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无线WIFI、手机信号覆盖解决方案

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方案描述

1.1 简介

WIFI网络作为移动互联网的主要构成部分，在信息化时代，几乎每个人都需要接入网络获取信息、移动办公、学习等。随着智能手机、平板电脑等智能终端的不断普及，传统的有线接入方式早已无法满足现阶段网络需求，WIFI网络的普及对校园信息化建设，教师移动办公等方面起到了很大的助力作用。

二、需求分析

2.1 方案设计原则

实用性：遵循面向应用，注重实效，急用先上，逐步完善的原则；充分保护已有投资，不设计成华而不实的无线网络，也不设计成利用率低下的网络，我们以实用性的原则要求为依据，建设具有最低的TCO（拥有的总成本最低），有最高的性价比的校园无线局域网络。
先进性：采用先进成熟的网络概念、技术、方法与设备，反映当今先进水平，又给未来的发展留有余地；充分采用目前国际、国内流行和成熟的技术，保证网络能适应技术的快速发展。
可靠性：系统必须可靠运行，主要的、关键的设备应有冗余，一旦系统某些部分出现故障，应能很快恢复工作，并且不能造成任何损失。
开放性：选择的产品应具有好的互操作性和可移植性，并符合相关的国际标准和工业标准；无论发生任何变化，均能够最大可能性的开放标准。
可扩充性：系统是一个逐步发展的应用环境，在系统结构、产品系统、系统容量与处理能力等方面必须具有升级换代的可能，这种扩充不仅能充分保护原有资源，而且具有较高的性能价格比；
可维护性：系统具有良好的网络管理、网络监控、故障分析和处理能力，使系统具有极高的可维护性；
安全性：必须具有高度的保密机制，灵活方便的权限设定和控制机制，以使系统具有多种手段来防备各种形式的非法侵入和机密信息的泄露。

2.2 WIFI无线覆盖需求

该学校覆盖方案由室内和室外等部分共同构成，现阶段主要需求为办公室外区域实现WIFI覆盖，为终端提供高品质的无线接入点。

2.3 具体需求分析

教师和学生在必要时需做到移动办公，同时需要通过WIFI网络对终端用户进行认证，进行增值服务，如对终端进行计费、信息发布等。

三、系统规划

3.1 系统规划

3.1.1室内覆盖规划原则

AP的放置要遵循两个原则AP覆盖区域无间隙；
AP重迭区域最小。相邻AP工作在不同频道，以 1， 6，11三个频道实现全方位的覆盖。
根据经验值，当相邻AP设定相同频点时, 要求间隔25米以上；当相邻AP设定相邻频点时, 要求AP间隔16米以上；当AP设定相隔频点时, 要求间隔12米以上。

3.1.2室外覆盖规划原则

（1）当AP天线安装在墙壁上时，天线挂高低于周围建筑物高度，为了既能充分覆盖低层室内部分，又能兼顾楼层较高部分的室内覆盖，根据楼层高度不同，可以选择垂直波束宽度范围35~80°的定向天线。水平波束宽度的考虑与天线的安装位置及其覆盖目标有关。可以选择水平波束宽度60~150 °的定向天线，或者全向天线、双向天线（即8字形天线）。需要选择天线垂直和水平的角度要相对较大扇区天线，天线的增益也需要选择增益较大天线，保证更大的覆盖范围。并且，天线的安装位置需要根据现场环境进行细微调节，达到最好的覆盖效果，可以选择安装在覆盖楼本身中间侧面墙或相关周围有利于无线传输的其它建筑，例如：静园、林园等；
（2）当AP天线置于楼顶或灯杆高处时，也可选择水平波束宽度较大的定向天线或者全向天线。选择定向天线，主要是通过对楼反射信号覆盖本身楼房；而选择全向天线时，信号覆盖将比较均匀。具体方案应从现场覆盖需求，楼身宽度和楼群分布情况角度出发来确定。当楼房建筑较窄，楼层较多时，一般将选择定向天线。

3.2 产品选型

针对企业需求、应用场景和使用功能多项因素综合分析，本方案采用无线认证控制器+ 瘦AP的方式完成WLAN基础网络组网，配合多套不同系统完成无线上网、信息推送、语音调度等多项功能，提供全套的无线覆盖解决方案

室内AP（室内无线覆盖）

企业公共区域无线覆盖选用中科智达高功率AP（WA-3000-N），能够提供500mW的大功率输出。标准反极性SMA天线接口，可按需求配置不同外接天线或接入室分网络进行无线覆盖。最高支持1500Mbps的传输速率，胖瘦一体，支持标准POE供电，能够进行AC集中管控和POE集中供电。

图3-1 WA-3000-N

室内AP（吸顶式）

WA- 3000-2NC是中科智达面向行业市场推出的吸顶式AP，采用一体化吸顶式设计, 可以便捷的安装于各类天花板上，不破坏室内原有装修设计。内置的 IEEE 802.11b/g/n无线模块，最高支持300Mbps传输速率，可连接笔记本、平板电脑、智能手机等无线终端设备。内置天线的设计，使其外观能够更好的和室内装修融合。

图3-2 WA-3000-2NC

室外AP （室外无线覆盖）

WA- 3000-NE是一款工作在2.4G频段的150Mbps高带宽无线接入设备，结合500mW的高功率，能够覆盖更大的范围。WA-3000-NE具备 IP65防风雨设计，可以直接安装在室外,防雨、防雪。独有的防雷设计幵标配有防浪涌DC-Injector能够在室外根据室外实际应用场景选用天线，使信号覆盖范围更灵活、更全面，降低同频干扰的风险。

图3.3 WA-3000-NE

POE交换机（数据汇聚 & 集中供电）

数据汇聚和AP集中供电选用中科智达ZP-2000-24FB运营级POE交换机。ZP-2000-24FB支持IEEE802.3af及 IEEE802.3at供电标准，其中IEEE802.3at单端口供电功率高达25W。内置24个百兆POE以太网供电口，2个千兆 SFP(Combo)光电复用端口支持高带宽远距离传输。可为用户提供丰富灵活的业务特性，有效地提高产品可运营、可管理和业务扩展能力，具备优异的防雷能力和安全特性。

图3-4 POE交换机

WS系列无线控制器

WS- 5100系列无线接入控制器, 集中管理所有的瘦AP和无线用户。它具备完善的射频管理、故障自劢恢复，强制STA漫游和负载均衡等功能。WS-5100 可以不原有网络完美融合，幵丏无需改变其架极，大大简化网络的布署和管理，节约

用户投资。根据现场设备数量，WS-5100可为用户提供支持管理 256/512台AP两个版本可供选择。

图3-5 WS系列无线控制器

3.3 网络规划

本方案主要目标为实现企业教育、办公、宿舍等地可随时随地接入WIFI，其次满足学校、安保、认证等附加需求。中科智达Wi-Fi数据应用基础平台可实现多SSID，针对不同业务下发不同SSID，用以满足企业各类不同需求。
整个网络可分为应用层、核心层、传输层和客户终端几部分共同构成。

图3-6 网络拓扑图

3.3.1功能简析

应用层
应用层在整个网络中起到控制作用，应用层包括无线控制器和企业内部各类服务器，用以管理底端无线AP和企业内部各种业务。应用层作为企业网络的管理层接入核心层的中心交换机。
核心层
作为整个企业网络的核心， internet接入、访问控制、DHCP server等主要网络功能都需要在核心层上实现。
传输层
本方案中的传输层主要由楼层汇聚交换机、POE交换机、无线AP共同组成，楼层汇聚交换机负责底端POE交换机数据汇聚，POE交换机起到数据转发、供电功能，无线AP主要释放SSID，提供无线接入信号。
终端
指各类接入WIFI网络的智能设备。

3.3.2网络Vlan规划

3.3.2．1管理Vlan

每个AP设置一个管理VLAN，管理VLAN应与业务VLAN区分开来。

3.3.2．2用户vlan

从安全性的角度考虑，上网业务有必要通过每AP每VLAN进行用户间的安全隔离，因此建议每AP一VLAN的方式进行规划。

3.3.2．3 IP地址规划原则

1) 网管IP，通过DHCP方式自动获取。在AP布放时，需要记录相关AP的MAC地址，因MAC地址是唯一的，AC可通过AP的MAC地址识别。
2) 上网业务：在BRAS上为AP上网业务分配公网地址池，上网用户通过无线认证方式动态获取公网IP；

3.4 Wi-Fi数据应用系统特点

Wi-Fi数据应用基础平台采用了无线AC＋TAP构架，将分散在各AP上的网络管理和安全管理功能转移到集中的无线AC中实现，同时增加了许多无线局域网全新的功能。

采用无线标准：

目前无线11g模式已经无法满足现代信息化高速发展的趋势。因此本方案设计采用拥有更高带宽和速率的802.11n设备，能更好的满足企业客户无线网络接入需求。

集中式管理优势：

传统的无线局域网是单纯基于AP，对于无线网络的管理要在每个AP上进行设置和更改。当AP的数量较多时，配置和管理非常烦琐，并且单独改变一个AP参数和配置会引起AP之间的无线电波干扰，用户漫游重认证和授权也可能会产生问题。
采用无线AC+ TAP方式具有非常强的无线局域网集中管理功能，可以通过无线AC管理模式管理整个网络，网管人员只需在无线AC就可开通、管理、维护所有AP设备以及移动终端，包括无线电波频谱、无线安全、接入认证、移动漫游等。
满足了AP设备安装和升级、满足网络的集中管理要求。

支持多SSID

一个无线局域网内可以设置多个SSID，不同SSID根据业务类型分配不同的优先级别，如语音、视频、高速数据访问、一般性浏览等，这样便于实施各业务的优先等级控制。同时不同用户可以登录不同SSID实现不同权限的网络访问，提高了网络的安全性。

网络负载均衡

在一个AP的覆盖范围内，无线连接的带宽是共享，即无线终端数目越多，每个终端所能分享的带宽就越小。要确保每个无线终端的传输就必须能限制一个AP上无线终端的数量或AP带宽传输总和或和每个无线终端带宽上限。无线网络中的各个AP具有负载均衡功能，可根据系统的用户数或是流量这两种方式均衡各个AP上的负载，避免某个AP上的负载过大，而使某个区域的无线网络性能下降，造成链路不稳定，通过负载均衡调节后的无线网络，具有更好的网络性能，能够为更多的无线终端提供良好的无线性能，保障无线网络的性能。

自动频率功率控制

该功能自动调节整个无线网上所有AP的无线电波频率和功率，扫描后决定使用那个信道，无论信号强度如何，优先过滤掉数量最多的信道。直到AP之间达到了一个最优化的无线电波运行环境。
IEEE802.11b 和IEEE802.11g标准工作频段在2.4GHz，在我国，其传输信道为13个，具体频率划分如图所示。每个信道带宽为22MHZ，信道间隔为 5MHZ。显然，1、6、11一组，2、7、12一组，3、8、13一组之间没有频率重叠，因此不会产生干扰。

Airtime Fairness

1.克服在部署中，一些低速率客户端（硬件只支持低速率或者由于Rate Adaption而使用了低速率) 占用过多的无线资源而使网络的整体Throuphput都降低。

在大规模部署中，防止个别客户端占用过多的资源，而其它客户端处于饥饿状态得不到服务，或者掉线；保证性能在同级别上的客户端能始终具有大致均等的Throughput。

四、方案具体规划

4.1 覆盖方式规划

考虑学校前期内部已接入有线网络，且WIFI覆盖为后期附加工程，传统的室分系统覆盖由于施工难度较大、破坏性较强，学校现有条件不适合做室内天馈系统覆盖，本方案建议采用放装式覆盖，即利用AP自带天线对建筑内部进行WIFI覆盖。放装式覆盖施工范围仅限于弱电井和企业内的弱电桥架，对建筑内部破坏较小。

4.2 覆盖区域规划

需覆盖区域办公楼、室外操场等构成，根据覆盖场景，室内选用中科智达大功率AP（WA-3000-N）进行覆盖。

4.3 设备配置规划

本着对客户负责的原则，结合我司相关产品性能，提供一套可行的设备配置方案。

4.3.1室内区域配置清单

配置方案结合企业实际情况，根据企业公共使用面积和保障终端在进入企业后在企业各区域连接到WIFI网络，并保证信号强度和接入带宽，并保证并发用户数和最大接入量等问题。设备详细用量请见附件一。

4.3.2配置特色

中科智达WIFI数据综合应用平台集WIFI数据基础应用、portal认证、WIFI语音、WIFI视频、无线定位、环境信息综合应用平台、智能家居为一体的综合数据应用平台。
硬件配置主要考虑到现代企业信息化要求，为企业提供最为便利的WIFI综合应用平台。
硬件配置在满足企业WIFI数据的基本条件下，通过升级软件，可实现portal认证、人员物品定位、无线监控、WIFI语音等功能；后期企业如有需求可将智能家居整合进入WIFI网络，如灯光控制、室内温湿度控制（空调控制）、窗帘和其它智能终端可通过WIFI网络进行控制；中科智达的物联网信息综合应用平台采集的现场环境数据如温度、湿度、二氧化碳、烟感等相关数据都可通过WIFI网络传输到综合管理平台。

4.4 项目实施规划

4.4.1网络架构规划

作为整个WIFI网络的核心，无线控制器(AC)对整个WIFI网络起到终端管理和数据转发的重要作用，企业学生众多，终端接入用户数较多，建议现场采用本地转发的网络架构。即无线控制器（AC）起到底端AP管理和终端用户介入管理控制，AC对业务数据不做任何处理，直接转发到核心交换机，进而访问 Internet或内部各应用服务器。

4.4.2架构优势

本方案采用AC+瘦AP组网架构，采用本地转发架构，一旦管理层AC发生故障，AP自动切换为胖AP模式，在本地转发架构下，业务数据仍可正常访问公网，保证整个网络的正常运行。

4.4.3设备安装规划

选用设备均采用标准的POE协议进行供电，即采用普通的超五类网线进行供电，安装在各楼层的POE交换机负责对安装在各层的AP进行供电和数据转发。

五、基于Wi-Fi数据其它应用

中科智达WIFI基础应用平台通过升级软件可实现portal认证、WIFI语音、WIFI视频、无线定位等功能。

5.1用户认证及认证

无线认证需要具备便捷、快速、认证多元化等要素，具体需要实现如下功能：
1、无线接入终端采用PORTAL方式，推送WEB页面，将用户强制引导至指定网页（企业活动宣传、接入认证），并对智能手机、平板电脑、笔记本电脑分别推送不同的内容；
2、对WEB认证网页进行在线定制管理，根据不同区域认证策略提供独立的定制化认证页面。例如根据SSID名称不同，推送不同的WEB认证页面；
3、具备精准的计时计费功能，能够将用户上网信息通过表格形式导出；
4、确保高并发接入量的情况下，能够正常进行认证；
5、可提供多元化的认证方式，根据不同的需求进行不同的认证：

图5-1 认证流程图

5.2 WIFI数据的增值应用

5.2.1无线监控

企业内的摄像头配置WIFI模块后可通过无线网络将前端摄像头采集的视频数据传输到后台监控终端，通过WIFI网络传输视频避免了传统摄像头布线麻烦，可移植性差等缺点，有效提升了监控的灵活性，降低了企业安保成本。

5.2.2智能灯光控制

中科智达智能家居系统完美融合到WIFI基础数据应用平台，通过WIFI网络，随时随地管理企业灯光等智能终端。

5.2.3信息数据综合采集平台

企业内部如温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、烟感、水电数据等前端传感信息通过中科智达的前端感应设备采集后通过WIFI数据平台传输到后台，企业管理人员可对企业内部环境做到实时监控。

六、设计方案分析

6.1 系统扩展性分析

本方案以中科智达无线控制器（AC）、无线接入点（AP）、POE远程供电交换机为基础的WIFI综合应用平台。本方案最大的特色在于系统扩展性强，在WIFI覆盖的基础上可实现用户认证、广告认证、无线定位、无线语音、无线视频和基于WIFI下一些物联网基础应用。
在WIFI网络的基础上，通过升级软件可实现以上应用。

6.2 设备硬件质量分析

本方案采用放装式覆盖，采用设备自带的智能天线进行覆盖，可有效避免天馈系统由于长时间老化带来的信号衰减问题，设备本身均采用工业级设计，放装式AP采用金属外壳，有利于散热的同时，最大程度延长了设备的使用寿命。

6.3 信号外泄分析

对仅进行室内覆盖的情况，WLAN信号外泄不会影响其他系统的正常工作，也不会对本系统造成干扰。
对需要室内外全覆盖的情况，WLAN室内信号外泄会对室外WLAN信号造成干扰，需要控制室内信号泄漏到室外的强度，要求室内信号泄漏到室外10m处场强要小于室外信号强度10dB。

6.4电磁幅射防护

根据中华人民共和国国家标准《电磁辐射防护规定》，即国标GB8702-88，电磁辐射的限值为：
● 公众照射，在一天24小时内，环境电磁辐射的场量参数在任意连续6分钟内的平均值应满足功率密度<0.4W/m2（频率为30～3000MHz）。
● 职业照射，在一天8小时工作时间内，电磁辐射功率密度的平均值（连续6分钟）应<2W/m2（频率为30～3000MHz）。
● 对电磁辐射源豁免的要求为：
输出功率等于或小于15W的移动无线通信设备，频率为3-300000MHz时，电磁辐射体的等效辐射功率小于100W。
对上述要求，由于AP发射功率最大500mW，一般安装在天花或墙壁上，考虑公众使用距离大于1m，因此，功率密度为0.5W/4*3.14 m2 〈〈0.4 W/m2上，电磁辐射要求满足限值，公众使用安全。