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無線WIFI、手機信號覆蓋解決方案

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校園無線覆蓋解決方案

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方案描述

1.1 簡介

WIFI網絡作為移動互聯網的主要構成部分，在信息化時代，幾乎每個人都需要接入網絡獲取信息、移動辦公、學習等。隨著智能手機、平板電腦等智能終端的不斷普及，傳統的有線接入方式早已無法滿足現階段網絡需求，WIFI網絡的普及對校園信息化建設，教師移動辦公等方面起到了很大的助力作用。

二、需求分析

2.1 方案設計原則

實用性：遵循面向應用，注重實效，急用先上，逐步完善的原則；充分保護已有投資，不設計成華而不實的無線網絡，也不設計成利用率低下的網絡，我們以實用性的原則要求為依據，建設具有最低的TCO（擁有的總成本最低），有最高的性價比的校園無線局域網絡。
先進性：采用先進成熟的網絡概念、技術、方法與設備，反映當今先進水平，又給未來的發展留有余地；充分采用目前國際、國內流行和成熟的技術，保證網絡能適應技術的快速發展。
可靠性：系統必須可靠運行，主要的、關鍵的設備應有冗余，一旦系統某些部分出現故障，應能很快恢復工作，并且不能造成任何損失。
開放性：選擇的產品應具有好的互操作性和可移植性，并符合相關的國際標準和工業標準；無論發生任何變化，均能夠最大可能性的開放標準。
可擴充性：系統是一個逐步發展的應用環境，在系統結構、產品系統、系統容量與處理能力等方面必須具有升級換代的可能，這種擴充不僅能充分保護原有資源，而且具有較高的性能價格比；
可維護性：系統具有良好的網絡管理、網絡監控、故障分析和處理能力，使系統具有極高的可維護性；
安全性：必須具有高度的保密機制，靈活方便的權限設定和控制機制，以使系統具有多種手段來防備各種形式的非法侵入和機密信息的泄露。

2.2 WIFI無線覆蓋需求

該學校覆蓋方案由室內和室外等部分共同構成，現階段主要需求為辦公室外區域實現WIFI覆蓋，為終端提供高品質的無線接入點。

2.3 具體需求分析

教師和學生在必要時需做到移動辦公，同時需要通過WIFI網絡對終端用戶進行認證，進行增值服務，如對終端進行計費、信息發布等。

三、系統規劃

3.1 系統規劃

3.1.1室內覆蓋規劃原則

AP的放置要遵循兩個原則AP覆蓋區域無間隙；
AP重迭區域最小。相鄰AP工作在不同頻道，以 1， 6，11三個頻道實現全方位的覆蓋。
根據經驗值，當相鄰AP設定相同頻點時, 要求間隔25米以上；當相鄰AP設定相鄰頻點時, 要求AP間隔16米以上；當AP設定相隔頻點時, 要求間隔12米以上。

3.1.2室外覆蓋規劃原則

（1）當AP天線安裝在墻壁上時，天線掛高低于周圍建筑物高度，為了既能充分覆蓋低層室內部分，又能兼顧樓層較高部分的室內覆蓋，根據樓層高度不同，可以選擇垂直波束寬度范圍35~80°的定向天線。水平波束寬度的考慮與天線的安裝位置及其覆蓋目標有關。可以選擇水平波束寬度60~150 °的定向天線，或者全向天線、雙向天線（即8字形天線）。需要選擇天線垂直和水平的角度要相對較大扇區天線，天線的增益也需要選擇增益較大天線，保證更大的覆蓋范圍。并且，天線的安裝位置需要根據現場環境進行細微調節，達到最好的覆蓋效果，可以選擇安裝在覆蓋樓本身中間側面墻或相關周圍有利于無線傳輸的其它建筑，例如：靜園、林園等；
（2）當AP天線置于樓頂或燈桿高處時，也可選擇水平波束寬度較大的定向天線或者全向天線。選擇定向天線，主要是通過對樓反射信號覆蓋本身樓房；而選擇全向天線時，信號覆蓋將比較均勻。具體方案應從現場覆蓋需求，樓身寬度和樓群分布情況角度出發來確定。當樓房建筑較窄，樓層較多時，一般將選擇定向天線。

3.2 產品選型

針對企業需求、應用場景和使用功能多項因素綜合分析，本方案采用無線認證控制器+ 瘦AP的方式完成WLAN基礎網絡組網，配合多套不同系統完成無線上網、信息推送、語音調度等多項功能，提供全套的無線覆蓋解決方案

室內AP（室內無線覆蓋）

企業公共區域無線覆蓋選用中科智達高功率AP（WA-3000-N），能夠提供500mW的大功率輸出。標準反極性SMA天線接口，可按需求配置不同外接天線或接入室分網絡進行無線覆蓋。最高支持1500Mbps的傳輸速率，胖瘦一體，支持標準POE供電，能夠進行AC集中管控和POE集中供電。

圖3-1 WA-3000-N

室內AP（吸頂式）

WA- 3000-2NC是中科智達面向行業市場推出的吸頂式AP，采用一體化吸頂式設計, 可以便捷的安裝于各類天花板上，不破壞室內原有裝修設計。內置的 IEEE 802.11b/g/n無線模塊，最高支持300Mbps傳輸速率，可連接筆記本、平板電腦、智能手機等無線終端設備。內置天線的設計，使其外觀能夠更好的和室內裝修融合。

圖3-2 WA-3000-2NC

室外AP （室外無線覆蓋）

WA- 3000-NE是一款工作在2.4G頻段的150Mbps高帶寬無線接入設備，結合500mW的高功率，能夠覆蓋更大的范圍。WA-3000-NE具備 IP65防風雨設計，可以直接安裝在室外,防雨、防雪。獨有的防雷設計幵標配有防浪涌DC-Injector能夠在室外根據室外實際應用場景選用天線，使信號覆蓋范圍更靈活、更全面，降低同頻干擾的風險。

圖3.3 WA-3000-NE

POE交換機（數據匯聚 & 集中供電）

數據匯聚和AP集中供電選用中科智達ZP-2000-24FB運營級POE交換機。ZP-2000-24FB支持IEEE802.3af及 IEEE802.3at供電標準，其中IEEE802.3at單端口供電功率高達25W。內置24個百兆POE以太網供電口，2個千兆 SFP(Combo)光電復用端口支持高帶寬遠距離傳輸。可為用戶提供豐富靈活的業務特性，有效地提高產品可運營、可管理和業務擴展能力，具備優異的防雷能力和安全特性。

圖3-4 POE交換機

WS系列無線控制器

WS- 5100系列無線接入控制器, 集中管理所有的瘦AP和無線用戶。它具備完善的射頻管理、故障自勱恢復，強制STA漫游和負載均衡等功能。WS-5100 可以不原有網絡完美融合，幵丏無需改變其架極，大大簡化網絡的布署和管理，節約

用戶投資。根據現場設備數量，WS-5100可為用戶提供支持管理 256/512臺AP兩個版本可供選擇。

圖3-5 WS系列無線控制器

3.3 網絡規劃

本方案主要目標為實現企業教育、辦公、宿舍等地可隨時隨地接入WIFI，其次滿足學校、安保、認證等附加需求。中科智達Wi-Fi數據應用基礎平臺可實現多SSID，針對不同業務下發不同SSID，用以滿足企業各類不同需求。
整個網絡可分為應用層、核心層、傳輸層和客戶終端幾部分共同構成。

圖3-6 網絡拓撲圖

3.3.1功能簡析

應用層
應用層在整個網絡中起到控制作用，應用層包括無線控制器和企業內部各類服務器，用以管理底端無線AP和企業內部各種業務。應用層作為企業網絡的管理層接入核心層的中心交換機。
核心層
作為整個企業網絡的核心， internet接入、訪問控制、DHCP server等主要網絡功能都需要在核心層上實現。
傳輸層
本方案中的傳輸層主要由樓層匯聚交換機、POE交換機、無線AP共同組成，樓層匯聚交換機負責底端POE交換機數據匯聚，POE交換機起到數據轉發、供電功能，無線AP主要釋放SSID，提供無線接入信號。
終端
指各類接入WIFI網絡的智能設備。

3.3.2網絡Vlan規劃

3.3.2．1管理Vlan

每個AP設置一個管理VLAN，管理VLAN應與業務VLAN區分開來。

3.3.2．2用戶vlan

從安全性的角度考慮，上網業務有必要通過每AP每VLAN進行用戶間的安全隔離，因此建議每AP一VLAN的方式進行規劃。

3.3.2．3 IP地址規劃原則

1) 網管IP，通過DHCP方式自動獲取。在AP布放時，需要記錄相關AP的MAC地址，因MAC地址是唯一的，AC可通過AP的MAC地址識別。
2) 上網業務：在BRAS上為AP上網業務分配公網地址池，上網用戶通過無線認證方式動態獲取公網IP；

3.4 Wi-Fi數據應用系統特點

Wi-Fi數據應用基礎平臺采用了無線AC＋TAP構架，將分散在各AP上的網絡管理和安全管理功能轉移到集中的無線AC中實現，同時增加了許多無線局域網全新的功能。

采用無線標準：

目前無線11g模式已經無法滿足現代信息化高速發展的趨勢。因此本方案設計采用擁有更高帶寬和速率的802.11n設備，能更好的滿足企業客戶無線網絡接入需求。

集中式管理優勢：

傳統的無線局域網是單純基于AP，對于無線網絡的管理要在每個AP上進行設置和更改。當AP的數量較多時，配置和管理非常煩瑣，并且單獨改變一個AP參數和配置會引起AP之間的無線電波干擾，用戶漫游重認證和授權也可能會產生問題。
采用無線AC+ TAP方式具有非常強的無線局域網集中管理功能，可以通過無線AC管理模式管理整個網絡，網管人員只需在無線AC就可開通、管理、維護所有AP設備以及移動終端，包括無線電波頻譜、無線安全、接入認證、移動漫游等。
滿足了AP設備安裝和升級、滿足網絡的集中管理要求。

支持多SSID

一個無線局域網內可以設置多個SSID，不同SSID根據業務類型分配不同的優先級別，如語音、視頻、高速數據訪問、一般性瀏覽等，這樣便于實施各業務的優先等級控制。同時不同用戶可以登錄不同SSID實現不同權限的網絡訪問，提高了網絡的安全性。

網絡負載均衡

在一個AP的覆蓋范圍內，無線連接的帶寬是共享，即無線終端數目越多，每個終端所能分享的帶寬就越小。要確保每個無線終端的傳輸就必須能限制一個AP上無線終端的數量或AP帶寬傳輸總和或和每個無線終端帶寬上限。無線網絡中的各個AP具有負載均衡功能，可根據系統的用戶數或是流量這兩種方式均衡各個AP上的負載，避免某個AP上的負載過大，而使某個區域的無線網絡性能下降，造成鏈路不穩定，通過負載均衡調節后的無線網絡，具有更好的網絡性能，能夠為更多的無線終端提供良好的無線性能，保障無線網絡的性能。

自動頻率功率控制

該功能自動調節整個無線網上所有AP的無線電波頻率和功率，掃描后決定使用那個信道，無論信號強度如何，優先過濾掉數量最多的信道。直到AP之間達到了一個最優化的無線電波運行環境。
IEEE802.11b 和IEEE802.11g標準工作頻段在2.4GHz，在我國，其傳輸信道為13個，具體頻率劃分如圖所示。每個信道帶寬為22MHZ，信道間隔為 5MHZ。顯然，1、6、11一組，2、7、12一組，3、8、13一組之間沒有頻率重疊，因此不會產生干擾。

Airtime Fairness

1.克服在部署中，一些低速率客戶端（硬件只支持低速率或者由于Rate Adaption而使用了低速率) 占用過多的無線資源而使網絡的整體Throuphput都降低。

在大規模部署中，防止個別客戶端占用過多的資源，而其它客戶端處于饑餓狀態得不到服務，或者掉線；保證性能在同級別上的客戶端能始終具有大致均等的Throughput。

四、方案具體規劃

4.1 覆蓋方式規劃

考慮學校前期內部已接入有線網絡，且WIFI覆蓋為后期附加工程，傳統的室分系統覆蓋由于施工難度較大、破壞性較強，學校現有條件不適合做室內天饋系統覆蓋，本方案建議采用放裝式覆蓋，即利用AP自帶天線對建筑內部進行WIFI覆蓋。放裝式覆蓋施工范圍僅限于弱電井和企業內的弱電橋架，對建筑內部破壞較小。

4.2 覆蓋區域規劃

需覆蓋區域辦公樓、室外操場等構成，根據覆蓋場景，室內選用中科智達大功率AP（WA-3000-N）進行覆蓋。

4.3 設備配置規劃

本著對客戶負責的原則，結合我司相關產品性能，提供一套可行的設備配置方案。

4.3.1室內區域配置清單

配置方案結合企業實際情況，根據企業公共使用面積和保障終端在進入企業后在企業各區域連接到WIFI網絡，并保證信號強度和接入帶寬，并保證并發用戶數和最大接入量等問題。設備詳細用量請見附件一。

4.3.2配置特色

中科智達WIFI數據綜合應用平臺集WIFI數據基礎應用、portal認證、WIFI語音、WIFI視頻、無線定位、環境信息綜合應用平臺、智能家居為一體的綜合數據應用平臺。
硬件配置主要考慮到現代企業信息化要求，為企業提供最為便利的WIFI綜合應用平臺。
硬件配置在滿足企業WIFI數據的基本條件下，通過升級軟件，可實現portal認證、人員物品定位、無線監控、WIFI語音等功能；后期企業如有需求可將智能家居整合進入WIFI網絡，如燈光控制、室內溫濕度控制（空調控制）、窗簾和其它智能終端可通過WIFI網絡進行控制；中科智達的物聯網信息綜合應用平臺采集的現場環境數據如溫度、濕度、二氧化碳、煙感等相關數據都可通過WIFI網絡傳輸到綜合管理平臺。

4.4 項目實施規劃

4.4.1網絡架構規劃

作為整個WIFI網絡的核心，無線控制器(AC)對整個WIFI網絡起到終端管理和數據轉發的重要作用，企業學生眾多，終端接入用戶數較多，建議現場采用本地轉發的網絡架構。即無線控制器（AC）起到底端AP管理和終端用戶介入管理控制，AC對業務數據不做任何處理，直接轉發到核心交換機，進而訪問 Internet或內部各應用服務器。

4.4.2架構優勢

本方案采用AC+瘦AP組網架構，采用本地轉發架構，一旦管理層AC發生故障，AP自動切換為胖AP模式，在本地轉發架構下，業務數據仍可正常訪問公網，保證整個網絡的正常運行。

4.4.3設備安裝規劃

選用設備均采用標準的POE協議進行供電，即采用普通的超五類網線進行供電，安裝在各樓層的POE交換機負責對安裝在各層的AP進行供電和數據轉發。

五、基于Wi-Fi數據其它應用

中科智達WIFI基礎應用平臺通過升級軟件可實現portal認證、WIFI語音、WIFI視頻、無線定位等功能。

5.1用戶認證及認證

無線認證需要具備便捷、快速、認證多元化等要素，具體需要實現如下功能：
1、無線接入終端采用PORTAL方式，推送WEB頁面，將用戶強制引導至指定網頁（企業活動宣傳、接入認證），并對智能手機、平板電腦、筆記本電腦分別推送不同的內容；
2、對WEB認證網頁進行在線定制管理，根據不同區域認證策略提供獨立的定制化認證頁面。例如根據SSID名稱不同，推送不同的WEB認證頁面；
3、具備精準的計時計費功能，能夠將用戶上網信息通過表格形式導出；
4、確保高并發接入量的情況下，能夠正常進行認證；
5、可提供多元化的認證方式，根據不同的需求進行不同的認證：

圖5-1 認證流程圖

5.2 WIFI數據的增值應用

5.2.1無線監控

企業內的攝像頭配置WIFI模塊后可通過無線網絡將前端攝像頭采集的視頻數據傳輸到后臺監控終端，通過WIFI網絡傳輸視頻避免了傳統攝像頭布線麻煩，可移植性差等缺點，有效提升了監控的靈活性，降低了企業安保成本。

5.2.2智能燈光控制

中科智達智能家居系統完美融合到WIFI基礎數據應用平臺，通過WIFI網絡，隨時隨地管理企業燈光等智能終端。

5.2.3信息數據綜合采集平臺

企業內部如溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、煙感、水電數據等前端傳感信息通過中科智達的前端感應設備采集后通過WIFI數據平臺傳輸到后臺，企業管理人員可對企業內部環境做到實時監控。

六、設計方案分析

6.1 系統擴展性分析

本方案以中科智達無線控制器（AC）、無線接入點（AP）、POE遠程供電交換機為基礎的WIFI綜合應用平臺。本方案最大的特色在于系統擴展性強，在WIFI覆蓋的基礎上可實現用戶認證、廣告認證、無線定位、無線語音、無線視頻和基于WIFI下一些物聯網基礎應用。
在WIFI網絡的基礎上，通過升級軟件可實現以上應用。

6.2 設備硬件質量分析

本方案采用放裝式覆蓋，采用設備自帶的智能天線進行覆蓋，可有效避免天饋系統由于長時間老化帶來的信號衰減問題，設備本身均采用工業級設計，放裝式AP采用金屬外殼，有利于散熱的同時，最大程度延長了設備的使用壽命。

6.3 信號外泄分析

對僅進行室內覆蓋的情況，WLAN信號外泄不會影響其他系統的正常工作，也不會對本系統造成干擾。
對需要室內外全覆蓋的情況，WLAN室內信號外泄會對室外WLAN信號造成干擾，需要控制室內信號泄漏到室外的強度，要求室內信號泄漏到室外10m處場強要小于室外信號強度10dB。

6.4電磁幅射防護

根據中華人民共和國國家標準《電磁輻射防護規定》，即國標GB8702-88，電磁輻射的限值為：
● 公眾照射，在一天24小時內，環境電磁輻射的場量參數在任意連續6分鐘內的平均值應滿足功率密度<0.4W/m2（頻率為30～3000MHz）。
● 職業照射，在一天8小時工作時間內，電磁輻射功率密度的平均值（連續6分鐘）應<2W/m2（頻率為30～3000MHz）。
● 對電磁輻射源豁免的要求為：
輸出功率等于或小于15W的移動無線通信設備，頻率為3-300000MHz時，電磁輻射體的等效輻射功率小于100W。
對上述要求，由于AP發射功率最大500mW，一般安裝在天花或墻壁上，考慮公眾使用距離大于1m，因此，功率密度為0.5W/4*3.14 m2 〈〈0.4 W/m2上，電磁輻射要求滿足限值，公眾使用安全。