【資料名稱】：WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程.doc

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WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程
目前，我國的WLAN網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)和家庭應(yīng)用日益廣泛；而運(yùn)營級的WLAN熱點(diǎn)主要分布在機(jī)場、星巴克等熱點(diǎn)地區(qū)，業(yè)務(wù)量較少，分布較為分散，所以WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃相對簡單，并未引起足夠重視。

據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，隨著WLAN技術(shù)的日益普及、市場的不斷發(fā)展，運(yùn)營商的WLAN網(wǎng)絡(luò)將與企業(yè)結(jié)合，熱點(diǎn)不斷擴(kuò)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(yùn)營商可能在同一地區(qū)共存。若WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃不合理，容易造成網(wǎng)絡(luò)之間的相互干擾，降低用戶體驗(yàn)。本文針對運(yùn)營級的WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃做一簡單介紹，為WLAN網(wǎng)絡(luò)的部署提供參考。

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，分析用戶對象群及數(shù)量、業(yè)務(wù)特征等；并對WLAN覆蓋現(xiàn)場進(jìn)行勘查，獲得現(xiàn)場環(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)還是與移動通信網(wǎng)絡(luò)合路等。確定覆蓋方式之后根據(jù)現(xiàn)場環(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)建成之后，進(jìn)行實(shí)際的測試，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WLAN信號的影響很大，需進(jìn)行現(xiàn)場的勘查，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景、4類覆蓋方式。

（1）室內(nèi)覆蓋：單獨(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。

3.1.1　室內(nèi)單獨(dú)建設(shè)方式

這是目前最簡單、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，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；并且由于使用了較多的AP，可以獲得較大的網(wǎng)絡(luò)容量。

3.1.2　共用室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方式

目前很多高檔寫字樓已經(jīng)進(jìn)行了移動通信的室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)，在引入WLAN時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)時可以將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(jìn)行覆蓋。



圖2　室內(nèi)型

由于WLAN設(shè)備輸出信號強(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)時天線點(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。

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(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。

3.1.4　Mesh型網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(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，對傳輸?shù)荣Y源需求較少。部署時應(yīng)注意頻率規(guī)劃及對周邊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（4πd0/λ），一般取d0=1m，當(dāng)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(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(yù)算更為準(zhǔn)確、直觀。圖5是針對某辦公樓WLAN的信號強(qiáng)度仿真。



圖5　針對某辦公樓WLAN的信號強(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)一個近乎實(shí)際的場景。仿真后可以得到信號強(qiáng)度、信噪比等多項(xiàng)指標(biāo)，通過結(jié)果可以對網(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)客戶需求自動進(jìn)行WLAN規(guī)劃。



圖6　頻率規(guī)劃

4、頻率規(guī)劃

IEEE 802.11b/g設(shè)備使用2.4～2.4835 GHz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(yīng)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(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(jī)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(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20～30臺左右應(yīng)該比較合適。

5.2　信道干擾

5.2.1　其它設(shè)備的干擾

經(jīng)過測試，使用2.4GHz頻段的設(shè)備中，藍(lán)牙等小功率設(shè)備對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WLAN網(wǎng)絡(luò)的影響較大，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時應(yīng)注意遠(yuǎn)離此類設(shè)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(shè)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(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802.11b的AP使用1、6信道和1、1信道時的網(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，兩AP總吞吐量可以接近11 Mbit/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(luò)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0～5情況下的總吞吐量曲線。



圖11　兩AP信道間隔分別為0～5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)，但會引入干擾，工程上一般仍采用1、6、11三個完全不干擾的頻段。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(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(jìn)行頻率復(fù)用是WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基本方法，802.11 a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(jìn)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(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)精確控制天線方向圖比較困難，使用扇區(qū)天線或智能天線帶來的容量提升就會大打折扣。所以，目前定向天線更多地應(yīng)用于信號回傳和增大覆蓋范圍。

6、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)及建設(shè)完成之后，需要對實(shí)際網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量進(jìn)行測量，并根據(jù)測量結(jié)果對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，以確保信號強(qiáng)度、干擾等指標(biāo)達(dá)到目標(biāo)值。

7、總結(jié)

隨著WLAN網(wǎng)絡(luò)的日益普及，其網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重要性將日益突出，WLAN網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃需要在實(shí)際工作中不斷完善，并隨著WLAN技術(shù)的進(jìn)步而進(jìn)一步發(fā)展，使WLAN向著高效、安全、運(yùn)營級的網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)不斷邁進(jìn)。