WLAN宽带网组网方案.docx
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WLAN宽带网组网方案
引言
无线局域网（WirelessLAN,以下简称WLAN）是90年代计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它提供了使用无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信，并为通信的移动化、个人化和多媒体应用提供了潜在的手段。
无线通信作为新兴的通信技术在日常生活中的作用越来越大。
从今年以来,无线局域网技术发展迅速，但无线局域网的性能与传统以太网相比还有一定距离，因此如何提高和优化网络性能显得十分重要。
Internet业务的高速增长，实时业务和多媒体应用不断的增加，对网络的带宽、服务质量（QoS）可扩展性提出了更高的要求。
但是，利用无线信道进行通信容易受到干扰，衰落等因素的影响，这对多媒体应用来说十分不利的。
目前，IEEE802.11已成为无线局域网的主流标准。
1997年802.11标准的制定是无线局域网发展的里程碑，它是由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准。
其定义了单一的MAC层和多样的物理层，先后又推出了802.11b,a和g物理层标准。
最近，刚刚正式批准的802.11g标准采用OFDM技术，和802.11a一样数据传输速率可达54Mbps。
另外，它工作在2.4GHz频段上，与802.11b标准兼容，提高了网络的适用性，降低了无线局域网升级成本。
技术不断更新，新的技术标准不断的推出，极大的推动了无线局域网的发展。
由于WLAN接入方式有移动灵活、不受物理地点限制等特点，市场的需求，本论文从电信运营商的业务发展的角度出发并结合目前北京通信电信的其他宽带业务，对北京通信公司WLAN宽带业务及整体网络结构进行了分析及设计了组网方案，并以电报大楼为例进行了WLAN无线局域网的具体设计及分析。
第一章概述
1.1WLAN业务的市场需求背景和业务的技术发展背景
在机场、会议室、展览中心、酒吧、咖啡馆、茶馆等热点地区，Internet接入需求不同于传统办公场所采用有线方式，人们不会为电缆的束缚而固守于固定的位置。
市场需要一种能够提供给用户较高的接入带宽、用户又可以在一定的范围内自由移动，并且造价比较低廉，简言之，就是一种廉价的高质量可移动的宽带接入业务。
WLAN无线宽带接入业务正是迎合了市场的这种需求。
随着WLAN技术的成熟，WLAN能够使得运营商能够提供一种可靠的、稳定的、宽带的、无线的Internet接入业务。
1.2业务面向的客户群体和未来的客户群体
北京通信公司WLAN无线宽带网络建设区域和业务面向的客户群体：
⑴热点区域
●商业楼宇：
如租用办公室、会议室
●信息化酒店：
如大堂、泳池、会议室、多功能厅
●信息中心：
如展览馆、体育馆、新闻中心
●机场：
侯机大厅、贵宾室
●公众休闲场所：
酒吧、咖啡厅、茶馆
业务特点：
要求支持漫游、热点区域支持慢速移动、AP间无缝切换，用户可快速接入Internet。
⑵家庭住宅与SOHO办公
业务特点：
这两者有一个共同的特点是共用一条上连带宽，没有综合布线，多人同时上网，人数不同。
这部分人大多收入水平较高，对WLAN无线宽带业务需求较大，尤其是在非常时期。
⑶高校
业务特点：
使用WLAN的人员大多文化素质较高、对新技术有浓厚的兴趣，他们的收入水平目前普遍不高，WLAN业务的收费水平决定了他们对WLAN的接受程度。
不同类型的用户对WLAN无线宽带业务关注是不同的：
企业/家庭用户：
需要用WLAN来解决网络布线问题，该类用户可能会倾向于AP＋以太网，或者AP＋DSL，对漫游、安全要求不高，对价格敏感。
1.3业务的发展目标
业务发展目标是为热点地区的商务人士和时尚人士提供无线的宽带接入Internet，并结合目前北京通信电信的其他宽带业务，采用灵活的经营手段，为北京通信电信公司带来新的业务收入及市场。
第二章需求分析
2.1市场需求分析
WLAN业务在国际上已有越来越广泛的应用，随着这一使用热潮的兴起，中国也同样在发起“网络无处不在”的活动，采用WLAN技术加以配合，提供更加灵活的高速因特网接入服务。
2.1.1客户角色分类
可以把WLAN业务涉及到的客户角色进行分类。
WLAN无线宽带业务主要分为三种用户，一种是在机场、会议室、展览中心、酒吧、咖啡馆、茶馆等热点地区的用户；一种是在家庭和SOHO用户；一种是高等学校，包括学生和教师，目前，在国内，随着WLAN被越来越多的企业集团所使用，今年它开始渗入教育行业的学校校园区内。
北京大学正在全面推进中国第一个校园无线局域网工程的建设。
2.1.2场地角色定位
把WLAN业务可能适用的场地进行分类。
按照场地空间划分：
室外场地和室内场地。
2.1.3客户、场地及业务关联对照分析
在本表中，将把客户、场地及此项业务进行关联对照，明确不同客户在何种场所需要此项业务服务。
场地
热点地区用户
家庭和SOHO用户
企业办公楼用户
室内
需要
需要
需要
室外
需要
否定
否定
2.2技术需求分析
技术需求分析与市场需求分析的区别在于从技术发展的角度，说明此项业务的关键或者核心技术的可行性、成熟性和可扩展性。
技术需求分析的目的是在市场需求分析的基础上，避免无序的市场业务开发。
由于满足客户某一项通信需求的技术方式可能有多种，所以并不是有市场需求的业务建议就是合理的。
在本章节中，通过技术上的论证，确定此项业务的核心技术是有良好的发展方向，在整个通信技术体系处于合理位置。
2.2.1核心功能需求
在WLAN业务面对的客户需求中，最能够被客户认可的功能及技术，如：
酒店业务中的“即插即用”等功能和技术
2.2.2安全技术分析
在用户使用WLAN网络时，最重要的是保证用户的重要信息不被别有用心的人窃取，所以安全也是一个非常重要的因素。
第三章WLAN无线局域网相关技术介绍
近些年来，随着局域网的应用领域不断拓宽和现代通信方式的不断变化，尤其是移动和便携式通信的发展，无线局域网（WLAN）便应运而生。
无线局域网是一种能支持较高数据速率（2～11Mbit/s）、采用微蜂窝、微微蜂窝结构的、自主管理的计算机局部网络。
它可采用无线电或红外线作为传输媒质，采用扩展频谱技术，移动的终端可通过无线接入点来实现对Internet的访问。
WLAN利用常规的局域网（如10/100/1000Mbit/s以太网）及其互连设备（路由器）构成骨干支撑网，利用无线接入点（AP）和无线接入控制器（AC）来支持移动终端（MT）的移动和漫游。
无线接入服务器的作用是提供无线终端的接入管理和移动性管理。
在无线接入服务器管辖的范围内（称为服务区）可支持多个小区。
无线接入点的作用是完成WLAN和LAN之间的桥接，实现无线空中接口协议到LAN协议的转换，并实现小区的移动用户管理。
在无线接入服务器中运行移动IP服务器软件，在移动终端上运行移动IP客户机便可支持移动IP功能。
3.1核心技术介绍
3.1.1技术概述
北京通信公司WLAN无线宽带网采用IEEE802.11x中802.11b/802.11b+标准。
依照802.11b无线局域网的国际规范和国家无线电管理委员会的标准，北京通信公司无线局域网的无线设备的工作频段为：
2400-2483.5MHz。
作为全球公认的局域网权威，IEEE802工作组建立的标准在过去二十年内在局域网领域内独领风骚。
这些协议包括了802.3Ethernet协议、802.5TokenRing协议、802.3z100BASE－T快速以太网协议。
在1997年，经过了7年的工作以后，IEEE发布了802.11协议，这也是在无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议。
在1999年9月，他们又提出了802.11b"HighRate"协议，用来对802.11协议进行补充，802.11b在802.11的1Mbps和2Mbps速率下又增加了5.5Mbps和11Mbps两个新的网络吞吐速率。
利用802.11b，移动用户能够获得同Ethernet一样的性能、网络吞吐率、可用性。
这个基于标准的技术使得管理员可以根据环境选择合适的局域网技术来构造自己的网络，满足他们的商业用户和其他用户的需求。
802.11协议主要工作在ISO协议的最低两层上，并在物理层上进行了一些改动，加入了高速数字传输的特性和连接的稳定性。
3.1.2IEEE802.11族介绍
3.1.2.1802.11工作方式
802.11定义了两种类型的设备，一种是无线站，通常是通过一台PC机器加上一块无线网络接口卡构成的，另一个称为无线接入点（AccessPoint,AP），它的作用是提供无线和有线网络之间的桥接。
一个无线接入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口（802.3接口）构成，桥接软件符合802.1d桥接协议。
接入点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线的接入站聚合到有线的网络上。
无线的终端可以是802.11PCMCIA卡、PCI接口、ISA接口的，或者是在非计算机终端上的嵌入式设备（例如802.11手机）。
3.1.2.2802.11物理层
在802.11最初定义的三个物理层包括了两个扩散频谱技术和一个红外传播规范，无线传输的频道定义在2.4GHz的ISM波段内，这个频段，在各个国际无线管理机构中，例如美国的USA，欧洲的ETSI和日本的MKK都是非注册使用频段。
这样，使用802.11的客户端设备就不需要任何无线许可。
扩散频谱技术保证了802.11的设备在这个频段上的可用性和可靠的吞吐量，这项技术还可以保证同其他使用同一频段的设备不互相影响。
3.1.2.3802.11数字链路层
802.11的MAC和802.3协议的MAC非常相似，都是在一个共享媒体之上支持多个用户共享资源，由发送者在发送数据前先进行网络的可用性。
在802.3协议中，是由一种称为CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection）的协议来完成调节，而在802.11无线局域网协议中，冲突的检测存在一定的问题，这个问题称为"Near/Far"现象，这是由于要检测冲突，设备必须能够一边接受数据信号一边传送数据信号，而这在无线系统中是无法办到的。
鉴于这个差异，在802.11中对CSMA/CD进行了一些调整，采用了新的协议CSMA/CA（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance）或者DCF（DistributedCoordinationFunction）。
CSMA/CA利用ACK信号来避免冲突的发生，也就是说，只有当客户端收到网络上返回的ACK信号后才确认送出的数据已经正确到达目的。
CSMA/CA通过这种方式来提供无线的共享访问，这种显式的ACK机制在处理无线问题时非常有效。
然而不管是对于802.11还是802.3来说，这种方式都增加了额外的负担，所以802.11网络和类似的Ethernet网比较总是在性能上稍逊一筹。
3.1.2.4联合结构、蜂窝结构和漫游
802.11的MAC子层负责解决客户端工作站和访问接入点之间的连接。
当一个802.11客户端进入一个或者多个接入点的覆盖范围时，它会根据信号的强弱以及包错误率来自动选择一个接入点来进行连接，一旦被一个接入点接受，客户端就会将发送接受信号的频道切换为接入点的频段。
这种重新协商通常发生在无线工作站移出了它原连接的接入点的服务范围，信号衰减后。
其他的情况还发生在建筑物造成的信号的变化或者仅仅由于原有接入点中的拥塞。
在拥塞的情况下，这种重新协商实现?
quot;负载平衡"的功能，它将能够使得整个无线网络的利用率达到最高。
802.11的DSSS中一共存在着相互覆盖的14个频道，在这14个频道中，仅有三个频道是完全不覆盖的，利用这些频道来作为多蜂窝覆盖是最合适的。
如果两个接入点的覆盖范围互相影响，同时他们使用了互相覆盖的频段，这会造成他们在信号传输时的互相干扰，从而降低了他们各自网络的性能和效率。
3.1.2.5IEEE802.11a
高速WLAN协议，使用5G赫兹频段。
最高速率54Mbps，实际使用速率约为22-26Mbps与802.11b不兼容，是其最大的缺点。
也许会因此而被802.11g淘汰。
3.1.2.6IEEE802.11b
目前最流行的WLAN协议，使用2.4G赫兹频段。
最高速率11Mbps，实际使用速率根据距离和信号强度可变（150米内1-2Mbps，50米内可达到11Mbps），802.11b的较低速率使得无线数据网的使用成本能够被大众接受（目前接入节点的成本仅为10-30美元）。
另外，通过统一的认证机构认证所有厂商的产品，802.11b设备之间的兼容性得到了保证。
兼容性促进了竞争和用户接收程度。
3.1.2.7IEEE802.11g
802.11g是802.11b在同一频段上的扩展。
支持达到54Mbps的最高速率。
兼容802.11b。
该标准已经战胜了802.11a成为下一步无线数据网的标准。
3.2频道配置
北京通信公司无线局域网的无线设备的工作频段为：
2400-2483.5MHz
划分为14个子频道，每个子频道带宽为22MHz。
子频道分配如下图所示：
子频道分配图
最多有13个信道可用，13个信道的标号及所用中心频率的情况见下表
信道标号
中心频率
信道低端/高端频率
1
2412MHz
2401/2423MHz
2
2417MHz
2411/2433MHz
3
2422MHz
2416/2438MHz
4
2427MHz
2421/2443MHz
5
2432MHz
2426/2448MHz
6
2437MHz
2431/2453MHz
7
2442MHz
2431/2453MHz
8
2447MHz
2436/2458MHz
9
2452MHz
2441/2463MHz
10
2457MHz
2446/2468MHz
11
2462MHz
2451/2473MHz
12
2467MHz
2456/2478MHz
13
2472MHz
2461/2483MHz
在多个频道同时工作的情况下，为保证频道之间不相互干扰，要求两个频道的中心频率间隔不能低于25MHz。
因此从上图可以看出，在一个蜂窝区内，直序扩频技术最多可以提供3个不重叠的频道同时工作，提供高达33Mbps的吞吐量。
3.3业务支持能力
WLAN支持的业务应当能够实现各种用户业务接入的需要，并符合IP网络的业务功能要求。
根据业务对实时性要求的不同及提供方式的不同将业务分为如下几类：
a）实时业务
该类业务包括双向、双方和多方业务。
在进行通信时要求具有实时响应，要求提供业务的网络能依据标准严格控制延时和抖动。
b）非实时业务
该类业务通常为信息传输业务对网络没有严格的延时和抖动要求，例如传统的IP业务（e-mail、文件传送协议FTP、Web等）。
c）VPN业务
在包括WLAN在内的公用网络平台上构筑不受地域限制而受企业统一策略控制和管理的企业网络，为企业用户提供远端接入服务。
各类业务的典型业务用如表1所示：
表1各类业务的典型业务
业务
具体应用
非实时业务
e-mail、FTP、Web（Internet接入）、VOD点播、网络传真等
实时业务
IP电话、会议电视、网上直播等
VPN业务
企业内部用户的远端接入等
3.4AP设备测试
北京市通信公司对5家公司的5个型号AP设备进行了测试。
参加测试的公司及设备见表1。
本测试是为测试所选设备的接入功能、性能指标，通过对各项技术指标的测试分析和客观、合理的评价，从而为WLAN网络设备的选型提供有效的和科学的参考依据。
表1参加测试的公司及设备
序号
送检单位
简称
设备型号
1
华为技术有限公司
华为
WA1006
2
深圳市中兴通讯股份有限公司
中兴
W100A
3
UT斯达康通讯有限公司
UT斯达康
WA3001
4
思科系统（中国）网络技术有限公司
思科
AP1200
5
朗通
朗通
AP2000
3.4.1功能测试
3.4.1.1IEEE802.11基本功能
包括支持SSID划分网络区域，支持WEP加密,AP参数配置的有效性,兼容性。
所有参加测试的设备都支持。
兼容性中测试用的无线网卡包括思科、朗通、中兴、UT斯达康、D-Link、ATHEROS几款。
3.4.1.2用户二层隔离
检测在无线端口是否可以实现无线端用户之间的访问控制，因为在公共接入的场合下，无线端用户之间被认为是不可信任的，所以应该避免他们之间的直接访问，所以AP应该提供隔离功能，保证WLAN接入网络安全。
所有参加测试的设备都支持。
3.4.1.3自动切换功能
自动切换功能：
检测AP是否支持网卡在多个AP间漫游的功能；检验用户在切换时始终保持链路连接状态，检验用户在切换前后不需要重新认证。
所有参加测试的设备都支持。
3.4.1.4以太网网线供电
以太网网线供电解决公共场合接入供电问题,减少布线,便于通过中心机房统一供电。
以太网网线供电模块分成外置模块和内置模块；外置模块需要增加电源模块完成以太网网线供电功能。
所有参加测试的设备都支持外置式，支持内置式有UTStarcom、华为、中兴通信。
表2以太网供电的速率
厂商
以太网供电的速率（Mbps）
华为WA1006
6.424
中兴W100A
5.014
朗通AP8000
4.720
思科AP1200
6.432
UT斯达康WA3001
5.172
3.4.1.5负载均衡功能
负载均衡功能（按照用户数或流量）：
AP可以根据无线端的接入情况自动分配终端用户，可以根据用户的数量也可以根据数据的流量来在多个AP间进行负载的自动均衡。
所有参加测试的设备都支持。
3.4.1.6AP发起PPPoE呼叫MAC地址过滤
AP发起PPPoE呼叫功能和MAC地址过滤功能，即可以允许或拒绝特定的MAC地址的终端接入网络，多用在企业网或家庭场合。
所有参加测试的设备都支持。
3.4.1.7协议测试
RadiusClient协议测试：
AP是否具有RadiusClient功能，除了朗通没有测试，其余参加测试的设备都支持。
3.4.1.8相同Channel内的AP抗干扰能力
表3相同Channel内的AP有/无干扰情况下速率
厂商
无干扰情况下速率（Mbps）
有干扰情况下速率（Mbps）
华为WA1006
6.519
6.445
中兴W100A
5.057
4.642
朗通AP8000
4.850
3.900
思科AP1200
6.329
6.271
UT斯达康WA3001
5.105
5.137
3.4.1.9AP支持ADSL接入
五个厂家除了思科都有自己的产品支持ADSL接入
表4产品列表
厂商
产品名称
华为
WA1003A
中兴
W531A、W531B
朗通
MB8000
思科
UT斯达康
WA3002S
3.4.2性能测试
3.4.2.1有/无WEP时的速率测试
在有WEP加密情况下，由于进行加密计算，造成速率没有在无WEP加密情况下高。
详细内容见表2。
表5有/无WEP时的速度测试结果
厂商
无WEP（单位：
Mbps）
有WEP（单位：
Mbps）
PUSH
PULL
PUSH
PULL
华为WA1006
6.519
5.837
6.257
5.814
中兴W100A
5.045
4.891
2.641
4.847
朗通AP8000
4.835
4.955
3.619
3.396
思科AP1200
6.397
6.175
6.431
6.173
UT斯达康WA3001
5.185
5.00
5.148
5.00
3.4.2.211Mbps情况下AP在室内的传输速率测试
由于AP信号随着同距离的增加将逐渐衰减，无线网卡接收到的信号强度和传输速率,也将相应减少。
覆盖范围测试是测试不同距离下无线网卡的信号强度和速率的值，并进行比较，从而了解AP的覆盖情况。
表611Mbps情况下AP在室内的传输速率测试结果（单位：
Mbps）
厂商
5米
10米
15米
25米
华为WA1006
5.883
6.289
6.198
6.337
中兴W100A
5.615
5.513
5.507
5.441
朗通AP8000
4.889
4.724
4.872
4.804
思科AP1200
6.345
6.310
6.279
6.224
UT斯达康WA3001
5.103
5.056
5.040
5.072
3.4.2.3吞吐量测试
本次测试使用NETIQ公司的Chariot软件测试AP从无线端口到有线端口的转发能力.
表7吞吐量测试结果
厂商
平均值
华为WA1006
6.519
中兴W100A
5.045
朗通AP8000
4.850
思科AP1200
6.385
UT斯达康WA3001
5.105
3.4.2.4丢包率测试（测试时间3分钟，距离测试AP25米）
表8丢包率测试结果
厂商
1500字节
华为WA1006
无丢包
中兴W100A
无丢包
朗通AP8000
无丢包
思科AP1200
无丢包
UT斯达康WA3001
无丢包
3.4.2.5AP功率可调
AP可以通过软件调整发射功率。
在功率调整过程中，观察信号衰减是否在范围内。
厂家的设备都可以在10mv—100mv之间调节。
3.4.3测试结论
本次对于5家厂家5个型号的AP设备进行了测试，多数设备能够支持公众接入环境的基本要求，说明WLAN技术目前比较成熟，能够基本满足公用电信网接入的需要。
第四章北京通信公司WLAN宽带网组网方案
本章主要针对北京通信公司作为一个电信运营商从市场的需求和业务发展的角度出发并结合目前北京通信电信的其他宽带业务，对北京通信公司WLAN宽带业务整体网络结构进行了分析及设计了运行方案，
4.1北京通信公司WLAN组网方案总体思想
无线局域（WLAN）的基本结构由接入点（AP）和接入控制器（AC）构成。
由WLAN的基本结构结合INTERNET或其它网络已有的认证服务器（AS），用户可以最终实现移动数据的接入服务。
AP是WLAN业务网络的小型无线基站设备，完成802.11x标准的无线接入功能。
AP也是一种网络桥接器，是连接有线网络与无线局域网络的桥梁，任何WLAN终端设备均可通过相应的AP接入外部的网络资源。
在数据通讯方面，AP负责完成它与WLAN终端设备之间数据包的加密和解密。
当用户在AP无缝覆盖区域移动时，WLAN终端设备可以在不同的AP之间切换（Switchover），保证数据通讯不中断。
在安全控制方面，AP可以通过网络标志来控制用户接入，在采用基于802.1x的用户认证机制时，AP能够和认证中心的认证服务器协同工作，来完成对WLAN用户的认证。
AC在因特网和无线接入局域网之间充当网关（Gateway）。
对用户的认证、对网络的实时监控和搜集计费信息进行管理，是一个具有支持各种路由协议和支持众多网络管理功能的路由器。
AC可以直接与认证服务器AS相连，或者通过RADIUS网络与其相连。
与认证服务器AS相连可实
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