运营商WLAN网络室内覆盖解决方案分析.docx

运营商WLAN网络室内覆盖解决方案综述关键字：IEEE802。11b OWLAN SIM认证 天馈系统 单网WLAN方案 双网（GSM/WLAN）合一摘要：本文针对运营商WLAN网络解决方案的设计进行了介绍，根据笔者多年的工作经验，对WLAN热点的无线信号覆盖系统进行了系统、多角度的分析。到目前为止，中国移动、中国电信、中国网通相继在全国范围内布署了自己的运营商WLAN（简称OWLAN）网络。根据已建成的几个OWLAN网络来看，均是基于IEEE802.11b标准的WLAN网络；做为专业的运营商级WLAN网络系统的集成商，我们在过去的工程建设中，积累出了一些针对运营商WLAN网络的解决方案，与大家共享。一、 运营商WLAN网络体系结构1 网络结构：电信业务运营商具有一个覆盖全国业务骨干网络，在此基础上建设OWLAN网络的认证服务（Authentication Service）、计费服务（Account Service）中心和热点覆盖网络等，它们的网络层次结构如下图：图1 OWLAN网络的典型结构 上述网络结构中，在城域网以上属于运营商的全国业务骨干网络，自AC以下属于WLAN热点网络，在后面的分析中我们将对WLAN热点网络的建设方案进行讨论。2 认证流程：WLAN终端与热点AP建立网络连接，通过无线设备发出认证请求，经过OWLAN网络透明传输，到达认证服务器，请求数据经过处理，返回认证结果给WLAN用户终端，如果通过认证，计费服务器开始计费。 目前运营商级WLAN网络的认证方式有：（1）Web页面+帐号认证；（2）EAP-SIM认证；（3）VPN虚拟拔号认证。在一些运营商WLAN网络中可以提供两种或两种以上的认证方式。3 热点类型：一般情况下，对于WLAN中的主要设备AC（Access Controller）而言，将它的安装位置不同可以将WLAN热点分为分布式热点和集中式热点。对于分布式热点，AC安装在热点区域机房内，管理该热点的AP和用户；这种解决方案适合于重要场所，用户数规模大，以及未来有特殊需要的热点。比如，机场，大型博览中心等。集中式热点：将AC安装在一个比较集中的中心机房，用来管理多个小型热点的AP及用户，节省投资。比如，运营商的营业厅，咖啡馆/酒吧等。分布式与集中式没有严格的区分标准，在网络建设中，一般根据所建设热点的实际环境及用户规模而定。如果不容易确定采用什么方式的热点，可以先考虑用集中式组网；经过一段时间的运行，若确有必要再扩建网络容量，改为分布式。二、 网络解决方案编写WLAN网络解决方案时，可以采取以下原则：信号覆盖位置要准确；信号强度达到建设方的要求，并符合国家相关标准；系统容量符合要求；不浪费建设方的投资；充分考虑热点物业业主的要求；方案的文字表达清楚明确。根据以上原则，为了能设计出更合适的WLAN热点建设方案，可以将WLAN建设方案种类列为下表：WLAN热点建设方案列表分类依据方案类别备注按热点AC建设方式分集中式方案分布式方案以AC的安装位置来决定按信号频率种类分单网WLAN方案双(多)网合一方案(GSM/WLAN/3G)WLAN的无线信号和GSM、CDMA等信号是否共用天馈系统按热点建筑分室内覆盖方案（商业大厦、酒店等）室外覆盖方案（住宅小区、广场）以WLAN的信号所覆盖区域的建筑特点来决定WLAN的网络系统由有线网络和无线信号覆盖两部分组成，在方案设计过程中，不但要仔细考虑有线网络的建设方案，还要重点设计合适的无线信号覆盖方案。由于WLAN网络的有线部分与局域网络相似，在此略去，下面重点讨论无线信号覆盖部分的方案设计。（一） 单网WLAN方案 下面是一个酒店WLAN热点例子，系统覆盖图如下：图2 XX酒店WLAN热点覆盖图1 方案说明：这是一个中型酒店的覆盖方案，由于整个酒店建筑已于2001年建设了GSM直放站覆盖系统，主要是解决-1F停车场及部分高层客房手机信号弱和掉话的问题；所以在原有天馈系统上加载WLAN信号，将达不到其覆盖效果，经过实地勘测和讨论决定采用单独WLAN信号覆盖方案。2 热点覆盖描述：方案中采用了3台AP，3台WLAN干放，10幅室内天线（1幅壁挂天线/9幅全向吸顶天线），覆盖区域酒店1F大堂，2F会议室与咖啡厅，3F会议室（多间），4F健身与休闲室，5F客房，总覆盖面积约1500M2。3 系统方案特点：覆盖区域与投资额覆盖区域涉及多个楼层，各覆盖区域不规则，信号覆盖效果必须达到要求；从建设方来讲，投资额要尽量节省。方案中采用了AP加WLAN干放的方法，将AP的射频信号适当放大，用信号馈线将WLAN信号引入到覆盖目标区。 天线功率分配均衡对覆盖区域的装修结构必须清楚，根据实地情况采用合适的覆盖天线；比如，室内小区域（100200M2）采用全向吸顶天线，空旷的大区域（300M2以上）采用方向性较好的壁挂天线或小板状天线，进行有效覆盖。在上例中，2F的多功能厅约有400M2，楼层高为7米，从施工难易程度和业主对工程美观性的要求等多方面因素考虑，采用壁挂天线比较合适。 信号覆盖区域的轻重明显根据实地勘测情况，需要对整个热点的覆盖区域分清重点区域和次要区域；对于WLAN用户集中的区域，WLAN信号要足够强，系统容量尽量大，对于WLAN用户少的区域，尽量从节省投资的角度考虑系统设计。在上例中，可以看出2F多功能厅与3F会议室为重点区域，4F为次要区域，其它区域介于二者之间；2F和3F的天线稠密，4F的天线就稀疏，介于二者之间的1F与5F的区域均匀布放天线。4 方案小结：在上述方案中，系统设计兼顾了提高信号覆盖质量、降低工程施工的难易程序、节省工程投资额等诸多方面的因素，力求WLAN方案最佳。（二） 双网(GSM/WLAN)合一方案 在此，举一个商业广场的例子来说明。图3 系统原理图该商业广场4F以上为商住套房（该部分无WLAN覆盖要求，在系统图中省略），1F-3F为商铺，其中1F所有商铺呈“”形，2F-3F的商铺呈“回”字形，如图4。根据现场勘测来看，在商业广场的1F3F计划安装GSM信号覆盖系统和WLAN信号覆盖系统，从施工方面和节约投资的角度等多方面考虑采取GSM和WLAN共用一套天馈系统的方案，即GSM/WLAN双网合一方案。 在这种结构的网络中，经过宽频带合路器件，将不同频段的无线信号合路到一条馈线上进行信号传输，这就是双网（或多网）合一的实现原理。在整个天馈系统中，所有无源器件及信号线缆均需支持GSM900/1800/1900MHz和WLAN2.4GHz两个频段频率，其中宽频带合路器是双网合一系统中的关键器件，宽频带合路器应具有工作频带宽、插入损耗小、驻波小、输入端之间隔离度大、功率容量大、交调指标好等特点。 根据现场模拟测试结果，1F需要安装3幅吸顶天线，2F安装4幅吸顶天线对“回”字形的商铺进行覆盖，3F安装2幅吸顶天线和1幅壁挂天线，在这样的天线分布系统的覆盖区域，GSM和WLAN信号均能达到有效覆盖。根据实地模拟测试发现在建筑物的南北方面上的各楼间，信号易于穿透楼层到达相邻楼层，所以在方案中安排了上述各楼层的天线数量及布放位置。在3F安装了1幅壁挂天线，它具有水平方向角120°，天线增益6dBi，这是用来覆盖1F3F中央的中空展示厅，并对1F3F吸项天线信号比较弱的区域进行弥补覆盖。经过工程开通后测试，在覆盖区域WLAN信号为-71dBm，满足建设单位的信号强度要求。图4 天馈器件布放图上述两个类型的方案例子，重点对无源天馈系统进行了详细的分析，以达到最佳的信号强度覆盖。在WLAN热点建设中，还有诸如AP信道选择、系统用户容量等等问题没有谈到，下面对此类问题统一论述。三、 方案分析及网络优化1 AP信道选择在AP信道配置方面，依据802.11b及国家无委会对2.4G频段扩频设备的使用规定，该频段的工作频率带宽为83.5MHz，最多有13个信道可用，具体信道标号及其中心频率如下所示：信道标号中心频率信道低端/高端频率12412MHz2401/2423MHz22417MHz2406/2428MHz32422MHz2411/2433MHz42427MHz2416/2438MHz52432MHz2421/2443MHz62437MHz2426/2448MHz72442MHz2431/2453MHz82447MHz2436/2458MHz92452MHz2441/2463MHz102457MHz2446/2468MHz112462MHz2451/2473MHz122467MHz2456/2478MHz132472MHz2461/2483MHz 表1 信道频率表根据上表，在同一区域，存在多个AP的情况下，为保证AP信道频率之间不相互干扰，要求两个频道的中心频率间隔不能低于25MHz，即信道频率范围没有重叠，所以相邻AP间的信道频率必须两两隔离，在DSSS技术中最多可以提供3个不重叠的频道同时工作，应用中一般选择1，6，11三个频道进行频率规划，对于热点AP数大于3时，采用同一信道的AP之间不能有相邻和重叠的信号覆盖区域。 在前面所举的两个例子中，均只使用了3个AP，所以它们的信道选择可以指定为1，6，11当中的任意一个；在单网WLAN的方案中，如果还有6F、7F等楼层，这时所用AP数将大于3，那么在6F的AP信道一般选择与1F的AP相同，依次类推7F选择与3F的AP相同，等等。2 系统用户容量假设一个前提：热点的机房设备与运营商中心机房之间有足够大的数据传输速率。对于上述两例中，根据设备性能及系统建设的合理性，我们一般给定热点上的AP用户容量为：25用户AP，则某一热点的系统用户容量=25AP数量在此，我们以第一个例子的方案来讲述，如何优化WLAN网络的用户容量配置问题？在商务过程中，可能有这样的情况发生，一个商业活动正在酒店2F的多功能厅举行，这时这个地方的用户可能超过25，假设有40个用户，要满足用户的需要，就得增加AP数量，这是其一；当与会人员在多功能厅举行完会议后，可以还需要到3F的会议间进行分组讨论或开会，这时3F的AP用户容量又将成为网络瓶颈，需要增加AP数量，这是第二点；如果这样简单增加覆盖区域AP数量，那么2F和3F就将需要4个AP；这样不但增加了信道选择的难度，又造成了AP资源浪费。于是我们提出将2F和3F原有的两个AP进行电桥合路的方案来解决上述情况：用户数量突发增加而造成的用户容量瓶颈。请看下面的电桥合路原理图(图5)：图5 WLAN电桥合路原理图在电桥的I-A输入端馈入一路WLAN信号/信道1，在I-B输入端馈入另一路WLAN信号/信道11；经过电桥合路后，在O-1/O-2两个输出端均可得到信道1和11的复合WLAN信号，然后将两路输出端分别接入原2F/1F和3F/4F的天馈系统，那么在2F多功能厅中用一幅天线就实现了两个信道（1和11）的信号进行覆盖，用户容量，同样在3F的会议室内同一天线也有两个信道信号。在不改变热点整个网络拓扑的情况下，提高了系统的利用率，虽然系统容量的总量没有增加，但使网络信号覆盖更加合理了。 为了防止上行信号相互串入对方端口，在电桥的输入端，两路输入信号的频率不能同频或邻频，最好是频率间隔尽量大。一般地选取信道1和信道11作为输入信号最合适。3 信号强度及干扰问题由于WLAN信号使用ISM频段，在这一频段范围干扰源较多，比如一些医疗设备、厨房微波器具以及其他工业设备，等等。但WLAN信号的干扰问题大多数是同一运营商/企业WLAN设备之间或不同运营商/企业的WLAN设备之间造成的，主要表现为：同一区域同一运营商用了多于3个AP进行覆盖，AP信道存在重复，造成同频干扰；同一区域不同运营商的多个（>3）AP，不同运营商可能AP信道的规划不一致，造成同频或邻频干扰。目前，还没有一个可靠的办法能彻底解决WLAN设备之间的干扰问题，但可以通过调整AP的发射功率来改善覆盖区域的WLAN信号。AP的发射功率一般软件可调，分为二或四个档次，根据实际需要降低功率，适当缩小AP的覆盖范围，达到减少同频或邻频干扰。如果干扰主要来自自身的AP信号，那么可以用天馈系统扩展单个AP的覆盖范围，使其同一信道的AP之间有足够的空间间隔。比如上述的单WLAN方案所述的情况，如果不用天馈系统直接用AP覆盖，那么在3F就可能使用每间会议室用一个AP，这样就可能与上下楼层的其它AP（信号穿透楼层时）造成同频干扰；使用天馈系统后，就可以提高网络覆盖质量。四、 WLAN网络的未来发展趋势随着技术的不断发展，WLAN网络将不断完善，同时与WLAN相关的新技术也层出不穷。在此，结合运营商WLAN网络建设来看看即将出现的新技术及发展趋势：1 单AP多信道和WLAN基站：一个AP可以设置一个以上的信道多频率，适用于小热点用户量突发情况，这样的AP一般还加入了AC功能，便于设备及用户管理；WLAN基站，融合多AP大容量用户数，功率强大，组网灵活，可以用于双网合一工程或者现场设备取电不便的热点。2 WLAN与GPRS融合：未来两网达到彻底融合，在相互切换不需要先下线然后再上另一网络，它们之间的切换应该是快速而平稳的。3 WLAN的热点与未来BWAN（Broadband Wireless Access NetworkWiMax）：目前，被业界热捧的IEEE802.16标准的BWAN，据称可以实现广域（几公里至几十公里范围）信号覆盖，网络高速率（70Mbps）。如果BWAN真的可以实现，到那时WLAN热点之间的传输就可以采用BWAN建设骨干网，已建成的WLAN网络的速率将得到提高。