WLAN网络优化设计

NOD洲IEIETEHAOO听E0A防EeaturesWLAN网络优化设计李军北京邮电大学电子工程学院博士研究生陈虎诺基亚北京有限公司网络部业务经理◎摘"要”与有线局域网相比,WLAN的技术优势是可以在热点地区为用户提供无线宽带业务。在WLAN网络优化设计方面值得探讨和研究的问题很多,这里主要针对WLAN的类型选择、无线组网、覆盖设计、容量设计频率规划、查勘测试等方面进行论述。◎关键调一无线局域网,接入点,网络设计,优化设计,组网方案，频率规划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.无线局域网(WLAN)是近年来计算机网络与无线通信技术相结合的产物,它采用无线传送方式支持计算机之间的通信，为移动或半移动的用户提供无线宽带接入服务。在大多数运营商的市场运作中，一般将WLAN部署在局部热点地区,为移动高端用户提供高速数据的无线接入,满足移动办公、信息搜索、比网娱乐等需求。与传统有线局域网相比，WLAN具有安装便捷、移动性好、使用灵活、传输速率高、经济节约等技术优势。与此同时，如何优化设计WLAN网络为业界提出了新的课题。本文主要针对WLAN的类型选择、无线组网、覆盖区域设计、容量设计、频率规划、查勘测试等方面进行详细论述。-.合理选择WLAN类型WLAN无线网络包括无线网卡和接人点(AP)两部分。接入点作为桥接的无线基站,一方面通过无线传输媒质连接无线网卡,另一方面连接有线局域网,无线终端通过接人点与有线局域网相连。WLAN发送和接收信息可以采用红外系统或射频系统。基于射频方式的WLAN利用无线电波作为传输媒质,因具有传输距离远、可穿透非金属物体、适合室内外传播等优点而被大量采用。基于红外方式的WLAN由于受到红外线特性的限制,只能用于室内短距离传播,且传输速率较低,仅能应用在传输敏感数据的特殊场合,实际应用很少。射频方式的WLAN主要通过跳频扩频(HSS)和直接序列扩频(SSS)两种方式对无线信号进行扩展,两者之间最重要的区别在于传输带宽不同:前者的使用带宽仅为1MHz,最高传输速率仅能达到3 Mbiv/s;后者则可在22 MHz的频率上实现5.5 Mbi/s和11 Mbiv5<(EEE 802.1 Ib标准)的高速数据传输。在大多数WLAN的设计中,最理想的选择是采用射步中国煤化工广展方式。二. WLAN组网方案YHCNMHG规划WLAN的关键在于无线网络结构的优化设计，它直接关系到WLAN建成使用后的网络质量37，现长电利技，技术专题和投资效益。目前，在WLAN无线组网方案中广泛采用载波监听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)机采用点对点和基础结构两种模式。这两种模式各有制,试图在发送信息过程中避免发生冲突。在点对其应用场合和优缺点，目的都是在无线信道中为用点模式WLAN设计中,应主要考虑各个无线工作站户提供与有线局域网相近的数据传输速率。的位置要恰当、距离要合适,尽可能避免隐藏节点1.点对点模式的问题,以使每个无线工作站都能够与其他工作站点对点模式又称对等网络或独立基本服务集之间进行通信。图1可以很直观地说明隐藏节点问(IBSS)。采用这种模式时,无线工作站之间可自行组题:工作站A.B、C都在接人点的覆盖范围之内,但网、直接通信而不需要经过接入点转接。该组网方工作站A不在工作站B、C的通信范围之内,因此可式适合在尚未建设有线网络或根本不需要有线网能造成3个工作站无法实现信息的接收和发送,所络的地方实现简单快捷地组网，以满足暂时需要的.以工作站A必须再靠近-定距离才能相互通信。通信服务。但无线工作站只能相互通信,不能对大型外部网络或Internet进行访问。工作站A2.基础结构模式基础结构模式也称基本服务集(BSS),这种网络由工作站和接人点组成,各无线工作站之间通过-个或多个接人点来实现通信。仅使用一个接入点的无线网络称为基本服务集,两个或多个基本服务接入点工作站B工作站C集可以连接组成扩展服务集(ESS)。当采用扩展服务集工作模式即使用多个接人点时,就可以覆盖某个区域，类似移动通信系统中的蜂窝小区,组成蜂窝结构时它的覆盖范围能够很好地支持漫游和服图1隐藏节点的问题图务区之间的切换。在工程设计中采用哪种工作模式取决于组网2.基础结构模式WLAN的网络覆盖设计的目的。当仅仅需要在无线工作站之间进行通信而针对基础结构模式WLAN的网络覆盖区域设且没有外部网络时,采用点对点模式的WLAN非常计,最关键的问题就是要预测需要多少接人点以及适合，如在宾馆房间或临时会议中心快速组网;当如何规划这些接人点。只需要一个接人点时,应当无线工作站需要访问外部网络,但被局限在某区域尽量将该接人点设置在覆盖范围的中心位置。如果内,且采用一个接人点就能覆盖工作站的服务区域接人点不得不安装在有障碍物的地方,可以使用可时,可考虑采用基本服务集模式的WLAN;如果服选范围扩展天线来扩大接入点覆盖范围;要设置多务区域过大或工作站必须离开服务区域但仍需继个接入点时,必须注意使每个接人点的覆盖区域和续保持连接,就必须使用多个接人点,宜采用扩展其他接人点的覆盖区域重叠以使工作站可以自由移动和切换。重叠区域的大小取决于该区域中的用服务集模式的WLAN。户数和网络使用率。如果某个区域的用户数比其他三.WLAN覆盖区域设计区域多,该网络的负荷比其他区域高,那么它与临1.点对点模式WLAN的网络覆盖设计近区域的重叠范围就应该更大一些,这可以通过减符合IEEE802.3标准的传统局域网采用载波小接人点的距离来实现。另外，由于各区域的用户监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)机制处理工作密度不同.一般情况下在用户密度大的区域情况更站在同时发送信息时所产生的冲突,而WLAN是通.复中国煤化工高的区域进行接人过无线媒质传输信息,在无线环境中进行冲突检测点有YHCNMHG的区域。在空旷的非常困难,可能造成隐藏节点的问题。所以,WLAN户外可 用对称圆形和球形来划定接人点的覆盖区WFeatures域;而在规则的狭长或矩形建筑物内可用线形或矩表3半开放环境中单接入点和无接入点情况下站间距与传输速率的关系形来设置对称分布的接人点。站间距离(m)带寬(Mbit/s)3.无线传播模型的选取51由于目前没有通用成熟的WLAN覆盖预测方75.5法,因此建议采用如下方式来预测:9开阔空间采用自由空间传播模型，而室内环境115采用ITU-R P.1238 -2建议的路径损耗模型，信号电梯马达等的干扰。总衰减Lau可表示为:Lum=20log10 f+N log10d+Lq (n)-28 dB四、WLAN无线容量分析N:路径系数WLAN能够支持的用户数量并不存在某个理想f:频率(MHz)数字。在工程设计中,必须认真权衡用户数量、覆盖范d:接人点与终端之间的距离(m)围以及网络带宽等各项指标,使用户能够有效地使用L:楼板隔离因子(dB)网络。特别是基于基础结构模式的WLAN容量设计n:接入点与终端之间的楼板数根据P.1238-2建议,路径系数和楼板隔离因子中,接入点的布局十分重要。一方面,工作站与接人点.的距离会直接影响数据传输速率,应尽量缩小工作站可取表1所示的值。与接入点的传输距离,同时考虑障碍物的影响;另一表1室内环境的路径系数和楼板隔离因子值方面,增加接人点可以缩短工作站与接人点之间的距参数办公楼环境商业楼环境离,可以提高用户的数据传输速率,从而提高WLAN路径系数N3022的吞吐量，减少在同一时刻竞争接人网络的用户数，楼板隔离因子L(dB)「15+4(n-1)| 6+3(n-1)增大网络容量,提高网络利用率。无线工作站可以通过动态速率变换机制自动4.覆盖范围预测接入点的无线覆盖范围与其发射功率、周围环调节数据传输速率以补偿无线电信号变化。如图2境有直接关系,而与接人点的距离不同可提供的传所示,距离接人点和其他工作站较近的用户可以以输速率也不同,这决定了有效覆盖范围的大小。表2较高的传输速率(11 Mbit/s)进行通信。如果工作站是直接序列扩频方式的传输距离统计(工程值),适离开最佳覆盖范围或受到其他信号干扰,这些工作用于点对点模式和基础结构模式。表3是在半开放站就只能以较低的速率(5.5、2、1Mbit/s)工作。而环境中单接人点和无接人点情况下站间距离与典后,当工作站与最佳传输速率的覆盖范围距离再次缩小时,传输速率会自动上升。另外,随着WLAN用型传输速率的预测结果(工程值)。影响无线电波传播的各种因素也造成了WLAN中接人点覆盖范围的减小,这些因素包括:●无线电波的多径效应;●墙和门等物理障碍物的阻隔;接入点.不同建筑材料对无线电波传播的影响;.来自其他电气电子设备,如微波炉、传真机、50m 11 Mbics表2直接序列扩频方式在不同环境下的覆盖范围70m 5.5Mbi/s环境描述最大距离(m)中国煤化工封闭的室内有门和墙的办公环境90半开放室内| 齐肩高中空墙分开的工作间_15FYHCNMHG开放户外04图2单接入点动态速率变换39现代电信利场i技术专题7户数量的不断增加,通信量也会增加,将对用户可的频道同时工作,各接人点的频道至少要隔开5个频以使用的有效带宽产生不良影响。道的距离。由此可见,接人点的工作频率可在第1/6/在WLAN容量设计中也可以考虑采用一种可11信道、2/7/12信道和3/8/13信道中选择。选的增加容量的解决方案一独 立网络。在独立网六.查勘和测试.络中,每个接入点使用一个特定的频率,特定用户仅能使用其中一个接人点,不同网络的接人点的覆WLAN网络优化设计的目的是使无线接入设盖区域可以相互重叠,只要使用不同频率就不会造备覆盖所有期望覆盖的区域,能够提供足够的负荷成相互影响。使用独立网络可以避免大量用户拥挤能力。由于环境的复杂性,WLAN的设计必须通过到一个特定区域，这样可以平衡各接入点的负荷，实际查勘和测量评估才能达到预期效果。实现安全网络和一般网络共存,互不干扰。例如在在基础结构模式中接入点的定位是WLAN优化校园里,教师可以使用加密后的WLAN,学生使用设计的重要方面。接人点的位置首先应根据实际的场另外没有加密过的网络,两者共存。景和需求进行初步选择,然后再通过实地测量进行调整。所遵循的原则是接人点的覆盖区域之间无间隙,五.频率规划接入点之间的重叠区域最小。还应借助于规划工具软依照802.11 WLAN的国际规范和国家无线电件完成接人点站点勘察， 使布署WLAN的工作能够管理委员会的标准，目前无线局域网的工作频段为:顺利进行。规划工具可以使用用户密度、吞吐量、输出2 400~2 483.5 MHz,是公开的非管制频段,无需申请噪声、信噪比(SNR)这类参数作为标准,确定接人点许可证。运营商应积极实施热点地区的WLAN覆位置信道分配功率输出及其他配置属性,根据定位盖,抢占频率资源,争取市场先机。原则和技术指标对测试数值反复调整，直到满意为WLAN的工作频率带宽为83.5 MHz,划分为14止。但不管使用什么I具，仍然需要人工进行站点现个子频道,每个子频道的带宽为22 MHz,最多有13场勘察 ,这是规划工具所不能代替的。个信道可用,13个信道的标号及其中心频率、低端/七.结语高端频率如表4所列。在多个频道同时工作的情况下,为保证频道之间WLAN是--种利用无线多址信道支持计算机通不互相干扰，要求两个频道中心频率的间隔不能小于信的有效方法,为通信的移动化、个人化和多媒体化25MHz。从表4可以看出,最多可以提供3个不重叠提供了潜在的手段,并呈现出广阔的发展前景。与有线局域网相比，WLAN具有不可替代的技术优势,将表42.4 GHz WLAN各信道的频率MHz迅速地应用于移动互联网中，以满足移动用户进行宽信道标号中心频率信道低增/高端频率带接入和网间漫游的需求。同时,必须认识到WLAN124122 401/2 423网络优化设计的复杂性,重视部署前的实际环境勘察224172411/2 433324222416/2 438与测试，选取合适的WLAN类型,制定切实可行的组424272421/2 443网方案,因此不仅要从覆盖范围的角度来考虑,而且52 4322426/2 448还要考虑容量提供能力和可用频率资源,在保证网络624372331/2 453服务质量的同时尽可能节约建设成本,力争为用户提724422 436/2 458824472441/2 463供一个性能价格比较高的WLAN网络。MSTo924522 446/2 468收稿日期:2004-09-2824572451/2 473修改日期:2005-01-0624622456/2 478中国煤化工122 4672461/2 4831 Ma.MYHC N M H G顺满,吴长奇等译.北京:1324722 466/2 488科学教育出版社,20032移动通信在线网站热点技术专栏. ht/wmc21st.com40JaooseJa..