1、华为百草园WLAN小区接入网络应用案例华为百草园WLAN小区接入网络应用案例华为技术有限公司 2004年8月1 一、概述随着社会经济迅速发展，互联网技术与无线通信技术相融合是现代网络的发展趋势。现有的有线网络已不能满足人们随时随地进行通信和信息服务的迫切需求，因此，以个性化，无线化，智能化的移动通信、快捷方便的无线接入，无线互联及无处不在的网络终端等众多适应人们上述需求的新概念和新产品已逐渐深入人们的工作和生活之中。WLAN（Wireless Local Area Network），中文全称为“无线局域网”。是一种结合射频（RF）技术及宽带技术的高速无线数据接入手段。WLAN 可以在地理条件有
2、限制、通信不便利及要求移动通信的情况下与有线网络一起，构建灵活、高效、完善的宽带网络。目前，成熟、廉价、建网快捷的WLAN网络已无处不在。本文通过百草园小区WLAN建设的实例，针对小区用户的具体需求对小区覆盖、WLAN组网、运营模式及实施过程中的经验总结和问题处理进行详细分析说明，全面展示华为公司WLAN产品性能及解决方案特性，与您携手共同建设“可运营、可管理、可盈利”的精品无线宽带网络。2 二、需求分析百草园小区内有公寓楼9栋、英华苑宾馆1栋、小区会所1栋及商业街、游泳池、运动场、室外绿地等公共活动区域，整个小区共有公寓房2510套(不含英华苑酒店客房)。小区总貌如下图：采用基于802.11
3、技术，发挥低成本、高带宽、高业务承载能力、可移动性、无需布线的特点进行百草园小区WLAN建设，达到如下目标：1、 为小区公寓内的住户提供公寓室内的低成本、高带宽无线上网业务。2、 为入住在英华苑酒店客人提供全部客房、酒店大堂、咖啡吧、无线网吧及室外花园等范围内的高带宽无线上网及IP语音业务。3、 在小区会所、运动场、游泳池、商业街及室外绿地等公共区域提供低成本、高带宽的无线上网业务。3 三、组网方案针对上述建设需求及小区现场情况，决定采用两个不同的物理网络来满足上述需求，下面给出具体说明。第一部分：采用大功率室外型AP覆盖二十座公寓楼室内及公共活动区域（小区会所、运动场、游泳池、商业街及室外绿
4、地）：公寓及公共活动区域覆盖逻辑图第二部分：英华苑酒店采用室内分布式天馈系统覆盖全部客房、大堂、咖啡吧等区域，网吧采用室内AP直接覆盖。英华苑酒店覆盖逻辑图4 四、网规方案百草园小区建筑物排列比较规则，部分建筑呈U型结构，部分建筑呈一型结构，楼高为67层，均为砖混结构，各楼楼内均为房间分列两边，中间为走廊的布局，各楼间距较小，各楼每层的房间数从5080间不等，整个小区的绿化树木多，属中等密度覆盖区。采用通过本楼安装全向天线，对本楼与对面楼进行WLAN覆盖的方案，此方案较适合楼层较少，楼体较宽的小区单元。其中对低楼层可能出现由于副瓣覆盖不足导致的弱覆盖现象，通过选择预置下倾角天线加以改善。由于2
5、.4GHz的信号穿透性能不好，为了能满足覆盖的要求，设计覆盖方案时重点考虑现有的可利用资源及建设成本，对于公寓房间的覆盖，在设计上采用在各楼楼顶天台，用大功率AP WA1208外接高增益预置下倾角的全向天线进行覆盖；由于面向小区外围墙的公寓房间，缺乏可利用的反射信号，设计采用在小区外围栅栏上架设34m高的抱杆安装天线，使用大功率AP WA1208外接定向天线或全向天线进行覆盖；另外，针对二座没有LAN资源的情况，使用支持802.11a 技术的网桥设备WB2000来解决二座天台AP的接入。网络规划图如下：小区网络规划图英华苑酒店建筑物呈U型分布，楼高为67层，内有一个酒店大堂、一个咖啡吧、一个网
6、吧及526套客房。客房为1室1卫，朝外有门窗，为玻璃结构。客房门均靠走廊一侧。整个墙体为砖混结构，墙体较厚，厚度大约30cm，属中等密度覆盖区。为保证接入质量，兼顾接入容量，采用大功率AP WA1208通过功分器进行功率等分后经过馈线把信号引到安装在楼内走廊的吸顶天线上对客房、大堂及咖啡吧进行覆盖。英华苑酒店网络规划图（二楼）（红色表示天线安装点，蓝色表示AP安装点）网吧由于上网终端较多，带宽需求较大，属高密度覆盖区，为保证接入容量，考虑使用多个支持802.11g的AP进行室内直接覆盖。5 五、组网说明通过对百草园住户的业务模型分析，上述两个解决方案，分别针对公寓住户和酒店住户而设计，较好的满
7、足了这两类住户使用方便、简单的多样化需求，用户端只需通用WLAN网卡，无需额外设备，只需用普通浏览器，无需安装任何客户端软件，由系统动态分配IP地址而无需设定。百草园WLAN网管系统为iManagerN2000 EMF平台，对WLAN网络进行集中、安全和直观的网络管理，及时诊断和处理WLAN网络的各种故障，保证WLAN网络的正常运行。通过采用标准的SNMP协议及扩展的HGMP集群管理协议，实现AC对其以下的网络设备进行托管，节省大量的管理公网地址，同时可以实现更为强大的管理包括自动拓扑发现、自动升级、批量配置、分级管理、分级告警等。百草园WLAN网络采用华为综合访问管理服务器（Comprehe
8、nsive Access Management Server, CAMS）作为业务管理核心，完成用户的认证、授权、计费和权限管理，实现WLAN网络的可管理、可运营，保证网络和用户信息的安全；支持根据用户类型实现的不同上网收费方式，包括按时长计费、按流量计费、不同时段的优惠、包月、包月（时长或流量）组合等；提供基于Web的管理界面和上下文敏感的帮助功能，最大程度的方便使用。在英华苑酒店大堂前台的客户终端上，只通过IE浏览器，酒店的系统管理员就可以从事数据设置和信息查询工作；同时CAMS系统还提供最终用户的自助服务，用户登录到指定的Web页面，即可以查询自己的话单、余额，还可以修改自己的密码。以上
9、构架的百草园小区WLAN网络，采用用户账号的IP+MAC+VLAN绑定、DHCP+WEB认证方式、按时长计费、提供给英华苑酒店及公寓住户使用，酒店用户能在小区范围内使用一个账号上网，但公寓住户不能在酒店上网。经过半年运营，能较好的满足实际应用场合的业务流程和技术要求、实现WLAN网络的可管理、可运营。6 六、安全措施（1）针对终端用户上网认证的用户名密码的安全：对于DHCPWEB方式上网的用户，华为WLAN网络支持标准的SSL/HTTP应用层加密保证用户名、密码的安全。（2）针对用户上网后计算机内部数据的安全：华为WLAN网络实现了二层隔离，三层受控互访的机制保证用户计算机数据的安全，具体用户
10、在通过认证前能接入的网络都是二层网络，认证通过后，通过网络设备的三层功能可访问所有向它开放的网络，认证点后的网络基本上为三层网络。百草园小区WLAN网络的用户在二层网络内是隔离的（无线口AP支持USF以及动态加密功能隔离用户，AP上行支持UIMF功能实现到认证点网段均是二层隔离）。在用户通过认证后，可以通过强大的ACL/UCL控制用户否是允许互访，保证用户的安全。（3）针对用户上网后数据在网络上传输的安全：无线接口以上的网络基本上为IP网络，用户数据在IP网络上的安全的保证，华为IP的安全部署是可以保证的，针对空中接口的安全，华为AP支持三种级别的安全机制支持64/128/256多种静态WEP
11、加密，提供基本安全特性；支持基于WPA/Tkip的动态加密机制，提供较强的空中接口的安全；针对由于采用WLAN作为接入手段引入网络的安全隐患（黑客监听问题），目前WLAN标准在AP与网卡协议尚不能有效解决空中接口安全（802.11i）的情况下，网络设计中增加加密服务器设备，通过客户端软件与边缘汇聚层加密服务器之间形成IP层的加密（优化后，加密开销非常小）解决用户的隔离问题，同时避免用户的上网信息安全隐患。（4）网络资源的安全的解决：华为WLAN解决方案除了能全方位解决用户安全，同时网络自身安全得到保证，具体包括，支持对所有用户的IP+MAC+VLAN的绑定控能、支持对绑定用户的带宽控制，防止对
12、IP地址资源、带宽资源的DOS/DDOS攻击。通过支持DHCP relay、Radius Server Relay等功能，保证重要服务器不直接面向网络，避免因攻击而瘫痪。此外华为AC支持强大的用户日志功能，可迅速定位遭受攻击的方位。7 七、测试结果7.1 1、百草园室外覆盖测试百草园公寓及公共活动区域测试点分布如图所示所示电_：园区测试的位置(用数字1、2表示)百草园公寓及公共活动区域覆盖信号强度测试结果：测试点位置测试点信号强度（dBm）测试点信噪比S/N（dB）对应连接的AP1-662622-722013-642824-553625-504326-633127-573628-504329-
13、5042210-6131211-6132212-6626213-6625314-6824315-7517316-6428617-6132618-6132619-5834620-5932621-6131622-6528623-5735524-6131525-63295百草园公寓及公共活动区域覆盖信号强度总体测试结果：信号强度信号强度分布区域占小区总区域百分比(按房间数量)-60dBm以上9.98%-70-60dBm41.96%-80-70dBm31.25%-80dBm以下16.81%结论：信号强度在-80dBm以上的房间数占整个房间数的百分比为83.197.2 2、百草园英华苑宾馆室内分布天馈覆
14、盖测试下图为英华苑宾馆5楼室内分布系统的天线及AP的分布图：图中红色为表示天线安装点，绿色表示功分器安装点，黄色表示AP安装点。各房间的信号分布图如下：由于离天线近的房间的信号比较墙，所以在5楼进行测试时选取了离天线较远的房间进行测试。从上图的信号强度的分布来看，由于靠本楼的AP和上下层AP的信号覆盖，在测试的各个房间的信号强度都在60以上，能够满足良好的上网业务。英华苑宾馆总体覆盖结果：信号强度信号强度分布区域占小区总区域百分比(按房间数量)-60dBm以上32.50%-70-60dBm50.90%-80-70dBm11.80%-80dBm以下4.80%结论：信号强度在-80dBm以上的房间
15、数占整个房间数的百分比为95.208 八、问题分析通过百草园WLAN小区建设，我们对WLAN小区覆盖中普遍存在的高楼层和低楼层覆盖信号强度偏低、存在覆盖死角、室内信号不均匀、小区边缘覆盖困难等典型问题，提出如下解决建议：1、提高终端设备天线增益和发射功率原理分析：1) 导致WLAN信号覆盖不好的根本原因是2.4G频段无线信号的穿透和绕射能力弱。理想解决方法是提高信号的发射功率和设备的接收灵敏度。2) 目前WLAN小区覆盖提高覆盖效果采取的主要手段是提高AP的发射功率和接收灵敏度，考虑信道的对称性，继续提高AP发射功率不能改善通信，AP相对网卡，功率和接收灵敏度提升的必须基本相同，否则不能起到预
16、期效果。3) 即使AP的接收灵敏度可以继续提高，由于环境噪声是相对固定的，如果用户终端设备发射功率不提高，根据香农公式，C = W log2 （1+P/N），通信效果继续改善的效果也是有限的。解决措施分析：采用发射功率20dBm左右的Client AP作为用户终端，外接5dBi以上增益的室内定向天线，可以等效将信号覆盖质量提高8dB左右。除信号特别差的死角外，能解决或缓解各种覆盖问题。但局限是必须使用额外的终端设备，会增加用户成本。2、采用垂直半功率角比较大的天线原理分析：目前如果使用发射信号主瓣垂直半功率角比较小的室外全向和定向天线，在天线距离覆盖楼层20米左右的时候，主瓣只能直接覆盖1、2
17、个楼层，其他楼层只能靠旁瓣和反射信号。能量分布极不均匀，造成中间被主瓣覆盖的楼层覆盖效果好，高楼层和低楼层覆盖效果差。解决措施分析：采用垂直半功率角大的天线，尽量让主瓣直接覆盖全部楼层，信号能量均匀分布，提高整体覆盖效果。同时垂直半功率角大的天线增益低，尺寸小，方便安装。3、采用多个大功率AP和室外定向天线覆盖对一个楼宇进行覆盖原理分析：如前所述，一个主瓣垂直半功率角比较小的天线，只能直接覆盖少数楼层。解决措施分析：如果用多个AP和天线覆盖，利用板状定向天线可以调节下倾角的特点，不同AP和天线覆盖不同楼层，就可以对每个楼层都做到比较好的覆盖。天线主瓣垂直半功率角小，在一个AP和天线覆盖楼宇时是
18、一个缺点。使用多个AP和天线时，这个特点就是一个优点。相对用一个AP加大垂直半功率角天线覆盖，信号更强，系统容量更大。4、使用无线Reapter原理分析：某些因拐角、隔墙等原因造成的覆盖死角，信号质量非常差，仅仅靠前面措施将信号改善几个到十几个dB左右仍不能达到有效覆盖，可以在合适的位置摆放无线Repeater，若Repeater接收信号是-65dBm，发射信号15dBm，对信号强度的等效提高可以达到80dB。对于小区边缘楼宇靠小区外侧房间的覆盖问题，若信号可以穿透内侧房间到走廊，也可以在走廊安装Repeater，用来覆盖外侧房间。解决措施分析：对信号改善程度高，对于死角的覆盖改善是最好甚至是
19、唯一的方法。但组网的复杂性也会提高，Repeater摆放位置的选择、安装、供电和管理维护，都有一定困难。另外，该类产品的成熟度和选择面都还比较小。5、使用MIMO技术原理分析：如前所述，提高WLAN设备的发射功率或接收灵敏度可以有效改善覆盖效果。目前的AP功率继续提升空间有限，且更主要的问题在接收灵敏度上。小区覆盖应用环境下，特别是对室内的用户终端而言，无线信号多径效应严重，是影响设备接收灵敏度的重要原因。MIMO技术可以有效解决多径问题，处理增益达到10dB以上，可以大幅度提高设备的接收灵敏度。解决措施分析：AP和用户终端都采用MIMO技术，可以在不改变组网的情况下，将覆盖效果大幅度改善。但目前MIMO技术产品刚开始商用，还不够成熟、普及。9 九、业务提供百草园小区WLAN能是一个多元化的高速宽带综合业务网，能够实现数据、图像、话音等综合信息服务。
