某高校WLAN规划设计

谢水珍　黄芳淼

摘要：论文主要介绍了某高校无线校园网的规划和设计的过程。从校园网应用的需求分析、可行性分析、设计原则、校园无线网络拓扑图、设计指标与要求、频率规划与干扰控制、设备选型及其实现等内容进行说明，从而给出了一个完整的以无线局域网为关键技术的无线校园网络工程的设计方案。

关键词：无线局域网，拓扑结构，AP，频率规划，干扰控制

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）13-0062-03

Abstract： This paper mainly introduces the process of the planning and design of the wireless campus network in a university. From the application of the campus network needs analysis， feasibility analysis， design principles， the campus wireless network topological graph， design parameters and requirements， frequency planning and interference control， equipment selection and implementation of content is described which gives a complete wireless LAN is the key technology of the wireless campus network engineering design。

Key words： WLAN； topology； AP； frequency planning； interference control

随着信息化建设内涵的不断提升，在校师生笔记本电脑、平板电脑和智能手机等无线终端的日益普及，原有单纯依靠固定信息点接入和公共区域存在网络覆盖盲区等基于有线局域网和宽带网络应用的环境，已逐渐无法满足在校师生随时随地快速便捷获取校内教学科研资源和接入互联网的实际需求。无线校园网，就是通过无线局域网（Wireless Local Area Network，简称WLAN）技术，在校园中建立的无线通讯网络，使校园的每个角落都处在网络中，形成真正意义上的校园网，以方便广大师生随时随地利用校园网进行学习、工作等。

1 某高校WLAN的设计与规划

1.1设计范围与总体介绍

本次规划设计的是某高校无线校园网络，设计范围包括主校区和其它三个分校区，覆盖四校区除教工宿舍以外的所有学生宿舍区、办公区、教学区、图书馆、实验楼、体育馆、报告厅、食堂、宾馆、医院和校园室外等区域。

1.2 WLAN系统设计方案

1.2.1无线网络架构

整体无线网络架构如1图所示：

为便于管理和维护，结合校园网的特点和网络安全建设的整体思路，无线承载网络采用“接入层—汇聚层—核心层”三级网络架构组网。WLAN接入网络由新增的AP及POE交换机组成，各楼层AP交换机根据安装位置划分为若干区域经过汇聚交换机后连接到核心交换机上。核心网由行为审计设备、认证设备、核心交换机、核心路由器组成、防火墙、AC组成。出口路由器及安全设备、校园认证设备放置在核心层。运营商认证设备采用运营商原有设备。

1）接入层

接入层主要设备包括AP及接入交换机，WLAN接入及控制设备采用集中转发方式，用户认证由BRAS负责，通过三层隧道实现业务流，在核心交换机上启用DHCP Server给AP分配IP地址。瘦AP集中转发流程如下：

a）用户业务流发给AP；

b）AP将业务流打上相应的用户VLAN，封装在隧道中，发给AC（AP与AC之间通道不需知道用户的业务VLAN）；

c）AC解开隧道，得到带着VLAN信息的用户业务流。

2）汇聚层

在各校区设置若干交换机作为各楼层AP交换机的汇聚交换机，连接到2台核心交换机。

3）核心层

各校区各汇聚交换机汇聚到两台核心交换机上。

在主校区设置1台路由交换机作为连接各校区核心交换机、AC设备、运营商WLAN核心网、校园网的连接纽带。

九江学院主校区无线网络规模较大，其他校区相对较小，考虑在主校区部署1台AC（最大可管理4096个AP），采用1+1备份方式。

4）互联网及校园网接入

为对用户行为进行管理，经过运营商WLAN核心网、校园网的所有数据流量必须经过用户行为审计设备的审计。

为访问校园网设置的校园认证设备认证系统及为保护校园而设置的防火墙放置在路由交换机及校园网设备之间。

为保证WLAN用户正常使用上网业务，在行为审计设备及上行链路出现故障时，用户上网业务不中断，路由器交换机与校园认证系统及运营商WLAN核心网之间建立备份链路。

5）认证系统

在WLAN网络中，设置多个SSID，分别是运营商SSID、校园网SSID。SSID与相应VLAN进行绑定，SSID的划分将决定用户数据的VLAN归属，多个SSID共用1套物理网络，后端通过VLAN来区分。

对于中国移动，通常将SSID命名为CMCC，该SSID对应的VLAN在运营商的BRAS上终结，接入该SSID的用户IP地址由运营商分配，并使用运营商的认证计费系统进行管理和运营。

对于学校，将SSID命名为CMCC-EDU或学校的简称，该SSID对应的VLAN在校内认证系统上终结，接入该SSID的用户IP地址由学校分配，接入该SSID的用户可访问校园内网及教育网。

1.2.2 典型场景案例

因篇幅关系，根据校园内楼宇分布情况，本文选取学生宿舍、教学楼等2个典型场景从覆盖、容量及干扰等角度分析。

场景一：学生宿舍

根据学生宿舍用户集中，上网需求量大等特点，覆盖效果和容量设计是本次规划设计的重点。

1）覆盖规划

根据用户习惯分析，上网需求主要在宿舍房间内，本方案建议采用室内型AP加室内定向天线布放到寝室内辐射目标区域，可达到良好的覆盖效果。而天线放置在走廊不仅浪费部分信号功率，而且在覆盖区域边缘易存在信号死角。

2）容量规划

按照一个寝室6名学生计，并考虑到并发用户数和上网带宽需求的问题，设计1个AP覆盖4个寝室。

3）噪声及干扰分析

由于天线直接布放在寝室内，通过天线的旁瓣抑制及墙体阻挡可有效降低干扰。

综上，本方案综合考虑多种因素采用新建室内方式覆盖并将天线放置在寝室内。

场景二：教学楼

1）覆盖规划

根据用户习惯分析，上网需求主要在教室、办公室、会议室内，同时在走廊等候区也存在少量需求。本方案兼顾考虑以上需求，采用室内型AP加室内全向天线布放在走廊通过门窗等阻挡损耗较小的物体达到信号穿透，辐射目标区域的目的。对于会议室、接待室等区域采用直布方式覆盖。

2）容量规划

按照一个办公室4名老师计，一个大教室80-100名学生计，并考虑到并发用户数和上网带宽需求的问题，设计1个AP覆盖8个办公室或2个教室。对于会议室、接待室等区域由于上网需求量较大，并且集中，按照用户数配置AP容量，如1个AP覆盖16个用户。

3）噪声及干扰分析

通过天线之间的物理距离及旁瓣抑制，墙体阻挡可有效降低干扰。另外在设计时考虑到合理设置频点降低干扰。

综上，本方案综合考虑多种因素主要采用新建室内方式覆盖。

1.3设计指标与设计要求

WLAN规划设计中，主要指标如下：

1）无线信号场强：目标覆盖区域内 95%以上的位置，接收信号电平≥-70dBm；其中对重点目标覆盖区域的覆盖电平指标：重点区域内95%以上的位置，接收信号电平≥-65dBm；对于学生宿舍区，关门状态下室内任意角落接收信号强度≥-60dBm；

2）WLAN信号覆盖的99%区域内WLAN的接入成功率大于95%；

3）Ping新浪、搜狐等国内主流网站网址时延不大于50ms；Ping本机网关时延不大于10ms；

4）Ping新浪、搜狐等国内主流网站丢包率不大于1%；Ping本机网关不丢包；

5）信噪比≥20dB；

6）同频干扰：建议任意同频AP信号<-80dBm；

7）接入交换机端口使用率按照不超过70%考虑。

本次方案设计要求如下：

1）学生宿舍区采用智分/室分无线AP，支持双路双频。AP放置在走廊，天线延伸至每宿舍内，每AP连接4个宿舍，所配天线须是具有隐蔽天线（无外置功分器、耦合器、跳线）；

2）普通办公区AP采用双路双频设计，802.11a/n和802.11b/g/n 可同时使用，2×3 的MIMO天线架构，最大支持接入带宽≥300Mbps；

3）特殊办公区AP采用双路双频设计，802.11a/n和802.11b/g/n 可同时使用，3×3的MIMO天线架构，最大支持接入带宽≥450Mbps；。

4）室外AP采用双路双频硬件设计，可同时工作在802.11a/n和802.11b/g/n模式。可提供3×3 MIMO天线架构，AP的最大支持接入速率≥300Mbps。

1.4 频率规划与干扰控制

由于WIFI使用的是免许可证频段，随着运营商简WIFI覆盖建设力度的不断加大，WLAN网络的频率规划/配置是降低系统内/间干扰、提升系统吞吐量的重要举措，也是WLAN网络规划建设和后期优化的重要工作内容之一。

本次方案设计中采用的网络工作协议为802.11b/g和802.11a

1）WLAN 802.11b/g工作在2.4GHz频段，频率范围为2.400～2.4835GHz，共83.5M带宽，划分为13个子信道，每个子信道带宽为22MHz。子信道分配如图4所示。

2）WLAN 802.11a工作在5.8GHz频段，频率范围为5.725GHz～5.850GHz，共125MHz带宽，划分为5个信道，每个信道带宽为20MHz。

在使用2.4GHz频点时，为保证信道之间不相互干扰，要求两个信道之间间隔不低于25MHz。在一个覆盖区内，最多可以提供3个不重叠的频点同时工作，通常采用1、6、11三个频点。5.8GHz的5个频点互不重叠，可在同一覆盖区域内使用。

对于室外区域干扰宜采用调整（定向）天线方向角，避免天线主瓣对准干扰源的方式或调整功率，室外AP覆盖区频点配对时，为了实现AP的有效覆盖，避免信道间的相互干扰，在信道分配时宜引入移动通信系统的蜂窝覆盖原理。对1、6、11信道进行复用。

1.5 设备选型

1.5.1无线AP

无线AP（Access Point）：即无线接入点，它是用于无线网络的无线交换机，也是无线网络的核心，在本次方案的规划设计中应用到了4种型号的无线AP；室内智分型AP（RG-AP220-E（M）-V2）、室内放装型AP（RG-AP220-I）、高性能室内放装型AP（RG-AP330-I）、室外放装型AP。其中，室内智分型AP主要应用于学生宿舍楼，室内放装型AP主要应用于教学楼、食堂等楼栋，高性能室内放装型AP主要应用于办公楼、图书馆等重要场所，室外AP主要用于室外信号的覆盖。

1.5.2接入交换机

本次方案选择POE交换机作为以太网交换机，因为POE交换机能够在为无线AP传输数据信号的同时，还能为其设备提供直流供电。能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本。

1.5.3天线

本次设计方案中采用的天线分为两种室内全向天线和定向天线，。室内全向天线应用于室内智分型AP的信号输出，定向天线用于室外AP的信号输出。

2 总结

校园网是一个庞大而复杂的工程，需要根据具体的环境来组建网络，涉及的面也比较广。本论文设计规划的目的是为建设一个独立承载、性能优良、安全稳定、实用有效、易于拓展的校园无线网络基础设施平台，构建一整套安全认证与运营管理体系，实现学校有线网络和无线网络的一体化管理，支持最新一代的802.11N标准、支持IPV6/IPV4双栈协议，性价比高、可精细化管理的校园无线网络技术架构，达到学校各校区无线网络的高速、无缝覆盖，促进学校的有线网络与无线网络互补融合发展，为师生搭建一个宽带、高效、快速、稳定的学习、工作和生活的网络环境。

参考文献：

[1] 王连平， 余根坚， 李晓颖. 无线网络技术[M]. 清华大学出版社， 2013.

[2] 广州赛杰通信规划设计院. 无线局域网设计与优化[M]. 人民邮电出版社， 2015.