住宅小区无线网络方案设计.docx

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住宅小区无线网络方案设计

住宅小区无线网络改建方案设计

摘要：

本文从无线局域网规格标准出发，详细概述无线局域网组建原则，就住宅小区无线局域网改建作重点探讨。

同时本文就无线局域网的基本搬念、关键技术、相关协议标准及网络安全等主要问题。

通过具体实例，对无线局域网在住宅建筑中具体应用中的规范、设计及实现作了深入的规划。

首先与有线网络作比较，分析无线局域网所具有的优势和前景，并进一步通过对无线组网技术的探讨与分析，提出自己的观点。

对运营商和住宅用户进行需求分析，从而对住宅小区内部信息点的分布设计和建筑间的网络连接进行总体规划。

详细介绍在本方案设计中所需使用的设备，并做出必要的估算，以达到较高的性价比。

最后根据总体方案划分子网，统一分配IP地址以及VLAN区域。

本方案设计目标是，在住宅小区建设一个安全、开放、灵活的无线网络。

关键字：

IP地址；无线网络；无线局域网规格标准

ResidenceCommunityOfWirelessNetworkDesignAlterations

Abstract:

Inthispaper,thewirelessLANstandardsstartwithadetailedoverviewofthewirelessLANnetworkconstructionprinciple,wirelessLANResidenceCommunityfocusontheconversiontodo. Atthesametimethisthesisanalyzedtheproblemssuchasbasicconcept，keytechnique，relatedagreementstandardandthenetworksafetyoftheWirelessLocalAreaNetworkindetail。

Fortheexampleofactualintegratedengineering，thisthesisalsoanalyzedtheplan、design、applicationoftheWirelessLocalAreaNetworkintheResidenceCommunity．First,comparedwiththewirednetwork，analysisoftheresidencecommunityofwirelessLANnetworkadvantagesandprospects，andfurthertheadoptionofwirelessnetworkingtechnology,discussionandanalysis,putforwardtheirownpointofview.Carryonthedemandanalysistotheoperatorandtheresidentialuser，Thusresidencecommunityofinsideinformationonthedistributionofpointswithinthebuildingdesignandinter-campusnetworkconnectiontotheoverallplanning.Describedindetailintheequipmentusedinandmadethenecessarycostestimates.Achievesthehighperformance-to-priceratio。

Finally,thewholere-divisionofsub-networks,uniformdistributionofIPaddressesandVLANarea.Thegoalofbuildingthisprogramisthat,constructsasecurityintheresidentialdistrict,open,thenimblewirelessnetwork.

KeyWords:

IPaddresses;WirelessNetwork;thewirelessLANnetworkconstructionprinciple

引言

现代居住环境的内涵不仅包括空间尺度、生态环境配套、居住辅助设施的配备等多方面因素，智能化的要求也越来越被重视。

从电视传输网络、电信通讯网络到安全控制网络、计算机数据网络，这些信息化设施在现代居住环境中己经成为建筑本身一项非常重要的环节。

以往在商用建筑中的智能化、信息化设施目前在住宅建设中也得到迅速发展，对于居住空间，越来越多的信息开始流入家庭。

众多的信息流对于住宅信息基础设施提出了新的要求:

互联、综合、高速成了住宅信息基础设施建设的主导思想。

经过近10年来信息技术的不断发展，无线和宽带相结合的技术方案己经步入技术主流，从技术的先进性，建设投入周期和成本以及应用效果各等诸方面分析，以无线局域网（WLAN）为重要手段，构建现代居住环境的基础设施已经逐步体现其发展趋势。

无线网络技术由于技术逐渐成熟和设备的产业化力度支持，无线路由器、无线网桥、无线监控设施已经在部分的地区开始使用。

然而无线网络在住宅环境中的应用仅仅开始，随着无线网络带宽的进一步提升、通讯服务质量的进一步加强、安全性的进一步提高，无线网络技术和未来移动通讯、智能家居系统的融合也将更为紧密，无线网络设备的应用将会进一步渗透在住宅环境的更多环节。

1无线局域网技术基本概述

1.1无线局域网规格标准

无线局域网（WLAN）是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，是一种能支持较高数据速率，利用射频（RD技术，采用微蜂窝、微微蜂窝结构）的自主管理计算机局城网络，以无线多址信道为传输媒介，提供传统无线局域网的所有功能。

近年来，IEEE相继推出了802．11g、802．1ln等最新的标准，为无线局域网的广泛应用提供了广大的发展空间。

相信随着无线通信技术的日益成熟，WLAN将会得到广阔的发展。

IEEE802.11

在物理层定义了数据传输的信号特征和调制方法，定义了两个无线电射频（RF）传输方法和一个红外线传输方法。

由于在无线网络中冲突检测较困难，IEEE802.11规定介质访问控制（MAC）子层采用冲突避免（CA）协议，而不是冲突检测（CD）协议。

为了尽量减少数据的传输碰撞和重试发送，防止各站点无序地争信道，无线局域网中采用了与以太网CSMA/CD相类似的CSMA/CA（载波监听多路访问/冲突防止）协议。

CSMA/CA通信方式将时间域的划分与帧格式紧密联系起来，保证某一时刻只有一个站点发送，实现了网络系统的集中控制。

CSMA/CA采用能量检测（ED）、载波检测（CS）和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式。

IEEE802.11a

802.11a是802.11原始标准的一个修订标准，于1999年获得批准。

802.11a标准采用了与原始标准相同的核心协议，工作频率为5GHz，使用52个正交频分多路复用副载波，最大原始数据传输率为54Mb/s，这达到了现实网络中等吞吐量（20Mb/s）的要求。

如果需要的话，数据率可降为48、36、24、18、12、9或者6Mb/s。

802.11a拥有12条不相互重叠的频道，8条用于室内，4条用于点对点传输。

它不能与802.11b进行互操作，除非使用了对两种标准都采用的设备。

由于2.4GHz频带已经被到处使用，采用5GHz的频带让802.11a具有更少冲突的优点。

然而，高载波频率也带来了负面效果。

802.11a几乎被限制在直线范围内使用，这导致必须使用更多的接入点；同样还意味着802.11a不能传播得像802.11b那么远，因为它更容易被吸收。

IEEE802.11b

IEEE802.11b是无线局域网的一个标准。

其载波的频率为2.4GHz，传送速度为11Mbit/s。

IEEE802.11b是所有无线局域网标准中最著名，也是普及最广的标准。

它有时也被错误地标为Wi-Fi。

实际上Wi-Fi是无线局域网联盟（WLANA）的一个商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作，与标准本身实际上没有关系。

在2.4-GHz-ISM频段共有14个频宽为22MHz的频道可供使用。

IEEE802.11b的后继标准是IEEE802.11g，其传送速度为54Mbit/s。

IEEE802.11g

　　IEEE802.11g在2003年7月通过了第三种调变标准。

其载波的频率为2.4GHz（跟802.11b相同），原始传送速度为54Mbit/s，净传输速度约为24.7Mbit/s（跟802.11a相同）。

802.11g的设备与802.11b兼容。

802.11g是为了提高更高的传输速率而制定的标准，它采用2.4GHz频段，使用CCK技术与802.11b（Wi-Fi）后向兼容，同时它又通过采用OFDM技术支持高达54Mbit/s的数据流，所提供的带宽是802.11a的1.5倍。

从802.11b到802.11g，可发现WLAN标准不断发展的轨迹：

802.11b是所有WLAN标准演进的基石，未来许多的系统大都需要与802.11b向后向兼容，802.11a是一个非全球性的标准，与802.11b后向不兼容，但采用OFDM技术，支持的数据流高达54Mbit/s，提供几倍于802.11b/g的高速信道，如802.11b/g提供3个非重叠信道可达8-12个；可以看出，在802.11g和802.11a之间存在与Wi-Fi兼容性上的差距，为此出现了一种桥接此差距的双频技术——双模（dualband）802.11a+g（=b）,它较好地融合了802.11a/g技术，工作在2.4GHz和5GHz两个频段，服从802.11b/g/a等标准，与802.11b后向兼容，使用户简单连接到现有或未来的802.11网络成为可能。

IEEE802.11i

IEEE802.11i是IEEE为了弥补802.11脆弱的安全加密功能（WEP,WiredEquivalentPrivacy）而制定的修正案，于2004年7月完成。

其中定义了基于AES的全新加密协议CCMP（CTRwithCBC-MACProtocol），以及向前兼容RC4的加密协议TKIP（TemporalKeyIntegrityProtocol）。

无线网络中的安全问题从暴露到最终解决经历了相当的时间，而各大厂通信芯片商显然无法接受在这期间什么都不出售，所以迫不及待的Wi-Fi厂商采用802.11i的草案3为蓝图设计了一系列通信设备，随后称之为支持WPA（Wi-FiProtectedAccess）的；之后称将支持802.11i最终版协议的通信设备称为支持WPA2（Wi-FiProtectedAccess2）的。

IEEE802.11n

IEEE802.11n，2004年1月IEEE宣布组成一个新的单位来发展新的802.11标准。

资料传输速度估计将达540Mbit/s（需要在物理层产生更高速度的传输率），此项新标准应该要比802.11b快上50倍，而比802.11g快上10倍左右。

802.11n也将会比目前的无线网络传送到更远的距离。

802.11n增加了对于MIMO（multiple-inputmultiple-output）的标准.MIMO使用多个发射和接收天线来达到更高的资料传输率。

MIMO并使用了Alamouticodingcodingschemes来增加传输范围。

1.2无线局域网组成及工作原理

无线局域网（WLAN）由站（点）、无线介质、无线接入点（AP）和分布式系统（DS）等几部分组成。

站（点）也称主机或终端，是WLAN的最基本组成单元。

它包括终端用户设备、无线网络接口、网络软件等几部分。

无线介质是WLAN中站与站之间、站与AP之间通信的传输介质，在这里指的是空气。

无线AP类似蜂窝结构中的基站，是WLAN的重要组成单元。

在一个典型的无线局域网环境中，有一些进行数据发送和接收的设备，称为接入点（AP）。

通常，一个AP能够在几十至上百米的范围内连接多个无线用户。

在同时具有有线和无线网络的情况下，AP可以通过标准Ethernet电缆与传统的有线网络相联，作为无线网络和有线网络的连接点。

无线局域网的终端用户可通过无线网卡等访问网络。

无线局域网的基础还是传统的有线局域网，是有线局域网的扩展，它是在有线局域网的基础上通过无线Hub、无线访问节点（AP）、无线网桥、无线网卡等设备使无线通信得以实现。

一个无线网卡主要包括NIC（网卡）单元、扩频通信机和天线三个组成功能块。

NIC单元属于数据链路层，由它负责建立主机与物理层之间的连接。

扩频通信机与物理层建立了对应关系，实现无线电信号的接收与发射。

当计算机要接收信息时，扩频通信机通过网络天线接收信息，并对该信息进行处理，判断是否要发给NIC单元，如是则将信息帧交给NIC单元，否则丢弃掉。

如果扩频通信机发现接收到的信号有错，则通过天线发送给对方一个出错信息，通知发送端重新发送此信息帧。

当计算机要发送信息时，主机先将待发送的信息传给NIC单元，由NIC单元首先监测信道是否空闲，若空闲便立即发送，否则暂不发送，并继续监测。

由此看出，无线局域网的工作方式与由IEEE802.3定义的有线网的CSMA/CD（载体监听多路访问/冲突检测）工作方式很相似。

1.3无线局域网优点

WLAN利用电磁波在空气中发送和接受数据，而无需线缆介质。

它是对有线连网方式的一种补充和扩展，使网上的计算机具有可移动性，能快速方便地解决使用有线方式不易实现的网络连通问题。

与有线网络相比，WLAN具有的优点有：

1）安装便捷。

一般在网络建设中，施工周期最长、对周边环境影响最大的，就是网络布线施工工程。

在施工过程中，往往须要破墙掘地、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（AP）设备，就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。

2）使用灵活。

在有线网络（LAN）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内任何一个位置都可以接入网络。

3）经济节约。

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。

4）易于扩展。

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。

5）传输速率高。

WLAN的数据传输速率现在已经能够达到11Mbps，传输距离可远至20km以上。

应用到正交频分复用（OFDM）技术的WLAN，甚至可以达到54Mbps。

6）无线局域网的抗干扰性强、网络保密性好。

对于有线局域网中的诸多安全问题，在无线局域网中基本上可以避免。

而且相对于有线网络，无线局域网的组建、配置和维护较为容易，一般计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。

由于WLAN具有上述多方面的优点，其发展十分迅速。

1.4无线局域网在智能住宅小区的应用

WLAN网络具有组网灵活、可扩展性强、兼容性好的优点，因而深受用户的喜爱，在市场的推动下，近年以来WLAN业务得到了快速的发展。

逐渐成为宽带接入的有效手段之一。

随着经济的发展，很多家庭已拥有两台以上的电脑，家庭也将面临组网的问题。

使用无线网络，可以解决有线组网带来的破坏室内装修的问题，轻松建网。

主人无论是在客厅、书房还是在卧室，都可以上网冲浪，享受无线上网带来的便利与无比的乐趣。

WLAN在某些城市的住宅小区也得到了广泛的应用：

在某些住宅小区由于建楼的时候没有建设智能布线系统，而重新布线则又面临资金、破坏建筑及住户室内装修等难题，使用WLAN则可以较好的解决这些问题，很方便的架设起小区宽带网络，解决小区住户的宽带接入问题。

我国住宅小区正逐渐向智能化便捷化发展，在我国大城市的住宅小区尤其如此，因此人们提出了智能化住宅小区的概念，智能住宅小区是一种复杂的设备集成环境，包括安防、消防、公共照明、公共音响等公用设备，也包括许多家电、家居安防等家庭设备。

而智能建筑这是在智能小区的基础上将结构、系统、服务、管理进行优化组台，获得高效益高功能高舒适性的大楼，从而为人们提供一切高效和具有经济效益的工作环境。

智能住宅小区无线网络作为小区整体的智能化无线通信平台，连接包括公共设备和家用设备在内等家庭设备。

智能住宅小区无线网络作为小区整体的智能化无线通信平台，连接包括公共设备和家用设备在内的所有设备。

智能住宅小区一般是半径几十米到数百米的非空旷环境，影响无线通信的因素有电磁波、建筑物等。

目前，通用免费的无线通信频段，其传输距离一般在百米以内。

国际学术界对于智能住宅小区无线网络技术进行了探索与研究，并建立起了相应的无线网络系统。

英国在1999年将商品型“智慧屋”推向市场，采用无线网络技术，对住宅能耗参数检测和设备运行状态进行监控，通过计算机网络将室内空调、供水、安防等设备构成住宅集成控制与管理系统，有效提高了住宅服务功能和效率。

1996年日本推出了多媒体住宅样板计划，将多媒体技术引入智能住宅。

1999年，开始将无线网络技术与Internet技术应用于住宅控制与安全报警，并取得了重要研究成果。

近年来，美国开始应用无线网络技术实现住宅电、水、煤气用量的自动采集与计算，避免了攀登高楼和入室查表等扰民现象的发生，受到用户和服务公司的欢迎。

住宅小区中分布有超市、高级百货店、零售店、幼儿园、园林等便捷化设施，WLAN在这些设施中也有很好的应用，这些设施一般位于小区的公共热点地区客源多，人流量大，传统的模式是集中式结账，顾客会因为排队结账而引起抱怨，导致客户满意度的降低。

但如果提供移动式收款服务，则会很好的解决上述问题。

在卖场内建设VLAN网络，利用移动式收款机可以不受位置限制的结账收款，极大的提高了客户服务质量和满意度。

在智能小区中布设无线网络，通过在小区楼宇内布放AP，住户可通过AP或无线宽带网关实现高速接入互联网，并且无需在住户内进行重新布线，建网快速、成本低。

有效的解决了住户需要方便上网而又不能破坏现有室内装修的难题。

1.5无线局域网在住宅小区的优势

无线宽带建设好后，因为无线网络有它得天独厚的优势，它可为不同的需求提供解决方案。

经营者只要贴个告示，让愿意的住户报名，就可以为他们实现无线上网。

省掉了复杂的施工、纠纷，让住户自己做主，各取所需，既尊重了别人又方便了自己。

而住户只要在自己的电脑上插一个无线网卡，通过经营者提供的无线网桥，便可以在家中任何一个角落上网。

此外，采用无线上网，由物业公司来管理，配合完善的网络管理和收费系统，便可形成自己的系统和特色，提升整个小区的形象的生活品质。

小区无线网络覆盖架设的意义

1）无线上网

只要我们在小区架上我们的无线覆盖基站，您只需要配备无线网卡，你的笔记本电脑还是台式电脑无论何时何地，您都可以即时、安全地与任何经Wi-Fi验证的设备或网络连接，在您需要时都可获得与有线网络相同的性能。

并且在小区内可以实现语音、数据、信号的传输。

在小区任何一个角落都可以享受无线上网带来的便利。

2）安全监控

当小区无线网络覆盖架设好以后，我们就可以借助现有的无线网络，把我们的数字化网络监控系统结合起来整合成一个新的技术--无线数字网络监控技术。

把这个技术应用到小区里，不仅提高了小区的安全性，并可以作为小区的监控设备，防止偷盗事件发生。

其无线网络的应用得到了延伸。

3）WLANIP移动/固定电话

WLAN无线/有线网电话的特点不需要和计算机一起运作，能在国内外任何一个有AP无线网连接设施的地方或能上网的地点，都能利用有线或无线VOIP话机拨IP电话和全世界通话，也能收到别人来电，有如自动漫游服务。

WLAN无线电话采用最新的SIP通讯协议技术，因此能够通过大多数的网络防火墙，用户在无线热点、酒店、办公室或住家皆可使用。

而且，不论是宽带还是窄带，这个电话都能够使用。

有了WLANIP移动电话，小区用户就可以随时随地进行WLANIP电话，它不仅可以和现有的各大运营商下的固定电话以及手机相通，还可以直接从IP电话（固定电话）打到计算机或从计算机打到IP电话（固定电话）

2无线局域网的设计原则

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128位加密功能，并可支持802.11标准的加密和身份验证选项。

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内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。

2.5设计主要指标

无线网络设计与规划的主要指标是：

无线网络的覆盖面积和系统的容量。

由于在相同无线覆盖面积的情况下，所使用接入点的数量直接关系到用户的网络建设成本，同时注意到两个邻近接入点之间覆盖范围重叠会导致网络性能下降，因此在设计覆盖范围时，一方面尽可能分离各个接入点，以最大限度地降低成本；另一方面，又必须避免覆盖缝隙的存在，以保证用户的可用服务。

由于目前无线局域网自身的局限，在室内，无线的传输与信号的质量受建筑物的影响比较明显，因此，在进行无线网络规划的时候，必须先对每个建筑物进行详细的信号强度测试，同时根据在接入点间无线覆盖缝隙最小的条件下，尽量扩大接入点间距的设计原则定位各个接入点。

另外在选择好AP产品之后，用户还需考虑的产品的售后服务等因素，如出现故障后上面服务、固件及时升级等，甚至要考虑受到攻击后整个网络的可恢复性及恢复时间。

大规模无线局域网的设计还必须考虑系统容量的问题。

3住宅小区无线局域网方案设计

3.1需求分析

3.1.1小区无线宽带接入市场分析

现在，全国有70%以上的小区没有接入宽带网络，其中没有进行宽带接入的大部分小区建设较早，他们不适合进行布线，与有线的接入方式相比，无线的优势显而易见。

1）既然是“无线”，所以不存在铺设或改造线路的问题，这就意味着不会破坏已有设施。

2）实现简单。

只需要在楼顶放置AP，并为单个用户安装并调试无线客户端即可。

有线的方式则必须在室