無線覆蓋網絡規劃布署綜述
by yihome
無線網絡規劃布署綜述:
據Gartner報告,現在美國已經有420萬的WLAN用戶, 到2007年這一數目將達到3100萬, 但部署一個能保證性能的WLAN并非易事
規劃WLAN的關鍵是規劃接入點,需要有足夠的蜂窩重疊覆蓋以供漫游,并需要足夠的帶寬以供應用。如果無線接入點不足,最后可能導致
吞吐量出現問題,同時也會使覆蓋區域零星散落,對用戶的漫游和工作地點造成一定的限制。
考慮移動性需求
在做接入點規劃時需要考慮用戶的移動性需求。一種用戶在整個覆蓋區域內移動時需要一直與 WLAN 相連接,就像醫生外出時需要查看病
人記錄。另一種用戶只需要不時接入WLAN,比如高級管理人員在不同大樓會議間歇時需要不時查看電子郵件。第一種需求需要跨越WLAN的無縫
漫游,此WLAN需要大接入點密度。而第二種需求屬于間斷性的無線連接,接入點密度可以相對小一些。
計算吞吐量
在布署WLAN之前需要考慮WLAN最常使用的是哪種通信:是電子郵件和 Web通信、或是對速度要求很高的ERP(企業資源規劃)、還是CAD(
計算機輔助設計)應用程序。是需要速度為54Mbps的802.11a和802.11g,還是只需要速度為11Mbps的802.11b就足夠。不管使用哪一種通信,當
用戶與接入點的距離過遠時,網絡速度都會顯著下降,所以安裝足夠的接入點不僅僅是為了支持所有的用戶,也是達到用戶需要的連接速度所
要求的。
WLAN宣稱的速度并不一定準確對應于它的實際速度。與交換式以太網不同,WLAN是一種共享介質,它更像是老式以太網的集線器模型,將
可用的吞吐量分割為若干份而不是為每個接入設備提供專線速度。這一限制(通過電波傳輸數據時還會有50%的損耗)對無線網絡的吞吐量規劃
而言是一個很大的問題,計算接入點數目時最好多預留一些空間。僅僅根據用戶數目及其最小帶寬需求來計算接入點數目是極其冒險的,盡管
它可以在一段時間內滿足對容量的需求。還要記住的是,即使802.11b現在已經吸引了所有人的注意,但802.11a將很快成為高性能WLAN標準的
選擇,所以基礎設施應從現在開始支持它,或者至少在不久的將來可以升級至 802.11a。
防止干擾
干擾對于某些機構可能會是個問題。盡管追蹤入侵微電波、無繩電話和藍牙設備并非難事,但更常遇到的是來自網絡內部其它接入點甚至
是網絡外部的干擾。例如,802.11b和802.11g在2.4GHz頻帶內提供三個相同的非重疊信道,這使得規劃密集部署或在相鄰WLAN的干擾下工作變
得十分困難。
理想的情況是,2.4GHz環境中的信道1、6和11永遠不會與同一信道相鄰,這樣它們就不會相互干擾,但這是不現實的。實際上需要一定量
的良性蜂窩覆蓋重疊以允許用戶漫游(20%到30%最佳),但如果站點處的建筑物超過一層,即便是使用高增益天線,建筑物的層與層之間也會
有一些滲漏。802.11a的12個非重疊信道可以在很大程度上緩解信道分配帶來的問題。802.11a使用的5GHz頻帶幾乎不會造成任何非WLAN干擾,
而且用戶也不太可能遇到相鄰802.11a接入點,原因是這一標準還未像802.11b或最近急速增長的802.11g那樣普及。
關注覆蓋區域
知道WLAN的射頻信號是怎樣傳播的嗎?信號頻率越低,無線網絡傳輸速度越慢,有效范圍就越遠。由于大量射頻信號以較低頻率傳播,同
時信噪比的靈敏度因為高速調制方式而增加,所以速度為1Mbps的2.4GHz 802.11b信號的傳播距離遠遠超過速度為54Mbps的5GHz 802.11a信號。
WLAN的覆蓋范圍除了受不同射頻帶和吞吐量變化而造成的波傳播特征影響之外,還會因為自由空間路徑損耗和衰減而受到限制。自由空間
路徑損耗更大程度上是開放或戶外環境方面的問題,實際上是無線電信號因為波前擴展引起的擴散導致接收天線接收不到這些信號。衰減則在
WLAN的室內安裝中比較常見,它是振幅下降,或者射頻信號在穿過墻壁、門或其它障礙物時減弱造成的。這就是 WLAN在密集建筑物周圍性能不
好的原因。當面對這種物理上的干擾時,即使是彈性比5GHz信號好得多的2.4GHz信號,仍然會遇到某些射頻問題。
多路徑效應也是影響覆蓋范圍的重要因素之一。所謂多路徑效應,就是信號被反射并回送的現象。在大多數情況下,多路徑效應使接收到
的信號被削弱或是被完全抵消。于是有一些本來應該充分傳播信號的區域幾乎或根本沒有射頻信號覆蓋。防止多路徑效應的辦法是拆除或重新
安置機柜和網絡設備機架之類的干擾對象,同時增加接入點密度或功率輸出。
使用自動化工具
以上提到的所有這一切,都要從無線站點勘察著手,站點勘察將評估和規劃無線基礎設施的射頻(RF,radio frequency)環境和接入點
的設置,以確保WLAN正常工作。從便攜式WLAN硬件工具箱到提供站點覆蓋區域詳細視圖的軟件包,有許多很方便的工具可幫助完成站點勘察。
站點勘察工具使得布署WLAN的工作能夠非常順利地進行。射頻建模軟件,例如Trapeze Networks的 RingMaster,可根據進入樓層計劃自
動確定接入點位置來幫助自動決定接入點的初始布局。其它工具,例如Network Instruments的Observer,可通過運行軟件的便攜式或手持式設
備來提供有關射頻環境的信息。綜合工具,例如Ekahau的Site Survey會從WLAN的系統范圍角度記錄同樣的射頻數據和用戶的位置。不管使用什
么工具,仍然需要手工進行站點勘察,這是勘察工具所不能代替的。
像RingMaster之類的規劃工具可以確定接入點位置、信道分配、功率輸出設置以及其它配置屬性。它們使用用戶密度和吞吐量這類參數作
為標準。問題在于仍然必須在基于CAD的樓層規劃中對諸如混凝土外墻和金屬門之類的建筑物指定預設衰減級別,除非規劃中已經包含此信息。
這些工具的缺點是,它們一般都是針對廠商自己的無線交換機和接入點而建立的,從而缺少通用性。
接入點勘察工作完成后,需要驗證和描述這些接入點的覆蓋區域。為此,可使用隨客戶機WLAN卡提供的站點勘察實用程序(假定供應商捆
綁了該實用程序)或者使用隨高級監視工具提供的實用程序,例如Observer、或者是一些便攜式WLAN分析儀實際操作。
1、定義WLAN需求:
主要內容:結合樓層結構設計及建筑類型確定可能的接入點位置。
要點:
1)、畫樓層草圖,步行檢驗其準確性,樓層為復雜結構需拍照,作為RF站點;
2)、分析用戶應用:上網瀏覽,EMAIL,文件傳輸;
3)、定義信息類型(DATA、VOICE、VIDEO);計算吞吐量及數據速率;
4)、估算用戶數并確定用戶是固定的還是移動的,是否包括漫游。作為移動用戶跨IP域移動,需考慮用動態IP;確定有效覆蓋范圍;確定有效
連網區域;根據用戶應用建立用戶安全等級,對傳輸各級敏感數據,如信用卡號,需設計通過個人防火墻;
5)、了解終端用戶設備:硬件及操作系統;
6)、作為移動用戶需考慮電池供電時長:802.11網絡接口卡(NIC)功耗為 200毫安左右,用戶在移動時,需確定是否加備用電池或激活電源管理
,或及時充電;
7)、系統接口:確定用戶特別的終端接口,如IBM AS/400需加中間件及5250終端仿真;根據項目規模估計投資成本;
8)、進度:明確用戶所需現實的完工日期以便與計劃同步。
2、WLAN的損耗
基本損耗換算: dB=10log(輸入信號功率/輸出信號功率)
估算公式:一般100DB損耗/200英尺
障礙物損耗參照表:
物體 損耗
石膏板墻 3dB
金屬框玻璃墻 6dB
煤渣磚墻 4dB
辦公室窗戶 3dB
金屬門 6dB
磚墻 12.4dB
相關參數:
可接收值EIRP(equivalent isotropically radiated power) 接收靈敏度。
例:EIRP=200mw(23dBm) 接收靈敏度-76dbm 允許損耗:99dB
利用測站軟件來測試最小范圍,或用WLAN分析儀如airemagent/airopeek測量信號功率
3、規劃網絡大小
數據速率:僅當一幀發送時的速率,如11Mbps,多幀時由于路由協議開銷及共享媒體接入延時,每個用戶不能連續發送數據。
吞吐量:不計協議、管理幀的發送信息速率,對802.11B約為6Mbps。
應用所需帶寬:
用戶瀏覽:100kbps
高質量視頻流:2Mbps
所以,一個AP接入點支持瀏覽用戶60個(6Mbps/100kbps)或視頻用戶3個。
可利用仿真工具:Opnet.對用戶網絡進行仿真計算。
4、FCC對EIRP的限制
對移動用戶:
用戶無線NIC采用全向天線增益為:小于6db,1W。
AP點最高100mW,3db全向天線。最后達200mw EIRP。
對固定用戶:
點對點高增益定向天線,天線增益至少6db,EIRP允許最高達到4W。
5、最小化802.11干擾問題
常見干擾源:微波爐、無繩電話、藍牙設備及其它無線LAN設備。
對WLAN干擾最為嚴重的設備是2.4G無繩電話,其次為10英尺內的微波爐,再次是藍牙設備如筆記本和PDA。
有效措施:
分析潛在的RF干擾;
阻止干擾,關掉相應設備;
提供足夠的WLAN覆蓋,增強WLAN信號;
正確選擇配置參數。對跳頻系統,改變跳頻模式,或改變信道頻率。802.11e MAC層提供內置RF抗干擾算法;
應用新的802.11a WLAN,現在常見干擾為2.4G,可采用5G的802.11a。
6、WLAN布署步驟
分析用戶需求;
設計(技術細節:系統結構、定義標準802.11b/802.11a、選擇AP供應商、定義天線類型、定義MAC層設置等);
可行性;
研發:為特別應用定制用戶軟件;
安裝測試:AP安裝要高一點、用POE(電力搭載以太網線)來對接入點提供電源,可靈活布置AP;
運營支持。
7、接入控制
功能:為接入用戶進行授權、認證。
認證機制:大多數接入控制器有內置用戶數據庫,一些接入控制器提供額外接口到認證服務器如RADIUS和LDAP(根據用戶數及網絡規模選擇)。
鏈路加密:從用戶到服務器提供數據加密如IPSEC及PPTP來加密VPN通道。此項提供除802.11WEP之外的保護。一定要確保傳輸的用戶姓名及密碼
。
子網漫游:采用span multiple subnets技術用戶不必重新認證和不必中斷。
帶寬管理 通過設定用戶級別(如瀏覽、視頻等)及吞吐量限制。
8、RF站址勘測步驟
獲得建筑藍圖,或畫樓層草圖以表示墻及通道等的位置。
親自目測發現潛在的可能影響RF信號的障礙物如金屬架及部件。
標識用戶區域,在圖上標識固定及移動用戶的區域,另外標識用戶可能漫游到的地方。
標識估計接入點初步位置以及天線、數據線及電源線位置。
檢驗接入點位置,Cisco Symbol 及Proxim提供免費的測站工具,以便確定相關的接入點,數據速率,信號強度,信號質量。可以下載這些軟件
到筆記本上來測試每一個預測位置的覆蓋范圍。并確認交流插座的位置。當有頻率干擾,需用頻譜分析儀來分辨干擾。
文件建立,對測站所讀的信號記錄日志,及每一個接入點傳輸邊緣的信號日志,做為基本的設計輔助。
9、Ad Hoc Mode的應用
802.11的“ad Hoc”標準允許網絡接口卡作為一個獨立的基本服務設備(IBSS)使用。而無需AP。用戶采用對等方式彼此直接通信。
優缺點:
節省成本:不必購買安裝AP
快速建立時間:只需啟用NIC的時間
有限的網絡接入:ad hoc 無線網絡沒有分布式系統結構,用戶不能有效接入INTERNET或其它有線服務,雖然可以用一臺加裝無線NIC的PC經過
配置后作為共享連接接入INTERNET,但是這不能滿足更大規模用戶。
難于網絡管理:由于網絡拓樸架構的流動性及缺乏中心設備,網管員不易監測網絡性能,進行安全審查。
10、公共WLAN應用常見問題
公共WLAN主要集中于機場、會議中心、酒店、碼頭。
良好的開端:開始前好好思考是否人們會利用你的WLAN,他們會付多少錢,而不要想當然認為“我們應該建好,人們就會來“。作為一個簡單
的開頭,你可以只放一個AP在咖啡屋里并給ISP繳納一定費用,隨著用戶的增加而擴大規模。
與其綜在線服務一樣,WLAN也可以向用戶推送廣告。實際上,你可以以向免費用戶推廣告的方式,希望他們能從廣告中購買足夠量的產品以抵
銷系統的開銷費用。當用戶付費時應將廣告投放到最低限度。
系統設計:對公共WLAN要最大限度滿足開放用戶的聯接特性,盡可能少有改變用戶設備,換句話說,確保用戶不用升級操作系統,安裝特定的
聯接軟件及其它項目。
對于認證而言,有許多公司可以提供此類接入控制器,如:bluesocket、Reefedge、Nomadix、Cisco、Proxim。
建立公共WLAN的特別要點:
關掉WEP:雖然WEP可以提供一些安全保障,但因為關鍵的分布問題在公共WLAN中WEP沒有任何實際意義。取而代之,對典型用戶終端可以選擇動
態方式的安全措施如(EAP-TLS)。
廣播SSID (服務設置標識):SSID對公共WLAN用戶來而言是一個障礙,因為許多時候用戶必須根據本地公共WLAN提供商的SSID而配置SSID。如果
接入點AP廣播SSID的話WINDOWS XP可以自動探測到SSID并且不用用戶干預就可以配置到用戶系統中。否則你需要教給用戶如何配置到你的WLAN
中。
開放DHCP服務:當用戶從另外一個熱點區域漫游進入你的區域,他們的用戶設備需要一個本地網的IP地址。為使漫游過程中用戶盡可能少地配
置行為,建立DHCP服務來自動為訪問客戶分配IP是極為必要的。大多數版本的Windows操作系統可以自動激活操作系統。用戶不用作任何事情。
客戶支持
對許多公司客戶支持常是一個大問題,而對公共WLAN問題就更加突出。公共WLAN提供商必須面對不同種類的用戶,用戶硬件,操作系統及NIC。
適用于:臨時小團隊大信息量數據通信,如醫療隊臨時會議等。
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