷深入，智慧城市也呈現出爆發式的發展，這對人們生活、城市管理、行業運營都產生了巨大的智慧化變革。WiFi作為網絡接入，其具有移動性強、靈活性高、建網迅速、管理方便、網絡造價低、擴展能力大等特點，已作為實現智慧城市中的不可或缺的重要組成部分。然而WiFi網絡在部署中，也存在一定的局限性和安全風險，如何高效節省地實現城市全域覆蓋，如何更穩定安全地實現信息互聯及應用需求，是當前WiFi網絡規劃部署的一個重要考慮點。本文將把技術理論與實踐工作經驗相結合，全面闡述WiFi技術特性和組網特點，就網絡部署設計方面，提出了一些個人建議。

智慧城市 WiFi 網絡規劃 數據采集

1 WiFi網絡在智慧城市中的地位

2016年第十五屆主題為“繁榮網絡經濟，建設網絡強國”的中國互聯網大會，首次將WiFi作為一個重要和獨立的主題來進行專項探討。

從技術角度來看，智慧城市是一個多層次結構的復雜系統，它由底層的感知層、基礎的網絡層、核心的平臺層、豐富的應用層組成完善的標準體系和安全體系。

WiFi寬帶網絡處于智慧城市體系架構中的網絡層，承載著互聯網信息入口和傳送，“連接了線上與線下資源”，“連接了人與服務”，“連接了用戶與商家”，形成了海量的大數據，支撐著用戶抓取，以及廣告業務帶來的精準營銷商業服務模式，已經充分融入了大眾社會生活中，無論是出行、工作、購物、娛樂都能看到WiFi寬帶網絡嚴謹努力的足跡，“無網絡不生活”，已經形成了社會大眾的生活習慣。隨著移動互聯網的迅速發展，WiFi已經成為互聯網時代的“水和空氣”。

2 智慧城市WiFi網絡設計部署建議

2.1 WiFi網絡設計規劃流程

科學地設計規劃，是網絡合理部署的前提。特別對于WiFi網絡，如果不能合理規劃，極可能因不同網絡之間的相互干擾而降低用戶體驗效果，所以我們必須做好WiFi網絡設計規劃工作，其實施流程分為：調研和勘察、覆蓋設計、容量規劃、頻點規劃、網絡優化等幾個方面。

2.1.1 調研和勘察

調研是WiFi網絡規劃和設計的基礎，調研的目的是為獲取網絡規劃需要的各項數據，通過勘察和溝通，明確設計目標、網絡容量、應用場景等，了解承載用戶群、業務特征等，掌握信號覆蓋區域數據、信號衰減情況等現場環境參數。根據調研、勘察所得的數據編制出WiFi網絡規劃的總體原則和策略。

調研和勘察在實踐中，必須注意如下幾項關鍵點：

(1)了解客戶覆蓋區域建筑物結構（包括樓層高度和數量、房間數量和布局等、鋼筋混凝土及木質等），了解建筑物線纜走向情況等。

(2)了解附近的干擾源情況，安裝的AP位置盡量避開干擾源，如其他AP設備、藍牙設備、微波爐、高壓線等可發射微波源。

(3)了解客戶室內或室外的覆蓋要求，明確出具體部署AP的數量，并對覆蓋區域進行測試，保證室內外無線信號滿足覆蓋范圍指標。

(4)根據部署區域現有網絡條件，選取合適的部署方式，如共用室內分布系統應采用室內分布式部署AP，如無需共用室內分布系統可采用放裝式進行部署。

(5)掌握部署區域機房環境和傳輸設備情況，如電源電壓、上聯接口、交換機安裝位置等；明確出線纜走向、距離及固定位置等。

(6)對于室外AP安裝的位置應考慮接地情況。特別在雷雨較多的地區，要安裝避雷器等設備。

2.1.2 覆蓋方式

WiFi網絡覆蓋方式，一般可分為室內覆蓋和室外覆蓋，室內覆蓋又可分為室內分布系統部署和獨立放裝部署。

(1)室內分布系統部署方式。一般應用于高檔寫字樓的信號覆蓋。如圖1所示，AP是工作在2．4GHz，而CDMA/FDD-LTE室內分布系統的天饋線系統都分別工作在不同的頻段，在現有的室內分布系統的天饋系統上增加合路器、WLAN-AP和功放，天線使用同時滿足CDMA/FDD-LTE和WLAN的寬頻天線即可。該應用可大大降低WLAN系統布設成本，縮短施工周期，也容易使小區等物業管理接受。但網絡容量一般較低，AP部署數量較少，天線位置也不一定最優。

(2)室內獨立放裝部署方式。該方式是當前應用最廣泛的一種WiFi部署方式，在部署過程中，根據客戶無線覆蓋要求和數據容量，結合覆蓋區域環境和建筑物結構，為確定AP布放位置提供參數。該方式優勢在于AP位置可靈活選定，AP數量可方便增添，無線信號覆蓋較完善，網絡容量較大。

(3)室外WiFi部署方式。室外WiFi應采用室外型AP進行覆蓋，室外型AP相比室內型AP，主要具有大功率和防雷的功能。我們通常把室外型AP安裝在建筑物外部、電線桿、路燈桿等位置，其優勢主要在于覆蓋范圍廣，便于WiFi網絡建設和維護。常應用在校園、景區等區域的WiFi覆蓋。

(4)鏈路預算和仿真。確定具體部署方式后，應根據現場環境參數和空間衰耗進行鏈路預算，以此確定AP點位及數量。條件具備可進行WLAN仿真，預測規劃效果，優化網絡部署。其中，圖2表示了信號頻率2．44GHz，天線的增益為0dBi時的自由空間的損耗曲線。

2.1.3 容量規劃

WiFi網絡的容量決定網絡的可用度、設備投資規模以及投資收益比。如何在合理的網絡設備投資范圍內，有效實現網絡利用的最大化，并滿足預期的容量需求，也是WiFi網絡規劃的重點。在此，我們從AP承載能力、用戶密集程度方面，闡述幾點部署建議。

(1)測算好AP場景適應能力。單個AP部署時，應充分考慮AP的承載能力、同時上網人數以及上網總帶寬情況，建議以AP承載能力的80%為上限核算上網用戶數和總上網帶寬，避免因AP承受能力估算不足，而導致實際應用中網絡受阻。

(2)縮小覆蓋范圍。在WiFi網絡部署過程中，建議覆蓋范圍不應過大，覆蓋范圍過大，不僅易產生干擾，而且大大增加了終端鏈接量，導致網絡容量不夠，造成互聯網訪問擁堵。因此，我們可以通過降低AP的發射功率，來縮小無線覆蓋范圍及增加頻分復用度。

2.1.4 網絡優化

網絡規劃是提升WiFi網絡運行狀態的有效手段。因此在AP設備安裝結束后，應對網絡進行全面優化。

(1)信號覆蓋優化

改善WiFi信號覆蓋問題，目前主要以擴容補點、調整天饋、室分優化、干擾優化等手段為主。

增加覆蓋點。根據評估結果與現場配套設施，直接對信號覆蓋較差熱點區域增加放裝型AP設備，或調整AP設備功率。

調整天線覆蓋。通過調整天線增益、改變AP不合理的安裝位置、更換成定向天線等措施實現無線覆蓋最優范圍。

室分優化。檢查無源器件（如天饋、功分器、合路器）、有源器件（干路放大器）指標和布放位置，優化不合理的室分部署。

干擾優化。排查附近區域大于-75dBm干擾信號，排查隱藏AP對本區域的影響。

(2)報文優化

低速率報文優化。在覆蓋范圍滿足的情況下，根據業務需求和用戶密度狀況，適當關閉低速率報文，以提高無線空口帶寬利用率，但需考慮弱信號用戶無法接入的不良感知。

Probe Responese報文優化。由于AP主動發送Probe Responese報文會占用部分無線空口資源，建議關閉Probe Responese報文，以提高無線空口資源利用率。

Beacon報文發送周期優化。按照實際運行情況，可以將Beacon報文發送周期由100ms調整為150ms，有利于降低無線空口資源的消耗。

(3)二層隔離

隨著覆蓋節點的不斷增多，AC/AP組網規模會變得越來越大，使得整個網絡是一個大型的二層數據網，為提高網絡的安全性和管理便利性，需要對整個網絡進行VLAN劃分，實現小型化的二層網絡，減少廣播/組播報文的總體數量和影響范圍，有利于提高WiFi網絡的性能和使用感知。

2.2 WiFi網絡數據管控設計方案

當前，我們已進入大數據時代，而數據信息的采集在大數據分析中具有重要地位。以無線網絡WiFi，以及連接該WiFi的移動設備為載體，獲取用戶上網行為數據，是眾多企業、商家等機構進行大數據采集分析的最常用方式。WiFi網絡數據采集，一般采用集中式組網和分布式組網兩種方式。

2.2.1 集中式組網設計方案

所謂WiFi網絡集中式組網，就是以省或市為范圍，由一臺或多臺集中數據管理平臺對省內或市所有行業AP進行數據采集、認證審計及行為管控，即省內或市內共享集中平臺，如圖5所示。其關鍵需要核心路由器與各BRAS間建立VPN通道，互聯網流量由AP傳至BRAS，通過VPN通道送至省/市集中數據管理平臺，經省/市集中數據管理平臺統一訪問Internet。

該組網模式一般常用于運營商的WiFi網絡部署中。其優點可以利用共享平臺，降低總體投資，但組網較復雜。

2.2.2 分布式組網設計方案

WiFi網絡分布式組網，主要體現在各個WiFi部署點，分別放置網關設備（小型數據管理平臺），客戶總部放置云端服務器，如圖6所示。網關設備用于數據采集、上網管控等功能，云端服務器負責用戶上網數據分析及上網日志的管理儲存。各點互聯網訪問流量經網關設備后，直接進入運營商本地Internet網。

該組網模式常用于企業、大型商家等。其優點是網關和云端服務器屬專網專用平臺，功能需求更符合客戶的個性化需求，但網絡投資相對較大。

3 總結

如今，移動互聯網正以更加快速、更加強力的方式推動著經濟、社會的變革。同時，隨著WiFi新技術的不斷出現，WiFi網絡與其他移動網絡將會長期共存。然而，構建智慧城市WiFi網絡必定也擁有越來越廣泛的應用。如何結合實際場景，以更科學更前瞻更安全的角度去設計規劃WiFi網絡，顯得尤為重要。作為網絡設計和運營者，我們不僅需要緊跟不斷演進的先進技術，而且要以嚴謹的工作態度進行現場勘查和調研，選擇最優的組網建設方案。我相信，隨著WiFi網絡技術的不斷演進、安全性不斷提升、覆蓋范圍的不斷擴大，將在智慧城市的發展中發揮更為突出的移動互聯網優勢。

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