基于802.11n的WLAN工程设计与实现

吴振洲

（乌鲁木齐职业大学现代教育技术中心，新疆乌鲁木齐830002）

1.引言

在20世纪90年代初，无线局域网技术便已经出现了，但当时由于设备价格、网络性能、设备兼容性等多种原因，无线局域网在当时并没有得到非常广泛的应用和发展。无线局域网技术不断成熟，形成了包括IEEE 802.11、蓝牙技术、HomeRF技术等多种技术标准，无线局域网具有移动性强、网络实施容易、使用灵活、网络适应性强、网络经济性高等诸多优点，应用范围更加广泛、承载应用也更加丰富多样。2003年9月IEEE专门成立802.11n工作小组，制定无线局域网标准802.11n。IEEE 802.11n协议高速的无线传输速率和覆盖更广的信号范围，可以满足人们对移动带宽、传输速度和应用便捷性的诸多差异化需求。基于IEEE802.11n协议设计实施无线局域网工程，兼顾可操作性、经济性、冗余性等多种因素，具有很强的实际参考价值。

2.802.11n协议网络设计模型

相比IEEE802.11a、802.11b、802.11g等无线局域网协议，IEEE802.11n协议能够提供更高的无线速率、更广的无线覆盖范围以及更强的信号稳定性，并且全面兼容802.11a、802.11b、802.11g产品。在技术层面，IEEE 802.11n在物理层引入M IMO、M IMO-OFDM、Short GI、40MHz等多种技术大大提高了物理层吞吐能力。IEEE 802.11n协议改变了MAC层数据帧结构，增加净负载所占的比重，减少管理检错所占的字节数，大大提升了网络的吞吐量。在天线上，802.11n协议采用智能天线技术有效解决传输覆盖范围问题。依托更大的信道带宽、更大的吞吐量，IEEE 802.11n协议能够更好地满足高清视频传输、网络视频通话、高速在线游戏等多媒体数字娱乐的无线网络容量需求。此外，为改善无线局域网安全问题，IEEE 802.11n协议采用了最新的网络安全标准WPA2。基于WAP的升级标准，增加了支持“AES”加密方式的功能，能够为家庭用户、企业商务用户无线网络提供更为可靠、更高等级的安全保障。

802.11 n协议无线局域网主要由端站（STA）、接入点（AP）、接入控制器（AC）、AAA服务器以及网元管理单元组成。802.11n协议无线局域网网络参考模型主要包括如下接口：①WA接口：为空中接口，是接入点和STA之间的接口；②WP接口：为逻辑接口，是Portal服务器与AC之间的接口；③WB接口：为逻辑接口，是接入控制器和接入点之间的接口；④WT接口：STA和用户终端之间的接口；⑤WS接口：AAA服务器与AC之间的接口，该接口为逻辑接口；⑥WU接口：公众无线局域网与Internet之间的接口；⑦WM接口：网元管理单元与网元之间的接口。802.11n网络设计参考模型如下：

图1 802.11n网络设计参考模型

（1）端站（STA）：无线网络中的终端，通过不同接口接入计算机终端，也可以是非计算机终端上的嵌入式设备。STA通过无线链路接入AP。

（2）接入点（AP）：通过STA和无线链路进行通信。无线链路采用标准的空中接口协议。AP和STA均为可以寻址的实体。AP上行方向通过WB接口采用有线方式与AC连接。

（3）接入控制器（AC）：充当无线局域网和外部网之间的网关功能。AC将来自不同AP的数据进行汇聚，与Internet相连。AC支持用户安全控制、业务控制、计费信息采集及对网络的监控。AC可以直接和AAA服务器相连。在特定的网络环境下，接入控制器AC和接入点AP对应的功能可以在物理实现上一体化。

（4）AAA服务器：具备认证、授权和计费（AAA）功能。在物理上可以由具备不同功能的独立的服务器构成，即认证服务器（AS）、授权服务器和计费服务器。认证服务器保存用户的认证信息和相关属性，当接收到认证申请时，支持在数据库中对用户数据的查询。在认证完成后，授权服务器根据用户信息授权用户具有不同的属性。

（5）Portal服务器：负责完成PWLAN用户门户网站的推送。Portal服务器为必选网络单元。

3.802.11n协议无线局域网设计

本文基于某电子商城实际应用管理需要，设计基于802.11n协议的无线局域网。该商城建筑总面积约120000平方米，1-6层为开放式配件市场，7层为休闲餐厅，地下1-2层为物业办公。从应用需求方面，一方面现有固定宽带网络难以有效满足电子商城高速移动办公、高带宽应用产品展示需求，另一方面，电子商城客户规模持续扩大，通过无线局域网进行网络覆盖来实现移动宽带接入需求非常迫切。整个系统基于IEEE 802.11n无线技术，无线局域网需要覆盖整个电子商城内部，包括：地上1-7层营业区域、地下1-2层物业办公区域以及电子商城外部附近区域的无线网络覆盖，802.11n网络拓扑总体设计如下：

图2 802.11n无线局域网网络拓扑

电子商城地上1-7层、地下1-2层分别安装接入点设备(AP)，每个AP再与现有二层交换机进行连接。用户端设备配备无线网卡，利用空中接口与接入点AP构成连接。为实现电子商城外部的802.11n无线局域网覆盖，在电子商城外壁安装室外AP接入点，采用专门设计的室外全向天线，可在室外覆盖100-300米。此外，需要在电子商城内部建立一个覆盖整个电子商城的无线接入平台，通过网管中心统一管理，为电子商城员工和外来游客提供宽带无线接入。同时，为满足电子商城用户接入WLAN和无线接入点（AP）方便管理需要，充分考虑网络的安全性，设计具有多层次、多认证的安全保护措施，以满足用户身份鉴别、访问控制、可稽核性和保密性等要求。

4.802.11n协议无线局域网容量测算

按照802.11n协议无线局域网的国际规范和国家无线电管理委员会标准，本无线局域网工程网络设备采用工作频段为：2400-2483.5MHz。工作频率带宽为83.5MHz，并且划分14个子频道，每个子频道带宽均为22MHz。同时，为保障无线局外网络有更好的网络覆盖和更优的网络性能，避免重叠覆盖区相互之间的干扰，本工程相邻AP信道分配保持5个信道以上的间隔，即在同一覆盖区域只有三个信道完全不重叠，即：使用1、6、11号子信道或2、7、12号信道。

无线接入点AP容量测算，当无线电波传输距离很小且为直射波时，如：在微小区域中或室内无阻拦环境下，其传播损耗非常接近自由空间的情况，计算公式为：

代入上式可得：

表1 不同距离的信号损耗情况

表2 不同建材和结构的信号损耗情况

每个AP的输出功率不小于10dBm。综合考虑电波传播中建筑结构的衰减，这里损耗取最大值13dB计算，则距离每个天线口1m处（近处）所对应的场强为：

距离每个AP20m处（远处），对应的场强为：

无线局域网网卡在速率为11Mbps时的接收灵敏度EIRP(equivalent isotropically radiated power)为-76dBm，结合以上测试，设定每个AP在室内的覆盖半径约为20m。

考虑普通浏览用户所要求速率为100Kbps，高质量视频用户要求速率20Mbps。单个接入点AP支持浏览用户约60个（6Mbps/100Kbps）或视频用户3个。根据用户需求预测，确定本工程浏览用户与视频用户比例为20：1。考虑到无线网络的特殊性，预留20%－30%的冗余。经过测算，一个AP可同时支持浏览用户20个，视频用户1个。

通过对覆盖面积及用户需求计算，确定地下一层、二层各2个接入点AP；放置3个接入点AP。地上1-5层确定五层放置18个接入点AP，以满足150-165个浏览用户和6-18个视频用户的同时接入。地上六、七层因内部结构复杂，网络质量要求更高，确定六、七层各放置26个接入点AP，以满足230-270个浏览用户和10-20个视频用户的同时接入。

此外，在无线局域网覆盖范围内，为防止没有获得允许的网卡登陆局域网，在IP地址分配的时候，先锁定那些没有被分配的IP地址，拒绝非法IP地址的登入。内部IP地址采用保留地址（10.12.67.0－10.12.67.254），最多可接入254个信息点，满足该商城无线局域网的要求。

5.结束语

论文以实际执行方案为基础，方案以安全性、可靠性为设计核心，兼顾经济性目标，并在实际实施过程中不断优化改进无线局域网的设计方案，具有较强的实际参考应用价值。

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