智慧海安公共免费WiFi工程建设方案

■江苏有线海安分公司；陈小燕

无线网络是智慧城市的一项基础设施，也是衡量城市信息化程度、运行效率以及竞争水平的重要标志。公共免费WiFi的建设将提高智慧城市政务办公效率、提高居民幸福指数、提升城市形象。江苏有线海安分公司承建的智慧海安公共免费WiFi工程是依托高速便捷、智能融合的广电信息网络基础设施，通过无线WiFi网络的建设，覆盖了市区人流量大、驻留时间长、移动设备使用率高、WiFi接入需求量大的主要公共区域，为企业与市民提供了便捷快速的移动互联网服务，助力当地打造服务型政府，较好地践行了广电网络“夯实新型基础设施，建设现代传播体系，满足用户美好期待”的使命担当。

1.项目概况

海安市公共免费WIFI工程是海安市委、市政府“智慧海安”的重要内容，也是民生工程之一。工程利用广电宽带的密集波分传输网络作为主干、利用广电宽带的无源光网络作为AP的上联接入，通过核心端无线控制器与认证体系的建设以及接入端无线AP的布设，在市区的行政办事大厅、公共文化体育场馆、医院、车站、公园等45个室内外公共区域建设了稳定可靠、安全高速的无线WiFi网络。工程投入700余万元，分三期建设，布设无线AP共701台，已经全部投入运行。

2.建设原则

依照“政府引导、市场运营、以点带面、逐步推进”的建设思路，采取“统一性、开放性、安全性、先进性、可靠性”的建设原则。

（1）统一性：建设统一的接入平台，平台采取统一管理。

（2）开放性：平台提供开放性接口以接入相关信息，使之成为智慧政务及民生的承载平台。

（3）安全性：平台提供安全认证管理和用户鉴权管理功能，支持PPPoE、802.1x安全认证方式，确保平台和接入用户的安全。安全审计部分符合工信部和公安部的相关文件规定。

（4）先进性：率先在全市使用2.4G和5.8G双频WIFI系统进行公共覆盖，可提供更优的服务质量、更高的可用带宽。

（5）可靠性：主干采用双星型网络拓扑结构，使用高可靠、高性能设备，AC等关键设备采用冗余热备。

3.技术要求

（1）接入方式：用智能终端搜索“zhha”免费WiFi信号，以手机号码为用户名向系统申请，得到回复密码后，按照提示接入互联网。用户带宽不低于3M（根据使用需求可适当增加带宽），可设置单个用户每天的免费时长与免费流量。

（2）页面设计：制作个性化登录页面和欢迎首页，展示海安形象，拓展政务服务功能。欢迎页面可根据需要在不同地点、不同时段配置不同页面

（3）为保证信号覆盖效果，室内无线AP输出点信号强度＞20dbm，重点区域（包括会议室、办公区、办公楼大厅）信号强度控制在-50～-70dbm，其他区域（包括走廊、楼梯等）信号强度控制在-70dbm～-80dbm。室外覆盖区域任意点信号强度〉-73dbm。在目标有效覆盖区域内95%以上位置，终端接收到的下行信号S/N值≥10dB，以64字节数据包对AP网关进行Ping测试，平均时延≤50ms。智能终端在AP有效覆盖范围内低速移动时网络服务可有短暂延时但不中断。无线接入人均带宽不小于1Mbps。

图1：智慧海安公共免费WIFI逻辑组网示意图

(4)无线接入点（AP）必须至少支持IEEE802.11a/g/n三种无线传输协议，在保证高速无线接入的同时对老旧无线网卡的支持；AP须支持WLAN用户的隔离功能，以防止在公共区域无线用户间的信息泄露；AP须支持Multi SSID功能，具备为不同SSID WLAN用户接入有线网络或互联网络提供不同身份认证策略的功能；AP自身应具备智能的、无需辅助设备就可根据周围电磁波环境的变化，自动进行频道最优化设置，以达到最优化覆盖的目的；AP之间可根据相互通告来获取对方连接的用户数量及流量，从而实现AP的负载均衡，并支持用户在不同AP间平滑漫游；AP支持射频(RF)信号加密特性，支持802.11i安全标准，提供WPA2认证机制，可提供AES加密方式。

（5）WLAN网管系统能够对全网的无线局域网设备进行统一管理，包括网元信息查询、运行状态和性能监控、告警管理、配置管理、报表输出等功能，并支持设备的分组管理和不同管理员的分权管理。WLAN系统支持终端自助注册和类型识别，基于终端类型下发控制策略，实现无线局域网BYOD(Bring Your Own Device)。

4.网络实施方案

4.1 逻辑组网图

智慧海安公共免费WIFI工程采用AC+FIT AP的架构，在实现无线信号无缝覆盖的同时，又能够对无线网络灵活管理配置，提高网络运维效率。AC采用H3C WX6100运营级多业务无线控制器，可支持信道智能切换、智能AP负载分担、7层移动安全检测/防御以及射频智能优化等功能。H3C WX6100与江苏有线海安分公司互联网核心节点设备连接，管理与监控AP设备，使AP能通过WIFI信道与手机等无线终端连接。AP采用基于智能天线覆盖技术的H3C WA2600千兆AP，AP就近接入广电宽带无源光网络的ONU，同时在相关楼层部署POE注入模块对AP设备供电。WIFI登录认证管理系统，实现Web Portal页面推送、上网时短信认证、上网时长控制、用户带宽控制等功能。具体如图1所示：

4.2 无线覆盖场景

（1）室内无障碍覆盖：主要应用于空间较大的办事大厅、开放办公区域等场所，无需考虑到穿越墙壁、地板等障碍物对覆盖空间的影响。此类区域由于接入用户数较多，需要使用多个AP进行覆盖，AP选择双频设备，且部署位置保持一定的物理隔离。该场景基本都采用吸顶天线进行覆盖。

积差相关系数.这种方法是Pearson提出来的，其适用条件为：①两个变量都是连续型随机变量；②两个变量的总体都呈正态分布或接近正态分布；③两个变量的取值是一一对应数据；④两个变量之间呈线性关系.

（2）室内穿越障碍覆盖：此类场所环境中一般具有隔墙、承重柱，终端性能有差异，终端密度视不同的场所分布不等，用户带宽要求高，典型场景如中间走廊两边房间的室内办公区域。由于无线信号穿越一至两堵墙壁之后衰减较大，因此这样的结构首先要保障用户带宽需求和提升用户接入感知，可以在两侧的房间中采用吸顶AP或86面板AP依次做“W”型部署，或者在走廊中间布置吸顶AP来覆盖两边的房间区域。

（3）室外开阔空间覆盖：在室外开阔空间中，AP需要覆盖的距离一般比较远，为了保证效果通常是添加室外天线使用，可以通过将AP安装在具备有线网络的建筑物的楼顶或是侧壁上通过定向天线对室外开阔空间进行覆盖。

4.3 信道使用规范

本工程中，AP同时在2.4GHz和5.8GHz频段发射SSID信号。其中2.4GHz频段共有13个信道，5.8GHz频段共有5个信道。对于2.4GHz频段主要采用1、6、11三个不重叠信道交错使用，对于5.8GHz频段主要采用149、153、157、161、165五个信道交错使用。工程实施时首先应对目标区域现场进行频率检测，对于覆盖区域内已有AP采用的信道，应尽量避免采用。在实际部署时，无论是2.4G频段或5.8G频段，都采用20MHz带宽模式进行覆盖，以加强信道隔离与复用，提升WLAN网络整体性能。

4.4 覆盖效果计算

在WLAN工程建设中，不同覆盖场景下的覆盖距离需通过预估计算或模拟测试来确定。根据AP和终端网卡设备接收灵敏度，以-75dBm为边缘场强覆盖要求。

2.4 G H z室 内A P覆 盖 的 预 估 计 算 按 照A P发射功率2 0 d B m进行，采用衰减因子模型计算：PathLoss[dB]=46+10×n×logd[m]。其中，d为传播路径，单位为m，n为衰减因子。针对不同的WLAN覆盖场景，衰减因子n的取值有所不同。在自由空间中，路径衰减与距离的平方成正比，即衰减因子为2。在建筑物内，距离对路径损耗的影响将明显大于自由空间。一般来说，对于全开放环境下n的取值为2.0～2.5；对于半开放环境下n的取值为2.5～3.0；对于较封闭环境下n的取值为3.0～3.5；穿过一层建筑物n取值4.2。接收电平估算公式如下：Pr[dB]=Pt[dB]+Gt[dB]-PL[dB]+Gr[dB]。当n分别取值为2.5、3.0、3.5、4.2；覆盖距离为69m、33m、20m、12m，结合模拟测试，一个室内放装型AP的覆盖半径根据场景的不同，在10m到35m之间。

4.5 AP容量规划

WLAN采用了CSMA(冲突检测载波侦听多路存取)协议，单个AP虽然可以接入很多用户，但如果接入用户数目过多，信道利用率会大大下降，导致每个用户的性能下降。目前每个AP单射频最大的用户数默认限制为64个。实际建设时，对于802.11n标准AP，工作在2.4GHz频段的单AP最大并发用户数控制在20-30人，工作在2.4GHz和5.8GHz双频段的单AP最大并发用户数控制在30-40人。在人员高密集区域还需要考虑适当加大AP分布密度。

4.6 AP布点原则

（1）覆盖方式采用蜂窝式部署方式，实现无交叉频率重复使用，例如2.4G频段的信道分布中，任意相邻区域使用无频率重叠的频点，如：1、6、11频点。在多楼层无线覆盖时，信道设置要着眼三维空间的考量，依然采用蜂窝式进行立体频点规划，避免空间信号干扰。用户高密区域首先要保障用户带宽，其次满足信号覆盖，降低设备安装高度，利用或制造环境条件进行物理隔离，降低干扰以提升信道容量。

（2）尽量减少信号穿过墙壁与天花板。2.4G信号能够穿透墙壁和天花板，然而，每一面墙壁和天花板都将使AP信号的覆盖范围减少1到30米。在衡量墙壁等障碍物对于AP信号的穿透损耗时，需考虑AP信号的入射角度，应放置AP于合适的位置以使信号能够尽量垂直地穿过（90度角）墙壁，使墙壁阻碍信号的路径最短，损耗最小。不同的建筑材料产生不同的传输效果，金属的框架或门会使WLAN无线信号的传输距离显著变小，应尽量避免把AP安装在信号必须通过金属材料的位置。

（3）在实施室外覆盖时，首要的依然是保证AP跟无线终端间信号的有效交互，满足覆盖是第一位的。在进行天线选择时，需尽量考虑到信号分布的均匀，对于重点区域和信号碰撞点，需要考虑调整天线方位角和下倾角。天线安装的位置应确保天线主波束方向正对覆盖目标区域，保证良好的覆盖效果。相同频点AP的覆盖方向尽可能错开，避免同频干扰。被覆盖的区域应该尽可能靠近AP的天线，被覆盖区域与AP的天线尽可能直视。当室外区域有干扰时宜采用定向天线、通过调整天线的高度与方向角或调整功率等方式予以解决。

（4）AP选址应考虑有合适的路由能够上连到广电宽带网络的接入交换机或ONU。

4.7 AP布点汇总

为了确保交付的无线局域网工程质量，通过实地工勘，依据覆盖范围、楼宇结构、覆盖场强、接入用户量等要素设计，最终共安装了701台AP完成智慧海安公共免费WiFi的无线覆盖。AP布点量详见下表：

表1 智慧海安公共免费WiFi无线AP统计表

4.8 供电方式

由于本工程AP室内安装位置大多采用吸顶安装，在已正常使用的建筑物吊顶等部位很难就近获得220V交流电源，所以采用原有的普通接入交换机+POE适配器供电的方式。针对每个楼层3-4个AP的接入需求，采用4端口大功率POE注入单元EWPAM1POE6。该适配器集成8个（4进4出）千兆以太网端口，最大输出功率65W，可以直接给4个WA 2620i-AGN供电。

另有部分区域单个AP的供电需求，采用单端口POE注入单元EWPAM2NPOE。该适配器集成2（1进1出）个千兆以太网端口，最大输出功率25W，可以直接给1个WA 2620i-AGN供电。

图2

5.结束语

智慧海安公共免费WiFi工程作为政府为民办实事工程，项目投入运行后的信号质量、接入速率、认证成功率、异常掉线率、丢包率、时延等关键指标均优于设计要求。据统计2021年度上网流量总计123326G，单月活跃总用户数最高58583人，日平均活跃用户数7333人。海安市公共免费WIFI工程建成后获得了广大市民的高度认可，被称为继水、电、气、路之后城市的第五公共设施，成为了海安“智慧城市”信息化基础设施的重要组成部分。