NOD洲IEIETEHAOO聽(tīng)E0A防EeaturesWLAN網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)李軍北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院博士研究生陳虎諾基亞北京有限公司網(wǎng)絡(luò)部業(yè)務(wù)經(jīng)理◎摘"要”與有線局域網(wǎng)相比,WLAN的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是可以在熱點(diǎn)地區(qū)為用戶提供無(wú)線寬帶業(yè)務(wù)。在WLAN網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面值得探討和研究的問(wèn)題很多,這里主要針對(duì)WLAN的類型選擇、無(wú)線組網(wǎng)、覆蓋設(shè)計(jì)、容量設(shè)計(jì)頻率規(guī)劃、查勘測(cè)試等方面進(jìn)行論述?！蜿P(guān)鍵調(diào)一無(wú)線局域網(wǎng),接入點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),優(yōu)化設(shè)計(jì),組網(wǎng)方案，頻率規(guī)劃Abstract: Compared with LAN, WLAN owns obvious technical advantages such as providing wireles broadband set-.vice in cental areas. Many isues in WLAN network optimization design are worth studying and researching. This paperdiscuses and amalyses WLAN slection, wireles networking, covernge desin, capacity desig, frequency planning, andnetwork testing in detail.無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)是近年來(lái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,它采用無(wú)線傳送方式支持計(jì)算機(jī)之間的通信，為移動(dòng)或半移動(dòng)的用戶提供無(wú)線寬帶接入服務(wù)。在大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商的市場(chǎng)運(yùn)作中，一般將WLAN部署在局部熱點(diǎn)地區(qū),為移動(dòng)高端用戶提供高速數(shù)據(jù)的無(wú)線接入,滿足移動(dòng)辦公、信息搜索、比網(wǎng)娛樂(lè)等需求。與傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)相比，WLAN具有安裝便捷、移動(dòng)性好、使用靈活、傳輸速率高、經(jīng)濟(jì)節(jié)約等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，如何優(yōu)化設(shè)計(jì)WLAN網(wǎng)絡(luò)為業(yè)界提出了新的課題。本文主要針對(duì)WLAN的類型選擇、無(wú)線組網(wǎng)、覆蓋區(qū)域設(shè)計(jì)、容量設(shè)計(jì)、頻率規(guī)劃、查勘測(cè)試等方面進(jìn)行詳細(xì)論述。-.合理選擇WLAN類型WLAN無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包括無(wú)線網(wǎng)卡和接人點(diǎn)(AP)兩部分。接入點(diǎn)作為橋接的無(wú)線基站,一方面通過(guò)無(wú)線傳輸媒質(zhì)連接無(wú)線網(wǎng)卡,另一方面連接有線局域網(wǎng),無(wú)線終端通過(guò)接人點(diǎn)與有線局域網(wǎng)相連。WLAN發(fā)送和接收信息可以采用紅外系統(tǒng)或射頻系統(tǒng)?；谏漕l方式的WLAN利用無(wú)線電波作為傳輸媒質(zhì),因具有傳輸距離遠(yuǎn)、可穿透非金屬物體、適合室內(nèi)外傳播等優(yōu)點(diǎn)而被大量采用?；诩t外方式的WLAN由于受到紅外線特性的限制,只能用于室內(nèi)短距離傳播,且傳輸速率較低,僅能應(yīng)用在傳輸敏感數(shù)據(jù)的特殊場(chǎng)合,實(shí)際應(yīng)用很少。射頻方式的WLAN主要通過(guò)跳頻擴(kuò)頻(HSS)和直接序列擴(kuò)頻(SSS)兩種方式對(duì)無(wú)線信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展,兩者之間最重要的區(qū)別在于傳輸帶寬不同:前者的使用帶寬僅為1MHz,最高傳輸速率僅能達(dá)到3 Mbiv/s;后者則可在22 MHz的頻率上實(shí)現(xiàn)5.5 Mbi/s和11 Mbiv5<(EEE 802.1 Ib標(biāo)準(zhǔn))的高速數(shù)據(jù)傳輸。在大多數(shù)WLAN的設(shè)計(jì)中,最理想的選擇是采用射步中國(guó)煤化工廣展方式。二. WLAN組網(wǎng)方案YHCNMHG規(guī)劃WLAN的關(guān)鍵在于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，它直接關(guān)系到WLAN建成使用后的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量37，現(xiàn)長(zhǎng)電利技，技術(shù)專題和投資效益。目前，在WLAN無(wú)線組網(wǎng)方案中廣泛采用載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突避免(CSMA/CA)機(jī)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)兩種模式。這兩種模式各有制,試圖在發(fā)送信息過(guò)程中避免發(fā)生沖突。在點(diǎn)對(duì)其應(yīng)用場(chǎng)合和優(yōu)缺點(diǎn)，目的都是在無(wú)線信道中為用點(diǎn)模式WLAN設(shè)計(jì)中,應(yīng)主要考慮各個(gè)無(wú)線工作站戶提供與有線局域網(wǎng)相近的數(shù)據(jù)傳輸速率。的位置要恰當(dāng)、距離要合適,盡可能避免隱藏節(jié)點(diǎn)1.點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式的問(wèn)題,以使每個(gè)無(wú)線工作站都能夠與其他工作站點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式又稱對(duì)等網(wǎng)絡(luò)或獨(dú)立基本服務(wù)集之間進(jìn)行通信。圖1可以很直觀地說(shuō)明隱藏節(jié)點(diǎn)問(wèn)(IBSS)。采用這種模式時(shí),無(wú)線工作站之間可自行組題:工作站A.B、C都在接人點(diǎn)的覆蓋范圍之內(nèi),但網(wǎng)、直接通信而不需要經(jīng)過(guò)接入點(diǎn)轉(zhuǎn)接。該組網(wǎng)方工作站A不在工作站B、C的通信范圍之內(nèi),因此可式適合在尚未建設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)或根本不需要有線網(wǎng)能造成3個(gè)工作站無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息的接收和發(fā)送,所絡(luò)的地方實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單快捷地組網(wǎng)，以滿足暫時(shí)需要的.以工作站A必須再靠近-定距離才能相互通信。通信服務(wù)。但無(wú)線工作站只能相互通信,不能對(duì)大型外部網(wǎng)絡(luò)或Internet進(jìn)行訪問(wèn)。工作站A2.基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式也稱基本服務(wù)集(BSS),這種網(wǎng)絡(luò)由工作站和接人點(diǎn)組成,各無(wú)線工作站之間通過(guò)-個(gè)或多個(gè)接人點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。僅使用一個(gè)接入點(diǎn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)稱為基本服務(wù)集,兩個(gè)或多個(gè)基本服務(wù)接入點(diǎn)工作站B工作站C集可以連接組成擴(kuò)展服務(wù)集(ESS)。當(dāng)采用擴(kuò)展服務(wù)集工作模式即使用多個(gè)接人點(diǎn)時(shí),就可以覆蓋某個(gè)區(qū)域，類似移動(dòng)通信系統(tǒng)中的蜂窩小區(qū),組成蜂窩結(jié)構(gòu)時(shí)它的覆蓋范圍能夠很好地支持漫游和服圖1隱藏節(jié)點(diǎn)的問(wèn)題圖務(wù)區(qū)之間的切換。在工程設(shè)計(jì)中采用哪種工作模式取決于組網(wǎng)2.基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式WLAN的網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計(jì)的目的。當(dāng)僅僅需要在無(wú)線工作站之間進(jìn)行通信而針對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式WLAN的網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域設(shè)且沒(méi)有外部網(wǎng)絡(luò)時(shí),采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式的WLAN非常計(jì),最關(guān)鍵的問(wèn)題就是要預(yù)測(cè)需要多少接人點(diǎn)以及適合，如在賓館房間或臨時(shí)會(huì)議中心快速組網(wǎng);當(dāng)如何規(guī)劃這些接人點(diǎn)。只需要一個(gè)接人點(diǎn)時(shí),應(yīng)當(dāng)無(wú)線工作站需要訪問(wèn)外部網(wǎng)絡(luò),但被局限在某區(qū)域盡量將該接人點(diǎn)設(shè)置在覆蓋范圍的中心位置。如果內(nèi),且采用一個(gè)接人點(diǎn)就能覆蓋工作站的服務(wù)區(qū)域接人點(diǎn)不得不安裝在有障礙物的地方,可以使用可時(shí),可考慮采用基本服務(wù)集模式的WLAN;如果服選范圍擴(kuò)展天線來(lái)擴(kuò)大接入點(diǎn)覆蓋范圍;要設(shè)置多務(wù)區(qū)域過(guò)大或工作站必須離開(kāi)服務(wù)區(qū)域但仍需繼個(gè)接入點(diǎn)時(shí),必須注意使每個(gè)接人點(diǎn)的覆蓋區(qū)域和續(xù)保持連接,就必須使用多個(gè)接人點(diǎn),宜采用擴(kuò)展其他接人點(diǎn)的覆蓋區(qū)域重疊以使工作站可以自由移動(dòng)和切換。重疊區(qū)域的大小取決于該區(qū)域中的用服務(wù)集模式的WLAN。戶數(shù)和網(wǎng)絡(luò)使用率。如果某個(gè)區(qū)域的用戶數(shù)比其他三.WLAN覆蓋區(qū)域設(shè)計(jì)區(qū)域多,該網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷比其他區(qū)域高,那么它與臨1.點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式WLAN的網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計(jì)近區(qū)域的重疊范圍就應(yīng)該更大一些,這可以通過(guò)減符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)局域網(wǎng)采用載波小接人點(diǎn)的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，由于各區(qū)域的用戶監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)(CSMA/CD)機(jī)制處理工作密度不同.一般情況下在用戶密度大的區(qū)域情況更站在同時(shí)發(fā)送信息時(shí)所產(chǎn)生的沖突,而WLAN是通.復(fù)中國(guó)煤化工高的區(qū)域進(jìn)行接人過(guò)無(wú)線媒質(zhì)傳輸信息,在無(wú)線環(huán)境中進(jìn)行沖突檢測(cè)點(diǎn)有YHCNMHG的區(qū)域。在空曠的非常困難,可能造成隱藏節(jié)點(diǎn)的問(wèn)題。所以,WLAN戶外可 用對(duì)稱圓形和球形來(lái)劃定接人點(diǎn)的覆蓋區(qū)WFeatures域;而在規(guī)則的狹長(zhǎng)或矩形建筑物內(nèi)可用線形或矩表3半開(kāi)放環(huán)境中單接入點(diǎn)和無(wú)接入點(diǎn)情況下站間距與傳輸速率的關(guān)系形來(lái)設(shè)置對(duì)稱分布的接人點(diǎn)。站間距離(m)帶寬(Mbit/s)3.無(wú)線傳播模型的選取51由于目前沒(méi)有通用成熟的WLAN覆蓋預(yù)測(cè)方75.5法,因此建議采用如下方式來(lái)預(yù)測(cè):9開(kāi)闊空間采用自由空間傳播模型，而室內(nèi)環(huán)境115采用ITU-R P.1238 -2建議的路徑損耗模型，信號(hào)電梯馬達(dá)等的干擾。總衰減Lau可表示為:Lum=20log10 f+N log10d+Lq (n)-28 dB四、WLAN無(wú)線容量分析N:路徑系數(shù)WLAN能夠支持的用戶數(shù)量并不存在某個(gè)理想f:頻率(MHz)數(shù)字。在工程設(shè)計(jì)中,必須認(rèn)真權(quán)衡用戶數(shù)量、覆蓋范d:接人點(diǎn)與終端之間的距離(m)圍以及網(wǎng)絡(luò)帶寬等各項(xiàng)指標(biāo),使用戶能夠有效地使用L:樓板隔離因子(dB)網(wǎng)絡(luò)。特別是基于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式的WLAN容量設(shè)計(jì)n:接入點(diǎn)與終端之間的樓板數(shù)根據(jù)P.1238-2建議,路徑系數(shù)和樓板隔離因子中,接入點(diǎn)的布局十分重要。一方面,工作站與接人點(diǎn).的距離會(huì)直接影響數(shù)據(jù)傳輸速率,應(yīng)盡量縮小工作站可取表1所示的值。與接入點(diǎn)的傳輸距離,同時(shí)考慮障礙物的影響;另一表1室內(nèi)環(huán)境的路徑系數(shù)和樓板隔離因子值方面,增加接人點(diǎn)可以縮短工作站與接人點(diǎn)之間的距參數(shù)辦公樓環(huán)境商業(yè)樓環(huán)境離,可以提高用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率,從而提高WLAN路徑系數(shù)N3022的吞吐量，減少在同一時(shí)刻競(jìng)爭(zhēng)接人網(wǎng)絡(luò)的用戶數(shù)，樓板隔離因子L(dB)「15+4(n-1)| 6+3(n-1)增大網(wǎng)絡(luò)容量,提高網(wǎng)絡(luò)利用率。無(wú)線工作站可以通過(guò)動(dòng)態(tài)速率變換機(jī)制自動(dòng)4.覆蓋范圍預(yù)測(cè)接入點(diǎn)的無(wú)線覆蓋范圍與其發(fā)射功率、周圍環(huán)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳輸速率以補(bǔ)償無(wú)線電信號(hào)變化。如圖2境有直接關(guān)系,而與接人點(diǎn)的距離不同可提供的傳所示,距離接人點(diǎn)和其他工作站較近的用戶可以以輸速率也不同,這決定了有效覆蓋范圍的大小。表2較高的傳輸速率(11 Mbit/s)進(jìn)行通信。如果工作站是直接序列擴(kuò)頻方式的傳輸距離統(tǒng)計(jì)(工程值),適離開(kāi)最佳覆蓋范圍或受到其他信號(hào)干擾,這些工作用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式。表3是在半開(kāi)放站就只能以較低的速率(5.5、2、1Mbit/s)工作。而環(huán)境中單接人點(diǎn)和無(wú)接人點(diǎn)情況下站間距離與典后,當(dāng)工作站與最佳傳輸速率的覆蓋范圍距離再次縮小時(shí),傳輸速率會(huì)自動(dòng)上升。另外,隨著WLAN用型傳輸速率的預(yù)測(cè)結(jié)果(工程值)。影響無(wú)線電波傳播的各種因素也造成了WLAN中接人點(diǎn)覆蓋范圍的減小,這些因素包括:●無(wú)線電波的多徑效應(yīng);●墻和門等物理障礙物的阻隔;接入點(diǎn).不同建筑材料對(duì)無(wú)線電波傳播的影響;.來(lái)自其他電氣電子設(shè)備,如微波爐、傳真機(jī)、50m 11 Mbics表2直接序列擴(kuò)頻方式在不同環(huán)境下的覆蓋范圍70m 5.5Mbi/s環(huán)境描述最大距離(m)中國(guó)煤化工封閉的室內(nèi)有門和墻的辦公環(huán)境90半開(kāi)放室內(nèi)| 齊肩高中空墻分開(kāi)的工作間_15FYHCNMHG開(kāi)放戶外04圖2單接入點(diǎn)動(dòng)態(tài)速率變換39現(xiàn)代電信利場(chǎng)i技術(shù)專題7戶數(shù)量的不斷增加,通信量也會(huì)增加,將對(duì)用戶可的頻道同時(shí)工作,各接人點(diǎn)的頻道至少要隔開(kāi)5個(gè)頻以使用的有效帶寬產(chǎn)生不良影響。道的距離。由此可見(jiàn),接人點(diǎn)的工作頻率可在第1/6/在WLAN容量設(shè)計(jì)中也可以考慮采用一種可11信道、2/7/12信道和3/8/13信道中選擇。選的增加容量的解決方案一獨(dú) 立網(wǎng)絡(luò)。在獨(dú)立網(wǎng)六.查勘和測(cè)試.絡(luò)中,每個(gè)接入點(diǎn)使用一個(gè)特定的頻率,特定用戶僅能使用其中一個(gè)接人點(diǎn),不同網(wǎng)絡(luò)的接人點(diǎn)的覆WLAN網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是使無(wú)線接入設(shè)蓋區(qū)域可以相互重疊,只要使用不同頻率就不會(huì)造備覆蓋所有期望覆蓋的區(qū)域,能夠提供足夠的負(fù)荷成相互影響。使用獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)可以避免大量用戶擁擠能力。由于環(huán)境的復(fù)雜性,WLAN的設(shè)計(jì)必須通過(guò)到一個(gè)特定區(qū)域，這樣可以平衡各接入點(diǎn)的負(fù)荷，實(shí)際查勘和測(cè)量評(píng)估才能達(dá)到預(yù)期效果。實(shí)現(xiàn)安全網(wǎng)絡(luò)和一般網(wǎng)絡(luò)共存,互不干擾。例如在在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式中接入點(diǎn)的定位是WLAN優(yōu)化校園里,教師可以使用加密后的WLAN,學(xué)生使用設(shè)計(jì)的重要方面。接人點(diǎn)的位置首先應(yīng)根據(jù)實(shí)際的場(chǎng)另外沒(méi)有加密過(guò)的網(wǎng)絡(luò),兩者共存。景和需求進(jìn)行初步選擇,然后再通過(guò)實(shí)地測(cè)量進(jìn)行調(diào)整。所遵循的原則是接人點(diǎn)的覆蓋區(qū)域之間無(wú)間隙,五.頻率規(guī)劃接入點(diǎn)之間的重疊區(qū)域最小。還應(yīng)借助于規(guī)劃工具軟依照802.11 WLAN的國(guó)際規(guī)范和國(guó)家無(wú)線電件完成接人點(diǎn)站點(diǎn)勘察， 使布署WLAN的工作能夠管理委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，目前無(wú)線局域網(wǎng)的工作頻段為:順利進(jìn)行。規(guī)劃工具可以使用用戶密度、吞吐量、輸出2 400~2 483.5 MHz,是公開(kāi)的非管制頻段,無(wú)需申請(qǐng)?jiān)肼?、信噪?SNR)這類參數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn),確定接人點(diǎn)許可證。運(yùn)營(yíng)商應(yīng)積極實(shí)施熱點(diǎn)地區(qū)的WLAN覆位置信道分配功率輸出及其他配置屬性,根據(jù)定位蓋,搶占頻率資源,爭(zhēng)取市場(chǎng)先機(jī)。原則和技術(shù)指標(biāo)對(duì)測(cè)試數(shù)值反復(fù)調(diào)整，直到滿意為WLAN的工作頻率帶寬為83.5 MHz,劃分為14止。但不管使用什么I具，仍然需要人工進(jìn)行站點(diǎn)現(xiàn)個(gè)子頻道,每個(gè)子頻道的帶寬為22 MHz,最多有13場(chǎng)勘察 ,這是規(guī)劃工具所不能代替的。個(gè)信道可用,13個(gè)信道的標(biāo)號(hào)及其中心頻率、低端/七.結(jié)語(yǔ)高端頻率如表4所列。在多個(gè)頻道同時(shí)工作的情況下,為保證頻道之間WLAN是--種利用無(wú)線多址信道支持計(jì)算機(jī)通不互相干擾，要求兩個(gè)頻道中心頻率的間隔不能小于信的有效方法,為通信的移動(dòng)化、個(gè)人化和多媒體化25MHz。從表4可以看出,最多可以提供3個(gè)不重疊提供了潛在的手段,并呈現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。與有線局域網(wǎng)相比，WLAN具有不可替代的技術(shù)優(yōu)勢(shì),將表42.4 GHz WLAN各信道的頻率MHz迅速地應(yīng)用于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)中，以滿足移動(dòng)用戶進(jìn)行寬信道標(biāo)號(hào)中心頻率信道低增/高端頻率帶接入和網(wǎng)間漫游的需求。同時(shí),必須認(rèn)識(shí)到WLAN124122 401/2 423網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,重視部署前的實(shí)際環(huán)境勘察224172411/2 433324222416/2 438與測(cè)試，選取合適的WLAN類型,制定切實(shí)可行的組424272421/2 443網(wǎng)方案,因此不僅要從覆蓋范圍的角度來(lái)考慮,而且52 4322426/2 448還要考慮容量提供能力和可用頻率資源,在保證網(wǎng)絡(luò)624372331/2 453服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)盡可能節(jié)約建設(shè)成本,力爭(zhēng)為用戶提724422 436/2 458824472441/2 463供一個(gè)性能價(jià)格比較高的WLAN網(wǎng)絡(luò)。MSTo924522 446/2 468收稿日期:2004-09-2824572451/2 473修改日期:2005-01-0624622456/2 478中國(guó)煤化工122 4672461/2 4831 Ma.MYHC N M H G順滿,吳長(zhǎng)奇等譯.北京:1324722 466/2 488科學(xué)教育出版社,20032移動(dòng)通信在線網(wǎng)站熱點(diǎn)技術(shù)專欄. ht/wmc21st.com40JaooseJa..