学校无线覆盖方案.docx
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学校无线覆盖方案
学校无线覆盖解决方案
美国AXELWAVE上海
二零零八年十二月
第一章无线局域网技术概述
无线网络自诞生以来，已被公认为可为用户提供前所未有的灵活性、便利性及显著提高工作效率，在减少工作压力、改善生活水平乃至提高用户社会地位等方面都具有得天独厚的优势。
随着Internet的蓬勃发展，信息的获得更为便利。
信息的及时交换与传递显得非常重要，很多企业相继开办了分支，第二厂区等多个办公，生产点。
而随着企业管理上的需求，需要将这些分散的点的计算机组成一个局域网，WLAN无线桥接就应运而生，以安全、方便、快捷、经济多项优点受到人们青睐，成为多点联网的首先方案。
1.1无线局域网标准简介
IEEE802.11b
IEEE802.11TaskGroupb于1999年年底底定IEEE802.11b标准，以直序展频（又称DSSS；DirectSequenceSpreadSpectrum）做为调变技术，所谓「直序展频」是将原来1个位的讯号，利用10个以上的位来表示，使得原来高功率、窄频率的讯号，变成低功率、宽频率。
另外一方面，802.11b传输速率最高可达到54Mbps，频段则采用2.4GHz免执照频段。
IEEE802.11a
IEEE802.11a由于传输速率可高达54Mbps，将可使用在更多的应用中，因此被视为下一代高速无线局域网络规格，802.11a选择具有能有效降低多重路径衰减与有效使用频率的OFDM为调变技术，并选择干扰较少的5GHz频段。
IEEE802.11g
802.11g其实是一种混合标准，它既能适应传统的802.11b标准，在2.4GHz频率下提供每秒54Mbit/s数据传输率，也符合802.11a标准在5.8GHz频率下提供54Mbit/s数据传输率。
现在802.11g已经相当的成熟，也大规模WLAN技术中。
1.2无线技术的特性（802.11标准）
●可靠的通信
抗射频干扰性能。
理想的接收灵敏度，宽围天线能提供强大的、可靠的无线传输。
●低成本
可以避免安装线缆的高成本费用，租用线路的月租费用以及与设备需要经常移动，增加和改变相关的费用。
●灵活性
由于没有线缆的限制，您可以随心所欲的增加工作站或重新配置工作站。
●移动性
由于设置允许在任何时间，任何地点访问网络数据，而不是在指定的地点，所以用户可以在网络中漫游。
●快速安装
无须施工许可证，不需要开挖沟槽，安装无线网络所需的时间只是安装有线网络的零头。
●高吞吐量
可实现54Mbps-54Mbps或更高的数据传输速率高于T1、E1线路速率。
●保护用户投资
可实现向未来技术的平滑升级，无须更换设备重复投资。
●抗干扰性强
抗干扰是扩频通信主要特性之一，比如信号扩频宽度为100倍。
窄带干扰基本上不起作用。
而宽带干扰的强度降低了100倍，如要保持原干扰强度，则需加大100倍总功率，这实质上是难以实现的。
因信号接收需要扩频编码进行相关解扩处理才能得到，所以即使以同类型信号进行干扰。
在不知道信号的扩频码的情况下，由于不同扩频编码之间的不同的相关性，干扰也不起作用。
正因为扩频技术抗干扰性质，美国军方在海湾战争等处广泛采用扩频无线网桥来连接分布在不同区域的计算机网络。
●隐蔽性好
因为信号在很宽的频带上被扩展，单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低，信号淹没在噪声之中，别人难以发现信号的存在，加之不知扩频编码，很难拾取有用信号，而极低的功率谱密度，也很少对于其他电讯设备构成干扰。
●抗多径干扰
在无线通信中，抗多径问题一直是难以解决的问题，利用扩频编码之间的相关特性，在接收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号，也可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。
1.3无线技术和有线技术的比较
1、有线通信的开通必须架设电缆，或挖掘电缆沟或架设架空明线；而架设无线链路则无需架线挖沟，线路开通速度快，将所有成本和工程周期统筹考虑。
无线扩频的投资是相当节省的。
2、一般有线通信的质量会随着线路的扩展而急剧下降，如果中间通过转接局，则信号质量下降更快，到4、5公里左右已经无法传输高速率数据，或者会产生很高的误码率，速率级别明显降低，而对于无线扩频通信方式，50公里几乎没有影响，一般可提供从64K到2M的通信速率，误码率小于10-10。
3、有线通信受地势影响，不能任意铺设；而无线通信覆盖围大，几乎不受地理环境限制。
4、有线通信铺设时需挖沟架线，成本投入较大，且电缆数量固定，通信容量有限；而无线扩频则可以随时架设，随时增加链路，安装、扩容方便。
5、有线通信除电信部门外，其它单位的通信系统没有在城区挖沟铺设电缆的权力；而无线通信方式则可根据客户需求灵活定制专网。
6、有线链路的维护需沿线路检查，出现故障时，一般很难及时找出故障点，而无线扩频通信只需维护扩频电台，出现故障时则能快速找出原因，恢复线路正常运行。
7、建设通信线路时一般需要备份，如果主备通道皆为有线线路，往往会存在相关故障点。
若一条有线中断，另外一条很可能由于整个电缆被挖断或被破坏、配线架损坏、转接局断电等原因，同时中断。
如果有线通信线路利用无线扩频进行备份，当有线线路中断，时则可将通信链路切换到无线链路上，仍可保证通信线路的畅通。
8、无线扩频通信可以迅速（数十分钟）组建起通信链路，实现临时、应急、抗灾通信的目的，而有线通信则需要较长的时间。
9、在安全性能方面无线扩频通信本身就起源于军事上的防窃听技术；有线链路沿线均可能遭搭线窃听。
10、与X.25和DDN相比，无线扩频网具有速率高，安装简单，运行费用低（无须租费，仅投入少量维护费用），无须申请频率资源，容易扩展、投资少等优点。
另外，如使用X..25或DDN作为网间互连的链路，在链路两端要使用路由器，多路复用器等设备，而无线扩频产品有网桥、路由器、调制解调器等多种选择节省设备和投资，因此无线扩频网比X.25和DDN在数百公里围联网要有明显的优势。
综上所述，无线扩频通信在可靠性、可用性和抗毁性等很多方面超出了传统的有线通信方式，尤其在一些特殊的地理环境下，更是体现出了其优越性。
当然，无论是选择有线还是无线通信手段，都应根据具体情况因地制宜，量体裁衣。
1.4无线局域网的未来
有线LAN的技术发展历史可用一句话来概括，“更快、更好、更便宜”。
无线LAN技术已经开始沿着同一道路发展：
数据传输速率从1兆位/秒增加到54兆位/秒，随着IEEE802.11g标准的出现互操作性已经成为事实，而且价格已经大大降低。
1.5价格
不断下降的WLAN设备价格开创了一个全新的市场。
随着数量的持续增加，制造效率得到提高，成本下降，价格将进一步下跌。
尽管无线客户机适配器的价格不太可能与有线的客户机适配器相提并论（已计入布线和人工成本），但价格上的差别将变得越来越不重要。
第二章 无线局域网可行性分析
2.1安全可靠性原则
802.11标准中与有线系统相当的保密性（WEP）选项只是满足客户安全需要的第一步。
AXELWAVE能够提供目前无线网络可以达到的最高级别的安全性，可以提供256位加密功能，并可支持802.11标准的加密和身份验证选项。
按照标准中的规定，AXELWAVE使用了具有64、128或256位密钥的RC4算法。
当实现WEP支持时，每个台站（客户机和接入点）最多可以有4个密钥。
密钥用于在使用无线电波对数据进行传输之前对其进行加密。
如果一个台站接收的数据包没有经过适当密钥的加密，该数据包将被丢弃，永远也不会被发送到主机上。
2.2先进性开放性及实用性原则
在网络建设中，施工周期最长、对周边环境影响最大的，就是网络布线施工。
在施工过程中，往往需要破墙掘地、穿线架管。
而WLAN最大的优势就是免去或减少了网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点（AccessPoint）设备，就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。
2.3使用灵活性原则
在有线网络中，网络设备的安放位置受网络信息点位置的限制。
而一旦WLAN建成后，在无线网的信号覆盖区域任何一个位置都可以接入网络。
由于有线网络缺少灵活性，这就要求网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要，这就往往导致预设大量利用率较低的信息点。
而一旦网络的发展超出了设计规划，又要花费较多费用进行网络改造。
而WLAN可以避免或减少以上情况的发生。
2.4可维护可扩展性原则
WLAN有多种配置方式，能够根据需要灵活选择。
这样，WLAN就能胜任从只有几个用户的小型局域网到上千用户的大型网络，并且能够提供像"漫游（Roaming）"等有线网络无法提供的特性。
第三章设计方案
3.1需求分析
某学校需要对校区的办公楼和教学楼进行无线覆盖，使老师可以通过无线网络设备在学校任意的无线覆盖围之进行部互访或者登陆因特网访问INTERNET资源。
3.2方案设计
根据客户的需求经过认真地分析，决定使用美国AXELWAVE的AX9800室外型产品对该学校的办公和教学楼进行无线覆盖。
该设备最高速率为54Mbps，支持多个用户同时在线的需求，同时具有良好的稳定性，扩展性和实用性。
WLAN设计依据
1）国际标准化组织颁布的综合布线系统国际标准ISO11801。
2）CECS72:
97“建筑与建筑群综合布线系统工程设计规”。
3）由网高提供的现场图纸。
3.3无线网络覆盖平面图
见附图。
室外覆盖平面图
3.4网络拓补图
3.5方案说明
根据网高提供的学校环境情况以及覆盖效果地要求进行了全面地分析，我们觉得还是以室外覆盖为主的覆盖手段效果最好。
整个无线覆盖系统由室外无线覆盖部分（8套无线室外大功率AP）和放置在机房的路由器，汇聚交换机组成，详细的分布使用情况见以下的文字描述：
1.在学校的机房部要购置1台访问外网的路由器和1台汇聚各台无线AP的交换机。
这样学校员工就可以通过这些设备来访问外网获取想要的因特网信息。
（路由器要用企业级别的产品，最好不要用家用（SOHO）的产品。
交换机要买背板带宽较高的，这样数据交互时不会影响这个系统的运行速度。
）
2.无线覆盖部分由8台室外覆盖产品组成，各台AP分别通过校区的有线网络出口与中心机房的交换机进行连接。
这样一来各台AP就接入到了机房的系统当中。
每台AP的放置都是经过了充分地计算，放置在最佳地覆盖地点。
使其能够发挥最大地覆盖效果。
（参照无线网络覆盖平面图）
1）AP1放置在覆盖平面图左上的4层教学楼楼顶，对左中的4层教学楼进行覆盖。
考虑到该楼的教室为单面分布的格局，1台无线设备就可以完全覆盖到了。
2）AP2放置在覆盖平面图左中的4层教学楼楼顶，对左上的4层教学楼进行覆盖。
考虑到该楼的教室为单面分布的格局，1台无线设备就可以完全覆盖到了。
架设在楼顶上的AP1,AP2正好为互射的无线覆盖方式，互相覆盖了对方的区域。
3）AP4也放置在覆盖平面图左中的4层教学楼楼顶，对左下的4层教学楼进行覆盖。
考虑到该楼的教室为单面分布的格局，1台无线设备就可以完全覆盖到了。
4）AP3，AP5分别放置在覆盖平面图左中的4层教学楼楼顶和左下的4层教学楼楼顶，对最左面的3层办公楼进行无线全覆盖。
考虑到该办公楼的办公室均为单面分布的格局，2台无线设备就可以完全覆盖到了。
5）AP6放置在覆盖平面图右面的5层宿舍楼楼顶，对对面的5层办公楼以及5层教学楼的一部分进行覆盖。
考虑到5层教学楼还有大部分的覆盖盲区，所以我们在门卫室楼顶架设1套无线设备AP7对5层教学楼进行补充覆盖，这样就能保证5层办公楼以及5层教学楼完全被覆盖。
6）考虑到老师要在覆盖平面图左面的大楼和右面的大楼之间进行无缝的漫游，这就需要在门卫室楼顶架设AP8，把学校当中的操场部分也做无线覆盖，这样就能保证老师在从覆盖平面图左面的大楼出来以后，手上的笔记本电脑始终能够收到无线信号，从而顺利地切换过度到覆盖平面图右面大楼的无线信号，不至于在经过操场时发生断线的情况。
以上AP1—AP8的无线配置均为：
AX9800GMA（无线设备）+CA-23RP（室外避雷器）+XA-50L-200（2米高频馈线）+XA-114（14DBI定向天线）
通过以上的无线规划，完全能够满足学校的无线覆盖要求，工程完工后学校的老师就能利用手中的笔记本在校区覆盖的围之自由的通过无线AP进行实时的部网络互访和外部因特网的访问，大大提高了老师的办公效率。
3.6AP覆盖效果预算分析
衰减因子模型
建筑物具有大量的分隔和阻挡体，家用房屋中使用木框与石灰石分隔构成的墙，楼层间为木质或非强化的混凝土。
另一方面，办公室建筑通常有较大的面积，使用可移动的分隔以使空间容易划分，楼层间使用金属加强混凝土。
建筑物传播模型包括，建筑物类型影响以及Seidel描述的阻挡物引起的变化，这一模型灵活性很强，预测路径损耗与测量值的标准偏差为4dB，而对数距离模型的偏差达13dB。
衰减因子模型为：
其中，
表示同层测试的指数值；
表示楼层衰减因子。
对于目前WLAN来说，频段主要考虑2400MHz；室环境中近地距离
取1m，
取2400MHz时的路径损耗为40dB；故此，衰减因子模型可简化为：
从上述各种模型的建立可以看出，由于移动通信环境的复杂性，不可能有一个完全确定的用于各种区域的预测，只能借助于对建筑物室的模拟测试来取得一些修正系数进而对某一基准公式进行修正，使得预测值最大限度的接近于实测值。
根据实际工程应用经验，大型建筑物楼层之间往往采用钢结构或钢筋混凝土结构，对信号的屏蔽很强，一般我们只考虑信号对同层的覆盖，实际公式可略去FAF楼层衰减因子。
衰减因子公式可简化为：
通过对建筑物的实测，我们得出
的经验值，办公楼取3.25，一般建筑物取2.76，零售店取2.18。
在实际工程中，我们较多采用衰减因子模型对建筑物的覆盖进行预测，同时通过模拟测试来修正衰减因子的取值。
以下为一些经验数值。
表1对不同材料引起衰减度的定性说明及路径损耗（测试数值）
RF障碍物
相对衰减度
厚度（米）
损耗（dB）
例
木门
低
0.04
2
木材
低
0.1
4
办公室区域
塑料
低
0.04
3
合成材料
低
0.08
3
办公室区域
石棉
低
0.02
1
天花板
玻璃
低
0.01～0.08
2～3
窗户
水
中
2～5
湿木、养鱼池
砖
中
0.1～0.3
3～7
墙、外墙
石
中
0.05
6
墙
石
高
0.20
17
外墙
混凝土
高
0.25
18
楼板、外墙
金属
很高
15～40
钢筋混凝
表2多层材料的路径损耗
信号穿越的层数（按混凝土楼板）
路径损耗（dB）
1
18
2
24
3
29
3）本项目无线覆盖效果预测及模拟测试分析
通过场模拟测试，室外型AP输出电平为27dBm，。
覆盖效果预测，以距离天线50米处M点为例：
2500MHz信号50m可视空间传播损耗：
Lb=32.4+20lgd（km）+20lgf（MHz）
=32.4+20lg0.05+20lg2500
=74dB
同样的，我们可以得到在不同距离上的空间传播损耗值，如下表：
20m
50m
70m
100m
300m
2500M
66dB
74dB
77dB
80dB
90dB
由此，我们可以计算：
室外覆盖时，距离天线最远点50米处的WLAN场强为：
发射功率：
27dBm
天线增益为：
14dBi
多路径衰落余量约：
4dB
外墙损耗约：
18dB
墙损耗约：
7dB
馈线及接头损耗约：
2dB
50米自由空间损耗约：
74dB
接收功率=发射功率+天线增益-多路径衰落余量-外墙损耗-墙损耗-馈线及接头损耗-50米自由空间损耗
接收功率=27dBm+14dBi-4dB-18dB-7dB-2dB-74dB=-64dBm
综上，整个覆盖区域50米的信号强度去掉各种衰减损耗能达到-64dBm，完全满足了各类无线网卡上网所需的技术指标。
。
第四章设备选型
4.1电信级无线AP/网桥AX9800GMA
工作模式
2.4GHz：
AP
接口
以太网接口:
10/100Base-T兼容
射频接口:
N型阴座
兼容标准
无线标准：
IEEE802.11g/IEEE802.11b
以太网标准：
IEEE802.3/IEEE802.3u
调制方式
802.11b：
DSSS（DQPSK/DBPSK/CCK，支持动态调节）
802.11g：
OFDM（BPSK/QPSK/16QAM/64QAM，支持动态调节）
工作频段
2.412~2.4835GHz
传输速率
802.11g：
54,48,36,24,18,12,9,6Mbps;自适应（可选）
802.11b：
11,5.5,2,1Mbps自适应（可选）
发射功率
27dBm（max.）0.5W
接收机灵敏度
-95dBm1Mbps
-95dBm2Mbps
-91dBm5.5Mbps
-88dBm6Mbps
-88dBm9Mbps
-90dBm11Mbps
-88dBm12Mbps
-87dBm18Mbps
-83dBm24Mbps
-81dBm36Mbps
-76dBm48Mbps
-72dBm54Mbps
网络特性
静态IP地址
支持DHCP动态获得IP地址
10/100Mbps自适应
安全特性
64/128/152bitWEP
WPA/AES/TKIP/ACL
MAC地址过滤
802.1x认证控制
支持Radius
支持多SSID
设备管理
HTTP/HTTPS
SNMP
Telnet管理，支持远程重起。
电源
ACInput100to240V,DCOutput5VUnit:
DCInput5V
环境参数
工作温度：
0℃~+60℃
储存温度:
-50℃~+70℃
工作湿度:
95%
4.22.4GHz14dBi定向天线
主要参数：
频率范围：
2400～2483MHz
带宽：
83MHz
增益：
14dBi
水平面波瓣宽度：
52°
电压驻波比：
≤1.5
标称阻抗：
50Ω
极化：
垂直
最大功率：
100W
接头型号：
N座
前后比：
≥25dB
尺寸：
220×190×45（mm）
重量：
1.2kg
4.3避雷器
2.4G同轴避雷器
4.4高频馈线
工作在5.8和2.4GHz上，用于设备和天线之间的联接，
性能优良，衰减小。
第五章设备清单及报价
名称
型号及说明
单位
数量
单价（元）
总价（元）
2.4G室外打功率AP
AX9800GMA
个
8
8000
64000
2.4G定向天线
XA-114
个
8
560
4480
2.4G高频馈线
XA-50L-200
米
8
150
1200
2.4G避雷器
CA-23RP
个
8
350
2800
交换机
台
1
自备
路由器
台
1
自备
网线
箱
3
自备
设备总价
72480
安装调试费（按设备总价5%收取）
3624
工程总价：
76104
第六章设备的布置、安装及相关工程
6.1设备平面布置及安装
安装设备见下表。
序号
设备名称
安装地点
数量
1
AP
楼顶
8台
2
抱杆
楼顶
8根
3
天线
楼顶
8个
机架及架间的线缆连接等见随机安装资料。
6.2双绞线的布放
◆应符合国际布线标准ISO/IEC11801中相关容的规定；
◆应符合国家布线标准CECE89：
97中相关容的规定；
◆应符合国际YD/T926.1-1997中相关容的规定；
◆WLAN系统布放的双绞线主要在建筑物的竖井和天花吊顶中布放，个别需在楼顶布放；
◆在以上地点必须采用ф32PVC管防护，并用卡码固定，卡码间距不得小于500mm，在线缆引入口采用ф32PVC软管防护，并进行防水处理，每根管中穿线不得多于6根；
◆线缆管线布放路径应保证与电力线及其他管线间距符合下表要求：
管线类别
平行间距
垂直交叉间距
电力线
<2KVA
130mm
130mm
2-5KVA
300mm
300mm
>5KVA
600mm
600mm
避雷引线
1mm
300mm
保护地线
50mm
20mm
煤气管
300mm
20mm
热力管
500mm
500mm
给水管
150mm
20mm
◆缆线布放应平直、美观，不得产生扭绞、打圈等现象，不应受到外力的挤压和损伤；
◆缆线布放时两端应保证有1-3m的冗余，以便于接线作业。
◆缆线需要弯曲布放时，要求弯角圆滑、美观，其弯曲半径应保证≥电缆外径的8-10倍；
◆缆线布放时两端应贴有标签，表明起始和终端位置，标签书写应清晰、端正和正确。
6.3AP电源线的铺设
◆AP供电可以有两种方式：
PoE（PoweroverEthernet）的集中供电方式、AP电源变压器的分别供电方式；
◆集中供电方式的采用取决于设备提供商的SWITCH以及AP是否支持POE（802.3af标准），如果是，AP电源将由AC经过SWITCH通过双绞线集中供给，无须另外安装；
◆如果AP不支持PoE，则采取从机房集中供电，另外敷设电源线，按双绞线的路由走或另说明。
◆在AP放置点安装插座，以供AP的电源变压器使用。
◆电源走线要使用PVC套管保护，或使用蛇行铁质软管。
6.4SWITCH（集线器）的安装
◆SWITCH必须按照设计要求，安装在楼宇的WLAN设备机房和竖井或楼层间且远离强电、强磁及腐蚀物质的位置；
◆机房和竖井不得堆放易燃材料，机房的温度、湿度应满足设备的正常工作要求；
◆SWITCH安装于标准机架上，机架应牢固的安装在地上；机架朝向应便于调试、维护，机架与墙之间应留有至少500mm空隙，以便于接线作业；
◆SWITCH与AP之间的双绞线（UTP5E）应整齐布放，并良好固定，引至机房出线口时，需沿墙布放，并用线码固定，线码间距250mm，线缆在出线口处，应用ф32PVC软管防护，每根管中穿线不得多于6根；
◆与各设备连接跳线尚未接入时，应先用胶布包好，注意防潮；
◆各引入线缆标签应牢固、明晰，不得混淆；
◆设备、机架和机房线缆应擦拭干净；
◆保持机房和设备的整洁。
6.5AP（AccessPoint）的安装
使用外置天线的AP
◆使用外置天线的AP，应按照设计文件的要求，安装在指定地点；
◆AP的电源由交流电源通过专用变压器供电，也可通过PoE由双绞线统一供电，电源线应与数据线缆保持不小于130mm距离；
◆AP应良好固定，且远离强磁、强电、腐蚀或潮湿物质；
◆AP安装位置离竖井或者其他妨碍施工的设备应保持一定距离，以便易于施工操作；
◆接入AP的线缆应沿墙整齐布放，并且用线码固定，接
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