无线网络覆盖设计方案.doc

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智能办公无线局域网组网

技术方案书

北京科华世纪科技发展公司

目 录

1 网络详细设计及实施方案 3
1.1 网络设计原则 3
1.2 无线局域网络技术 4
1.2.1 无线局域网频道分配与调制技术 4
1.2.2 无线局域网拓扑结构 5
1.2.3 无线局域网的几个主要工作过程 7
1.2.4 影响无线局域网性能的因素 7
1.2.5 无线局域网络的安全性 8
1.3 覆盖考虑 9
1.4 无线链路计算 9
2 智能小区无线网络覆盖背景介绍 10
2.1 无线网络实施目的 10
2.2 无线网络需求分析 11
2.2.1 应用需求 11
2.2.2 功能需求 11
2.2.3 方案选型 11
3 无线组网详细设计方案 12
3.1 无线网络产品的优势及特点 12
3.2 方案总体网络设计 13
3.2.1 总体网络拓扑图 13
3.2.2 无线覆盖原理 14
3.2.3 机房网络设计 15
3.3.1 方案说明 17
3.3.2 设备选型 18
3.3.3 网络结构 18
3.5 远景规划 21
3.5.1 硬件扩充 21

前 言

随着通信事业的高速发展，无线数据通信已逐渐成为一种重要的通信方式。无线数据通信不仅可以作为有线数据通信的补充及延伸，而且还可以与有线网络环境互为备份。在某种特殊环境下，无线通信是主要的甚至唯一的可行的通信方式。从通信方式上考虑，多元化通信方式是现代化网络通信的重要特征。
1 网络详细设计及实施方案
1.1 网络设计原则
依照802.11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，我们会遵循下列原则。
一〉先进性原则
采用先进的设计思想，选用先进的网络设备，使网络在今后一定时期内保持技术上的先进性。
二〉开放性原则
网络设计及网络设备选型遵从国际标准及工业标准，使网络具有开放性和兼容性。
三〉可伸展性原则
网络设计在充分考虑当前情况的同时，必须考虑到今后较长时期内业务发展的需要，留有充分的升级和扩充的可能性。
四〉安全性原则
网络系统的设计必须贯彻安全性原则，以防止来自网络内部和外部的各种破坏。
五〉可靠性原则
网络系统的设计必须贯彻可靠性原则，使网络系统具有很高的可用性。
六〉可管理性原则
网络系统应具有良好的可管理性，使得网络管理人员能方便及时地掌握诸如网络拓扑结构、网络性能统计、网络故障等信息，能简便地对网络进行配置和调整，确保网络工作在良好状态。
1.2 无线局域网络技术
无线局域网频道分配与调制技术
无线局域网采用电磁波（RF）作为载体传送数据信息。对电磁波的使用分两种常见模式：窄带和扩频。窄带技术以微波为主，适用于长距离点到点的应用，可以达到30公里。由于它采用的频道较宽以及定向信号天线，因此其最大带宽可达10Mbps，但受环境干扰较大。
无线局域网采用无线扩频(spread spectrum)技术，也称SST，早期由军事部门研发，确保安全可靠的军事通讯。常见的扩频技术包括两种：调频扩频（FHSS）和直序扩频（DSSS），它们工作在2.4-2.4835GHz。
调频技术将835MHz的频带划分成79个子频道，每个频道带宽为1MHz。信号传输时在79个子频道间跳变，因此传输方与接受方必须同步，获得相同的条变格式，否则，接受方无法恢复正确的信息。调频过程中如果遇到某个频道存在干扰，将绕过该频道。受跳变的时间间隔和重传数据包的影响，调频技术的典型带宽限制为2-3Mbps。
无线个人网采用的蓝牙技术就是采用调频技术，该技术提供非对称数据传输，一个方向速率为720Kbps，另一个方向速率仅为57Kbps。蓝牙技术也可以传送3路双向64Kbps的话音。
直序扩频技术是无线局域网802.11b采用的技术，将83.5MHz的频带划分成14(中国)个子频道，每个频道带宽为22MHz。直序扩频技术用一个冗余的位格式来表示一个数据位，这个冗余的位格式称为chip，因此它可以抗拒窄带和宽带噪音的干扰，提供更高的传输速率。
直序扩频技术采用采用DBPSK和DQPSK调制技术，提供的最高带宽为11Mbps，并且可以根据环境因素的限制自动降速至5.5Mbps，2Mbps，1Mbps。
14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。因此从上图可以看出，在一个蜂窝区内，直序扩频技术最多可以提供3个不重叠的频道同时工作，提供高达33Mbps的吞吐量。
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，它覆盖的服务区称独立基本服务区。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，只能独立使用。

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，覆盖半径达上百米。
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。
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：11Mbps, 5.5Mbps, 2Mbps和1Mbps。
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。重关联总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，802.11b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。

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。
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，Dell，Cisco等，目的是保证各厂家的所有802.11b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。
1.3 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。
1.4 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：
一〉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。在远距离时预留增益应在20dBm左右。
二〉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。
三〉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。

四〉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。

2 智能办公无线网络覆盖背景介绍
2.1 无线网络实施目的
随着网络通信技术和应用的不断发展，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。
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。

2.2 无线网络需求分析
应用需求
整个智能办公区为两层的U字型办公楼，每层的格局一样，每层的总长度是40米，每层大概有15台计算机终端。无线网络作为有线网络的延伸和补充，可极大的缩短施工周期，避免破坏建筑物，为用户提供一个自由的上网环境。
功能需求
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。

方案选型
根据对智能智能办公区无线网络覆盖需求进行仔细地分析后，认为在该智能智能办公区采用无线局域网技术来实现项目所提出的部分需求是非常合适的：
安装实地干扰性少；
安装配置灵活性高；
用户访问移动性强。

3 无线组网详细设计方案
方案使用北京科华世纪科技发展公司提供无线网络设备，AP采用企业级无线接入点系列（建议使用802.11g/54Mbps）及无线网卡能提供USB接口的网卡（建议使用802.11b/11Mbps）。这样可以使终端用户在使用时做到无线链路均衡。
3.1 北京科华世纪无线网络产品的优势及特点
随着科技的高速发展，有线局域网使用的局限性表现出：布线繁琐，办公室电缆线泛滥；无法从移动体访问局域网等问题时，现代科技对无线局域网的需求则显得尤为迫切。
无线局域网与以往的基于蜂窝电话网、专用分组交换网及其它技术的无线计算机通信相比，有许多本质上的区别。首先无线局域网必须支持高速突发数据业务，在室内使用时要解决包括多径衰落、相邻子网间串扰等问题。北京科华世纪科技发展公司无线网络系统具备的技术优势及特点描述如下：
高可靠性
无线局域网的信道误比特率低于10–8，这样保证了通信系统的可靠性和稳定性。
良好的兼容性
对于室内应用的无线局域网，与现有的有线局域网兼容，能够做到现有的网络操作系统和网络软件在无线局域网上不加修改地正常运行。同时，北京科华世纪无线网络产品通过Wi-Fi认证，和所有经过Wi-Fi认证的厂商的产品兼容。
简单性：
北京科华世纪无线网络产品的安装、配置和管理非常简单易行。同时采用Any IP支持，用户上网不需要复杂的设置就可以很容易地通过企业级无线接入点系列访问Internet，也不必频繁的更改自己的网络设置，便于漫游。
高数据速率：
北京科华世纪无线局域网解决方案，系统可以最高54 Mbps 的速度发送和接收信息，比过去的无线局域网快5倍。该方案中的每个无线访问节点( Access Point )可同时支持多达254个无线客户机，并可在开放环境中提供100m的无线网络覆盖，在标准的办公环境中提供50米的无线覆盖，信号通过性良好。
易管理：
北京科华世纪提供远程管理软件，该软件除了可以远程对指定的AP进行状态查询和参数设置的操作以外，还支持对一组AP的查询和设置的操作。用户可以将若干个AP归为一组，然后就可以对组中的AP进行整体操作（如：重起启动，Firmware更新等）。这样的分组管理可以大大的减轻网络管理员的负担，提高网络管理效率。
通信保密:
由于无线局域网的数据经无线媒体发往空中，要求其有较高的通信保密能力。无线局域网可在不同层次采取措施来保证通信的安全性。首先，采取适当的传输措施。例如，采用扩展频谱技术，使盗听者难以从空中捕获到有用的信号。在同一覆盖区域中，采用终端用户之间的完全隔离或划分成不同的VLAN，从而保证终端用户的数据安全。同时基于802.1X的认证机制,防止非法用户入网。还设置用户可选的数据加密方案，即使信号被盗听也难于理解其中的数据内容。
可移动性:
在无线网络覆盖范围内，网中的站点可自由移动。
高安全性:
由于无线网络是利用充斥在我们周围的空气进行传送，所以安全技术是非常重要的，取消网线并不意味取消对安全的保障。北京科华世纪无线网络产品可提供多层次安全保障，包括支持加密技术、访问控制列表，充分保护了用户数据的私密性。同时采用DSSS技术，抗外界的各种信号的干扰性强，可以进行网络访问控制。
3.2 方案总体网络设计
总体网络拓扑图
从目前用户的带宽需求方面考虑，中心到各汇聚点之间不宜采用无线连接，目前无线产品提供的带宽不能满足用户的需求，最好采用光纤连接，汇聚点和各栋住宅或会所之间可采用光纤，也可采用无线点对点连接，分别做方案如下，整个智能办公区建议采用3台企业级无线AP Station，因为终端用户是50台。

中心机房

光纤
光纤
UTP超五类线

二号汇聚点
四号汇聚点
三号汇聚点
一号汇聚点

光纤

企业级无线接入点

企业级无线接入点
企业级无线接入点
企业级无线接入点

住宅楼

无线覆盖原理
智能办公区内部无线覆盖安装点示意图

机房网络设计
机房用百兆的交换机与AP相连。

中心机房网络结构图

AP1

AP2

APn
ISP
宽带
防火墙
服务器
三层交换机
二层交换机
楼层交换机

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 Manager(AP管理)：安装AP的管理软件，可以对不同网段的AP进行统一管理。本管理系统具有以下功能：
自动搜索AP：能自动的搜索系统中存在的AP，这样就可以大致了解网络的分布情况，便于以后的管理操作。
状态查询/参数设置：通过该管理系统，除了可以对指定的AP进行状态查询和参数设置的操作以外，还支持对一组AP的查询和设置的操作。用户可以将若干个AP归为一组，然后就可以对组中的AP进行整体操作（如：重起启动，Firmware更新等）。这样的分组管理可以大大的减轻网络管理员的负担，提高网络管理效率。
故障监测/告警：网络故障的发生是不可预知的，也是不可避免的。当网络中的组件发生故障时，会将该网络事件及时的报告给网管系统。网管系统根据故障的告警级别，自动的排除故障，否则启动报警功能，报告给网络管理者。
日志记录：对网络中发生的各种网络事件，都将其记录下来，保存在日志中。这样网络管理者就可以根据所记录的日志，来分析网络的发展趋势，提供网络优化的解决方案，保证网络能够健壮的运行。
网络拓扑：本系统用图形化的界面来显示网络的拓扑情况，直观的反映网络的分布。当网络组件发生故障时，在相应的拓扑图上会以不同的颜色来表示故障的级别，使得用户可以很方便的定位网络故障，提供解决办法。
安全性保证：通过对管理系统和网络节点的通信信息进行加/解密来防止第三者的恶意或非恶意的侵袭。
统计分析/报表：对影响网络性能的数据进行统计，如当前流量，总流量，当前连接时间，差错率，建立连接的数量等。将这些数据写入数据库中，产生数据报表。这样用户可以根据报表来分析网络中当前存在的问题，以及预测网络的发展的趋势，并为更好的对网络进行优化提供解决方案。

网络结构

3.3 远景规划
硬件扩充
整个无线网络在容量上可以自由的扩充。通常一个无线宽频交换机的推荐容量是几个客户端。现在的设计完全可满足这个需求。当然，如有特殊情况时，完全可以通过添加AP来解决，理论上支持的用户数量可以无限大。但是增加的用户将大量消耗网络的资源，用户上网就不能保证必须的网络资源，这就对目前网络的扩充带来影响。802.11g无线网络带宽增加一倍，ISM频段5.8G的无线扩充802.11a又能够将无线世界的速度提升到一个新的境界 ~ 54M，而这些新技术的运用都只需对现有的产品进行升级和一定程度的替换，而不需重新进行工程安装和对用户的使用带来不便。

3.4 智能办公无线覆盖的难点及注意事项
实际测试中尤其要注意安装位置、数量及设备安装位置对设备的保全性问题，前期的工作量会比较大。由于无线局域网是高频段的设备（2.4G、5.8G）因此其信号对铁制、混凝土、防弹玻璃等高密度的物体的穿透能力有限，因此这方面的因素将会影响设备的信号强度及其覆盖的能力，一般情况下在设计的过程中对于墙体可以参考穿透一面墙的能力，当然也可以考虑增大设备的发射功率或天线的增益的方式来提高覆盖范围。
另外一个方面，由于2.4G和5.8G是ISM的公用频段，因此在工程前期也需要考察办公区环境中的干扰问题，通常情况下办公区内部一般不会有很强的干扰源，但是也需要将这个因素考虑到其中。如果干扰信号很强，也会直接影响设备工作的稳定性。
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