熊 光， 刘子毅

(中信建筑设计研究总院有限公司，武汉 430014)

0 引言

随着WiFi(基于 IEEE 802.11系列标准的无线网络通信协议)技术的广泛应用，越来越多的公共场所都实现了无线网络覆盖。本文将以某大型会展中心为例，针对不同场所的信息需求对无线AP布设进行差异化分析和设计，归纳无线WiFi覆盖系统的设计原则并介绍硬件设备相关技术的应用。

1 会展中心无线WiFi覆盖系统设计概况

该会展中心项目分为展览中心及会议中心两个部分，展览中心总建筑面积为50.1万m2。包括登录厅、2个超大展厅、4个标准展厅、中央廊道、地下停车场及设备用房；会议中心毗邻展览中心东南侧，总建筑面积为20.7万m2，主体建筑地上三层、地下局部二层，建筑高度51.05m；以会议、宴会功能为主，并设置有配套办公、停车场等功能。

为满足举办国际国内高规格展会对信息网络全覆盖的需求，无线WiFi覆盖系统以其建设周期短、使用效果稳定、大流量带宽、施工方式便捷、成本投入低、运营业务广泛等优点，使之成为无线局域网(WLAN)建设的主要方式。

1.1 网络架构

会展中心信息网络系统采用双路由、多运营商的双链路设计，以确保大型展会和重要活动期间信息传输的可靠性。系统分三层结构，即核心层、汇聚层、接入层。核心层、汇聚层均采用万兆交换机，接入层采用千兆交换机，如图1所示。

图1 无线WiFi覆盖网络拓朴图

会展中心无线WiFi覆盖系统作为信息网络系统的子系统，架构采用“无线控制器+瘦AP”方式，利用无线控制器对网络系统中的无线AP进行集中管理。无线AP均通过六类线(千兆)接入各分区弱电间(井)的接入层交换机，采用POE技术供电以结构化布线并降低工程成本，所有无线AP均支持2.4GHz和5GHz双频段多协议，提供用户自动无线漫游、RF优化等智能无线服务。

1.2 无线访客认证系统

系统实现自动识别终端类型和认证类型，提供严格的身份认证功能，支持多种认证方式。系统对接入网络的用户以及设备进行规范管理，有效规范用户日常行为。提供微信认证、短信认证及与会员数据库对接的帐号-密码认证功能；可基于条件类型及登录类型定义上网时间、时长；可实现二次免认证、黑白名单、实名审计及访问控制以及灵活定制认证页面等功能。根据公安部《计算机信息网络国际联网安全保护管理办法》的要求，确保用户实名制登记公共区域上网。

1.3 无线网络安全策略

选用有线无线一体化无线控制器，对全网AP实施集中、有效、低成本的计划、部署、监视和管理，设置有线无线统一管理平台，并提供灵活完备的安全策略。

(1)用户数据加密安全。支持完整的数据安全保障机制，可支持WEP、TKIP和AES加密技术，安全保证无线网络的数据传输安全。

(2)虚拟无线分组技术。可在全网划分多个SSID，网管人员可以对使用相同SSID的子网或VLAN单独实施加密和隔离，并可针对每个SSID配置单独的认证方式、加密机制等。

(3)射频安全。启用射频探针扫描机制，实时发现非法接入点或其他射频干扰源，并提供相应的告警，使网管人员可随时监控各个无线环境中的潜在威胁和使用状况。

(4)可灵活配置无线接入点产品启用射频探针扫描机制，实时发现非法接入点或其他射频干扰源，并实时向网管系统提供相应的告警，使网管人员可随时监控各个无线环境中的潜在威胁和使用状况。

(5)病毒与攻击防范。通过如IP/MAC/WLAN多元素绑定、硬件ACL控制、基于数据流的带宽限速等多种内在的安全机制可有效防止和控制病毒传播和网络流量攻击。

(6)AP反制。可有效的检测出无线网络环境中的非法AP，保证整个无线网络环境的安全性。

(7)DHCP安全。支持DHCP Snooping，只允许信任端口的DHCP响应，防止未经管理员许可私自架设DHCP Server，扰乱IP地址的分配和管理；并在DHCP监听的基础上，通过动态监测ARP和检查源IP，有效防范DHCP动态分配IP环境下的ARP主机欺骗和源IP地址的欺骗。

(8)管理信息安全。基于源IP地址控制的Telnet访问控制，可提供更精细地设备管理控制，保证只有管理员配置的IP地址才能登陆无线控制器，增强了设备网管的安全性。

2 2.4GHz和5GHz频段和信道的选择

如表1所示为主要无线通信协议、占用频段及其最大传输率的情况。802.11b、802.11g及802.11n均可工作在2.4GHz频段，与5GHz信号比起来，其主要优势在于信号频率低，在空气或障碍物中传播时衰减较小，传播距离更远，另外，兼容性好，几乎所有的个人电脑、手机及移动终端都支持或兼容相关协议。

主要无线通信协议、占用频段及其最大传输率 表1

但工作在2.4GHz频段的无线设备众多，除了手机等移动终端，如蓝牙设备、无线鼠标、无绳电话等也使用这个频段，也会相互干扰其他连接设备。如图2所示，为2.4GHz信通带宽示意图。尽管2.4GHz频段下可容纳13个信道，但互不重叠的信道只有三组，设计上各个AP覆盖区域所占信道之间必须遵守一定的规范，一般采用1、6、11三个互不干扰的信道，避免邻近的信道之间相互覆盖，否则会造成AP在信号传输时相互干扰，降低AP的工作效率。

图2 2.4GHz信道带宽示意图

信号的完整覆盖与临近的信道信号间的干扰是一对矛盾，布设得不合理就会顾此失彼。如图3所示，为2.4GHz无线AP分楼层信道选择示意图，实际设计中的建筑空间是立体的，而不是平面的，同一楼层的AP相安无事，但很有可能会对另一楼层的AP造成干扰，需加以综合考虑。

图3 2.4GHz无线AP分楼层信道选择

802.11.a、802.11g、802.11n、802.11.ac通信协议可工作在5GHz频段。其中，802.11.ac被称为第五代协议，可以让无线设备更省电，满足高清视频、大数据备份等无线传输的要求。如图4所示，为5GHz信首带宽示意图。5GHz频段下互不干扰的信道有25个(我国批准开放13个)，支持5GHz移动终端设备的普及会大大减少2.4G频段上的设备数量，这才能真正改善无线网络拥堵、传输效率低的情况。因此，选用支持2.4GHz和5GHz双频段的无线AP对受干扰频段的选择空间上大一些，结合自动无线漫游、RF优化等智能无线服务功能，使用中无线信号的稳定性和连接速率会更优。设计上对无线AP的信号覆盖半径的选取应优先考虑5GHz通信协议的使用。

图4 5GHz信道带宽示意图

3 各场所无线AP布设的差异化设计

3.1 普通场所的无线AP设计

普通场所如办公区、后勤区、大堂等为便于日后维护和管理，无线AP主要吸顶安装于走廊、公共空间，信号覆盖周围区域的房间。

(1)流量及速率：普通场所的无线WiFi需求主要为满足办公类应用、文件传输或资料查询需求，54Mbps突发数据流量(802.11g)能够满足约25个用户的下载或上传较大文件的要求。

(2)AP规划布点：普通场所可按1个AP覆盖250～300m2规划布点，可满足约平均每10m2接入1台用户设备的需求，根据建筑物的功能空间，选择对无线信号影响较小且便于维护管理的AP布设点，如图5所示。

图5 普通场所无线AP布置示意图

单台100mW(20dBm)无线AP的覆盖范围，在室内空旷理想状态下覆盖半径约100m。但在设计中，应考虑无线信号在穿过墙体、门、窗及各种建筑隔断时的衰减。通常认为：穿过木材、玻璃、合成材料等隔断，射频信号衰减较小；穿过砖、大理石面、装饰纸等，射频信号衰减中等；穿过混凝土、钢化玻璃、金属门窗等，射频信号衰减较高。最典型的例子是，在未设置无线覆盖的电梯内，电梯门关闭后，基本可以阻断电梯内外无线通信。

对于5GHz信号，因为频率高、波长短，较2.4GHz信号衰减更大，所谓“穿墙”能力会更差。因此只有合理避开各类高衰减建筑隔断或障碍物，才能保证无线通信信号的强度。

3.2 低流量需求场所的无线AP设计

在地下车库、设备用房等场所，对于无线通信流量及速率的要求不高。

(1)流量及速率：这类场所的无线WiFi需求主要为满足停车查询、缴费、车位引导等微信或APP信息查收、设备信息采集等应用，11Mbps突发数据流量已能够满足使用需求，可按802.11b通信协议为主进行AP覆盖范围的选取。

(2)AP规划布点：采用吸顶式无线AP，装设于顶板或综合布线桥架下。按照相互覆盖区域的AP不能采用同一信道的原则，综合考虑建筑隔断的影响，无线 AP间距按40m～60m左右为宜，如图6所示。

图6 地下车库无线AP布置示意图

3.3 高流量需求场所的无线AP设计

IEEE 802.11系列通信协议的关键技术之一是采用补偿码键控CCK调制技术，可以实现动态速率转换。当工作站之间的距离过长或干扰过大，信噪比低于某个限值时，其连接速率自动降低并保证传输可靠性。

在设计中，不同场所的数据吞吐量及单台无线终端设备的连接速率需求，决定了无线AP的覆盖半径的选取。速率越高，为保证稳定的高速连接，无线AP的覆盖范围就越小。如为满足某个会议室的用户终端点播流媒体或视频会议的需求，通过测量得知信噪比SNR=25dB是能够保证点播流媒体质量稳定的最低信号强度，所以可将25dB作为阈值，凡是信号强度不低于这个阈值的区域就确定为AP的覆盖区域。这就决定了为满足较高连接速率要求，无线AP的设计覆盖半径往往不是100m，而可能是30m甚至更小。

如图7所示为会议室无线AP布置示意图，会议室、多媒体演示厅等高流量需求场所需独立设置AP，可采用吸顶安装或挂墙安装的方式，在在采用非金属吊顶的情况下，也可根据精装需求将无线AP暗藏于吊顶内。房间面积较小的场所，也可以借鉴酒店客房的做法，采用插座面板式暗装AP。

图7 会议室无线AP布置示意图

流量及速率：对于有稳定流媒体或会议视频等较高数据传输率需求的场所，应主要按5GHz频段设备来考虑满足300 Mbit/s及以上的传输速率，设计中按1个AP覆盖150～200m2规划布点。

3.4 高大空间人员密集场所的无线AP设计

会议厅(发布厅)、宴会厅、登录厅、展厅等高大空间人员密集场所是无线WiFi覆盖系统设计的难点。这类场所的人员密集度高、流动性大，随着智能终端的普及，大部分用户或与会者都会携带智能手机等终端设备。当然，不是所有用户都会选择打开WLAN连接，但在某些实际运用中，如产品发布会或新闻发布会上，单位面积的用户连接数和用户并发率极高，需要采用高密无线AP。

考虑按每个高密无线AP连接200台以上用户设备(双频段)并同时服务30～50台用户设备的标准来规划布点，在保证总的数据吞吐量的情况下纳入更多的用户，提高AP布设密度，设计中按照每个AP覆盖100～150m2来规划布点。

高密场所无线AP一般采用吸顶安装或挂墙安装，为减少工程施工及检修难度，在特定条件下也可结合桌椅或展位布置。高密场景AP布设密度的增加，必然会带来同频干扰的问题，设计上需要采取相应措施。

(1)降低无线AP的发射功率，主动减少无线信号覆盖范围。

(2)采用小角度定向天线的无线AP产品，控制每台无线AP信号的覆盖范围，加强对覆盖区域的无线信号，降低对周边区域的干扰信号。

(3)利用双频段高密无线AP的频段间负载均衡功能，当用户终端设备也同时支持2.4GHz和5GHz时，AP控制优先接入5G频段，从而减少2.4G频段上的负载和干扰。

(4)利用高密无线AP的AP间负载均衡功能，按照用户数量和用户流量，动态将用户分配到同一组但负载不同的AP上，从而实现不同AP之间的负载分担，避免出线某个AP负载过高而使其性能下降的情况。

其他干扰抑制及优化连接措施如CCA优化、逐包功率抑制、空口调度、多用户调度等，各主流设备厂商有各自的控制软件优化,在此不多赘述。

3.5 小结

综上所述，总结大型会展中心项目无线WiFi覆盖系统的差异化设计，需遵循如下几点。

(1)综合分析不同建筑场所数据吞吐量及单台无线终端设备的连接速率需求，选取合适的基本通讯协议作为设计依据。

(2)对2.4GHz和5GHz频段和信道进行合理选择利用，解决无线信号的完整覆盖与临近信道信号间的干扰问题。

(3)设计应考虑各类建筑隔断对无线信号的影响，根据场所需要装设专用无线AP。

(4)充分利用设备软硬件技术的进步，选用企业级网络设备，合理选用高密无线AP、定向天线、负载均衡等技术措施，满足复杂空间或人员密集场所的无线网络通信需求。

4 结束语