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中国移动无线局域网(WLAN)工程设计要求Ver 1.0.0

1 WLAN网络规划设计及建设流程

无线局域网(WLAN)网络规划、建设流程可以分为:需求分析,网络规划,勘察设计等几个阶段。

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图 1-1: WLAN 网络规划设计流程图

2 WLAN网络设计基本原则及指标

2.1采用标准 采用标准

(1) 采用 WiFi/WAPI 技术组网

中国移动 WLAN 采用 WiFi/WAPI 技术组网。WAPI 是我国拥有自主知识产 权的 WLAN 安全标准, 具有较高的安全性能。

(2) 采用 802.11g 和 802.11n 标准的设备为主进行组网

根据《2011 年无线局域网(WLAN)建设的指导意见》,中国移动 WLAN 使用 802.11g 和 802.11n 标准的设备为主进行组网,并逐步向 802.11n 网络过渡。 对于网络需求高的热点,应直接使用 11n 设备进行建设。

(3) 采用瘦 AP 设备

为简化 AP 设备的安装和升级、满足网络的集中管理要求,在网络建设中采 用瘦 AP 设备。

2.2频率选择 频率选择

(1) 802.11b/g

WLAN 802.11b/g 工作在 2.4GHz 频段,频率范围为 2.400~2.4835GHz,共83.5M 带宽,划分为 13 个子信道,每个子信道带宽为 22MHz;其中互不干扰的信道有 3 个,常用的是 1、6、11 这组。子信道分配如图 2-1 所示。

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图:2-1 WLAN 802.11b/g 工作频段子信道分配

(2) 802.11a

WLAN 802.11a 工作在 5.8GHz 频段,频率范围为 5.725GHz~5.850GHz,共 125MHz 带宽,划分为 5 个信道,每个信道带宽为 20MHz。子信道分配如图 2-2
所示。

图 2-2 WLAN 802.11a 工作频段子信道分配

图 2-2 WLAN 802.11a 工作频段子信道分配

(3) 802.11n

WLAN 802.11n 向下兼容 802.11g 和 802.11a,同时支持 2.4GHz 和 5.8GHz频段,两频段的信道数量分别与 802.11g 和 802.11a 一致。

802.11n 技术可以将相邻的两个 20MHz 信道绑定成 40MHz 使用。将两个相邻的 20MHz 信道绑定使用时,一个为主带宽,一个为次带宽,收发数据时既可以 40MHz 的带宽工作,也可以单个 20MHz 带宽工作。

2.3 AP发射功率

根据集团公司无线局域网(WLAN)相关设备技术规范要求:

  • 室内放装型 802.11g AP,射频输出等效全向辐射功率(EIRP)≤20dBm。
  • 室内放装型 802.11n 瘦 AP(双空间流,支持 2.4 和 5.8 双频段同时工作),射频输出等效全向辐射功率≤20dBm;
  • 室分合路型 802.11g AP,AP 设备射频输出功率≤27dBm,发射功率可调,射频输出等效全向辐射功率≤20dBm;
  • 室分合路型 802.11n 瘦 AP(单空间流,支持 2.4 频段),AP 设备输出功率≤27dBm,AP 发射功率可调,射频输出等效全向辐射功率≤20dBm;
  • 室外型 802.11g AP,AP 设备射频输出功率≤27dBm,发射功率可调,射频输出等效全向辐射功率≤27dBm;
  • 采用合路建设方式时,天线口功率应符合国家对于电磁辐射防护的规
    定。

2.4 无线覆盖信号强度

在设计目标覆盖区域内 95%以上位置, WLAN 覆盖接收信号强度应大于等于-75dBm。在采用 802.11n 标准的设备覆盖的区域,条件允许的情况下,建议边缘覆盖场强大于等于-70dBm。

2.5 信噪比

在设计目标覆盖区域内 95%以上位置,接收到的信噪比(SNR)大于 20dB。

2.6 终端接入速率

要求 WLAN(802.11g 和 802.11n)目标覆盖区域内的用户平均上网速率不低于 500Kbps。

为了保证多用户接入的公平性,防止部分用户带宽被抢占的现象,在 AP 端要对用户进行限速(单用户限速为不低于 1Mbps)。

3 WLAN热点建设方案

3.1需求调研及分析

3.1.1找准覆盖热点、精确有效建网

全面分析 2/3G 网络数据流量分布和用户习惯,密切跟踪 WLAN 业务发展需求,综合确定数据流量大的重点场景,精确有效建网;支持 WLAN 作为宽带接入的重要手段之一,争取宽带用户。

根据《关于 2011 年无线局域网(WLAN)建设的指导意见》,根据不同覆盖区域的业务需求特征及市场竞争形势,将 WLAN 覆盖区域分为三类:

  1. 第一类(重点保证覆盖):包括高校、中专、垂直行业、医院、交通枢纽、自有营业厅等。
  2. 第二类(继续拓展覆盖):大型会展中心、商务写字楼、商业街区、星级酒店、银行、地铁、产业园区等公共区域;政府机关等行政单位;住宅小区、乡镇农村等居民点;大卖场、电脑城、小商品批发中心等聚类市场,要进一步加强覆盖的深度和广度。
  3. 第三类(根据需求覆盖):包括茶社/咖啡馆、中小企业、旅游景点等,根据具体发展需求加强覆盖。
3.1.2 分析用户特征, 确定业务模型

(1) 参数

业务模型所涉及的相关参数包括:

  • 覆盖区域内的人数;
  • 业务渗透率:即使用 WLAN 相关业务的人数的比例;有时该参数可用WLAN 的终端渗透率代替;
  • 市场占有率:即不同运营商在相关业务中的市场份额
  • 在线率:由于终端并非一直开机或在线,有时还需要考虑终端的在线率
  • 并发率:即产生网络流量的用户占在线用户的比例。
  • 单用户速率:即并发用户的平均传输速率

(2) 用户数计算
用户数和带宽需求可以用下面的公式计算得到:

  • 总用户数=人数×业务渗透率×市场占有率
  • 并发用户数=总用户数×在线率×并发率

最终的用户规模建议在满足规划期需求基础上按 70%预留余量,即:

设计容量=规划期内需求/70%。

某些情况下,如果某些参数接近于 100%,可以简化或忽略,如终端渗透率、在线率在某些特定的场合可以接近或达到 100%。

各地可结合本地实际情况对相关参数进行优化组合,但需计算得到最终并发用户数,作为网络容量设计的依据。

3.1.3 分析覆盖区域特点,确定覆盖方式

根据 WLAN 用户数量与特征、覆盖范围、容量需求,以及目标区域的无线传播环境与建筑特征等,不同的场景需采用不同的建设方式,主要有:室内蜂窝网分布系统合路、室内独立放装、室外蜂窝网分布系统合路、室外型 AP+定向天线布放、AP 共用室外基站设施布放、Mesh 组网等。

WLAN 各种场景覆盖方案需随《无线局域网(WLAN)分场景覆盖建设方案汇编》调整。

各种建设方式的应用场景及优缺点可参考下表:

表 3-1: WLAN 主要建设方案使用场景及特点

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各场景下的的建设方式不是唯一的,可根据实际无线环境、施工条件等灵活选择;在一个区域内可以采用单一建设方式进行覆盖,也可以两种或两种以上方式结合使用。

3.2 热点组网方式

3.2.1 热点网络架构

热点的网络基本结构一般包括两个层面:

(1) 无线接入点

包括各种类型的 AP,AP 与交换机/ONU 一般采用网线连接,理论传送距离为 100 米,通常建议网线不超过 80 米为宜。在网线传送距离不足时,可采用光电转换器等方式进行连接。

(2) 交换机/ONU

  • 交换机用于汇聚各个 AP,可以根据热点数量、分布情况使用 1~2 级交换机:
    1. AP 较多、分布较广时需要使用汇聚交换机汇聚各个接入交换机;
    2. AP 数量较少、分布集中时只使用一级交换机即可;
  • 当热点区域具备 PON 网络接入条件时,可以用 ONU 代替部分或全部交换机(如图所示);
图 3-1: 热点网络结构

图 3-1: 热点网络结构

安全级别需求较高的情况下热点汇聚交换机可以采用 1+1 备份形式(如图中的汇聚交换机 2),用于对热点的汇聚节点及上下行链路进行冗余备份,提高网络的可靠性。

3.2.2 不同覆盖方式的建设要求

3.2.2.1 室内独立放装

采用室内独立放装的覆盖方式应注意以下几方面要求:

  • 在安装交换机和 AP 设备时,要考虑以太网交换机跟 AP 之间的距离限制;
  • 交换机端口使用数量应根据 AP 功耗、交换机的供电能力计算,并预留扩容、维护等的端口需求;
  • AP 的安装位置应便于网线、电源线、馈线的布线,便于维护和更换;
  • 需注意 AP 的天线位置和天线方向性,AP 周围 2 米内不得有大的金属体阻档。
  • AP 的覆盖范围、AP 之间的间距应根据链路预算和边缘场强要求确定;
  • AP 安装位置应合理选择:一方面尽量靠近拟覆盖区、满足对拟覆盖区域的覆盖;一方面应利用房间隔断等隔离同频干扰,提高网络容量。

3.2.2.2 室内蜂窝网分布系统合路

采用室内蜂窝网分布系统合路的覆盖方式应注意以下几方面要求:

  • 由于 AP 发射功率较小,尽量采用末端合路方式,使 AP 尽量靠近天线;
  • 为避免干扰,分布系统建议每支路仅合路 1 个 AP;
  • AP 的覆盖范围、天线之间的间距、天线口功率应根据链路预算和边缘场强要求确定;
  • 个别分布系统无法覆盖的区域、或容量需求无法满足的区域可结合室内独立放装 AP 的方式实现;

3.2.2.3 室外蜂窝网分布系统合路

室内蜂窝网分布系统合路方式的注意事项也基本适用室外蜂窝网分布系统合路方式,此外,还需要注意:

AP 安装在室外时,需要做好相关设备、线缆等室外设施的防护措施,包括防水、防雷、防尘、防盗等。

3.2.2.4 室外型 AP+定向天线

采用室外型 AP+定向天线的覆盖方式应注意以下几方面要求:

  • AP 安装位置应该选择视野开阔的区域,目标覆盖区域与天线之间最好为视距环境。
  • AP 安装在室外时,需要做好相关设备、线缆等室外设施的防护措施,包括防水、防雷、防尘、防盗等。
  • AP 的覆盖范围、天线之间的间距、天线口功率应根据链路预算和边缘场强要求确定;此外,还应注意发射功率不应超过规范要求的值;

3.2.2.5 AP 共用室外基站设施布放

该覆盖方式建设要求与“室外型 AP+定向天线”方式基本相同。

此外,还需要注意 WLAN 与其它系统之间的隔离度,做好天线的空间隔离。

3.2.2.6 Mesh 组网

在“室外型 AP+定向天线”方式的要求基础上,还应注意:

严格控制每支路跳数,避免因跳数太多引起用户接入速率过低;一般不应超过 4~5 跳;

合理部署 AP,注意每对回传 AP 之间是否会有阻挡,避免因无线环境变化导致网络连接中断。

3.2.3 AP供电方式

(1) 供电方式

AP 通常采用 POE 供电方式,也可采用交流直接供电方式。

POE 供电距离不超过 100 米、一般控制在 80 米以内。POE 供电可分为 POE供电模块和 POE 交换机两种方式:

  • POE 交换机是指以太网交换机中内置 POE 供电模块,实际使用时应注意核算POE供电交换机总输出功率是否满足所连接多个AP的总功率要求,并预留一定余量;且要求 POE 交换机接地良好;
  • POE 供电模块主要是配合普通交换机/ONU 使用。

对于部分耗电量较高的设备(主要是部分 802.11n 的 AP)需采用 PoE+交换机或者独立供电模块。

(2) 电源保障

建议重要热点及电力无法保障热点的 AP 供电需配备后备电源。

3.3 WLAN 网络覆盖分析

3.3.1 链路预算

(1) 室外传播模型

开放空间可以采用自由空间传播模型,2.4 GHz 自由空间电磁波的传播路径损耗符合:

L0(dB)=92.4+20lg(d)+20lg(f)

其中 L0 为自由空间损耗;d 为传输距离,单位是 km;f 为工作频率,单位是 GHz。

(2) 室内衰减因子
室内环境可以选取衰减因子模型作为室内无线传播模型,其表示式为:

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由于 AP 功率较小,WLAN 覆盖范围也较小,覆盖范围受到建筑物内部设施、房间分隔的影响,实际应用中 2.4GHz 一般以不穿透墙或只穿透一堵墙为宜;5.8GHz 以视距传播为主。

3.3.2 天线口功率建议值

根据链路预算,一般情况下建议:

  • 在采用与室内蜂窝网分布系统合路系统合路建设时,天线口功率在 10~15dBm;
  • 在采用与室外蜂窝网分布系统合路系统合路建设时,天线口功率在 20~27dBm;

上述建议仅为一般值,规划时还需根据具体无线环境、天线密度等因素进行实际调整。

3.3.3 模拟测试

由于无线环境的复杂性,链路预算结果一般作为参考值;若需获得更准确的数值,建议采用模拟测试。

对于复杂的环境或有特殊要求的站点,通过覆盖模拟测试可以对无线部署方案进行验证,获得在无线网络部署方案实施之前的模拟效果,了解信号强度及信号覆盖情况,噪声水平及信噪比分布,有利于调整自己部署方案,确定合理的AP 位置和数量,从而最终达到最佳的效果,节省用户的时间和资源,减少不必要的投资,降低部署成本。

3.4 WLAN 网络容量核算

3.4.1 单AP 容量

由于 WLAN 采用 CSMA/CA 机制,如果接入用户过多,那么同一时刻发生冲突的概率明显增大,也必定会延长每个用户等待的时间,而使得系统性能下降。

在接入用户带宽 512kbps 情况下,802.11g 标准 AP,单 AP 支持并发用户按照 15~20 个用户考虑;802.11n 标准 AP,单 AP 支持并发用户按照 25~30 个用户考虑。

3.4.2 存在干扰下的网络容量

CSMA/CA 机制使整个信道带宽为所有用户共享,两个或多个同频 AP 存在重叠覆盖区域时,同频 AP、终端间信号彼此可达,根据载波监听/冲突避免机制,同一个时刻也只能有一个 AP 或终端发送数据,这时不能仅仅根据 AP 数量计算网络总体容量。

图 3-2:AP 覆盖区域示意图

图 3-2:AP 覆盖区域示意图

以上图为例,当 3 个同频 AP 覆盖区域完全重合时,3 个 AP 的总容量与 1 个AP 基本相当;当 3 个同频 AP 覆盖区域完全隔离时,3 个 AP 的总容量才是单个AP 的 3 倍。

3.4.3 802. 11 g/n终端混合接入

802.11n 设备能够提供较高的网络容量,当网络中同时存在 11g、11n 两种终端时,网络总容量将随 802.11n 用户比例上升而上升,AP 侧总吞吐量呈上升趋势,纯 n 用户总吞吐量30~35Mbps)比纯 g 用户吞吐量(15~25Mbps)增加80%左右。下图为不同厂家设备混合组网情况下的测试结果。

图 3-3:802.11g、n 终端混合接入下的网络吞吐量

图 3-3:802.11g、n 终端混合接入下的网络吞吐量

3.5 WLAN 网络频率规划

3.5.1 频率规划方法

在使用 2.4GHz 频点时,为保证信道之间不相互干扰,要求两个信道之间间隔不低于 25MHz。在一个覆盖区内,最多可以提供 3 个不重叠的频点同时工作,通常采用 1、6、11 三个频点。

5.8GHz 的 5 个频点互不重叠,可在同一覆盖区域内使用。

WLAN 可采用蜂窝组网方式,进行 WLAN 频率的复用,如图所示:

图 3-4:频率规划示意图

图 3-4:频率规划示意图

应控制同一信道的 AP 之间距离,减小干扰;AP 覆盖区域之间应有重叠区,以保证无缝覆盖和适应负载均衡。

3.5.2 频率总体应用策略

网络建设中,建议 2.4GHz 频段设备作为网络基础覆盖, 5.8GHz 频段设备作为网络容量提升。由于大部分室分器件无法支持 5.8GHz 频段,室分合路方式原则上只能采用 2.4GHz 频段。

3.5.3 802.11n 频率应用策略

802.11n 在覆盖、性能、容量等多个方面均到达或者超过 802.11g,对于网络需求高的热点,应直接使用 11n 设备进行建设。对于 802.11n 频率使用,应遵循以下原则:

  • 2.4GHz 频段选择
    2.4GHz 频段存在较多干扰,如有其它运营商的网络、业主自建网络等,建议采用 20M 带宽进行组网和规划,选择 1、6、11 三个互不重叠的信道在允许独立运营商布网、干扰较少,且 AP 数量较少,只需要使用 1~2 个频点规划组网,可以采用 40MHZ 或一个 20M、一个 40M 频段组网
  • 5.8GHz 频段选择
    5.8GHz 频段相对干扰较少,建议采用两个 40M、一个 20M 组网方案(与2.4Ghz 三个频点对应)及五个 20M 频段组网(AP 部署密集情况)
    建议干扰 AP 较少或仅允许独立运营商布网时,采用一个或两个 40M 组网方案

室分系统尚不支持 5.8G 频段,目前只可用 2.4G 下的 802.11n 设备;单独放装建设中,在有条件的情况下,启动 5.8G 频段,减少干扰。要从战略高度考虑5.8GHz 频段的使用。

4 AC建设原则

4.1 AC设置位置

为了满足 AP 接入和网络管理的需要,各公司要充分考虑 CMnet 城域网建设情况进行 AC 设备的部署。在建有 CMnet 城域网的地区,AC 设备的逻辑位置与CMnet 城域网接入控制层相当,在物理位置上应当集中部署以完成对 AP 的集中管理控制。

AC 在转发数据时,采用集中转发模式,即 AP 的用户数据流经由 AP 与 AC之间的数据隧道汇聚到 AC,由 AC 统一转发;在高校等特殊应用场景,如果 AP的用户数据流不通过公司的公网(如校园网内流量、集团客户内部网流量),可以通过本地转发这部分数据流。

对于 AC 的部署位置,各公司可根据建网实际情况、业务发展需求、设备性能等,选择旁挂或者串联于核心路由器、汇聚交换机或者 BRAS。为了避免旁挂方式产生的数据迂回,新建网络优选串联方式。

4.2 AC 设计容量

建议 AC 管理的 AP 数量不大于 AC 容量的 70%。

4.3 AC 备份原则

AC 应采用 1+1 方式进行备份,提高网络可靠性。

5 热点传输带宽需求

根据需求分析得到的业务模型可以得到带宽需求:

总带宽=并发用户数×单用户速率

总带宽还可以通过其他方式计算得到,如总带宽=AP 数量×单 AP 平均传输速率。

在此带宽计算结果的基础上,可以预留一定的余量。

 

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