一種室外無線覆蓋方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

令曉靜

（陜西省東莊水利樞紐工程建設(shè)有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 713208）

0 引言

近年來，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智能手機(jī)快速普及，移動(dòng)端無線上網(wǎng)業(yè)務(wù)量迅速增加[1]。雖然4G（5G）技術(shù)提供移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入，但是使用流量上網(wǎng)費(fèi)用高，而WLAN（無線網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)以高速率、低成本的優(yōu)勢獲得用戶青睞，不用擔(dān)心流量超限，可以隨心所欲暢游網(wǎng)海，各種移動(dòng)智能終端通過WLAN上網(wǎng)成為主流方式。無線網(wǎng)絡(luò)迅速融入人們的日常生活與工作，越來越多的工業(yè)園區(qū)自建無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外無線全覆蓋，向用戶提供便利的無線接入互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，提升用戶滿意度。

1 需求分析

隨著各類手持終端的普及，無線網(wǎng)絡(luò)便成了辦公、居住、購物等場所的必備設(shè)施，現(xiàn)以某園區(qū)為例，介紹一下無線網(wǎng)絡(luò)需求與覆蓋的情況。園區(qū)內(nèi)的辦公區(qū)和宿舍區(qū)支持無線上網(wǎng)，為進(jìn)一步提升員工滿意度，實(shí)現(xiàn)全園區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，建設(shè)園區(qū)室外無線網(wǎng)絡(luò)。本次室外無線覆蓋主要考慮以下需求：

（1）信號(hào)覆蓋范圍和強(qiáng)度。無線網(wǎng)絡(luò)由室內(nèi)區(qū)域覆蓋提升至室內(nèi)外全覆蓋，提供穩(wěn)定、切實(shí)可用的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，選用當(dāng)前最新技術(shù)Wi-Fi 6系列產(chǎn)品組網(wǎng)，在性能、容量、高可靠及技術(shù)運(yùn)用等方面滿足未來5年的整體發(fā)展需求。網(wǎng)絡(luò)建成后，無線覆蓋邊緣功率場強(qiáng)：高速數(shù)據(jù)密集區(qū)域≥-65 dBm；服務(wù)區(qū)域覆蓋率符合指定功率強(qiáng)度的區(qū)域占設(shè)計(jì)服務(wù)區(qū)域的比例不低于95%的要求。

（2）用戶容量和傳輸性能。園區(qū)常駐人員幾百人，通過分析用戶無線上網(wǎng)的容量和流量需求，Wi-Fi 6系列AP完全可以滿足需求。園區(qū)有一棟辦公樓和一棟宿舍樓，考慮到建筑物對(duì)無線信號(hào)的衰減影響，因此要合理選擇AP數(shù)量和AP部署位置，保證園區(qū)內(nèi)信號(hào)實(shí)現(xiàn)無盲區(qū)覆蓋。此外，園區(qū)內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持無縫漫游，保證移動(dòng)手持終端在覆蓋區(qū)域應(yīng)用時(shí)的數(shù)據(jù)不中斷。

（3）網(wǎng)絡(luò)安全及管理。第一，統(tǒng)一維護(hù)管理：無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過無線控制器（AC）綜合管理，不需要針對(duì)單獨(dú)的無線接入點(diǎn)（AP）進(jìn)行管理和維護(hù)。第二，流量控制管理：無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過無線控制器（AC）可以對(duì)接入終端進(jìn)行流量控制，避免個(gè)別終端大量占用帶寬影響網(wǎng)絡(luò)的正常使用。第三，用戶接入認(rèn)證和加密：認(rèn)證機(jī)制用來對(duì)用戶身份進(jìn)行驗(yàn)證，以限定授權(quán)用戶可以使用的網(wǎng)絡(luò)資源；加密機(jī)制用來對(duì)無線鏈路的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，以保證無線網(wǎng)絡(luò)只被期望的用戶接收和理解，支持包括WEP、WPA、WPA2-PSK等認(rèn)證/加密方式來保證無線網(wǎng)絡(luò)安全。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

在規(guī)劃WLAN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先考慮到的是滿足AP與無線網(wǎng)卡信號(hào)的交互，以及用戶可有效地接入網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)的覆蓋規(guī)劃應(yīng)主要考慮是保證AP無線信號(hào)的有效覆蓋，對(duì)AP天線進(jìn)行選址與相關(guān)配置。在選擇AP擺放位置的時(shí)候，需遵循以下幾個(gè)原則[2]。

第一，如果在一個(gè)區(qū)域里只安裝一個(gè)AP，則盡量把AP安放在該區(qū)域的中央位置；如果同一空間安裝兩個(gè)AP，則可以放在兩個(gè)對(duì)角上。第二，不論室內(nèi)AP還是室外AP，無線信號(hào)穿透墻壁和天花板都會(huì)造成衰減，信號(hào)覆蓋范圍會(huì)因?yàn)榻ㄖ锒霈F(xiàn)信號(hào)衰減，造成信號(hào)盲區(qū)，因此，要合理選擇AP部署位置，使墻壁和天花板阻礙信號(hào)的路徑最短，損耗最小。第三，考慮AP和覆蓋區(qū)域之間直線連接，部署AP位置時(shí)要盡量使信號(hào)能夠垂直地穿過障礙物。第四，根據(jù)實(shí)際需求合理選擇全向或者定向天線，全向天線覆蓋范圍廣，但成本高；定向天線覆蓋范圍相對(duì)較小，價(jià)格便宜。部署定向型AP時(shí)應(yīng)確保天線主波束方向正對(duì)覆蓋目標(biāo)區(qū)域，保證良好的覆蓋效果。第五，由于電子設(shè)備會(huì)干擾無線信號(hào)，安裝AP時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離微波爐、電視、音響等電子設(shè)備。

2.2 無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)采用AC+AP方式，AP負(fù)責(zé)無線信號(hào)的處理，AC集中管理用戶相關(guān)配置，AC與AP之間采取標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議[3]，園區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。AC使用外網(wǎng)核心交換機(jī)，對(duì)園區(qū)室內(nèi)外的AP進(jìn)行管理和控制，同時(shí)留有足夠的管理區(qū)間，可以為今后新增的AP提供集中管理。新增光交換機(jī)（光電轉(zhuǎn)換模塊）安裝在辦公樓配線間機(jī)柜中，室外AP通過光纖連接到光交換機(jī)，光交換機(jī)接入外網(wǎng)核心。AP接入PoE交換機(jī)，在提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，為AP提供電力接入功能。在出口處部署一臺(tái)上網(wǎng)行為管理設(shè)備，對(duì)無線上網(wǎng)用戶進(jìn)行管理，對(duì)用戶的網(wǎng)絡(luò)行為進(jìn)行審計(jì)、記錄。

圖1 無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.3 無線覆蓋設(shè)計(jì)

無線AP有全向、定向兩種天線。通常情況下，定向天線發(fā)射信號(hào)的角度不會(huì)超過180°，全向天線發(fā)射信號(hào)的角度則是360°，但是由于天線發(fā)射角度的不同，信號(hào)覆蓋距離一般也會(huì)有所不同，天線信號(hào)發(fā)射角度越小，其信號(hào)覆蓋距離越遠(yuǎn)。全向天線信號(hào)覆蓋廣、信號(hào)穩(wěn)定，AP接入設(shè)備采用光交換機(jī)，與無線AP之間采用光纖直連，傳輸穩(wěn)定，無信號(hào)干擾。定向天線無線覆蓋較差，邊緣地帶可能無法覆蓋，無線AP在接入交換機(jī)的過程中需要進(jìn)行兩次光電轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致傳輸線路出現(xiàn)故障可能性較大。考慮到全向天線覆蓋效果更好，本次采用全向天線無線AP實(shí)現(xiàn)園區(qū)室外無線覆蓋。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 無線覆蓋部署

園區(qū)有一棟辦公樓和一棟宿舍樓，宿舍區(qū)和辦公區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)無線覆蓋，本次主要是實(shí)現(xiàn)園區(qū)室外無線信號(hào)覆蓋。基于網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)性考慮，本次無線網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目采用目前主流的AC+AP架構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)進(jìn)行無縫覆蓋的同時(shí)，又能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的靈活管理配置，提高網(wǎng)絡(luò)維護(hù)效率[4]。項(xiàng)目采用華為AirEngine8760RX1E（室外型、雙頻）方案，實(shí)現(xiàn)大功率AP設(shè)備對(duì)室外環(huán)境進(jìn)行全面覆蓋。

根據(jù)現(xiàn)場勘測建筑物以及地形，做了信號(hào)覆蓋仿真試驗(yàn)，使用6套無線AP可以滿足室外無線覆蓋需求，從而為用戶提供穩(wěn)定、高速率的無線網(wǎng)絡(luò)。6套無線AP分別安裝在辦公樓頂部臺(tái)階內(nèi)沿，外置天線使用配套抱箍固定到欄桿上；將光纖布設(shè)到AP附近，共布設(shè)3條8芯光纜，每條光纜連接兩臺(tái)AP；將電源線纜和光纜同路布設(shè)到AP附近。

3.2 設(shè)備選型

（1）無線AP。無線AP采用華為AirEngine8760RX1E，它是支持Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)的新一代旗艦室外AP，具有超強(qiáng)的室外覆蓋性能以及防水防塵和防雷電能力。AirEngine 8760R-X1E支持2.4 GHz和5 GHz雙頻模式，其中2.4 GHz頻段最大速率為1.15 Gbps，5 GHz頻段最大速率9.6 Gbps，整機(jī)速率可達(dá)10.75 Gbps。它支持光/電上行口，便于不同的部署方式，適用于廣場、步行街、園區(qū)等室外無線覆蓋場景。

（2）無線AC。無線AC采用機(jī)房現(xiàn)有設(shè)備華為AirEngine9700-S，增加16個(gè)AP授權(quán)即可。AirEngine 9700-S廣泛應(yīng)用于中小型企業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)，最大可管理64個(gè)AP，并且具有千兆位以太網(wǎng)交換機(jī)功能，實(shí)現(xiàn)有線無線一體化的接入方式。可靈活配置無線接入點(diǎn)的數(shù)量，有良好的可擴(kuò)展性，支持華為全系列無線接入點(diǎn)，適用于中小型園區(qū)網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)等場景。

（3）PoE交換機(jī)。PoE交換機(jī)選用華為CloudEngine S5735S-L24P4S-S，提供PoE供電能力，有24個(gè)10/100/1000BASE-T以太網(wǎng)端口和4個(gè)千兆SFP，可靈活實(shí)現(xiàn)以太組網(wǎng)，支持多種認(rèn)證方式和安全控制策略，提供精準(zhǔn)的流量分析，極大地提升了接入側(cè)設(shè)備的可靠性，為企業(yè)用戶的日常維護(hù)提供了極大的方便，適用于企業(yè)園區(qū)接入、千兆到桌面等場景。

4 結(jié)束語

本次園區(qū)室外無線覆蓋方案是在原有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，有效利用了已建成的網(wǎng)絡(luò)資源，設(shè)計(jì)出合理的室外無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)外無線全覆蓋的要求，又滿足了用戶對(duì)園區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、容量和質(zhì)量需求，得到了大家的認(rèn)可。