基于广电EPON的金湖无线城市WLAN覆盖方案

孙焱 金湖县文化广电新闻出版局

朱忠智 南京广播电视系统集成有限公司

1．引言

在城市化进程不断加快的背景下，信息随时随地的获取在无线智慧城市建设中尤为重要。根据无线智慧城市的需求和无线网络的设计原则，金湖无线城市项目依托现有的广电EPON网络，结合无线系统技术和产品的特点，构建了一个高速、安全、稳定、可靠的无线网络。本次无线城市采用AC+Fit AP的网络构架，实现了金湖无线城市的WIFI覆盖。

2．金湖广电双向网概况

金湖广电双向网是基于EPON的网络架构。EPON是当今世界上新兴的覆盖最后一公里的宽带光纤接入技术，中间采用光分路等无源设备接入各个用户点ONU，节省光缆资源，并具有宽带资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快、综合建网成本低等特点。广电EPON组网模式包括：EPON + EOC、EPON + LAN 和 FTTH 等模式[1]。

（1）EPON + EOC模式

采用PON+EOC技术方式实现数据业务，其组网方式为前端机房安装光线路终端OLT 设备，数据光信号通过光缆送到终端交接箱，然后通过分光器将光信号分配送到不同楼栋单元，经过ONU转换后与EOC局端混合，然后通过同轴电缆传送给用户，用户使用EOC终端接收数据信号。

（2）EPON + LAN模式

采用 EPON+LAN 技术方式实现数据业务，通过OLT 设备，经过ODN网络信号送到楼宇，再通过ONU 及交换机，利用五类线送到用户。

（3）FTTH模式

采用FTTH技术方式，直接在用户端通过ONU，便可实现高速宽带接入。本地集团用户的无线覆盖，都是基于 EPON 技术实现，EPON组网模式如图1 所示。

3．组网结构

金湖无线城市WLAN建设采用无线控制器AC+无线瘦AP的部署方式，同时无线与现有有线认证进行整合，对接入用户进行统一认证，无线认证采用web+portal[2]的方式，采用H3C IMC内置短信网关的功能来实现无线短信认证以及portal认证的方式，用户在弹出认证的portal页面，只需通过自己的手机号获取验证码，然后点击连接上网即可。

在金湖广电网络原有城域网架构基础上，无线城市热点AP通过EPON(无源光网络)和以太网交换机等网络设备将客户请求信息传至AC设备，AC与城市热点AP在IP互通的基础上通过封装私有CAPWAP隧道，完成AC与AP之间的网管数据交互，实现二层网络在三层网络中的透明传送。上网用户的网关设置在ACG交换网关，WLAN 用户的802，1x数据帧由AP转换成802．3以太帧后由AP与AC之间的隧道转发至AC，再由AC转发给ACG交换；配置私网地址，通过ACG路由nat转换，连接到Internet网络。金湖县无线城市设备构架如图2所示。

4．覆盖方式

在无线城市网络建设中可以采用以下3种方式：户外放置AP+定向天线，户外放置AP+全向天线，室内放置AP+有线覆盖[3]。

（1）户外放置AP+定向天线

户外放置AP要选择功率强、抗干扰强、适应性好的产品。定向天线在天线后面有一个碗状的反射面，信号只能向前面传递，射向后面的信号被碗状反射面反射到前方，加强了前面的信号强度，其包括2.4G天线和5G天线。这种方式主要应用在城区主干道路、游览区域、停车场等场所。其特点是目标覆盖距离比较远，形状呈长条形，需求容量相对小。

在做规划设计时，可根据具体的现场特点设置不同数量AP和定向天线的组合。对一般覆盖要求的场所，可以选择单AP+多天线组合；对特殊要求的场所，可以选择多AP+多天线组合。户外放置AP+定向天线如图3所示。

图2　金湖县无线城市设备构架

图3　户外放置AP+定向天线

图4　户外放置AP+全向天线

（2）户外放置AP+全向天线

户外放置AP要选择功率强、抗干扰强、适应性好的产品。全向天线会向四面八方发射信号，前后左右都可以接收到信号。这种方式主要应用在城区市民广场、休闲公园、旅游景点集散地等场所。其特点是目标覆盖距离比较近，形状呈圆形，需求容量相对大，同时并发业务比较高。在做规划设计时，可根据具体的现场特点设置多AP覆盖交叉区域提高其承载容量。户外放置AP+全向天线如图4所示。

（3）室内放置AP+有线覆盖

室内放置AP要选择功率相对低、抗干扰强、美观的产品。室内通过有线接入，无线全面覆盖。这种方式主要在企事业单位、学校、商业区、医院等室内场所应用。其特点是目标覆盖用户相对固定，同时具有有线连接和无线覆盖的需求，网络速度更快、安全更高。

5. 信道的规划调试

图6　信道复用

无线网络覆盖受周边环境和自身设备影响很大，如果规划不科学、调试不到位，会降低无线网络的网络性能。在规划网络时需要实际勘测部署的环境、熟悉各种阻挡物的衰减系数、根据网络提供服务要求、合理控制AP的覆盖范围、选择合适的AP产品和数量，确定安装点的位置、选择合适的发射天线等。

在网络勘测的过程中，要做好如下工作：覆盖区域平面情况，包括覆盖区域的大小、平面图；覆盖区域障碍物的分布情况，以分析对信号的阻挡；需要接入的用户数量和带宽要求； 设备的安装位置及安装方式；设备的供电方式；已有有线网的组网情况，出口资源等。

在网络部署调试过程中，要满足无线接收要求，避免信号干扰，减少电磁辐射，同时保证数据的安全性。

在无线传输过程中，主要使用2.4GHz和5GHz频段，其中2.4GHz使用最为常见。2.4GHz为ISM频段，是开放式频段，不需授权即可使用。在相同的区域中，存在着WLAN设备之间的干扰，为避免其干扰，要采用蜂窝式无线覆盖方式，在任意相邻区域使用无频率交叉的频道，使用最多的1、6、11频道在空间上进行信道复用，如出现区域同频干扰，可以适当调整AP发射功率，减少交叉覆盖范围；如在区域中存在其他干扰设备，例如微波炉、蓝牙设备、无绳电话等，需要远离其设备，避免其干扰。

6. 网络设备配置

无线城域网建设中，网络设备配置包括核心设备AC的配置和三层交换设备的配置。6.1 AC控制器的配置

（1）网络基本配置

[AC] ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.10.6配置AC的缺省路由。

（2）配置AC的接口

# 创建VLAN 100及其对应的VLAN接口，并为该接口配置IP地址。AC将使用该接口的IP地址与AP建立LWAPP隧道。同时VLAN 100也作为WLAN-ESS接口的缺省VLAN。

[AC] vlan 100

[AC] interface vlan-interface 100

[AC-Vlan-interface100] ip address 192.168.10.5

# 创建AP所在的vlan

[AC] vlan 91

# 配置二层GigabitEthernet1/0/1接口以及其对应的成员端口的链路类型为trunk，当前trunk口的PVID为100，允许AP所在VLAN通过。

[AC-GigabitEthernet1/0/1] port link-type trunk

[AC-GigabitEthernet1/0/1] port trunk permit vlan 91

（3）配置无线服务

# 创建接口WLAN-ESS 970并进入其视图

[AC] interface wlan-ess 970

# 配置端口的链路类型为Hybrid

[AC-WLAN-ESS970] port link-type hybrid

# 配置当前Hybrid端口的PVID为970，禁止VLAN 1通过并允许VLAN 970不带tag通过。

[AC-WLAN-ESS970] undo port hybrid vlan 1[AC-WLAN-ESS970] port hybrid pvid vlan 970

[AC-WLAN-ESS970] port hybrid vlan 970 untagged

# 在Hybrid端口上使能MAC-VLAN功能。

[AC-WLAN-ESS970] mac-vlan enable

# 创建clear类型的服务模板970。

[AC] wlan service-template 970 clear

# 配置当前服务模板的SSID为JH-free。

[AC-wlan-st-970] ssid JH-free

# 将WLAN-ESS 970接口绑定到服务模板970

[AC-wlan-st-970] bind wlan-ess 970

# 使能服务模板。

[AC-wlan-st-970] service-template enable

（4）配置射频接口并绑定服务模板

radio 指定不同的射频接口，可连接不同的天线

# 在AC上配置AP名称为3897-d6a1-a720，型号名称选择WA4320X，并配置序列号。

[AC] wlan ap 3897-d6a1-a720 model WA4320X id 84

[AC-wlan-ap] serial-id 219801A0REM161001361

# 配置AP的radio1的射频类型为802.11gn。radio

[AC-wlan-ap] radio 1 type dot11gn

# 将服务模板1绑定到AP的radio 1口

[AC-wlan-ap -radio-1] service-template 970

[AC-wlan-ap -radio-1] radio enable

7. 实施过程中的问题和解决措施

WLAN数据传输的性能与许多因素相关，本次实施的过程中主要遇到以下问题：

（1）非WLAN无线设备干扰；

（2）WLAN无线设备间同频/邻频干扰；

（3）终端处的信号强度；

（4）终端并发数；

（5）应用（影响报文大小比例等）与工作速率。

为了解决以上问题，在实际高密部署中，首先要对现场环境进行仔细的工勘，并参考用户数目、用户应用等情况，确定合适的AP与天线的类型、数目和位置，明确每个AP的目标覆盖范围。在此基础上，需要通过调整部分参数和实施一定的控制策略，以便将WLAN空间传输性能优化到最佳水平。解决方案如下：

（1）功率调整。对于高密场所，每个AP设备既是服务的提供者，同时也是整个射频环境的影响者，功率过大可能导致对其他无线设备造成不必要的干扰。通过调整功率，使得每个AP在自身的目标覆盖范围内保证有比较强的信号，最好不弱于-75dB，但在目标覆盖范围之外信号很弱。

（2）信道划分。相邻AP使用不重叠信道能达到一定的规避干扰的目的，另外需要根据建筑特点，特别是在高密度部署的情况下，灵活调整部署方式，确保在较大范围内设备之间不可见，将设备间的彼此干扰降到最低。

（3）负载均衡。相邻AP之间会出现用户负载极不均衡的现象，如相邻的2个AP，1个吸附20个用户，另1个仅吸附3个用户。H3C智能负载均衡技术，可实现对无线用户的实时跟踪，能够动态地准确发现负载均衡组，结合高负载AP自动隐藏技术，既有效实现无线用户的负载均衡，又保证用户的快速接入，同时还可以进行信道、频段之间的用户分担。（4）过滤干扰。在采取降低功率和信道隔离的措施后，仍然可能看到稍远处其他多个同频WLAN设备的弱信号。因此，在高密场所WLAN干扰信号比较多的情况下，需要开启设备的高密工作模式，让设备主动过滤干扰信号，减少干扰信号对本设备通信性能的影响。试验表明通过该技术可提升50%效率。（5）速率保优。无线AP与station之间的速率是动态调整的。使用高速率发送报文对环境的要求比较高，在信噪比较好的情况下才能保证正确接收。针对WLAN干扰较多的高密环境，H3C提供了适应该环境的速率调整算法，使得发送速率保持在一个最优的水平。

（6）双频高密度接入。通过双频（2.4G/5G）的同时接入，以扩大AP实际承载终端数，并可有效扩大可用信道数量，已逐渐成为WLAN室内覆盖方法。H3C提出了基于802.11n技术的双频高密度解决方案，对网络性能要求较高的区域，开启11n-only（2.4G/5G）功能，只允许11n模式的终端接入。同时，通过双频的承载，有效地增大了AP覆盖区内的接入终端数。在已有b/g无线网络的情况下，要升级为11n网络，需要考虑兼容原有a/b/g用户。在11n与11b/g混用的网络中，建议使用双频11n AP，其中2.4G频段提供给老的b/g用户作接入，保证兼容性；5.8G频段提供给有高带宽需求的用户接入，体现11n的高速带宽性能。

（7）低速报文的优化。无线WLAN网络中不是使用固定的速率发送所有的报文，而是使用一个速率集进行报文发送（例如11g支持1、2、5.5、11、6、9、12、18、24、36、48、54Mbps），实际无线网卡或者AP在发送报文时，会动态在这些速率中选择一个速率进行发送。通常提到的11g可以达到速率，主要不是指所有的报文采用54M速率进行发送的情况，而且是指一个空口信道的能力。实际上大量的广播报文和无线的管理报文都使用最低速率1Mbps进行发送，所以会消耗一定的空口资源。在大楼网络中，信号传输的距离不是问题，将1、2、6和9Mbps速率禁用，这样整体上可减少广播报文和管理报文对空口资源的占用。可根据需要适当关闭低速率报文，建议对1、2、6、9速率的报文进行关闭。

8. 结束语

金湖无线城市WLAN覆盖基于EPON技术承载在金湖广电城域网，充分利用自身丰富的光缆资源和现有城域网资源，克服了无线接入点覆盖广泛、密集复杂的问题。经过半年的紧张安装调试，完成了400多个室内室外无线接入点的线路施工，建立起一张覆盖全县主要区域无线网络，极大地满足了金湖的市民文化生活，推动了金湖智慧城市的建设。

参考文献：

[1]罗宇文，黄斌华，无线城市热点AP接入模式探讨 [J]，电信快报 ,2011(2)：37-40

[2]刘鹏;黄英楠;张国圆,基于EPON网络的无线组网模式探讨[J], 广播与电视技术,2015(9)：107-112

[3]万忠宝,薛巧平,公园景区WLAN无线覆盖解决方案[J],移动通信, 2014(09)：12-16