XX市XX区无线城市建设试点一期工程设计方案10.docx
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XX市XX区无线城市建设试点一期工程设计方案10
某XX市XX区
无线城市建设试点一期工程
设计方案
版本1.0
一、概述
1.1项目背景及意义
随着我国数字城市建设被列入信息产业和城市基础设施建设“十一五”期间发展战略重点,积极响应党的“十七大”报告提出的“提高自主创新能力,建设创新型国家。
这是国家发展战略的核心,是提高综合国力的关键。
明确要求坚持走中国特色自主创新道路,把增强自主创新能力贯彻到现代化建设各个方面。
”
广州市萝岗区是广州市无线城市建设示范试点区,萝岗新城发展定位于区域性服务中心和广州东部CBD,形成集生态居住、商务办公、科研文化、体育休闲的多功能区,彻底改变工业聚集地的单一形象,建设宜居、宜业的城市副中心。
为达到上述目标,萝岗区试点一期工程采用“政府推动、购买服务,企业投资、建设运营”的模式,兼顾民生与收益,保障无线城市可持续发展。
计划在萝岗新城中心区域(包括行政服务中心、市民公园、会议中心、市民服务中心、公检法楼)范围内,率先建成无线宽带网络,实现无盲点、室外全覆盖,重点保障公共服务和公共活动场所、交通干道等公共设施的覆盖。
用于开展无线电子政务和无线公共服务,免费供政府机关、企业和市民使用。
1.2项目实施范围及分工
1.2.1.项目实施范围
本项目为覆盖广州市萝岗区萝岗新城范围的MESH+WiFi网络建设方案,负责从网管至用户终端接口侧的建设实施。
本方案通过对现有站址资源进行分析筛选并制定合适的建设实施方案,以此指导MESH+WiFi工程的建设。
1.2.2.项目分工
本次项目将由共同完成,各方根据自己的角色完成相应分工。
二、网络建设原则
广州市萝岗区MESH+WiFi网络工程采取先试点、再分期实施的建设策略,保证无线网络平稳有序的达到全区覆盖的总体目标。
综合考虑建设方案及运营管理性,在建设实施时应遵循以下原则:
(1)建设模式:
以MESH+WiFi模式为网络建设模式,建设广泛、可高速移动的无线网络;
(2)建设进度:
分期建设,先建设试验性质的一期试验网,再分期实施二、三期网络;
(3)站址资源:
以路灯杆站址结合通讯管道资源为主,其它资源为辅的方式,建设室外全覆盖的MESH+WiFi网络;
(4)接入方式:
以光纤接入为主,MESH接入为辅的方式提供宽带应用。
(5)管理策略:
通过网络控制服务器、配置服务器管理整个网络,以此实现高度的集中管理及高效的漫游能力使网络应用更丰富化。
三、WiFi+Mesh业务预测
3.1.WiFi+Mesh业务类型分析
WiFi+Mesh作为一种新的无线接入手段,普通的笔记本电脑,上网本,手机等都有wifi模块,具有不受环境局限、建设周期短、施工影响小、灵活且移动、覆盖面广、价格低廉等优点。
WiFi接入受技术影响不能进行高速移动,WiFi基站间不能独立的进行无线自组网,由此WiFi只能对热点进行覆盖,不能形成连续的区域覆盖,引入Mesh后可以将所有的WiFi热点形成连续的区域覆盖,同时与光纤,3G形成很好的补充。
可以将无线业务划分为5大类:
通信类、信息内容类、交间易类、娱乐类、效率应用类。
•通信类业务
主要是即时业务,使用业务具有随意性和不确定性。
该类业务的发展前景完全取决于社会的整体发展以及对相互通信的需求。
通信类业务包括:
◆Web浏览、文件下载(FTP)
◆电子邮件(E-Mail、V-Mail(视频邮件)、A-Mail(音频邮件))
◆即时通信、统一消息业务、点对点SMS、点对多点MMS
◆VoWiFi电话、可视电话、移动可视会议。
◆移动监控,移动市政管理。
•信息内容类业务
此类业务涉及的行业最广泛,也是企业介入移动增值业务领域最容易的一环,参与者以现有的传统媒体和ICP为主,包括报纸杂志、电视电影、网站、教育机构等。
业务包括:
新闻类信息(新闻、交通信息、天气预报、市场信息、娱乐信息等)
位置信息服务(城市交通、紧急求助、城市地图、车辆跟踪/防盗、儿童Tracking)
个性化定制/门户服务移动广告
•交易类业务
交易类类业务的发展关键在于金融安全制度、信用制度等电子商务方面制度的建立。
业务包括:
移动支付、移动银行、移动证券、移动保险、移动博彩、移动拍卖、移动订票
•娱乐类业务
娱乐类业务从用户个人的兴趣出发,涵盖了各种日常生活中能够从互联网通信中获得各种娱乐服务,如游戏、音乐、视频。
包括:
◆视频点播、视频广播、视频直播、流媒体业务、
◆个性化铃声下载、音乐下载和播放、网络游戏
•效率应用类业务
效率应用类业务是指能够为个人在生活和工作的过程中,或者企业在经营运作中提高办事速度和工作效率的服务。
效率应用类业务包括:
PIM(个人信息管理)、个性化首页(MyMenu)
移动办公(企业接入、协同办公)、企业信息公布、移动企业资源调配等
3.2.目标用户细分
根据使用对象在业务需求上的不同,可以将目标用户划分为行业用户和公众用户两种。
3.2.1.行业用户
行业客户主要包括政府部门、大中专院校学生群体和企业客户。
•政府部门
由于Mesh技术的先进性,可以提供高速移动下高带宽的无线互联网络,同时没有单点故障,有自组网的特点,比较适合应用与要求较高的高端用户群体,比如市政府、公共安全部门、交通等城市职能部门提供电子政务、公共安全、智能交通、抢险救灾、教育、医疗、社区服务等宽网络接入服务,从而高效快捷地为市民服务。
在重大突发事件的快速反应和处理能力方面,以及在特殊需求方面,Mesh网络更能体现不可替代的优势。
表3-1Mesh网络针对政府部门可提供业务
业务需求
WiFi业务提供
通信类
应急通讯,应急指挥,应急救助、抢险,VOIP、可视电话、可视会议、商用IM消息、IPTV业务
政务类
移动办公(MobileOA),移动监控,移动电子政务等业务、政府邮箱、电子白板,市政信息发布,便民信息发布
公共类
移动全球眼业务、网络浏览、定位业务、移动电子支付等
•大中专院校学生群体
随着高校信息化建设的进展,校园信息化已成为一个不可逆转的潮流。
WiFi无线校园网的建设将成为高校师生学习和工作的有利帮助和支持。
针对大中专院校学生的需求,运营商可以方便的利用WiFi为这类用户提供丰富的业务,具体如表3-2所示:
表3-2WiFi网络针对大中专院校学生可提供业务
业务需求
WiFi业务提供
个人通信类
VOIP、IM、E-mail、移动可视电话
信息获取类
网络浏览、BBS、BLOG等
休闲娱乐类
媒体点播、IPTV、网络游戏、MP3、软件下载、铃音下载、移动电子支付、定位业务、移动全球眼等
•企业客户
无线宽带网络能够提供给企业高效、低成本、便利的移动商务解决方案的服务,推动企业信息化与电子商务,全方位提高企业形象。
企业经营管理的加强进一步对电信业务提出了更多、更高的需求,对电信业务的需求呈现出以下特征和变化趋势:
1信息化需求越来越旺盛,相关投资正呈逐年增长之势;
②企业对IT、电信的一体化外包、一站购足的需求逐步提高,随着电信技术与IT技术的融合,对电信与IT的管理也日益融合,ICT业务是下一步企业用户需求的重点。
表3-3WiFi网络针对企业客户可提供业务
业务需求
WiFi业务提供
通信类
VOIP、可视电话、可视会议、企业IM消息
办公类
移动全球眼业务、无线移动企业OA、移动电子商务、移动企业ERP、移动CRM等业务、企业邮箱、电子白板
商务类
IPTV业务、酒店宽带完美服务联盟、卖场新干线业务(无线户外广告)、行业定位业务等
3.2.2.公众用户
个人、家庭用户在电信业务中所占比例呈逐年上升势头,个人客户对通信业务已由简单的话音、增值需求向集通信、娱乐、商务、为一体的综合信息需求转变;而家庭客户对家庭通信、娱乐、监控安防及智能控制等的综合信息业务也逐步增加。
增值业务也正承担着满足人们多元化通信需求的责任。
表3-4WiFi网络针对公众用户可提供业务
业务需求
WiFi业务提供
个人通信类
VOIP、IM、Presence、移动可视电话
信息获取类
上网、E-MAIL、BBS、BLOG等
休闲娱乐类
媒体点播、IPTV、JAVA游戏下载、在线游戏、MP3、铃音下载等
日常生活类
移动电子支付、定位业务、移动全球眼、远程家庭监控、宾馆无线上网等
四、MESH网状网
4.1.MESH技术简介及特点
智格网无线MESH网络(无线网状网络)源于南非军方通讯技术又称为“多跳(multi-hop)”网络,它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。
在传统的WiFi网络中,每个客户端均通过一条与AP相连的无线链路来访问网络,用户如果要进行相互通信的话,必须首先访问一个固定的接入点(AP),这种网络结构被称为单跳网络。
而在无线MESH网络中,每个无线节点都可以同时作为接入点、中继器或网关路由器。
网络中的每个节点都可以同时接收或发送信号,每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行P2P直接通信。
这种结构的最大好处在于:
如果最近Mesh节点由于流量过大而导致拥塞的话,那么数据可以自动重新路由到一个技通信流量较小的邻近节点进行传输。
依此类推,数据包还可以根据网络的情况,继续路由到与之最近的下一个节点进行传输,直到到达最终目的地为止,这样的访问方式就是多跳访问。
与传统的交换式网络相比,无线MESH网络去掉了节点之间的布线需求,但仍具有分布式网络所提供的冗余机制和重新路由功能。
与传统的WLAN相比,无线MESH网络具有几个无可比拟的优势:
(1)快速部署和易于安装:
在无线MESH网络中,不是每个MESH节点都需要有线电缆连接,这是它与有线AP最大的不同。
MESH可将有线设备和有线AP的数量降至最低,因此大大降低了总拥有成本和安装时间。
(2)自配置能力:
MESH网络是一种自组织网络,不需要或很少需要人工配制网络,设备加电后会自动从配置服务器上进行更新自己的配置文件。
因而,网络能够自动判断并更新网络相关配置。
(3)自愈性:
MESH网络可以提供完全的端到端的多重冗余路由,这就意味着若由于某种原因某个链路失效,网络能自动地更换路由。
由于每个节点都有一条或几条传送数据的路径。
如果最近的节点出现故障或者受到干扰,数据包将自动路由到备用路径继续进行传输,整个网络的运行不会受到影响。
(4)自动负载均衡:
在单跳网络中,一个固定的AP被多个设备共享使用,随着网络设备的增多,AP的通讯网络可用率会大大下降。
而在MESH网络中,由于每个节点都是AP,一旦某个AP可用率下降,数据会自动重新选择一个AP进行传输,以此提高网络利用率。
(5)高速移动漫游能力:
MESH技术支持快速路由,可实现二和三层网络的漫游,并可支持高速移动,移动速度可大于100Km/h。
(6)高带宽:
无线通信的物理特性决定了通信传输的距离越短就越容易获得高带宽,因为随着无线传输距离的增加,各种干扰和其他导致数据丢失的因素随之增加。
在MESH网络中,一个节点不仅能传送和接收信息,还能充当路由器对其附近节点转发信息,随着更多节点的相互连接和可能的路径数量的增加,总的带宽也大大增加。
4.2.MESH系统介绍
图4-1MESH系统网络结构图
4.2.2.MESH系统组成
MESH系统由两部分组成:
前端MESH网络和后端网络控制中心。
其中前端MESH网络负责用户的接入和数据的可靠传输;后端网络中心负责整个系统的配置、管理,并结合前端网络实现用户漫游等。
4.2.2.1.前端MESH网络组成
前端MESH网络组成根据功能和物理形态划分可分为:
◆网关(GW)
主要负责MESH网络与公共网络的接入;
◆骨干传输节点(BackboneAP)
主要负责MESH主干到GW的连接通信,并同时可提供用户终端设备的接入;
◆边缘传输节点(EdgeAP)
负责用户终端设备接入和用户到MESH主干的中继。
4.2.2.2.后端网络中心组成
后端网络中心由以下各类服务器组成:
◆ControlServer
收集和监控、控制网络中各设备(前端和后端)运行信息;
◆DBServer
存放系统中的各种信息数据;
◆RoamingServer
负责转发来自MESH系统的数据报文;
◆NATServerNAT
转发MESH报文到公网;
◆DHCPServer
给前端设备和用户分配地址;
◆ConfigServer
负责前端设备的配置文件分发;
◆RadiusServer
负责终端用户的认证;
◆PortalServer
负责用户接入后定制网页强制推送。
五、网络规划参数
5.1.网络规划参数
5.1.1.工作频段
在我国,可用于建设WiFi+Mesh网络的频段范围如下:
2.4GHz频段范围:
2400MHz~2483.5MHz,最多可提供3个不重叠的信道同时工作;
5.8GHz频段范围:
5725MHz~5850MHz,可提供5个不重叠信道同时工作。
5.1.2.馈线损耗
馈线损耗包括从设备到天线接头之间所有馈线、连接器的损耗。
AP设备与天线一般较近,馈线损耗较小。
工程中馈线损耗按1.2dB/10m计,链路预算中取定1dB进行估算。
5.1.3.穿透损耗
不论使用室内型AP还是室外型AP,覆盖范围会因为建筑物结构特点而显现出明显的信号衰减特征,造成信号盲区。
在表5-1中给出部分建筑物材料或装潢材料对无线电磁波辐射的影响,表5-2中给出2.4GHz频段的一些典型穿透损耗值以供参考。
表5-1部分建筑物材料或装潢材料对无线电磁波辐射的影响情况
障碍物
相对衰减度
范例
木材
低
办公室分区
塑料
低
内墙
合成材料
低
办公室分区
石棉
低
天花板
玻璃
低
窗户
水
中
湿木、养鱼池
砖
中
内墙和外墙
大理石
中
内墙
纸
高
壁纸
混凝土
高
楼板和外墙
防弹玻璃
高
安全隔间
金属
很高
桌子、办公分区、钢筋混凝
表5-22.4GHz频段典型的穿透损耗
阻挡物
衰减(-dB)
隔墙(木板5~10cm)
5~6dB
隔墙(水泥15~25cm)
10~12dB
承重墙(钢筋混凝土)
25dB
玻璃窗(3~5mm)
5~8dB
玻璃窗(普通)
3dB
5.1.4.阴影衰落余量
阴影衰落符合对数正态分布,阴影衰落标准差与电磁波传播环境相关,根据电测结果和覆盖概率要求,建议取值如下:
表5-3阴影衰落余量取值
区域类型
阴影衰落标准差(dB)
边缘覆盖概率
阴影衰落余量(dB)
密集市区
8
85%
8.29
一般市区
8
80%
6.73
郊区
8
73%
4.9
5.1.5.快衰落及人为噪声引起的恶化量的储备
恶化量的定义:
指存在多径传播效应及人为噪声的情况下,为了达到只有接收机内部噪声条件下的同样的话音质量所必需的接收电平的增加量。
由多径传播造成的快衰落,将使信号瞬时电平在中值电平上下10~20dB,甚至更大,但这并不等于它引起的恶化量。
而且多径传播只对运动着的车载台引起信号的快衰落,这种快衰落的信号听起来好象是声音颤动。
对于静止着的车载台或缓慢移动的手持机而言,多径传播的效应是在覆盖区内造成一些信号很低的小洞,这时,在低功率的手持机中,话音听起来很嘈杂。
所以,多径传播效应对于进行中的车载台和对于停着的车载台及手持机所造成的恶化量是不同的,但都引起噪声增加,故将其与人为噪声影响一并考虑。
考虑到本次工程系统设备移动速率很低或不移动,且在WiFi系统中采用了信道编码、扩频、OFDM技术等多种方式来对抗快衰落。
因此,人为干扰和快衰落引起的恶化量较低。
在规划设计中设定取值为3dB。
5.1.6.树木及周围环境引起的损耗
考虑到本次WiFi工程多建在道路两旁,有可能受路边绿化带和周边建筑环境影响较大,本次工程取值为6dB。
5.2.设备能力分析
5.2.1.覆盖能力
5.2.1.1.传播模型
按照“以线带面”的建设思路将沿街部署,考虑到街道宽度、2.4GHz/5.8GHz无线频率特点及靠近目标覆盖区等因素,天线挂高以6米左右为主,覆盖目标为站点处的街道以及街道两旁的热点区域。
与楼面基站相比,杆路站的信号传播环境具有以下特点:
◆天线挂高低于周围建筑物;
◆街面信号传播主要为视距方式;
◆室内部分依靠外墙、窗户等穿透或绕射信号覆盖;
◆由于站点位置低,建筑物背后的阴影区域以及高楼层的建筑物内部无法覆盖;
◆信号可能在街道两边的建筑物间多次反射,引起信号衰减及干扰;
◆街道可能引起波导效应,使平行于街道方向的信号传播损耗小,覆盖区域难以控制;
◆电磁环境复杂。
可能会受到各种电子干扰源的影响,如无绳电话、蓝牙设备、无线USB设备等的同频干扰和CDMA、GSM、PHS等系统间干扰。
因此,杆路站的部署时,需要注意一下几点:
◆天线周围应空旷,尽量避开树木等阻挡,或考虑一定的损耗;
◆除特殊应用外,一般天线主瓣方向不要正对街道方向,防止波导效应;
◆高楼层建筑的内部区域,可增加室内型AP补充覆盖或采用定向天线上仰(负俯仰角)的方式解决。
因此本次规划中均采用自由空间传播模型作为路径损耗模型:
Lfs=32.44+20lg(fMHz)+20lg(dkm)
式中:
fMHz——为工作频率,在此取2400MHz或5800MHz(MESH组网);
dkm——设备到用户终端的距离,km。
当Lfs等于最大允许空间路径损耗时,dkm即为AP设备的最大覆盖距离。
5.2.1.2.链路预算
通常,无线接入系统会根据上下行链路预算结果来最终确定基站的覆盖半径。
但在WiFi系统中,用户端设备的发射功率低也很难确定,AP设备布放靠近末端用户,因此在室外环境中主要根据下行链路预算结果来确定AP的最大覆盖半径。
楼面型的AP基站,链路预算中一般采用ETSIHata模型。
而对于杆路型AP基站,由于天线挂高过低,信号很难通过绕射、衍射等方式越过阻挡物,因此链路预算采用视距传播+穿透损耗的方式处理。
计算公式如下:
Lfs=32.44+20lg(fMHz)+20lg(dkm)
式中:
fMHz——为工作频率,在此取2400MHz;
dkm——AP设备到用户终端的距离,km。
当Lfs等于最大允许空间路径损耗时,dkm即为AP设备的最大覆盖距离。
最大允许空间路径损耗=AP发射功率(dBm)+AP天线增益(dB)-AP发射天线馈线、接头和合路器损耗(dB)+用户终端接收天线增益(dBi)-用户终端接收天线馈线、接头和合路器损耗(dB)-快衰落及人为噪声引起的恶化量(dB)-阴影储备(dB)-用户终端接收灵敏度(dBm)
5.2.1.3.覆盖能力
对室内型AP设备而言,当其作为WiFi接入时,覆盖距离为:
30~60m
对室外型Mesh设备而言,当其作接入时,根据最大发射功率及选用的外接天线的不同将有不同结果,同时考虑到室外AP覆盖室内,预留10dB穿透损耗。
在此仅给出能保证54Mbps、48Mbps、36Mbps、24Mbps、12Mbps及6Mbps数据传输速率下802.11gAP设备覆盖室内的最大覆盖距离。
对室外型设备而言,当其用作MESH互连时,根据最大发射功率及选用的外接天线的不同将有不同结果。
在此给出能保证54Mbps、48Mbps、36Mbps、24Mbps、12Mbps及6Mbps数据传输速率下MESH设备的最大传输距离。
表5-4不同天线增益对应的水平半功率角
表5-5802.11g(8dBi全向天线)室外AP最大覆盖距离(m)
AMR类型
设备类型
54Mbps
48Mbps
36Mbps
24Mbps
12Mbps
6Mbps
WiFi(下行)
135.77
215.17
270.89
481.71
961.14
1357.65
终端(上行)
76.35
135.77
241.43
382.64
680.44
856.62
注:
1、AP发射功率以20dBm计算;
2、穿透损耗取10dB(1堵水泥墙);
3、终端天线增益取2dBi;
4、终端接收灵敏度54Mbps对应取-68dBm,48Mbps对应取-72dBm,36Mbps对应取-74dBm,24Mbps对应取-79dBm,12Mbps对应取-85dBm,6Mbps对应取-88dBm;
5、AP接收灵敏度54Mbps对应取-66dBm,48Mbps对应取-71dBm,36Mbps对应取-76dBm,24Mbps对应取-80dBm,12Mbps对应取-85dBm,6Mbps对应取-87dBm。
表5-6802.11g(14dBi定向天线)室外最大覆盖距离(m)
AMR类型
设备类型
54Mbps
48Mbps
36Mbps
24Mbps
12Mbps
6Mbps
AP(下行)
270.89
429.33
540.49
961.14
1917.74
2708.87
终端(上行)
152.33
270.89
481.71
763.46
1357.65
1709.18
注:
1、AP发射功率以20dBm计算;
2、穿透损耗取10dB(1堵水泥墙);
3、终端天线增益取2dBi;
4、终端接收灵敏度54Mbps对应取-68dBm,48Mbps对应取-72dBm,36Mbps对应取-74dBm,24Mbps对应取-79dBm,12Mbps对应取-85dBm,6Mbps对应取-88dBm;
5、AP接收灵敏度54Mbps对应取-66dBm,48Mbps对应取-71dBm,36Mbps对应取-76dBm,24Mbps对应取-80dBm,12Mbps对应取-85dBm,6Mbps对应取-87dBm。
表5-7802.11aMESH设备(10dBi全向天线)最大传输距离(m)
AMR类型
设备类型
54Mbps
48Mbps
36Mbps
24Mbps
12Mbps
6Mbps
MESH
630.34
890.37
1411.15
2236.52
3977.15
5006.94
注:
1、发射功率以20dBm计算;
2、接收天线增益取10dBi(发射天线增益相同);
3、MESH设备接收灵敏度54Mbps对应取-73dBm,48Mbps对应取-76dBm,36Mbps对应取-80dBm,24Mbp
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