企業WLAN網絡規劃設計

隨著WLAN網絡的日益普及，網絡規劃的重要性越來越突出。 目前，我國的WLAN網絡在企業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，業務量較少，分布較為分散，所以WLAN網絡規劃相對簡單，并未引起足夠重視。

    據相關機構預測，隨著WLAN技術的日益普及、市場的不斷發展，運營商的WLAN網絡將與企業結合，熱點不斷擴展，用戶不斷增多，在局部地區將出現用戶大量集中的現象，如大型寫字樓，會議室；另外，多個運營商可能在同一地區共存。若WLAN網絡規劃不合理，容易造成網絡之間的相互干擾，降低用戶體驗。本文針對運營級的WLAN網絡規劃做一簡單介紹，為WLAN網絡的部署提供參考。

    1、WLAN網絡規劃流程

    WLAN網絡規劃流程可以分為以下幾個步驟：調研及勘查、覆蓋設計、頻率規劃、容量規劃、網絡優化幾個步驟。

    通過調研了解客戶需求，明確網絡覆蓋目標、應用背景，分析用戶對象群及數量、業務特征等；并對WLAN覆蓋現場進行勘查，獲得現場環境參數、傳輸及點位等資源情況。在此基礎上制定合理的WLAN網絡規劃總體原則和策略。

    覆蓋設計階段首先確定WLAN網絡的覆蓋方式，即采用室內還是室外覆蓋方式、單獨建設還是與移動通信網絡合路等。確定覆蓋方式之后根據現場環境參數進行鏈路預算，在此基礎上初步確定AP點位及數量。在有條件情況下，進行WLAN仿真，預測規劃效果，并根據仿真結果進行調整，直到各項參數達到目標值。

    覆蓋設計之后根據前面確定的AP點位及數量進行合理頻率規劃，規避頻率干擾，力求將干擾降到最小。若頻點始終無法合理規劃，需重新調整AP的點位及數量。

    然后根據用戶需求進行容量規劃。容量規劃與頻率規劃是相互關聯又相互制約的，提升容量將增大干擾，降低干擾又會減少網絡容量，容量規劃的目的就是找到容量和干擾整體的結合點。

    最后，在WLAN網絡建成之后，進行實際的測試，做相應的優化調整，使網絡性能達到。

    當然，WLAN網絡規劃的這幾個步驟之間是相互關聯、不可分割的，進行實際規劃設計時應綜合考慮這幾方面，這樣才能減少網絡規劃往復次數，并使最終的WLAN網絡性能接近。

    2、調研及勘查

    前期調研和規劃是網絡規劃的基礎，是獲得規劃輸入參數的過程。調研階段需與運營商進行良好溝通，以確定準確的覆蓋目標、網絡設計容量以及網絡的預期質量。

    由于WLAN信號在空間衰減較快，且WLAN多應用于室內環境，建筑結構、房屋材質對WLAN信號的影響很大，需進行現場的勘查，為WLAN的規劃、仿真做好前期準備。另外，WLAN使用的是非頻段，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商議頻率問題或采取其它干擾規避措施。

    3、覆蓋設計

    3.1覆蓋方式

    WLAN網絡大體可以分為下面兩種場景、4類覆蓋方式。

    （1）室內覆蓋：單獨建設方式、共用室內分布系統建設方式；

    （2）室外覆蓋：室外型AP覆蓋方式、Mesh型網絡覆蓋方式。

    3.1.1室內單獨建設方式

    這是目前、應用的WLAN建設方式。

    3.1.2共用室內分布系統建設方式

    目前很多高檔寫字樓已經進行了移動通信的室內分布系統建設，在引入WLAN時可以考慮采用共用室分系統的建設方式；另外，沒有室分系統的樓宇在規劃建設室內分布系統時可以將WLAN信號一同考慮。

    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，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，使用室外型AP和高增益天線，對室內進行覆蓋。

    采用室外型覆蓋方式建設速度快，網絡維護簡單，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WLAN信號的覆蓋效果。

    3.1.4 Mesh型網絡覆蓋方式

    對于室外較大面積（如城市、校園等）的WLAN覆蓋可以采用Mesh型網絡覆蓋。如圖4所示，Mesh技術采用網狀網結構，通過若干個基于無線互聯的AP群對目標區域進行覆蓋，并將數據回傳至有線IP骨干網。

    此種建設方式部署靈活、建設快捷，對傳輸等資源需求較少。部署時應注意頻率規劃及對周邊WLAN網絡的影響。

    3.2鏈路預算

    在確定WLAN網絡部署方式之后，就要進行鏈路預算。

    設發射機的輸出功率為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、室內的WLAN信號傳播損耗。

    3.2.1室外環境

    無線局域網小區的覆蓋范圍較小，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室內環境

    選取衰減因子模型作為室內無線傳播模型，其表示式為：

    其中PL(d0)=20lg（4πd0/λ），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。典型建筑物的路徑損耗指數如表1所示。

    經過鏈路預算，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了針對WLAN規劃的仿真軟件，規劃效率較高，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。

    通過軟件，可以將實際的環境中各項參數在仿真中體現出來，包括房屋構造、墻體材料、門窗位置、家具布局等，再現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，通過結果可以對網絡進行重新調整和仿真。部分仿真軟件甚至能夠根據客戶需求自動進行WLAN規劃。

    4、頻率規劃

    IEEE802.11b/g設備使用2.4～2.4835GHz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。）

    與蜂窩網類似，3個互不干擾信道可以進行頻率復用，但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。

    AP覆蓋區域之間應有重疊區，以保證無縫覆蓋和適應負載均衡。

    5、容量規劃

    隨著WLAN的普及，出現了一些用戶密集的熱點區域，這些區域是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，而使得系統帶寬閑置；如果用戶超過一定的限度，會導致系統的癱瘓。工程設計上一般每AP接入用戶數在20～30臺左右應該比較合適。

    5.2信道干擾

    5.2.1其它設備的干擾

    經過測試，使用2.4GHz頻段的設備中，藍牙等小功率設備對WLAN網絡的影響很小，可以忽略；微波爐等大功率設備對WLAN網絡的影響較大，在網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。

    5.2.2同道干擾

    WLAN采用的直接序列擴頻技術的擴頻碼是標準的，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信道時的網絡吞吐量。

       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。

    使用鄰頻可以增加可用頻點數，但會引入干擾，工程上一般仍采用1、6、11三個*不干擾的頻段。對于使用鄰頻的能否使系統總容量得以及提升、提升效果還有待進一步的試驗來驗證。

    5.3干擾規避及容量提升

    通過規避干擾提升網絡容量，尤其是在小范圍提供大容量的無線局域網是WLAN設計的難點。針對干擾規避和容量提升，業內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發射功率、使用扇區天線或智能天線。

    利用隔斷進行頻率復用是WLAN網絡規劃的基本方法，802.11a的使用主要受限于用戶發展，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發射功率

    降低AP發射功率可以減少AP的覆蓋范圍，從而增大頻率復用度。降低AP發射功率，可以減少AP之間的相互干擾；但是，STA的發射功率一般為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扇區天線，智能天線

    此技術用于蜂窩網絡，使容量得以提升。WLAN使用扇區天線或智能天線，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，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精確控制天線方向圖比較困難，使用扇區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用于信號回傳和增大覆蓋范圍。

    6、網絡優化

    在網絡規劃設計及建設完成之后，需要對實際網絡質量進行測量，并根據測量結果對網絡進行調整，以確保信號強度、干擾等指標達到目標值。

    7、總結

    隨著WLAN網絡的日益普及，其網絡規劃的重要性將日益突出，WLAN網絡的規劃需要在實際工作中不斷完善，并隨著WLAN技術的進步而進一步發展，使WLAN向著高效、安全、運營級的網絡目標不斷邁進。