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润海蓝天无线网络解决方案
服务器 WLAN 网络设计 、网络建设 网络规划

1WLAN网络规划设计及建设流程

   无线局域网(WLAN)网络规划、建设流程可以分为:需求分析,网络规划,勘察设计等几个阶段。


图 1-1: WLAN网络规划设计流程图

2WLAN网络设计基本原则及指标

2.1采用标准

   (1)采用802.11g802.11n标准的设备为主进行组网 WLAN使用802.11g802.11n标准的设备为主进行组网,并逐步向802.11n网络过渡。对于网络需求高的热点,应直接使用11n设备进行建设。

   (2)采用瘦AP设备为简化AP设备的安装和升级、满足网络的集中管理要求,在网络建设中采用瘦AP设备。

2.2频率选择

(1)802.11b/g WLAN 802.11b/g工作在2.4GHz频段,频率范围为2.4002.4835GHz,共83.5M带宽,划分为13个子信道,每个子信道带宽为22MHz;其中互不干扰的信道有3个,常用的是1611这组。子信道分配如图2-1所示。

图:2-1 WLAN 802.11b/g工作频段子信道分配

(2)802.11n

   WLAN 802.11n向下兼容802.11g802.11a,同时支持2.4GHz5.8GHz频段,两频段的信道数量分别与802.11g802.11a一致。

   802.11n技术可以将相邻的两个20MHz信道绑定成40MHz使用。将两个相邻的20MHz信道绑定使用时,一个为主带宽,一个为次带宽,收发数据时既可以40MHz的带宽工作,也可以单个20MHz带宽工作。

2.3无线覆盖信号强度

   在设计目标覆盖区域内95%以上位置, WLAN覆盖接收信号强度应大于等于-75dBm。在采用802.11n标准的设备覆盖的区域,条件允许的情况下,建议边缘覆盖场强大于等于-70dBm

2.4信噪比

   在设计目标覆盖区域内95%以上位置,接收到的信噪比(SNR)大于20dB

2.5终端接入速率

   要求WLAN802.11g802.11n)目标覆盖区域内的用户平均上网速率不低于500Kbps

   为了保证多用户接入的公平性,防止部分用户带宽被抢占的现象,在AP端要对用户进行限速(单用户限速为不低于1Mbps)。

3、网络架构

3.1热点网络架构

热点的网络基本结构一般包括两个层面:

(1)无线接入点

   包括各种类型的APAP与交换机一般采用网线连接,理论传送距离为100米,通常建议网线不超过80米为宜。在网线传送距离不足时,可采用光电转换器等方式进行连接。

(2)交换机

交换机用于汇聚各个AP,可以根据热点数量、分布情况使用12级交换机:

○AP较多、分布较广时需要使用汇聚交换机汇聚各个接入交换机;

○AP数量较少、分布集中时只使用一级交换机即可;

采用汇聚交换机上联

安全级别需求较高的情况下热点汇聚交换机可以采用1+1备份形式,用于对热点的汇聚节点及上下行链路进行冗余备份,提高网络的可靠性。

3.2室内独立放装

采用室内独立放装的覆盖方式应注意以下几方面要求:

在安装交换机和AP 设备时,要考虑以太网交换机跟AP 之间的距离限制;

交换机端口使用数量应根据AP功耗、交换机的供电能力计算,并预留扩容、维护等的端口需求;

●AP的安装位置应便于网线、电源线、馈线的布线,便于维护和更换;

需注意AP的天线位置和天线方向性,AP周围2米内不得有大的金属体阻档。

●AP的覆盖范围、AP之间的间距应根据链路预算和边缘场强要求确定;

●AP安装位置应合理选择:一方面尽量靠近拟覆盖区、满足对拟覆盖区域的覆盖;一方面应利用房间隔断等隔离同频干扰,提高网络容量。

3.3 WLAN网络容量核算

3.3.1AP容量

   WLAN如果接入用户过多,那么同一时刻发生冲突的概率明显增大,也必定会延长每个用户等待的时间,而使得系统性能下降。

   在接入用户带宽512kbps情况下,802.11g标准AP,单AP支持并发用户按照1520个用户考虑;802.11n标准AP,单AP支持并发用户按照2530个用户考虑。

3.3.2存在干扰下的网络容量

   整个信道带宽为所有用户共享,两个或多个同频AP存在重叠覆盖区域时,同频AP、终端间信号彼此可达,根据载波监听/冲突避免机制,同一个时刻也只能有一个AP或终端发送数据,这时不能仅仅根据AP数量计算网络总体容量。

3.3.3 802.11g/n终端混合接入

   802.11n设备能够提供较高的网络容量,当网络中同时存在11g11n两种终端时,网络总容量将随802.11n用户比例上升而上升,AP侧总吞吐量呈上升趋势,纯n用户总吞吐量(30~35Mbps)比纯g 用户吞吐量(15~25Mbps)增加80%左右。下图为不同厂家设备混合组网情况下的测试结果。

3.4 WLAN网络频率规划

3.4.1频率规划方法

   在使用2.4GHz频点时,为保证信道之间不相互干扰,要求两个信道之间间隔不低于25MHz。在一个覆盖区内,最多可以提供3个不重叠的频点同时工作,通常采用1611三个频点。

5.8GHz5个频点互不重叠,可在同一覆盖区域内使用。

WLAN可采用蜂窝组网方式,进行WLAN频率的复用。

3.4.2频率总体应用策略

   网络建设中,建议2.4GHz频段设备作为网络基础覆盖, 5.8GHz频段设备作为网络容量提升。

3.4.3 802.11n频率应用策略

   802.11n在覆盖、性能、容量等多个方面均到达或者超过802.11g,对于网络需求高的热点,应直接使用11n设备进行建设。对于802.11n频率使用,应遵循以下原则:

■2.4GHz频段选择

2.4GHz频段存在较多干扰,如有其它运营商的网络、业主自建网络等,建议采用20M带宽进行组网和规划,选择1611三个互不重叠的信道

4WLAN覆盖效果工程设计计算

4.1 WLAN室内传播模型

   无线局域网室内覆盖主要特点是:覆盖范围较小,环境变动较大。一般情况下我们选取以下两种适用于WLAN的模型进行分析。由于室内无线环境千差万别,在规划中需根据实际情况选择参考模型与模型系数。

Devasirvatham模型

Devasirvatham模型又称线性路径衰减模型,公式如下:

Pl(d,f)[dB]为室内路径损耗=(a=0.47

其中,为自由空间损耗=

d:为传播路径;f:为电波频率;a:模型系数

衰减因子模型

   就电波空间传播损耗来说,2.4G频段的电磁波有近似的路径传播损耗公式为:

PathLoss(dB) = 46 +10* n*Log Dm

其中,D为传播路径,n为衰减因子。对不同的无线环境,衰减因子n的取值有所不同,在自由空间中,路径衰减与距离的平方成正比,即衰减因子为2。在建筑物内,距离对路径损耗的影响将明显大于自由空间。一般来说,对于全开放环境下n的取值为2.02.5;对于半开放环境下n的取值为2.53.0;对于较封闭环境下n的取值为3.03.5

4.2 AP信号链路损耗计算

   根据模型,室内路径损耗等于自由空间损耗加上附加损耗因子,且随距离成指数增长。接收电平估算公式如下:

其中:

Pr[dB]为最小接收电平,即为AP在不同传输速率下的接收灵敏度;

Pt[dB]为最大发射功率;

Gt[dB]为发射天线增益;

Gr[dB]为接收天线增益;

Pl[dB]为路径损耗;

网卡的接受灵敏度一般为-75dBm,发射功率为17dBm(50mW)

4.3 AP信号穿透损耗

现阶段可提供的2.4G电磁波对于各种建筑材质的穿透损耗的经验值如下:

隔墙的阻挡(砖墙厚度100-300mm):20-40dB

楼层的阻挡:30dB以上;

木制家具、门和其它木板隔墙阻挡2-15dB

厚玻璃(12mm):10dB2450MHz

   另外,在衡量墙壁等对于AP信号的穿透损耗时,需考虑AP信号入射角度。一面0.5米厚的墙壁,当AP信号和覆盖区域之间直线连接呈45度角入射时,相当于1米厚的墙壁;在2度角时相当于超过14米厚的墙壁。所以要获取更好的接受效果应尽量使AP信号能够垂直的穿过(90度角)墙壁或天花板。

4.4 举例

1、穿透公式:

   AP发射功率+发射天线功率-路径衰耗-障碍物衰耗 >网卡接收灵敏度

网卡发射功率+AP天线接收功率-路径衰耗-障碍物衰耗> AP接受灵敏度

2WA1006E的穿透能力(按室内封闭空间计算,比如办公室):

   WA1006E的发射功率为19dBm(包括自带天线),可靠接收信号强度约-80dBm(接受速率为1M)。网卡的发射功率为17dBm,网卡的接口灵敏度为-75dBm,;路径衰减为70dBm(传播路径10米,衰减因子模型)

AP>网卡:障碍物衰耗=1970-(-75)=24dBm

网卡->AP:障碍物衰耗=1770-(-80)=27dBm

结论:根据介质穿透损耗可以得出:WA1006E差不多可以穿透一堵墙,两道门,两道玻璃;

3WA1208的穿透能力(按室外半封闭空间计算,比如小区覆盖):

   WA1208的发射功率为27dBm500mW,不包括外置天线),天线选择全向天线,增益为11dBi,可靠接收信号强度约-85dBm。网卡的发射功率为17dBm,网卡的接口灵敏度为-75dBm,;路径衰减为88dBm(传播路径50米,衰减因子模型)。

AP>网卡:障碍物衰耗=27+1188-(-75)=25dBm

网卡->AP:障碍物衰耗=1788-(-85+1125dBm

   结论:根据介质穿透损耗可以得出:WA1208在距离障碍物50米,用全向天线时,差不多可以穿透一堵墙,两道门,两道玻璃;

以上计算是忽略了很多其他条件,单纯考虑穿透障碍物一种情况的结论。实际中要考虑各种反射信号造成的强度叠加,障碍物不是单纯的一种介质(比如墙上有门,有窗等),因此以上结论仅作为参考,具体情况要根据工程勘测现场情况决定。

4、规划原则

   在规划WLAN网络时,首先考虑到的是满足AP跟无线网卡信号的交互,以及用户可有效的接入网络。系统的覆盖规划应主要考虑为保证AP无线信号的有效覆盖,对AP天线进行选址与相关配置。在选择AP摆放位置的时候,需遵循以下几个原则:

1、如果在一个大厅里只安装一个AP,则尽量把AP安放在大厅的中央位置,而且最好是放置于大厅天花板上;如果同一空间安装两个AP,则可以放在两个对角上。

2、保持信号穿过墙壁和天花板的数量最小。WLAN信号能够穿透墙壁和天花板,然而,信号的穿透损耗较大。应放置AP与计算机于合适的位置,使墙壁和天花板阻碍信号的路径最短,损耗最小。

3、考虑AP和覆盖区域之间直线连接。注意AP的放置位置,要尽量使信号能够垂直的穿过墙壁或天花板。

4AP天线方向可调,安装AP的位置应确保天线主波束方向正对覆盖目标区域,保证良好的覆盖效果。

5AP安装位置需远离电子设备,避免覆盖区域内放置微波炉、无线摄像头、无绳电话等电子设备。

网络规划参数

穿透损耗

   不论使用室内型AP还是室外型AP,覆盖范围会因为建筑物结构特点而显现出明显的信号衰减特征,造成信号盲区。2.4GHz微波对各种材质的穿透损耗的实测经验值:

8mm木板:1~1.8dB

38mm木板:1.5~3dB

40mm木门:2~3dB

12mm玻璃:2~3dB

250mm水泥墙:20~30dB

砖墙:10~15dB

楼层阻挡:20~30dB

电梯阻挡:20~40dB

路径损耗

室内环境路径损耗计算公式:

L=20*lg(f)+10*D*lg(d)+p-28

其中,L:路径损耗(dB);f:工作频率(MHz);D:衰减因子;d:距离(m);p:楼层穿透因子。

在室内半开放环境下,相同楼层的传播模型简化为:

2.4GHz频段:(衰减因子=2.5;楼层穿透因子=6

L= 20*lg(f)+10*D*lg(d)+p-28=46+25*lg(d)

5GHz频段:(衰减因子=3;楼层穿透因子=6

L= 20*lg(f)+10*D*lg(d)+p-28=53+30*lg(d)

链路运算

室内环境链路预算公式:

RSSI(dBm)=P+Tx+Rx- L-S

其中,RSSI:场强(dBm)P:发射功率(dBm)Tx:发射天线增益(dB)Rx:接收天线增益(dB)L:路径损耗(dB)S:穿透损耗(dB)

链路预算只作为理论参考,在实际网络建设中,应结合建筑物类型、现场无线环境和模拟测试情况做出适当的调整。


系统规划图

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场强规划仿真图


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信干噪比仿真图

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物理层吞吐率仿真图

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应用层吞吐率仿真图


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