WLAN網(wǎng)絡規(guī)劃設計;

1、目前，我國的wlan網(wǎng)絡在企業(yè)和家庭應用日益廣泛；而運營級的wlan熱點主要分布在機場、星巴克等熱點地區(qū)，業(yè)務量較少，分布較為分散，所以wlan網(wǎng)絡規(guī)劃相對簡單，并未引起足夠重視。 據(jù)相關機構(gòu)預測，隨著wlan技術(shù)的日益普及、市場的不斷發(fā)展，運營商的wlan網(wǎng)絡將與企業(yè)結(jié)合，熱點不斷擴展，用戶不斷增多，在局部地區(qū)將出現(xiàn)用戶大量集中的現(xiàn)象，如大型寫字樓，會議室；另外，多個運營商可能在同一地區(qū)共存。若wlan網(wǎng)絡規(guī)劃不合理，容易造成網(wǎng)絡之間的相互干擾，降低用戶體驗。本文針對運營級的wlan網(wǎng)絡規(guī)劃做一簡單介紹，為wlan網(wǎng)絡的部署提供參考。 1、wlan網(wǎng)絡規(guī)劃流程 wlan網(wǎng)絡規(guī)劃流程可以分為以

2、下幾個步驟：調(diào)研及勘查、覆蓋設計、頻率規(guī)劃、容量規(guī)劃、網(wǎng)絡優(yōu)化幾個步驟。 通過調(diào)研了解客戶需求，明確網(wǎng)絡覆蓋目標、應用背景，分析用戶對象群及數(shù)量、業(yè)務特征等；并對wlan覆蓋現(xiàn)場進行勘查，獲得現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)、傳輸及點位等資源情況。在此基礎上制定合理的wlan網(wǎng)絡規(guī)劃總體原則和策略。 覆蓋設計階段首先確定wlan網(wǎng)絡的覆蓋方式，即采用室內(nèi)還是室外覆蓋方式、單獨建設還是與移動通信網(wǎng)絡合路等。確定覆蓋方式之后根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)進行鏈路預算，在此基礎上初步確定ap點位及數(shù)量。在有條件情況下，進行wlan仿真，預測規(guī)劃效果，并根據(jù)仿真結(jié)果進行調(diào)整，直到各項參數(shù)達到目標值。 覆蓋設計之后根據(jù)前面確定的ap點位

3、及數(shù)量進行合理頻率規(guī)劃，規(guī)避頻率干擾，力求將干擾降到最小。若頻點始終無法合理規(guī)劃，需重新調(diào)整ap的點位及數(shù)量。 然后根據(jù)用戶需求進行容量規(guī)劃。容量規(guī)劃與頻率規(guī)劃是相互關聯(lián)又相互制約的，提升容量將增大干擾，降低干擾又會減少網(wǎng)絡容量，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。 最后，在wlan網(wǎng)絡建成之后，進行實際的測試，做相應的優(yōu)化調(diào)整，使網(wǎng)絡性能達到最優(yōu)。 當然，wlan網(wǎng)絡規(guī)劃的這幾個步驟之間是相互關聯(lián)、不可分割的，進行實際規(guī)劃設計時應綜合考慮這幾方面，這樣才能減少網(wǎng)絡規(guī)劃往復次數(shù)，并使最終的wlan網(wǎng)絡性能接近最優(yōu)。 2、調(diào)研及勘查 前期調(diào)研和規(guī)劃是網(wǎng)絡規(guī)劃的基礎，是獲得規(guī)劃輸入?yún)?/p>

4、數(shù)的過程。調(diào)研階段需與運營商進行良好溝通，以確定準確的覆蓋目標、網(wǎng)絡設計容量以及網(wǎng)絡的預期質(zhì)量。 由于wlan信號在空間衰減較快，且wlan多應用于室內(nèi)環(huán)境，建筑結(jié)構(gòu)、房屋材質(zhì)對wlan信號的影響很大，需進行現(xiàn)場的勘查，為wlan的規(guī)劃、仿真做好前期準備。另外，wlan使用的是非授權(quán)頻段，前期勘查的另一目的是確認附近是否有干擾源，是否需要與其他運營商或企業(yè)商議頻率問題或采取其它干擾規(guī)避措施。 3、覆蓋設計 3.1覆蓋方式 wlan網(wǎng)絡大體可以分為下面兩種場景、4類覆蓋方式。 （1）室內(nèi)覆蓋：單獨建設方式、共用室內(nèi)分布系統(tǒng)建設方式； （2）室外覆蓋：室外型ap覆蓋方式、mesh型網(wǎng)絡覆蓋方式。

5、3.1.1室內(nèi)單獨建設方式 這是目前最簡單、應用最廣的wlan建設方式。如圖1為某辦公樓wlan網(wǎng)絡點位圖。圖1某辦公樓wlan網(wǎng)絡點位圖 采取單獨建設方式時，主要根據(jù)wlan的覆蓋和容量需求在相應的位置布放，并將走線長度控制在允許范圍內(nèi)。隨后的鏈路預算只需計算空間損耗即可。 一般來說，單獨布放點位選擇比較靈活，基本可以使用適合wlan覆蓋的最佳點位；并且由于使用了較多的ap，可以獲得較大的網(wǎng)絡容量。 3.1.2共用室內(nèi)分布系統(tǒng)建設方式 目前很多高檔寫字樓已經(jīng)進行了移動通信的室內(nèi)分布系統(tǒng)建設，在引入wlan時可以考慮采用共用室分系統(tǒng)的建設方式；另外，沒有室分系統(tǒng)的樓宇在規(guī)劃建設室內(nèi)分布系統(tǒng)時可

6、以將wlan信號一同考慮。 如圖2所示，將wlan的無線射頻信號通過合路器饋入室內(nèi)分布系統(tǒng)，各頻段信號共用天饋進行覆蓋。 圖2室內(nèi)型 由于wlan設備輸出信號強度較小，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)點在于可以充分利用原有資源，工程量較小，經(jīng)濟快捷。另一方面，應注意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；需重新進行鏈路預算。共用室內(nèi)分布系統(tǒng)時天線點位可能不是最優(yōu)的；且由于使用的ap較少，網(wǎng)絡容量較低。 3.1.3室外型ap覆蓋方式 對于居民樓、校園等以覆蓋需求為主的地區(qū)，可以使用室外型ap進行覆蓋。如圖3所示，ap置于建筑物頂端或外墻，使用

7、室外型ap和高增益天線，對室內(nèi)進行覆蓋。 圖3室外型 采用室外型覆蓋方式建設速度快，網(wǎng)絡維護簡單，投資少見效快。但應注意下面幾方面問題。 （1）室外wlan信號和室內(nèi)wlan信號之間的干擾； （2）wlan為共享帶寬，無法保障單個用戶的帶寬； （3）室內(nèi)wlan信號的覆蓋效果。 3.1.4mesh型網(wǎng)絡覆蓋方式 對于室外較大面積（如城市、校園等）的wlan覆蓋可以采用mesh型網(wǎng)絡覆蓋。如圖4所示，mesh技術(shù)采用網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過若干個基于無線互聯(lián)的ap群對目標區(qū)域進行覆蓋，并將數(shù)據(jù)回傳至有線ip骨干網(wǎng)。 圖4mesh型網(wǎng)絡覆蓋 此種建設方式部署靈活、建設快捷，對傳輸?shù)荣Y源需求較少。部署時應注

8、意頻率規(guī)劃及對周邊wlan網(wǎng)絡的影響。 3.2鏈路預算 在確定wlan網(wǎng)絡部署方式之后，就要進行鏈路預算。 設發(fā)射機的輸出功率為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)此公式可以計算得到各處的接收電平，進而確認ap覆蓋范圍。 下面討論在室外、室內(nèi)的wlan信號傳播損耗。 3.2.1室外環(huán)境 無線局域網(wǎng)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

9、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。 3.2.2室內(nèi)環(huán)境 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，當頻率為2.45ghz時，其值為40db；nmf表示基于測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)過鏈路預算，可以初步確定ap的點位。 3.3仿真 通過手工計算鏈路預算比較繁瑣，目前有很多公司開發(fā)了針對wlan規(guī)劃的仿真軟件，規(guī)劃效率較高，方案修改方便，且鏈路預算更為準確、直觀。圖5是針對某辦公樓wlan的信號強度仿真。 圖5針對某辦公樓

10、wlan的信號強度仿真 通過軟件，可以將實際的環(huán)境中各項參數(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)一個近乎實際的場景。仿真后可以得到信號強度、信噪比等多項指標，通過結(jié)果可以對網(wǎng)絡進行重新調(diào)整和仿真。部分仿真軟件甚至能夠根據(jù)客戶需求自動進行wlan規(guī)劃。 圖6頻率規(guī)劃 4、頻率規(guī)劃 ieee802.11b/g設備使用2.42.4835ghz頻段。工作頻率帶寬為83.5mhz，劃分為14個子頻道，每個子頻道帶寬為22mhz；互不干擾的子信道有3個。（802.11a使用5.8ghz頻段，目前應用較少，本文暫不做討論。） 與蜂窩網(wǎng)類似，3個互不干擾信道可以進行頻率復用，但

11、應確保使用同一信道的ap之間應有足夠遠的距離，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)域之間應有重疊區(qū)，以保證無縫覆蓋和適應負載均衡。 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區(qū)域，這些區(qū)域是wlan設計的難點和重點。下面討論ap接入能力、干擾對wlan速率的影響幾個方面的問題。5.1單ap接入能力 由于wlan采用csma/ca機制，如果接入用戶過多，那么同一時刻發(fā)生沖突的概率明顯增大，也必定會延長每個用戶等待的時間，而使得系統(tǒng)帶寬閑置；如果用戶超過一定的限度，會導致系統(tǒng)的癱瘓。工程設計上一般每ap接入用戶數(shù)在2030臺左右應該比

12、較合適。 5.2信道干擾 5.2.1其它設備的干擾 經(jīng)過測試，使用2.4ghz頻段的設備中，藍牙等小功率設備對wlan網(wǎng)絡的影響很小，可以忽略；微波爐等大功率設備對wlan網(wǎng)絡的影響較大，在網(wǎng)絡設計時應注意遠離此類設備。圖8是微波爐對wlan（802.11b）傳輸速率影響的曲線圖。 圖8微波爐對wlan（802.11b）傳輸速率影響的曲線圖 從圖中可以看出，wlan設備靠近干擾源時，傳輸速率迅速下降。 5.2.2同道干擾 wlan采用的直接序列擴頻技術(shù)的擴頻碼是標準的，不同的設備使用相同的擴頻碼，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802.11b的

13、ap使用1、6信道和1、1信道時的網(wǎng)絡吞吐量。 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，兩ap總吞吐量可以接近11mbit/s；在同頻時總吞吐量不足6mbit/s，此時2個ap與非干擾情況下1個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)絡容量的。 5.2.3鄰道干擾 兩信道中心頻率小于25mhz時，信道之間存在重疊區(qū)域，會有部分干擾。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數(shù)，但會引入干擾，工程上一般仍采用1、6、11三個完全不干擾的頻

14、段。對于使用鄰頻的能否使系統(tǒng)總?cè)萘康靡约疤嵘?、提升效果還有待進一步的試驗來驗證。 5.3干擾規(guī)避及容量提升 通過規(guī)避干擾提升網(wǎng)絡容量，尤其是在小范圍提供大容量的無線局域網(wǎng)是wlan設計的難點。針對干擾規(guī)避和容量提升，業(yè)內(nèi)主要有如下幾種建議：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。 利用隔斷進行頻率復用是wlan網(wǎng)絡規(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。下面針對后兩種建議進行簡單討論。 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，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覆蓋半徑一般不會大于200m，在室內(nèi)或是地形、地物復雜的情景下，折射、反射等因素使得在如此小范圍內(nèi)精確控制天