無線局域網(wǎng) WLAN 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)

1、無線局域網(wǎng) WLAN 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)摘要：通過調(diào)研了解客戶需求，明確網(wǎng)絡(luò)覆蓋目標(biāo)、應(yīng)用背景，分析用戶對(duì)象群及數(shù)量、業(yè)務(wù)特征等;并對(duì)WLAN覆蓋現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘查，獲得現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)、傳輸及點(diǎn)位等資源情況。在此基礎(chǔ)上制定合理的WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃總體原則和策略。11 1、WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程可以分為以下幾個(gè)步驟：調(diào)研及勘查、覆蓋設(shè)計(jì)、頻率規(guī)劃、容量規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化幾個(gè)步驟。通過調(diào)研了解客戶需求，明確網(wǎng)絡(luò)覆蓋目標(biāo)、應(yīng)用背景，分析用戶對(duì)象群及數(shù)量、業(yè)務(wù)特征等;并對(duì)WLAN覆蓋現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘查，獲得現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)、傳輸及點(diǎn)位等資源情況。在此基礎(chǔ)上制定合理的WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃總體原則和策略。覆蓋設(shè)計(jì)階段首先

2、確定WLAN網(wǎng)絡(luò)的覆蓋方式，即采用室內(nèi)還是室外覆蓋方式、單獨(dú)建設(shè)還是與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)合路等。確定覆蓋方式之后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行鏈路預(yù)算，在此基礎(chǔ)上初步確定AP點(diǎn)位及數(shù)量。在有條件情況下，進(jìn)行WLAN仿真，預(yù)測(cè)規(guī)劃效果，并根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，直到各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到目標(biāo)值。覆蓋設(shè)計(jì)之后根據(jù)前面確定的AP點(diǎn)位及數(shù)量進(jìn)行合理頻率規(guī)劃，規(guī)避頻率干擾，力求將干擾降到最小。若頻點(diǎn)始終無法合理規(guī)劃，需重新調(diào)整AP的點(diǎn)位及數(shù)量。然后根據(jù)用戶需求進(jìn)行容量規(guī)劃。容量規(guī)劃與頻率規(guī)劃是相互關(guān)聯(lián)又相互制約的，提升容量將增大干擾，降低干擾又會(huì)減少網(wǎng)絡(luò)容量，容量規(guī)劃的目的就是找到容量和干擾整體最優(yōu)的結(jié)合點(diǎn)。最后，在WLAN網(wǎng)絡(luò)建

3、成之后，進(jìn)行實(shí)際的測(cè)試，做相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整，使網(wǎng)絡(luò)性能達(dá)到最優(yōu)。當(dāng)然，WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的這幾個(gè)步驟之間是相互關(guān)聯(lián)、不可分割的，進(jìn)行實(shí)際規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮這幾方面，這樣才能減少網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃往復(fù)次數(shù)，并使最終的WLAN網(wǎng)絡(luò)性能接近最優(yōu)。2、調(diào)研及勘查前期調(diào)研和規(guī)劃是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基礎(chǔ)，是獲得規(guī)劃輸入?yún)?shù)的過程。調(diào)研階段需與運(yùn)營商進(jìn)行良好溝通，以確定準(zhǔn)確的覆蓋目標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)容量以及網(wǎng)絡(luò)的預(yù)期質(zhì)量。由于WLAN信號(hào)在空間衰減較快，且WLAN多應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境，建筑結(jié)構(gòu)、房屋材質(zhì)對(duì)WLAN信號(hào)的影響很大，需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的勘查，為WLAN的規(guī)劃、仿真做好前期準(zhǔn)備。另外，WLAN使用的是非授權(quán)頻段，前期勘查的另一目的是確

4、認(rèn)附近是否有干擾源，是否需要與其他運(yùn)營商或企業(yè)商議頻率問題或采取其它干擾規(guī)避措施。3、覆蓋設(shè)計(jì)3.1覆蓋方式WLAN網(wǎng)絡(luò)大體可以分為下面兩種場(chǎng)景、4類覆蓋方式。(1室內(nèi)覆蓋：?jiǎn)为?dú)建設(shè)方式、共用室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方式;(2室外覆蓋：室外型AP覆蓋方式、Mesh型網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式。這是目前最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最廣的WLAN建設(shè)方式。如圖1為某辦公樓WLAN網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)位圖。圖1 某辦公樓WLAN網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)位圖采取單獨(dú)建設(shè)方式時(shí)，主要根據(jù)WLAN的覆蓋和容量需求在相應(yīng)的位置布放，并將走線長度控制在允許范圍內(nèi)。隨后的鏈路預(yù)算只需計(jì)算空間損耗即可。一般來說，單獨(dú)布放點(diǎn)位選擇比較靈活，基本可以使用適合WLAN覆蓋的最佳點(diǎn)位;并且

5、由于使用了較多的AP，可以獲得較大的網(wǎng)絡(luò)容量。目前很多高檔寫字樓已經(jīng)進(jìn)行了移動(dòng)通信的室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)，在引入WLAN時(shí)可以考慮采用共用室分系統(tǒng)的建設(shè)方式;另外，沒有室分系統(tǒng)的樓宇在規(guī)劃建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)時(shí)可以將WLAN信號(hào)一同考慮。如圖2所示，將WLAN的無線射頻信號(hào)通過合路器饋入室內(nèi)分布系統(tǒng)，各頻段信號(hào)共用天饋進(jìn)行覆蓋。圖2 室內(nèi)型由于WLAN設(shè)備輸出信號(hào)強(qiáng)度較小，一般采用后端合路，使AP盡量接近天線。共用室內(nèi)分布系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于可以充分利用原有資源，工程量較小，經(jīng)濟(jì)快捷。另一方面，應(yīng)注意WLAN使用與原有系統(tǒng)不同的頻段，需更換支持2.4GHz的元器件;需重新進(jìn)行鏈路預(yù)算。共用室內(nèi)分布系統(tǒng)時(shí)天線

6、點(diǎn)位可能不是最優(yōu)的;且由于使用的AP較少，網(wǎng)絡(luò)容量較低。對(duì)于居民樓、校園等以覆蓋需求為主的地區(qū)，可以使用室外型AP進(jìn)行覆蓋。如圖3所示，AP置于建筑物頂端或外墻，使用室外型AP和高增益天線，對(duì)室內(nèi)進(jìn)行覆蓋。圖3 室外型采用室外型覆蓋方式建設(shè)速度快，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)簡(jiǎn)單，投資少見效快。但應(yīng)注意下面幾方面問題。采用室外型覆蓋方式建設(shè)速度快，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)簡(jiǎn)單，投資少見效快。但應(yīng)注意下面幾方面問題。(1室外WLAN信號(hào)和室內(nèi)WLAN信號(hào)之間的干擾;(2WLAN為共享帶寬，無法保障單個(gè)用戶的帶寬;(3室內(nèi)WLAN信號(hào)的覆蓋效果。對(duì)于室外較大面積(如城市、校園等的WLAN覆蓋可以采用Mesh型網(wǎng)絡(luò)覆蓋。如圖4所示，M

7、esh技術(shù)采用網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過若干個(gè)基于無線互聯(lián)的AP群對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行覆蓋，并將數(shù)據(jù)回傳至有線IP骨干網(wǎng)。圖4 Mesh型網(wǎng)絡(luò)覆蓋此種建設(shè)方式部署靈活、建設(shè)快捷，對(duì)傳輸?shù)荣Y源需求較少。部署時(shí)應(yīng)注意頻率規(guī)劃及對(duì)周邊WLAN網(wǎng)絡(luò)的影響。3.2鏈路預(yù)算在確定WLAN網(wǎng)絡(luò)部署方式之后，就要進(jìn)行鏈路預(yù)算。采用室外型覆蓋方式建設(shè)速度快，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)簡(jiǎn)單，投資少見效快。但應(yīng)注意下面幾方面問題。(1室外WLAN信號(hào)和室內(nèi)WLAN信號(hào)之間的干擾;(2WLAN為共享帶寬，無法保障單個(gè)用戶的帶寬;(3室內(nèi)WLAN信號(hào)的覆蓋效果。對(duì)于室外較大面積(如城市、校園等的WLAN覆蓋可以采用Mesh型網(wǎng)絡(luò)覆蓋。如圖4所示，Mes

8、h技術(shù)采用網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過若干個(gè)基于無線互聯(lián)的AP群對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行覆蓋，并將數(shù)據(jù)回傳至有線IP骨干網(wǎng)。圖4 Mesh型網(wǎng)絡(luò)覆蓋此種建設(shè)方式部署靈活、建設(shè)快捷，對(duì)傳輸?shù)荣Y源需求較少。部署時(shí)應(yīng)注意頻率規(guī)劃及對(duì)周邊WLAN網(wǎng)絡(luò)的影響。3.2鏈路預(yù)算在確定WLAN網(wǎng)絡(luò)部署方式之后，就要進(jìn)行鏈路預(yù)算。設(shè)發(fā)射機(jī)的輸出功率為Pt，空間路徑衰耗PL(d，電纜及各類器件的損耗Ls，發(fā)射天線增益為Gt，接收天線增益Gr，則接收機(jī)接收的功率電平Pr可用下面公式表示：Pr=Pt+Gt-PL(d-Ls+Gr根據(jù)此公式可以計(jì)算得到各處的接收電平，進(jìn)而確認(rèn)AP覆蓋范圍。下面討論在室外、室內(nèi)的WLAN信號(hào)傳播損耗。無線局域網(wǎng)

9、小區(qū)的覆蓋范圍較小，因此采用自由空間傳播模型。2.4GHz自由空間電磁波的傳播路徑損耗符合：L0(dB=92.4+20lg(d+20lg(f其中L0為自由空間損耗;d為傳輸距離，單位是km;f為工作頻率，單位是GHz。選取衰減因子模型作為室內(nèi)無線傳播模型，其表示式為：其中PL(d0=20lg(4d0/，一般取d0=1m，當(dāng)頻率為2.45GHz時(shí)，其值為40dB;NMF表示基于測(cè)試的多樓層路徑損耗指數(shù)。典型建筑物的路徑損耗指數(shù)如表1所示。表1 典型建筑物的路徑損耗指數(shù)經(jīng)過鏈路預(yù)算，可以初步確定AP的點(diǎn)位。3.3仿真通過手工計(jì)算鏈路預(yù)算比較繁瑣，目前有很多公司開發(fā)了針對(duì)WLAN規(guī)劃的仿真軟件，規(guī)劃

10、效率較高，方案修改方便，且鏈路預(yù)算更為準(zhǔn)確、直觀。圖5是針對(duì)某辦公樓WLAN的信號(hào)強(qiáng)度仿真。圖5 針對(duì)某辦公樓WLAN的信號(hào)強(qiáng)度仿真通過軟件，可以將實(shí)際的環(huán)境中各項(xiàng)參數(shù)在仿真中體現(xiàn)出來，包括房屋構(gòu)造、墻體材料、門窗位置、家具布局等，再現(xiàn)一個(gè)近乎實(shí)際的場(chǎng)景。仿真后可以得到信號(hào)強(qiáng)度、信噪比等多項(xiàng)指標(biāo)，通過結(jié)果可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新調(diào)整和仿真。部分仿真軟件甚至能夠根據(jù)客戶需求自動(dòng)進(jìn)行WLAN規(guī)劃。圖6 頻率規(guī)劃4、頻率規(guī)劃與蜂窩網(wǎng)類似，3個(gè)互不干擾信道可以進(jìn)行頻率復(fù)用，但應(yīng)確保使用同一信道的AP之間應(yīng)有足夠遠(yuǎn)的距離，避免干擾。理想的WLAN部署情形如圖7所示。圖7 理想的WLAN部署情形AP覆蓋區(qū)域之間

11、應(yīng)有重疊區(qū)，以保證無縫覆蓋和適應(yīng)負(fù)載均衡。5、容量規(guī)劃隨著WLAN的普及，出現(xiàn)了一些用戶密集的熱點(diǎn)區(qū)域，這些區(qū)域是WLAN設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。下面討論AP接入能力、干擾對(duì)WLAN速率的影響幾個(gè)方面的問題。5.1單AP接入能力由于WLAN采用CSMA/CA機(jī)制，如果接入用戶過多，那么同一時(shí)刻發(fā)生沖突的概率明顯增大，也必定會(huì)延長每個(gè)用戶等待的時(shí)間，而使得系統(tǒng)帶寬閑置;如果用戶超過一定的限度，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的癱瘓。工程設(shè)計(jì)上一般每AP接入用戶數(shù)在2030臺(tái)左右應(yīng)該比較合適。5.2信道干擾經(jīng)過測(cè)試，使用2.4GHz頻段的設(shè)備中，藍(lán)牙等小功率設(shè)備對(duì)WLAN網(wǎng)絡(luò)的影響很小，可以忽略;微波爐等大功率設(shè)備對(duì)WLAN

12、網(wǎng)絡(luò)的影響較大，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意遠(yuǎn)離此類設(shè)備。圖8是微波爐對(duì)WLAN(802.11b傳輸速率影響的曲線圖。圖8 微波爐對(duì)WLAN(802.11b傳輸速率影響的曲線圖從圖中可以看出，WLAN設(shè)備靠近干擾源時(shí)，傳輸速率迅速下降。WLAN采用的直接序列擴(kuò)頻技術(shù)的擴(kuò)頻碼是標(biāo)準(zhǔn)的，不同的設(shè)備使用相同的擴(kuò)頻碼，因此相鄰小區(qū)不能使用相同頻率，否則將造成同頻干擾。圖9、10分別是相距40m的兩個(gè)802.11b的AP使用1、6信道和1、1信道時(shí)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。圖9 兩AP分別使用1、6信道圖10 兩AP均使用1信道在使用非干擾頻段時(shí)，兩AP總吞吐量可以接近11Mbit/s;在同頻時(shí)總吞吐量不足6Mbit/s，此

13、時(shí)2個(gè)AP與非干擾情況下1個(gè)AP的吞吐量接近。所以，在有限范圍內(nèi)單純采用增加AP的辦法是無法提高網(wǎng)絡(luò)容量的。兩信道中心頻率小于25MHz時(shí)，信道之間存在重疊區(qū)域，會(huì)有部分干擾。圖11曲線是兩AP信道間隔分別為05情況下的總吞吐量曲線。圖11 兩AP信道間隔分別為05情況下的總吞吐量曲線使用鄰頻可以增加可用頻點(diǎn)數(shù)，但會(huì)引入干擾，工程上一般仍采用1、6、11三個(gè)完全不干擾的頻段。對(duì)于使用鄰頻的能否使系統(tǒng)總?cè)萘康靡约疤嵘?、提升效果還有待進(jìn)一步的試驗(yàn)來驗(yàn)證。5.3干擾規(guī)避及容量提升通過規(guī)避干擾提升網(wǎng)絡(luò)容量，尤其是在小范圍提供大容量的無線局域網(wǎng)是WLAN設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。針對(duì)干擾規(guī)避和容量提升，業(yè)內(nèi)主要有如下

14、幾種建議：充分利用天然隔斷(如建筑物、墻體等、使用802.11a、降低AP發(fā)射功率、使用扇區(qū)天線或智能天線。利用隔斷進(jìn)行頻率復(fù)用是WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基本方法，802.11a的使用主要受限于用戶發(fā)展，這里都不再贅述。下面針對(duì)后兩種建議進(jìn)行簡(jiǎn)單討論。5.4降低AP發(fā)射功率降低AP發(fā)射功率可以減少AP的覆蓋范圍，從而增大頻率復(fù)用度。降低AP發(fā)射功率，可以減少AP之間的相互干擾;但是，STA的發(fā)射功率一般為30mW，部分STA設(shè)備的功率用戶是無法控制的，所以AP與STA之間、STA與STA之間的干擾依然存在，所能帶來的容量提升也有限。5.5扇區(qū)天線，智能天線此技術(shù)用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，使容量得以提升。WLAN使用扇區(qū)天線或智能天線，可以減少AP之間以及STA與AP之間的干擾，在一定程度上能夠提升容量。但是STA均使用全向天線，功率不可調(diào)，STA之間的干擾依然無法避免;另一方面，WLAN覆蓋半徑一般不會(huì)大于200m，在室內(nèi)或是地形、地物復(fù)雜的情景下，折射、反射等因素使得在如此小范圍內(nèi)精確控制天線方