大

作

业

    作 业 题 目  多层生活小区的无线网络全覆盖方案设计

学       号      2010211144                  

学 生 姓 名        张树建                   

专 业 名 称     计算机科学与技术专业        

            2013年  6 月 1日

目  录

1.概述    3

2.无线局域网络技术    4

2.1无线局域网频道分配与调制技术    4

2.2无线局域网的几个主要工作过程    6

2.3影响无线局域网性能的因素    7

2.4无线局域网络的安全性    7

3.无线网络方案设计及实施方案    9

3.1网络设计原则    9

3.2覆盖考虑    10

3.3无线链路计算    10

4.无线网络需求分析    11

4.1应用需求    11

4.2方案选型    12

5.无线组网详细设计方案    12

5.1方案总体网络设计    12

5.2无线室外覆盖原理    13

5.3网络拓扑图    14

5.4机房网络设计    14

6．设备清单及报价    15

绪论

随着802.11a/b/g/n成为工业标准，因特网的日益普及，以及移动终端的不断增加，人们对移动IP接入的需求迅速增长。无线局域网WLAN（Wireless Local Area Network）作为有线以太网的延伸，一定程度上满足了这

种需求。

1网络已遍及世界各国和地区，越来越多的人们为追求更加快捷、高效的生活而选择各种网络应用和服务，吉祥苑小区作为滁州市顶级的住宅区，主要客户为企业老总、高科技人士、金融证券人士等，他们对网络应用的需求很多。如：随时查询各项信息，汇报工作报告；查询和讨论课题在世界范围内的发展状况；通过网络来发布商业信息，实现网上购物等电子商务应用。吉祥苑小区的无线网络建设目标是通过采用现代信息传输技术、网络技术和信息集成技术，进行精密设计、优化集成，将社区精心建设成为一个高端的住宅小区，引入了无线网络覆盖。可摆脱线缆的约束，为广大客户提供全新的上网体验和无可比拟的便利条件。以上根据小区实际情况酌情更改。

无线接入在物理布局、通信距离等方面有其特殊性。一般物理分布分散，环境复杂，通讯的距离较长，若使用有线接入，则存在布线困难、施工不便、费用高、周期长等问题。采用无线方式，无须布线，架设方便，运行、维护成本低，周期短。无线应用灵活，用户可以方便、快捷地在网上冲浪。

1.概述

随着21世纪社会经济迅速发展，互联网与无线通信技术的融合。高速率，高性能和兼容性已成为人们的普遍要求，对随时随地进行通信和信息服务的需求变得迫切。现有的有线网络在某种程度上已不能满足需求，因此，无线化，智能化的移动通信以及快捷方便的无线接入，无线互联等众多适应当前需求的新概念和新产品应运而生。

WLAN是Wireless Local Area Network的缩写，中文全称为“无线局域网”。WLAN采用射频（RF）技术构成局域网络，是一种便利的数据传输系统。由于无线局域网设备一般工作于免授权（unlicensed）频段，在频段的使用上无需高昂的许可费用，而无线局域网可以在不受地理条件、通信不便利以及移动通信的情况下，组建计算机网络，因此它是有线网络的重要补充。

1据Cahners In-start集团预测，到2008年，全球将大约有4万个公共WLAN场所，主要用于给装备有WLAN便携PC的雇员提供无线桌面连接，以及会议室和拜访客人的无线连接；在小型公司里，WLAN的灵活性和节省成本的优点体现得更强，将有45％的小公司和分支机构将使用WLAN解决方案；家庭网络由于用户数量巨大，也将是一个不可忽视的市场。

目前无线局域网技术已成熟完善，802.11技术标准本身已具备作为运营网络的一种宽带接入手段所需要考虑的区分运营网络接入、空口安全、用户隔离、多AP间慢速切换、多AP间用户负载均衡等特性规范。802.11技术产品产业链已经逐步形成，产品成熟稳定，适合各种应用场合的AP基站以及配套天馈系统已在运营商网络中大量应用。无线局域网技术已超越原先定义的为企业或家庭提供最后100m接入（无线Hub）的范围。

可以预见，WLAN作为一种高速无线数据接入的手段，必将与现有网络一起，构成灵活、高效、完善的宽带网络。既可以作传统有线网络的延伸，在某些环境也可以替代传统的有线网络。对比传统的有线传输解决方案，使用WLAN网桥实现数据传输具有以下显著特点：

简易性：WLAN网桥传输系统的安装快速简单，可极大的减少敷设管道及布线等繁琐工作；

灵活性：无线技术使得WLAN设备可以灵活的进行安装并调整位置，使无线网络达到有线网络不易覆盖的区域；

综合成本较低：一方面WLAN网络减少了布线的费用，另一方面在需要频繁移动和变化的动态环境中，无线局域网技术可以更好地保护已有投资。同时，由于WLAN技术本身就是面向数据通信领域的IP传输技术，因此可直接通过百兆自适应网口和企业、学校内部Intranet相连，从体系结构上节省了协议转换器等相关设备；

扩展能力强：WLAN网桥系统支持多种拓扑结构及平滑扩容，可以十分容易地从小容量传输系统平滑扩展为中等容量传输系统；

随着WLAN技术的快速发展和不断成熟，目前在国内外具有较多的中大规模应用，诸如平安城市、国家大剧院等的全城、全区覆盖，向客户提供各种业务。 

2.无线局域网络技术

2.1无线局域网频道分配与调制技术

OFDM是无线局域网802.11g采用的技术，可在2.4G的ISM频段提供最高达54Mbps的速率。

13个子频道分配如下图：

在多个频道同时工作的情况下，为保证频道之间不相互干扰，标准要求两个频道的中频间隔不能低于25MHz。802.11g设备提供3个不重叠的频道同时工作，在工程覆盖的运用中，为了降低相互之间的干扰，相邻的AP需要选择不同的信道。

无线局域网拓扑结构

无线局域网组网分两种拓扑结构：对等网络和结构化网络。

对等网络也成Ad-hoc网络，它覆盖的服务区称基本服务区。对等网络用于一台无线工作站和另一台或多台其他无线工作站的直接通讯，该网络无法接入有线网络中，只能使用。

对等网络中的一个节点必需能同时“看”到网络中的其他节点，否则就认为网络中断，因此对等网络只能用于少数用户的组网环境，比如4至8个用户，并且他们离得足够近。

结构化网络由无线访问点（AP）、无线工作站（STA）以及分布式系统（DSS）构成，覆盖的区域分基本服务区（BSS）和扩展服务区（ESS）。无线访问点也称无线hub，用于在无线STA和有线网络之间接收、缓存和转发数据。无线访问点通常能够覆盖几十至几百用户，覆盖半径达几百米。

基本服务区由一个无线访问点以及与其关联（associate）的无线工作站构成，在任何时候，任何无线工作站都与该无线访问点关联。换句话说，一个无线访问点所覆盖的微蜂窝区域就是基本服务区。无线工作站与无线访问点关联采用AP的基本服务区标示符（BSSID），在802.11b中，BSSID是AP的MAC地址。

扩展服务区是指由多个AP以及连接它们的分布式系统组成的结构化网络，所有AP必需共享同一个扩展服务区标示符（ESSID），也可以说扩展服务区ESS中包含多个BSS。分布式系统在802.11标准中并没有定义，但是目前大都是指以太网。扩展服务区是一个Layer 2网络结构，对于高层协议比如IP来说，它是一个子网。

2.2无线局域网的几个主要工作过程

扫频：STA在加入服务区之前要查找哪个频道有数据信号，分主动和被动两种方式。主动扫频是指STA启动或关联成功后扫描所有频道；一次扫描中，STA采用一组频道做为扫描范围，如果发现某个频道空闲，就广播带有ESSID的探测信号；AP根据该信号做响应。被动扫频是指AP每100毫秒向外传送灯塔信号，包括用于STA同步的时间戳，支持速率以及其它信息，STA接收到灯塔信号后启动关联过程。

关联（Associate）：用于建立无线访问点和无线工作站之间的映射关系，实际上是把无线变成有线网的连线。分布式系统将该映射关系分发给扩展服务区中的所有AP。一个无线工作站同时只能与一个AP关联。在关联过程中，无线工作站与AP之间要根据信号的强弱协商速率，速率变化包括：54Mbps, 48Mbps, 36Mbps和18Mbps等。

重关联（Reassociate）：当无线工作站从一个扩展服务区中的一个基本服务区移动到另外一个基本服务区时，与新的AP关联的整个过程。重关是由移动无线工作站发起。

漫游：指无线工作站在一组无线访问点之间移动，并提供对于用户透明的无缝连接，包括基本漫游和扩展漫游。基本漫游是指无线STA的移动仅局限在一个扩展服务区内部。扩展漫游指无线SAT从一个扩展服务区中的一个BSS移动到另一个扩展服务区的一个BSS，802.11g并不保证这种漫游的上层连接。常见做法是采用Mobile IP或动态DHCP。

2.3影响无线局域网性能的因素

a、传输功率；

b、天线类型和方向；

c、噪声和干扰：授权用户，微波炉，有意干扰等；

d、建筑物结构：引发多路经，穿透效应等；

e、无线访问点摆放的位置。

2.4无线局域网络的安全性

由于无线局域网采用公共的电磁波作为载体，因此与有线线缆不同，任何人都有条件窃听或干扰信息，因此在无线局域网中，网络安全很重要。常见的无线网络安全分几种：

服务区标示符(SSID)：

无线工作站必需出示正确的SSID才能访问AP，因此可以认为SSID是一个简单的口令，从而提供一定的安全。如果配置AP向外广播其SSID，那末安全程度将下降；由于一般情况下，用户自己配置客户端系统，所以很多人都知道该SSID，很容易共享给非法用户。目前有的厂家支持“任何”SSID方式，只要无线工作站在任何AP范围内，客户端都会自动连接到AP，这将跳过SSID安全功能。

物理地址（MAC）过滤：

每个无线工作站网卡都由唯一的物理地址标示，因此可以在AP中手工维护一组允许访问的MAC地址列表，实现物理地址过滤。物理地址过滤属于硬件认证，而不是用户认证。这种方式要求AP中的MAC地址列表必需随时更新，目前都是手工操作；如果用户增加，则扩展能力很差，因此只适合于小型网络规模。

连线对等保密（WEP）：

在链路层采用RC4对称加密技术，钥匙长40位，从而防止非授权用户的监听以及非法用户的访问。用户的加密钥匙必需与AP的钥匙相同，并且一个服务区内的所有用户都共享同一把钥匙。WEP虽然通过加密提供网络的安全性，但也存在许多缺陷：一个用户丢失钥匙将使整个网络不安全；40位的钥匙在今天很容易被破解；钥匙是静态的，并且要手工维护，扩展能力差。为了提供更高的安全性，802.11i提供了WEP2，该技术与WEP类似。WEP2采用128位加密钥匙，从而提供更高的安全。WEP2目前不保证互操作性。

端口访问控制技术（802.1x）：

该技术也是用于无线局域网的一种增强性网络安全解决方案。当无线工作站STA与无线访问点AP关联后，是否可以使用AP的服务要取决于802.1x的认证结果。如果认证通过，则AP为STA打开这个逻辑端口，否则不允许用户上网。802.1x要求无线工作站安装802.1x客户端软件，无线访问点要内嵌802.1x认证代理，同时它还作为Radius客户端，将用户的认证信息转发给Radius服务器。802.1x除提供端口访问控制能力之外，还提供基于用户的认证系统及计费，特别适合于公共无线接入解决方案。

无线局域网络产品的兼容性：

WECA是无线以太网兼容性联盟，有10多个成员，包括3Com，Symbol，Senao，Cisco等，目的是保证各厂家的所有802.11产品的互操作性，所有通过认证的产品将颁发Wi-Fi证书，贴Wi-Fi标志。Wi-Fi代表Ethernet for WLAN。目前有40多个厂家的100多个产品通过了Wi-Fi认证，因此它们之间的互操作将得到保证。

3.无线网络方案设计及实施方案

3.1网络设计原则

结合小区和WLAN的实际应用与发展要求，依照802.11a/b/g/n无线局域网的国际规范和国家无线电管理委员会的标准，在进行实际的网络设计时，无线局域网(WLAN)网络系统设计本着建设功能完整、技术成熟先进的网络系统的前提下，主要遵循以下系统总体原则：

(1)高可靠性原则：网络系统的稳定可靠是应用系统正常运行的关键保证，对于校园网络来说，更是如此，在网络设计中特别是关键节点的设计中，选用高可靠性网络产品，并合理设计网络冗余拓扑结构，制订可靠的网络备份策略，保证网络具有故障自愈的能力，最大限度地保证校园办公系统的高效运行。

(2)技术先进性和实用性原则：以现行需求为基础，保证满足校园办公应用系统业务的同时，又要体现出网络系统的先进性。在网络设计中要把先进的技术与现有的成熟技术和标准结合起来，充分考虑到校园网络应用的需求和未来的发展趋势。

(3)安全性原则：WLAN是一个空间开放网络，同时作对信息的安全以及网络的安全要求较高。制订统一的骨干网安全策略、VLAN策略和过滤机制，整体考虑网络平台的安全性。

(4)高性能原则：承载网络性能是校园整个办公系统良好运行的基础，设计中必须保障网络及设备的高吞吐能力，保证各种信息（数据、语音、图象）的高质量传输，力争实现透明网络，网络不能成为校园实施业务的瓶颈。

(5)规范性原则：系统设计所采用的技术和设备应符合WLAN国际标准、国家标准和联通WLAN企业标准，为系统的扩展升级、与其他系统的互联提供良好的基础。

(6)开放性和标准化原则：在设计时，要求提供开放性好、标准化程度高的技术方案；设备的各种接口满足开放和标准化原则。

(7)可扩充和扩展化原则：所有系统设备不但满足当前需要，并在扩充模块后满足可预见将来需求，如带宽和设备的扩展，应用的扩展和办公地点的扩展等。保证建设完成后的系统在向新的技术升级时，能保护现有的投资。

(8)可管理性原则：整个系统的设备应易于管理，易于维护，操作简单，易学，易用，便于进行系统配置，在设备、安全性、数据流量、性能等方面得到很好的监视和控制，并可以进行远程管理和故障诊断。

3.2覆盖考虑

部署WLAN的第一步是确定接入点的数量和位置，以及扩展由一组互连接入点覆盖区域的位置。覆盖区的间隙会导致在这些区域内无法连通。安装人员可以通过地点调查来确定接入点的位置和数量。地点调查可以权衡实际环境和用户需求，这包括覆盖频率、信道使用和吞吐量需求等。

3.3无线链路计算

无线网络工程在施工之前必须对整个链路进行计算。链路计算根据实地环境勘测结果在保证链路通信质量的基础上进行。链路计算的内容应包括如下几点：

（1）无线链路计算方法

    根据链路之间的距离、使用的频段、使用设备的发射功率、接收灵敏度、使用天馈线系统的规格、长短等进行计算。链路计算公式如下： 

         Pr=Pt-Ltl+Gta-Ltm+Gra-Lrl 其中Ltm=92.5+20logf+20logd

Pr≥Sr

         Pr=接收功率                 Pt=设备的发射功率

        Gta=发射天线的增益          Gra=接收天线的增益

Ltl=发射端传输线路衰耗      Lrl=接收端传输线路衰耗  

Ltm=传输空间衰耗            f=使用频率

Sr=设备的接收灵敏度         d=两站之间的距离          

Pr≥Sr的预留程度应根据实地电磁环境的复杂程度、链路之间的物理环境和通信距离来定。 一般在近距离的情况下，最少应预留3dBm以上。传输距离越远预留增益应越大。

（2）天线极化方式

天线的极化与实地的电磁环境关系比较大，应尽量与当地其他同频段的天线极化方向错开，将外来干扰减至最小。还应对本网链路进行分析在尽量避免外来干扰的情况下还要考虑到自己内部链路的干扰。在同一地点同时放多面天线时，同极化的天线尽量不要安装在同一个方向上，且天线之间应进行隔离。间隔距离的大小可根据使用天线的规格和使用的频率进行计算。

（3）天线安装高度

    天线的安装高度应保证相连的两站点之间完全可视。根据实地勘测和相关地图的测量，可计算出天线安装的最佳高度，在计算时应注意对费涅尔区（费涅尔区是围绕电磁信号中心线周围的一个区域）的计算。在费涅尔区内不能有障碍物。如果费涅尔区内有障碍物的话，就会造成信号的衍射和衰减，降低信号强度。如果地形条件特殊时还可以进行特殊考虑，如链路之间有断面等。

（4）天线方位角

计算出天线的理论角度有利于对整个网的链路设计，避免干扰和降低工程的施工难度。计算设备摆放的位置和天线的角度时，应该参照现场实物图计算。

4.无线网络需求分析

4.1应用需求

吉祥苑区是滁州市一流小区，希望采用的无线网络覆盖也是一流的。所以我们采用是先进的、具有一定领先水平的技术，能平滑升级，与营运商的实施计划一致。无线网络的优点在于移动性，我们将根据国家的有关规定，对用户进行管理。本次方案将做到具有以下性能：可扩充性；兼容性；安装简便性；可管理性；安全性；布线方便；具有用户认证的功能。

覆盖目标为吉祥苑小区大部分房间，需保证用户在小区内、房间内等区域的无线接入需求。从小区建筑分布图可见，民祥苑小区的特点是建筑物排列比较规则，小区内有居民楼40余栋，属中等密度生活区。楼高均为6－7层，建筑材料砖混结构。基本上每栋有5－7个单元，大部分楼体长56米，宽16米，高约20米；楼间距18米。每个单元都是一梯两户。经调查，社区的居民基本上把电脑放在靠南墙或北墙的房间里，要求对楼的南北两边的房间进行覆盖。吉祥苑小区平面图也就是无线覆盖区域图：

4.2方案选型

根据业主要求和平面图分析，采用室外覆盖的话，室外空旷区域没有什么问题，但是室内盲区会比较多，某些业主屋内信号可能较弱；需要根据现场实际信号强度优化布点。

5.无线组网详细设计方案

从布线的程序及经济的角度考虑，我们设计了本套方案，以供参考。此次方案采用的是深圳蓝宇公司提供无线网络设备，中继网桥采用5。8G的EOC8610-S-PLUS做连接，以保证带宽的需求；AP覆盖采用EOC-2610加2412A外接12DB的全向天线；无线网卡可提供USB接口的EUB-362-EXT、EUB862-EXT2，符合802.11a/g标准的网卡。

5.1方案总体网络设计

根据现场的具体情况，我们采用AP布置在住宅的外墙上覆盖对面楼的方式来完成无线覆盖，特点是AP的利用率高，覆盖的效果好，在同等的覆盖面积下，使用的AP数量比较少，工程总造价低，无线电波可通过窗户玻璃到达室内，衰减比较少，覆盖效果较好。

5.2无线室外覆盖原理

楼顶的AP安装在室外，可根据不同的需求，选用不同增益和方向性的天线覆盖对面楼房室内或者公共区域，在建筑物的窗户比较多的时候采用本方案可节省大量的设备，和提高覆盖效果。

WBS2400 Wi-Fi蜂窝基站采用业界最先进的BeamForming（空间自适应波束赋形）技术，以及独有的领先的SDMA（空分多址）技术，通过6套智能天线数组射频发射装置，提供显著高于普通无线AP的更大覆盖范围，具有优秀的非视距传输能力和良好的室内穿透力。WBS2400 Wi-Fi蜂窝基站都采用在住宅楼顶上安装的方式，安装位置如平面图所示。这样的布局设计充分利用了波迅基站产品特有的BeamForming（空间自适应波束赋形）以及SDMA（空分多址）优秀技术的性能和特点，单台基站可以覆盖多栋住宅楼等建筑，保障园区所有楼宇都可以获得良好的网络接入效果，保证不同高度，不同朝向的住宅楼等建筑内房间都能得到良好有效的无线网络接入。

鉴于无线领域很多关键的技术目前还不能为公众所得接受，尤其是无线信息辐射方面，下面就给出一份业界的相关的数据供大家参考：小灵通话机的发射功率一般为：80mW，手机的发射功率一般为200mW；无线网卡的发射功率一般为50mW，WiFi手机的发射功率一般为60-70mW，当无线网卡一般在使用中距离人体基本上会大于15cm，此时到达人体的无线能量功率为0.3mW，从医学的角度来看，这么小能量波对人体没有伤害。

综合上所述，本次工程施工将室外型AP与天线放置于楼顶，将天线的角度由斜上方向斜下方进行信号覆盖，这样可做到人很难接到强信号，基本人离天线信号发射点为20米左右，即使到楼顶去了，都是天线信号的背面，就更没有影响了，这样施工也综合考虑了防盗的因素。

5.3网络拓扑图

网络拓扑图如下图所示：

5.4机房网络设计

宽带通过防火墙连接到百兆交换机，各栋楼和公共区域的百兆交换机通过ap和中心机房百兆交换机采用无线连接，各栋楼的ap可以用五类双绞线和相应的交换机相连。服务器装上计费、代理、认证、IE浏览器等软件，可以实现对AP进行有效管理。

代理：服务器装上代理软件，起代理作用。

802.1x：该技术也是用于无线局域网的一种增强性网络安全解决方案。当无线工作站STA与无线访问点AP关联后，是否可以使用AP的服务要取决于802.1x的认证结果。如果认证通过，则AP为STA打开这个逻辑端口，否则不允许用户上网。802.1x要求无线工作站安装802.1x客户端软件，无线访问点要内嵌802.1x认证代理，同时它还作为Radius客户端，将用户的认证信息转发给Radius服务器。802.1x除提供端口访问控制能力之外，还提供基于用户的认证系统及计费，特别适合于公共无线接入解决方案。

AP管理：可通过IE进行管理，根据AP的IP地址可方便的进行管理。 

6．设备清单及报价