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2016
05-18

Wireless WIFI无线网络规划与设计

随着WLAN技术的成熟和终端的普及,WLAN网络承载的业务与应用逐渐丰富,为越来越多的终端用户所喜爱,各大运营商与企业也不断加大对WLAN网络建设的投入,在各热点楼宇(写字楼、酒店、机场等)规划部署WLAN网络,以满足终端用户不断上涨的业务需求。本文将对无线网络的规划设计原则加以总结和分析,可作为无线网络部署的指导意见。

无线网络规划与设计

当前WLAN网络采用的主流协议为802.11a/g/n,在设计无线网络部署方案时,首先应对这些协议有所了解,特别是与网络部署相关的信道、频率等信息,最终根据协议规定的相关原则来指导网络的规划与设计。本文主要以802..11g协议为例阐述无线网络的规划与设计。

1、802.11g协议频谱

如图1所示,IEEE 802.11g协议的频谱范围是2.4~2.4835GHz。802.11协议在2.4GHz 频段定义了14个信道,每个频道的频宽为22MHz。两个信道中心频率之间为5MHz。信道1 的中心频率为2.412GHz,信道2 的中心频率为2.417GHz,依此类推至位于2.472GHz 的信道13 。信道14 是特别针对日本所定义的,其中心频率与信道13 的中心频率相差12 MHz。
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图1 802.11g协议频谱划分图

从图1可以看到,信道1在频谱上和信道2、3、4、5都有交叠的地方,这就意味着:如果有两个无线设备同时工作,且它们工作的信道分别为1和3,则它们发送出来的信号会互相干扰。

为了最大程度的利用频段资源,可使用1、6、11;2、7、12;3、8,13;4、9、14这四组互相不干扰的信道来进行无线覆盖。

下面的表1列出了802.11g在各国家授权使用的频段。在北美地区(美国、加拿大)开放1-11信道,在欧洲开放1-13信道。中国与欧洲一样,同样开放1-13信道。
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表1 802.11g协议的授权使用频段

由于只有部分国家开放了12~14信道频段,所以一般情况下,使用1、6、11这一组互相不干扰的信道来进行无线覆盖。

注:对于802.11a的5G频段,在中国一共开放了5个信道,分别是149、153、157、161、165信道,这5个信道相互之间不重叠,为互不干扰信道。

2、规划设计原则

在了解的802.11g协议的频谱分布后,下面将遵照协议标准指导无线网络的规划与设计。

2.1蜂窝式无线覆盖
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图2 802.11g协议蜂窝覆盖示意图

依据802.11g协议的信道划分情况,按照蜂窝式无线覆盖的原则,在二维平面上使用1、6、11三个信道实现任意区域无相同信道干扰的无线部署,如图2所示。
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图3 多楼层蜂窝覆盖示意图

在多楼层无线覆盖时,信道的设置要考虑三维空间的信号干扰。如图3所示,在1楼部署3个AP,从左到右的信道分别是1/6/11,此时在2楼部署的3个AP的信道就应该划分为11/1/6,同理3楼为6/11/1。这样就可最大程度地避免了楼层间的干扰,无论是水平方向还是垂直方向都按照无线蜂窝式覆盖原则进行部署。

2.2信号强度标准

无线覆盖区域的信号强度应满足一定的标准,才能保证AP与终端之间信号的有效交互,从而保证无线覆盖的效果。覆盖区信号强度至少要在终端的接收灵敏度以上,这样终端才能发现无线网络。

但在实际网络勘测设计中,为使得AP与终端之间协商出较高的发送速率,取得一定的带宽和好的上网体验,需要有更好的信号强度作为保证。一般情况下,对于有业务需求的楼层和区域进行覆盖时,目标覆盖区域内95%以上位置的接收信号强度应≥-75dBm(经验值,适用于绝大部分无线网卡),重点覆盖区域信号强度应≥-70dBm。
2.3单AP并发用户数
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图4 不同用户业务带宽需求的部署方案对比

无线用户所选择的速率将极大地影响单AP并发用户数量与覆盖范围,从而影响网络勘测的结果。例如图4所示,以两种不同的速率勘测同一开放式办公区域。如果在2Mbit/s的速率下需要4个AP覆盖用户区,而如果在5.5Mbit/s的速率下,则需要6个AP才能覆盖。因此,充分了解用户业务对带宽的需求是非常重要的。

2.4信号穿透损坏估测

在WLAN 工程中,需要通过现场勘查的方式了解建筑物和周围各种物质的材质,并估测其对无线信号的影响,从而来确定WLAN设备的安装位置。例如将AP置于相对较高的位置,可以有效地消除AP与无线终端之间的固定或移动的遮挡物,从而能够保证AP与无线终端之间信号的有效交互,提高WLAN的覆盖质量,保障WLAN网络的畅通。

2.4GHz电磁波对于各种建筑材质的穿透损耗的经验值如下:

l 隔墙的阻挡(砖墙厚度100-300mm):20-40dB;

l 楼层的阻挡:20dB以上;

l 木制家具、门和其它木板隔墙的阻挡:2-15dB;

l 厚玻璃(12mm):10dB

同时,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。
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例如,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°角入射时,无线信号相当于穿透近1米厚的墙壁;在2°角时相当于超过14米厚的墙壁,所以要获取更好的覆盖效果应尽量使AP信号能够垂直的穿过墙壁。

2.5 802.11n协议信道规划原则

802.11n同时定义了2.4GHz频段和5GHz频段信道,沿用了802.11g和802.11a的频谱资源,分别称之为802.11gn模式和802.11an模式。但与802.11a/g每信道只用20MHz频宽不同的是,11n定义了两种频带宽度: 20MHz频宽和40MHz频宽。
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其中40MHz频宽使用两个20MHz信道进行捆绑,其中一个是主信道,一个是辅信道。

40MHz信道模式虽然可以获得更多的频谱利用率,获得20MHz模式两倍的吞吐量,但是通过前面802.11g协议频谱的学习可以知道,40MHz信道模式对于2.4GHz频段有限的频谱资源来说有些尴尬,因为在2.4GHz频谱中无法实现两个相互不干扰的40MHz信道的划分。

然而5GHz频段具有丰富的频谱资源,FCC分配了23个互不重叠20MHz信道,在中国也有5个互不重叠20MHz信道,有足够的信道来实现40MHz信道的捆绑。

因此,40MHz 频宽的11n模式基本不建议在2.4GHz使用,即802.11gn模式一般都采用20MHz频宽进行部署,获取更多的信道资源,以满足蜂窝覆盖的原则。而想要获得40MHz频宽的高吞吐量,建议使用5GHz的11n(即802.11an模式)进行部署。

3、优化设计原则
3.1室内部署位置的优化原则

由于无线信号的空间传播是三维的,所以给设计、部署和排错带来了较大的困难。在进行室内部署时,在满足一定用户密度的无线应用需求下,要尽可能的减少三维空间中的信号可见数量。为了更便于大家的理解,下面我们将通过一个实例来阐述无线网络在优化设计时的原则。

3.2室内部署位置的优化实例

部署某无线网络时,其勘测到的场景如下:
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1、两个十字交叉的走廊分四个办公室,将三个不同部门分割开。

2、工程部会经常有大量的用户存在,他们对带宽要求较高。

3、市场部和销售部办公人员较少,他们对带宽要求不高,但两个部门之间经常相互移动办公。

4、每个房间靠近两个走廊交叉区域的位置为承重墙,同时在走廊外也摆放了许多工艺品,此区域对射频信号衰减较大。

n 部署设计方案1的设计思路
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由于工程部经常有大量用户,而且对带宽要求较高,所以每一间办公室都安装一台AP,壁挂在墙壁上,使用自带2dBi全向天线。

工程部两个AP安装位置的墙面为普通隔断墙,对信号的损耗较小,因此市场部、销售部的大部分区域也可被这两个AP的信号覆盖。在市场部与销售部的办公室之间部署第三个AP解决信号覆盖的盲区问题即可。

以上部署方案所暴露的问题有:

1、没有从用户应用、用户密度、工作流程等方面综合考虑。

2、部分区域还有信号覆盖盲区。

3、在需要经常移动的市场部和销售部的办公区域,用户移动时会发生多次不同信号覆盖区域间的切换。

4、在走廊1移动的用户只能通过泄露信号覆盖,信号质量较差。

n 部署设计方案2的设计思路
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由于工程部经常有大量用户,而且对带宽要求较高,所以每一间办公室都安装一台AP,而AP安装位置移至承重墙角落处,采用定向平板天线覆盖各自的办公室,这样可以保证每个AP的信号都集中在各自房间内,同时利用承重墙对信号的较大损耗以防止信号泄漏到房间以外。

在市场部和和销售部之间的AP放置在两办公室的门口处,这样1台AP可覆盖两间办公室的区域,移动办公的无线用户不会再出现跨小区域切换的情况。

在走廊1的一端采用高增益定向天线覆盖走廊1。

通过方案1和方案2的比较可以看出,方案2明显更符合无线网络勘测设计的基本原则(空间信号之间的可见度较小),更加贴近用户的实际需求和应用模型。而除了对AP部署位置的简单调整外,常用的无线网络部署优化手段还有:信道设置、功率调整、天线的选择(全向、定向、杆状、平板、八木、吸顶等)。

最后编辑:
作者:Wien
这个作者貌似有点懒,什么都没有留下。