WiFi-Mesh网络规划方法研究

朱艳云, 杜雪涛, 何继伟, 王丽英

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

Mesh网络作为一种多跳、具有自组织和自愈特点的宽带无线网络，正逐渐成为研究的热点。在Mesh网络中，各个节点具有转发和路由的功能，设备之间以Ad hoc方式互联，直接通信，并当主用无线链路中断后，系统将自动选择备用链路。

采用WiFi-Mesh小规模建网具有快速灵活的优点，可以作为城市热点地区、工业园区、大型会议及活动区域、校园等地区的宽带接入解决方案。

由于Mesh网所具备的多跳等技术特点，在进行网络规划时也会带来规划方法的变化。本文将针对WiFi-Mesh网络规划流程及方法进行详细的阐述。

1 WiFi-Mesh网络规划流程

进行WiFi-Mesh无线网络规划，首先要确定准确的覆盖目标、网络设计容量以及网络的预期质量。包括：哪些区域需要覆盖、会有什么样的应用、用户量、服务质量要求、覆盖区域地图、现有资源、附近是否有干扰源、硬件设备选型、回传链路及传输选择等。

之后要进行现场勘测，了解实地的情况获得现场环境参数、传输及点位等资源情况，特别是AP安装点选择、障碍物、干扰信号。

最后才能进行详细的设计和仿真。并且在实施和校正阶段，需要根据现场情况调整；测量实际覆盖效果，若不满足则进行相应调整和优化。图1为WiFi-Mesh无线网络规划流程图。

2 WiFi-Mesh网络规划方法

结合以往建设经验以及试验网结果，本文对WiFi-Mesh网络规划方法中以下方面进行了分析和总结。

2.1 组网方式

建议采用双载频和多载频技术组网，不采用单载频方式。

考虑到容量和成本的均衡，建议先以802.11a/g双频模式进行部署，在对带宽有较高要求的区域采用802.11n进行部署以提高容量。

图1 WiFi-Mesh无线网络规划流程图

2.2 网络规划中簇的划分

在组网时建议以簇为单元进行规划，每个簇最多不超过20个节点。另外在每个单独的Mesh簇都有一个或多个根节点AP接入有线网络，这样每个AP节点都有主用和备份的链路。整个Mesh网络由多个这样的高可靠的而且保证带宽的Mesh簇组成。

2.3 跳数选择

多跳为无线Mesh网增加了灵活健壮性，但是也对网络的时延以及吞吐量均产生影响，因此跳数的选择需要均衡考虑。

时延是影响实际Mesh组网的重要因素之一，时延一方面会影响到相关业务的QoS性能，另一方面链路层的时延过大也会间接影响到基于TCP的业务的流量性能。

图2为在某试验网中在不同类型的组网条件下，通过加载不同程度的负荷以全面考查Mesh组网的双向时延性能。（a）为单频各跳各种业务的时延趋势图，（b）为双频各跳各种业务的时延趋势图。从图2中可以看出，无论单频组网还是多频组网，跳数的增加对于Mesh网的时延有较大的影响，大负荷下5跳时的时延可以达到单跳时延的10余倍，即每增加一级无线回传链路，时延都会较大程度的增加。

图3为某试验网中单双频组网条件下不同跳数吞吐量对比表，从以上测试结果中可以看出，当单链情况下时，3跳50m是单跳50m处的吞吐量的1/5，性能下降较为明显。

因此综合考虑多跳的传输带宽和时延，建议Mesh组网时通常单条链路3跳为宜。最多不超过5跳。

2.4 频点选择及规划

图2 （a）单频组网各跳各种业务时延趋势图

图2 （b）双频组网各跳各种业务时延趋势图

802.11a工作在5.8GHz频段，802.11b/g工作在2.4GHz频段，全部采用非授权许可频段，无须向国家相关管理部门申请频段使用。

图3 单双频组网条件下不同跳数吞吐量对比表

建议最好采用5.8GHz频段做无线回传，2.4GHz做无线网络覆盖。这是因为目前绝大多数无线终端均工作在2.4GHz频段，5.8GHz的终端设备相对较少。回传由于需要更可靠的保证，采用频谱相对纯净的5.8GHz频段。但由于5.8GHz频段较高，传输距离较短，因此5.8GHz覆盖面积需要在网络规划给予充分考虑。

对于2.4GHz频段，存在3个非重叠的信道；对于5.8GHz频段，存在5个非重叠的信道，如图4所示。

图4 （a）2.4Ghz频段存在的信道

图4 （b）5.8Ghz频段存在的信道

在进行频点规划时，非重叠信道可以进行复用，但确保使用同一信道的AP之间有足够远的距离，相邻节点不要采用同样的信道。图5（a）为802.11a频点规划示意图，图5 （b）802.11b/g的频点规划示意图。

图5 （a）802.11a频点规划示意图

图5 （b）802.11b/g频点规划示意图

2.5 站址选择与安装

在进行站址选择时，尽量遵循以下的原则。

（1） 站址尽量选择在交通便利、供电可靠、资源丰富的地方；

（2） 尽量使无线接入信号视距传播，避开密集树林、高楼等遮挡。对于回程无线信号要求保证直线可视传输；

（3） 根节点要求确认传输条件，回传节点要求确认供电条件；

（4） 对于街道，可以选择在道路的交通信号灯或者路灯灯杆上。取电则使用各类灯杆上的220V交流电，但需要确定是否能够提供24h持续供电的电源，以及能否从灯杆顶端穿引电源线；

（5） 对于沿道路部署，可采用链状组网。并且在十字路口四角的灯杆中选择视野最好的位置，便于与来自道路上不同方向的设备建立无线回程；道路过长、无法形成Mesh拓扑时，可以选择周边具有一定高度且具有良好视距的建筑物，保证同链型拓扑的设备建立冗余的无线回程。在占据路口和占据好的商业覆盖位置间进行合理的选取，保持相互间的平衡；

抓执行落实。强化制度日常监督，不定期督查制度的学习、执行，将物资采购销售、工程招投标等列为重点，以全方位监督体系，架起纪律“高压线”。运用督查结果，对制度学习不实、执行不力的给予通报、约谈，彰显制度的生命力。

（6） 设备安装时，对于街道，为了减少树木的衰减，尽量在路的两侧交替的放置Mesh AP节点设备，这有利于在树木茂密的区域保证视距条件；

图6 街道两旁交替放置Mesh AP节点

（7） 相邻站点的天线高度尽量保证一致；

（8） 当AP天线置于楼顶或灯杆时，同时要考虑AP的防雷。

2.6 天线的选择

对于天线的选择，主要分为室外天线的选择和室内天线的选择。

对于室外天线，在网络建设初期和发展期更多地考虑无线覆盖面积，所以无线回传链路要采用大增益的天线扩大覆盖面积。由于天线的水平波束宽度变窄以及室外空旷环境的反射较少，所以要求天线的极化方向和高度尽量一致。

对于室内天线选择，要根据不同的环境选择不同的天线，一般全向天线用于典型的办公室和商务楼的无线覆盖，扇区天线比较多地用于室内环境比较复杂的环境，如超市，通常有一排一排高大货架，选用定向天线互相对打，就可以在货架之间获得很好的覆盖效果。如图7所示。

图7 定向天线互相对打方式

2.7 AP站间距

AP的站间距和物理地形密切相关。根据实际测试结果，通常站点间距保持在300m左右。但用户密度也决定了站点密度，如果某一区域的用户密度较高，那么设计时就要首先考虑节点密度，适当增加站点数量，缩小站间距。因此一般对于密集城区考虑AP间距在150～200m之间。

2.8 AP接入用户数

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，而使得系统带宽闲置；如果用户超过一定的限度，会导致系统的瘫痪。工程设计上一般每AP接入用户数在20～30台左右应该比较合适。

2.9 干扰的规避

由于WiFi-Mesh的频谱资源不受管制，不可避免的会在同一地区存在大量同频干扰。因此需要尽量采用一些手段进行干扰的规避。

（1） 合理的频点规划：建议以手动规划为主，建立可配置网络，在干扰非常严重的密集城区，可有选择的考虑开启AP的动态频点调整功能；

（2） 定向天线使用：可以在网络规划阶段，采用定向天线进行有针对性的覆盖，防止对同频其它AP的干扰，并同时避免来自某个方向的干扰。

3 关于室内覆盖

室内覆盖方式分为单独覆盖和与现有的2G、2.5G或PHS共用分布式系统，除一些特殊的场所也可以通过室外AP布放实现室内的无线覆盖外，不建议用室外Mesh来覆盖室内。

如果采用室外覆盖室内的方式，通常使用高增益的定向天线，这种办法适用走廊在楼层一边的结构。

其它室内覆盖方式应从网络容量出发进行设计，所以不建议采用大增益的天线。

室内单AP覆盖范围为30～50m，由于室内障碍物穿透损耗不同，要根据实际情况确定AP数量。

随着Mesh技术的不断成熟和普及，将有越来越多的WiFi-Mesh无线网络建设在各大城市展开，WiFi-Mesh网络规划的重要性也日益突出。总体来说，WiFi-Mesh网络规划与WiFi网络规划有类似但也有本质的区别，网络规划不是一劳永逸的，WiFi-Mesh无线网络规划方法仍需要在实际的规划和网络运营当中不断总结和完善。