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WLAN无线网络规划设计

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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。

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。

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

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。

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

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。

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。

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：

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

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

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）。

2024-05-16
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