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0 前言
隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，“隨時(shí)隨地獲取信息”已成為校園師生們的新需求。傳統(tǒng)的有線校園網(wǎng)存在固定點(diǎn)、容量等諸多盲點(diǎn)，圖書館、會(huì)議室、體育館等有限的網(wǎng)絡(luò)布線點(diǎn)已成為師生們獲取信息的瓶頸，越來越制約著校園師生的信息獲取。如何突破教室、實(shí)驗(yàn)室、會(huì)議室等公共場所網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)限制、實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)上網(wǎng)的難題急待解決。
隨著IEEE 802.11無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷推出，以及基于這些標(biāo)準(zhǔn)的無線產(chǎn)品的出現(xiàn)，WLAN的應(yīng)用和普及已發(fā)展到了一個(gè)新階段�；赪LAN的無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建已成為組建無線校園網(wǎng)的主流技術(shù)，是有線校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)延伸的重要手段之一，能為師生提供高效、方便的網(wǎng)絡(luò)接入，及時(shí)、便捷地獲取不斷更新的信息。
校園WLAN的建設(shè)涉及無線信號(hào)覆蓋、頻率規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)容量、上行帶寬、上行接入方式等多方面的內(nèi)容。本文僅針對校園無線信號(hào)覆蓋進(jìn)行探討。
1 覆蓋指標(biāo)
WLAN網(wǎng)絡(luò)的覆蓋指標(biāo)見表1。
2 鏈路預(yù)算
WLAN小區(qū)的覆蓋范圍較小，因此采用自由空間傳播模型。2.4 GHz自由空間電磁波的傳播路徑損耗符合公式（1）。
L1=32.45+20lg d+20lg f （1）
式中：
L1——自由空間傳播損耗（dB）
d——傳輸距離（km）
f ——工作頻率（GHz）
通常，無線接入系統(tǒng)根據(jù)上、下行鏈路預(yù)算結(jié)果確定無線設(shè)備天線的覆蓋半徑。在WLAN系統(tǒng)中，由于用戶端的發(fā)射功率低，覆蓋半徑很難確定，AP設(shè)備布放靠近用戶端，其發(fā)射功率有限。因而WLAN的市場定位并非連續(xù)的全覆蓋，在室外環(huán)境中主要根據(jù)下行鏈路預(yù)算結(jié)果來確定AP的最大覆蓋半徑。
根據(jù)天線ANT的發(fā)射功率、用戶終端接收信號(hào)強(qiáng)度、阻擋物的穿透損耗等計(jì)算出信號(hào)自由空間傳播損耗（見式（2））。
L1=P-E-L2-L3 （2）
式中：
L1——自由空間傳播損耗（dB）
P——天線ANT的發(fā)射功率（dBm）
E——邊緣點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度（dBm）
L2——室內(nèi)傳播時(shí)阻擋物的穿透損耗（dB）
L3——快衰落及人為噪聲引起的惡化量的儲(chǔ)備（dB），取3 dB
由多徑傳播造成的快衰落，將使信號(hào)瞬時(shí)電平在中值電平上下10~20 dB，甚至更大，但這并不等于是它引起的惡化量。多徑傳播效應(yīng)對于進(jìn)行中的接收設(shè)備和停著的接收設(shè)備所造成的惡化量是不同的，但都引起噪聲增加，故將其與人為噪聲影響一并考慮。WLAN用戶的無線信號(hào)接收設(shè)備的移動(dòng)速率很低或不移動(dòng)，且WLAN系統(tǒng)都采用了信道編碼、擴(kuò)頻、OFDM技術(shù)等多種方式來對抗快衰落。因此，人為干擾和快衰落引起的惡化量較低，在設(shè)計(jì)中取其值為3 dB。
2.1 穿透損耗
不論使用室內(nèi)型AP還是室外型AP，覆蓋范圍會(huì)因?yàn)榻ㄖ锝Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)而顯現(xiàn)出明顯的信號(hào)衰減特征，造成信號(hào)盲區(qū)。表2中給出部分建筑物材料或裝潢材料對無線電磁波輻射的影響[1]。
對于典型障礙物應(yīng)按表2的數(shù)值考慮其衰減量，在鏈路預(yù)算中進(jìn)行累加。
2.2 典型場景覆蓋預(yù)測
校園WLAN的建設(shè)主要覆蓋師生流量比較大的學(xué)生宿舍、辦公室等小隔間場景區(qū)域和教室、會(huì)議室、圖書閱覽室等大隔間場景區(qū)域，滿足校園師生的網(wǎng)絡(luò)信息需要。
2.2.1 小隔間場景
小隔間場景（例如學(xué)生宿舍、辦公室等）一般具有的特點(diǎn)是：房門為木門且閉合，墻體為實(shí)體墻。一般采用簡易室分系統(tǒng)布放AP天線的方式來滿足無線覆蓋需要。一般天線的信號(hào)發(fā)射功率為5～15 dBm（鏈路預(yù)算其ANT發(fā)射功率為8 dBm）。根據(jù)式（1）和式（2）得出的覆蓋空間距離見表3。
對于過道、走廊是采用混凝土墻進(jìn)行隔斷的情況，其信號(hào)損耗會(huì)增大，有效覆蓋空間距離更近。
由于工作頻率越高，損耗會(huì)越大。采用5.8 GHz頻段的AP覆蓋時(shí)，為了能最好地滿足覆蓋效果，建議直接在室內(nèi)放裝AP進(jìn)行覆蓋。
2.2.2 大空間場景
對于教室、會(huì)議室、閱覽室等大空間場景，其共同特點(diǎn)一般是房門為木門且閉合，墻體為實(shí)體墻。采用獨(dú)立布放AP室內(nèi)覆蓋方式來滿足師生的無線覆蓋需要。一般采用100 mW（20 dBm）的AP直接布放。根據(jù)式（1）和式（2）得出的覆蓋空間距離見表4。
如果在走廊過道上布放AP進(jìn)行覆蓋，則WLAN無線信號(hào)穿過房門或24 cm墻體，其覆蓋空間距離如表5所示。
對于過道、走廊是采用混凝土墻進(jìn)行隔斷的情況，其信號(hào)損耗會(huì)增大，有效覆蓋空間距離更近。
由于工作頻率越高，損耗會(huì)越大，采用5.8 GHz頻段的AP覆蓋時(shí)，為了能最好地滿足覆蓋效果，建議直接在室內(nèi)放裝AP覆蓋。
3 覆蓋驗(yàn)證
按照上述的鏈路預(yù)算，進(jìn)行了現(xiàn)場測試。其配置的測試工具見表6。
測試內(nèi)容包括：信號(hào)覆蓋強(qiáng)度、下載速度、丟包率、時(shí)延。
3.1 小隔間場景
小隔間場景選取了某高校學(xué)生宿舍樓。采用室內(nèi)放裝型100 mW的AP進(jìn)行覆蓋，AP安裝在樓層過道內(nèi)。宿舍墻體為實(shí)體墻，房門為木門，測試時(shí)是閉合的。
AP位置和測試點(diǎn)位置如圖1所示。
信號(hào)覆蓋強(qiáng)度測試結(jié)果如表7所示。
通過測試發(fā)現(xiàn)，在此場景下，距離AP單邊第4的房間（317房間、測試點(diǎn)6）信號(hào)強(qiáng)度小于-75 dBm，不能滿足要求；距離AP單邊第3的房間（319房間、測試點(diǎn)7），信號(hào)強(qiáng)度基本上可以達(dá)到-70 dBm以上，能夠滿足要求。因此，建議在做類似場景覆蓋時(shí)，1個(gè)獨(dú)立放裝的AP單邊覆蓋不要超過3個(gè)房間。
3.2 大空間場景
大空間場景選取教學(xué)樓場景和閱覽室場景進(jìn)行了測試。
3.2.1 教學(xué)樓場景
某高校教學(xué)樓2層。采用室內(nèi)放裝型100 mW的AP進(jìn)行覆蓋，AP安裝在樓層過道內(nèi)。教室為實(shí)體墻，房門為木門，測試時(shí)閉合。
AP位置和測試點(diǎn)位置如圖2所示。
測試結(jié)果如表8所示。
下載速度、丟包率、最大時(shí)延、最小時(shí)延、平均時(shí)延數(shù)據(jù)如表9所示。
通過測試，發(fā)現(xiàn)AP2與AP5之間、AP2與AP3之間的紅色框圈中的區(qū)域信號(hào)強(qiáng)度較弱，存在頻繁的切換。通過多組數(shù)據(jù)分析，得出當(dāng)獨(dú)立放裝的AP安裝在吊頂內(nèi)時(shí)，1個(gè)AP最大覆蓋6~8間教室，由于其他干擾AP的存在，距離較遠(yuǎn)的教室會(huì)存在頻繁切換。因此建議，當(dāng)采用獨(dú)立放裝型AP且放置在教室走廊時(shí)，1個(gè)AP有效的覆蓋范圍不超過4間教室。
3.2.2 圖書館場景
某高校圖書館綜合閱覽廳。采用室內(nèi)放裝型100 mW的AP進(jìn)行覆蓋，AP安裝在樓層過道內(nèi)。教室為實(shí)體墻，房門為木門，測試時(shí)閉合。
AP位置和測試點(diǎn)位置如圖3所示。
覆蓋信號(hào)、下載速度、丟包率、最大時(shí)延、最小時(shí)延、平均時(shí)延等數(shù)據(jù)測試結(jié)果如表10所示。
從測試結(jié)果分析可得出，將AP放置在閱覽室外門口附近的天花板吊頂上，對于圖3所示類型的閱覽室可以覆蓋�？紤]到閱覽室人數(shù)眾多，從容量角度，建議每個(gè)圖書館閱覽室內(nèi)采用室內(nèi)放裝型AP覆蓋。
4 結(jié)束語
通過校園內(nèi)學(xué)生宿舍、教室、圖書館、會(huì)議室等典型場景的WLAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋的預(yù)測及現(xiàn)場測試驗(yàn)證，WLAN網(wǎng)絡(luò)信號(hào)衰減比較大，信號(hào)覆蓋比較有限，應(yīng)該按照不同的場景進(jìn)行考慮。做好WLAN網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，前期場景規(guī)劃很重要，只有選擇了合適的場景模型，才能合理地布局WLAN網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)，滿足用戶的業(yè)務(wù)需求。
參考文獻(xiàn):
［1］ 周冠偉. 黑龍江移動(dòng)WLAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與維護(hù)交流 . 京信通信系統(tǒng)有限公司［EB/OL］. ［2012-09-22］http://wenku.baidu.com/view/256367c08bd63186bcebbcae.html
［2］ 杭州華三通信技術(shù)有限公司. 新一代網(wǎng)絡(luò)建設(shè)理論與實(shí)踐［M］. 北京：電子工業(yè)出版社，2011.
［3］ 劉乃安 ，李曉輝，張聯(lián)峰，等. WLAN（WLAN）——原理、技術(shù)與應(yīng)用［M］. 陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，2004.
［4］ 高峰. 無線城市——電信級(jí)WI-FI網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)營［M］. 北京：人民郵電出版社，2011.
作者：羅清 劉勇 來源：郵電設(shè)計(jì)技術(shù)
