住宅小区无线网络改建设计方案.docx
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住宅小区无线网络改建设计方案
住宅小区无线网络改建设计方案
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外穿墙打洞，还得入户（会对居民的日常生活造成影响），而入户之后的室内走线也是个问题。
3）工程周期短。
一个无线接入点从建成到开通只需一周时间，若采用有线的方式，以1000户规模的中等小区为例，从施工到开通至少需要1个月以上。
4）成本低、资金回收快。
由于无线的投入是针对需要上网的用户，所以开通率为100%，不会浪费，如果每户的投入成本为2000元，100个用户则需要20万元，如果采用有线的方式，一个小区为1000户，每个信息点需要800元,无论开通率为多少，必须一次投入80万。
目前小区宽带接入率普遍不高（一般在5%左右，最高的也只能达到10-20%左右）
5）扩展灵活，避免浪费。
无线的灵活性可以让ISP随着用户数目的增加来增加AP的数目。
而有线的方式则不管用户有多少，信息点都必须提前布好，这样就造成了大量的浪费。
6）最为关键的一点，利用电话网络的XDSL和利用有线电视网络的CableModem这两种方式并不是随便什么人都可以染指的，只有在具有线路资源的基础电信和广电部门才能实施（具有垄断特征），而无线方式则是任何人都可以介入的。
3.1.2住宅小区用户需求
1）无线覆盖区内所有楼房，保证在每个楼房顶上通过CPE能接收稳定信号。
2）网络带宽充足，根据用户要求给定带宽，每个接入点能稳定，流畅地接入INTERNET。
3）系统必须具有较高的带宽，无线网络产品的每个AP可以提供高达11M的带宽，每个AP的可以接入20到40户，足以保证每个用户的宽带上网。
4）网络能够灵活控制，包括用户端的授权，限流，防止非法接入等。
5）客户端设备经济，用户容易接受。
6）系统必须实现合理的计费方式，系统必须能够为用户提供多种计费方式，可以包月，也可以按时间或者流量进行计费。
7）系统必须有较高的安全性，无线网络产品可以通过加密，MAC控制，保证系统的安全性。
8）系统必须为用户提供保密措施，无线系统必须要将每个用户进行隔离，保证不会被“网络邻居”访问，造成共享文件丢失或受到破坏。
3.1.3WLAN对小区做无线覆盖的方案优势
从建设成本分析
1）无线覆盖，免户户安装，用户只要安装无线网卡即可接入Internet有效使用高品质带宽
2）可使多人共用一路或多路ADSL带宽，或光纤接入扩大带宽服务范围
3）ADSL或专线不能到达的地方
4）电话线路质量不佳的情况下增加宽带用户数量
5）低安装费、月费、高便利性
从技术角度分析
住宅无线网络建设的多种应用环境，可以归纳为以下几种典型结构：
1）多层楼房的无线覆盖：
不管是宿舍还是小区，大多数楼宇都是多层结构，建议分别从楼房前后两个方向来完成无线覆盖。
2）高层建筑的无线覆盖：
高层建筑目前在我国已成为现代小区和商务楼的主体形式，楼层高度一般在20层以上。
采用室外覆盖方式，一般一套设备配合天线，可以覆盖约7层楼。
为保证较高楼层的信号强度，在该建筑附近，需要有一定高度的其它建筑，以供天线的架设。
如图1所示，对一座20层左右的高楼，一个方向就至少需要采用3套设备，分别完成对不同高度楼层区域的无线覆盖，当然，同时还需要根据用户的数量来设计合理的设备数量。
图1高层及多层建筑无线覆盖
3）低层建筑群的无线覆盖：
对低层建筑群，如别墅群的覆盖，一般选用多套设备覆盖整个建筑群区域，根据现场情况，选用多套电信级无线AP配合定向天线或全向天线进行覆盖。
相邻设备间的频道隔开在5个频道以上。
所有设备的ESSID设成一样，以满足用户在无线覆盖区域做无缝漫游的需求。
如图2所示：
图2低层建筑无线覆盖
3.1.4项目背景
某小区是一个拥有多幢高层居民楼的比较大的小区，每幢楼每层均为多户住家,结构为一梯两户型。
由于小区建成较早,在楼间及楼内均未铺设计算机网络，同时楼距较大，且居民已全部入住。
在此情况下,如果采用有线方式对小区建筑物重新进行布线具有较大的困难，因此考虑实施无线解决方案。
而且，该地区地势平坦，无阻挡，有利于无线信号传播。
为此，区内业主提出给整个小区做无线宽带覆盖业务。
以无线的方式覆盖整个小区，对每一位用户和每个无线接入点（网桥）进行管理；充分考虑网络的安全性，系统具有多层次的安全保护措施，以满足用户身份鉴别、访问控制、可稽核性和保密性等要求；在网络规模不断发展的情况下，系统应可不断升级和扩充，保证系统可用。
小区内设一个高速计算机网，为千家万户提供上网服务。
家用计算机除可以管理家庭各种电器设备外,同时可利用内部网与小区的其他住户在网上进行交流、娱乐，还可在管理中心查询数据。
小区网络面向住户开放公共信息网。
社会服务网，并提供国际互联网等服务，使住户生活更方便，达到人在屋中坐，便知天下事的功能，而且可实现家庭办公室的作用。
小区网络系统是小区综合信息服务中心的基础平台，其设计应充分考虑小区信息流量的需求，以满足二十一世纪宽带多媒体信息交互的要求。
3.2方案设计
3.2.1方案设计目标及要求
网络设计应能够满足住宅小区对电脑网络系统实用性的要求，使整个网络系统具有可靠性、可扩展性、先进性、开放性、易用性、安全性并且能很好利用旧有设备。
具体考虑一下几点：
1）要体现所设计的网络能够满足住宅小区现有及未来十年以上信息系统的而应用需求，把握“够用”和“实用”原则，不必要“一步到位”。
网络系统应当采用成熟可靠的技术和设备，达到实用、经济和有效的结果。
2）要求住宅小区无线网络的建设具有较高的平均无故障时间和尽可能低的故障率。
整个系统所采用的设备具有较高的安全可靠性，在关键的网络和主机设备上消除单点失效，在各个独立的节点考虑相应的系统硬件和软件方面的可靠性，在网络和应用软件方面注重系统的安全保密工作。
3）既要考虑到建网的近期目标，也要为网络的进一步发展
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