公园景区WLAN无线覆盖解决方案

万忠宝+薛巧平

【摘要】选取公园景区典型案例，通过对公园景区的覆盖场景特点及业务类型的分析，从覆盖手段、组网模式、网络管理几方面入手，针对WLAN无线智慧城市的业务特点及无线网络现状，给出了符合无线智慧城市建设需求的解决方案。

【关键词】公园景区WLAN无线智慧城市覆盖网络管理

中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1006-1010(2014)-09-0012-05

1 引言

随着网络信息化的快速发展，无线智慧城市的建设越来越受到重视。公园景区作为社会公共活动服务区域，被纳为无线城市重点覆盖场景，通过运营商与政府合作建设的运营模式，为游客提供多种形式的网络服务，一方面提升政府的公共服务能力，另一方面使运营商获得品牌提升及经济效益，同时也能提高公园景区管理水平。

本文针对圆明园景区的特点提出WLAN组网方式，并结合公园景区场景类型从覆盖策略等几方面加以分析，给出解决建议。

2场景类型及业务特点

公园景区主要是以点（景区热点）、线（游客主要流动路线）、面（人员驻留休息区）组成的综合覆盖区域，不同的功能场景表现为不同的业务需求特点：

（1）游客服务中心：主要包括景区售票、资讯受理等长时间排队等候区，此类场景业务并发率较高，业务需求量大；

（2）景点景区：此类场景用户行为主要表现为短暂逗留、参观，属于典型的覆盖型场景，对容量需求不大；

（3）公众游客休憩区：景区公园重点覆盖区域，包含大型休闲广场、休憩长廊、餐饮区、草坪、亭台等，此类场景用户长时间逗留且集中，覆盖和容量需求比较高；

（4）公园景区办公场所：主要为公园及景区内办公人员使用，容量需求小，但对网络质量、网络带宽要求较高，以便于办公及园区管理；

（5）游园主路、干道：此类场景为典型的覆盖需求型，人流量大，流动性强，并发率较低。

针对以上各种场景，综合分析得出不同场景类型对应的业务特点如表1所示：

表1公园景区不同场景类型对应的业务特点

场景类型 覆盖需求 容量需求

点 景点景区 较高 一般

线 游园主干线路 一般 一般

面 人员驻留休息区 较高 较高

3 组网方式

圆明园作为一座大型皇家宫苑，由圆明、长春、绮春三园组成，占地350公顷，其中水域面积约140公顷，有园林风景百余处，建筑面积逾16万平方米。根据景区特点以及无线城市网络需求，WLAN的覆盖目标是高可靠、高性能和高安全性的无线网络，该网络应能覆盖景区范围内主要道路、公共休闲区域以及办公区，支持接入各种主流智能终端，并支持用户全网漫游。

景区内无线覆盖技术方案需要满足：

（1）计费方式多样化：针对不同接入用户能够提供支持基于时长的多种计费方式；

（2）用户识别认证：能够支持各种类别用户在WLAN网络覆盖范围内的识别和认证；

（3）安全的数据业务接入：为用户提供安全的WLAN接入方式，保护合法用户的认证和数据信息，防止非法用户的入侵；

（4）个性管理平台：整个系统要有一个统一的平台部署、管理和监控的使用界面，以提高系统维护和管理本身的易操作性与可扩展性。

根据圆明园景区的用户规模和网络状况，主要采用无线控制器（AC）+瘦AP（FIT AP）的组网方式，瘦AP实现无线信号的处理，而用户管理、加密、漫游、AP管理等功能全部集中到AC进行，这样可以简化整个网络的管理，提高设备的工作效率。接入网层采用二层接入、三层汇聚方式，整个网络采用公网+私网模式，共广播运营商、无线城市、公园景区三个SSID，具体网络拓扑如图1所示。

根据圆明园内WLAN组网方式的部署，结合应用经验和发展要求，公园景区的WLAN组网方式在设计时主要遵循实用性、安全性以及可扩展性三个原则。

4 覆盖策略

4.1传播模型及链路预算

对于WLAN覆盖的公园景区室外场景，不同区域对于覆盖及容量的需求不同，因此要根据AP的发射功率、天线增益、业务需求对应的接收灵敏度，以及各种相关参数，计算得出上、下行允许的最大路径损耗，并结合合理的传播模型，得出AP的最大覆盖半径，从而合理配置覆盖区域内AP的数量及间距。

下行路径损耗=AP发射功率-馈线损耗+AP天线增益+终端天线增益-终端接收灵敏度（1）

上行路径损耗=终端发射功率+终端天线增益+AP天线增益-馈线损耗-AP接收灵敏度 （2）

在视距场景下，采用大功率AP及高增益定向天线覆盖绿地、道路等区域，一般使用COST 231 Walfish-Ikegami传播模型，相应的传播损耗公式为：

PL=42.6+26lg(d)+20lg(f)（3）

其中：PL为路径损耗，单位为dB；d为距离，单位为km；f为频率，单位为MHz。

对于一些空旷、平坦视距区域，采用全向天线近距离覆盖场景，一般可直接选用自由空间损耗模型：

PLo=32.4+20lg(d)+20lg(f) （4）

以2.4GHz为例计算信号在不同传播模型上的路径损耗，如表2所示：

表22.4GHz信号传播损耗

距离/m 50 100 150 200 250 300

COST 231 Walfish-Ikegami/dB 76.4 84.2 88.8 92.1 94.5 96.6

自由空间损耗/dB 73.9 80 83.5 86 87.9 89.5

WLAN室外大功率AP最大发射功率一般为27dBm，而用户端网卡、手机发射功率为50mW（17dBm），用户端网卡的接收灵敏度与AP的接收灵敏度基本一致，可见WLAN室外覆盖为反向覆盖受限，因此在做覆盖规划时要以上行链路计算AP覆盖距离。

4.2频率规划

目前，WLAN系统主要适用2.4GHz和5.8GHz两个频段，其中2.4G频段具体频率范围为2.4—2.4835 GHz的连续频谱，信道编号1—14。为保证信道之间互不干扰，要求两个信道中心频率之间的间隔不低于25MHz，因此2.4G不重叠信道只有1、6、11三个信道，频率规划可用频点只有三个。由于2.4GHz频段为公用频段，电磁环境复杂，WLAN终端对信噪比要求较高，为了提升用户感知度，WLAN室外规划时建议采用802.11a/n+g/n双频组网。

为了避免AP之间的同频、邻频干扰，WLAN室外规划时要针对不同的覆盖场景合理规划AP的信道。信道规划要遵循蜂窝式的频率复用原则，如图2所示：

图2WLAN室外规划信道频率复用方式

公园景区内主要覆盖场景分为点、线、面三种，为了规避干扰，在容量需求较小的区域要减少重叠覆盖区域，同时采用“多天线、小功率”的覆盖方式，当多家运营商共同覆盖时，要尽量采用共建共享的方式。

4.3容量规划

由于WLAN AP采用了CSMA（冲突检测载波侦听多路存取）协议，所以一个AP可以接入很多用户；但如果接入用户数目过多，会导致每个用户的性能下降。并发用户的比例根据覆盖区域属性的不同而有所不同，并且与时间段有关，因此覆盖网络预计需承载的并发用户数应根据热点性质具体取定。

endprint

对于公园景区这类室外WLAN覆盖场景，容量规划主要从单AP接入用户数、用户平均速率需求以及上联接入总带宽需求三方面考虑。

上联接入总带宽=用户数*并发率*单用户速率需求

（5）

AP数=总用户数/单AP接入用户数（6）

根据实际工程测试经验，建议单802.11b/g/n AP下可承载的并发用户数按30个考虑，可承载的数据业务总量不超过60Mb/s；单802.11b/g AP下可承载的并发用户数按20个考虑，可承载的数据业务总量不超过20Mb/s；单用户的速率需求与网络设计目标有关，一般建议带宽为1Mb/s。

根据网络容量需求的差异，公园景区容量规划需采用灵活的AP布置方案：

◆低密度：用最少的AP设备提供大面积覆盖；

◆中等密度：兼顾提供良好的覆盖和数据吞吐量，约20%的交叠覆盖；

◆高密度：用以提供较大的数据吞吐量，约50%的交叠覆盖。

4.4天线选型

（1）定向天线

适用场景：适用于小区覆盖、条状区域覆盖、定点区域覆盖等场景。

特点：目标区域距离较远，覆盖效果要求较高。

（2）全向天线

适用场景：适用于空旷无遮挡区域的场景。

特点：单AP覆盖范围较小，覆盖和容量需求不高。

在具体选择天线时，要根据覆盖场景综合考虑天线的增益、水平波瓣宽度、垂直波瓣角和机械下倾角。

4.5覆盖手段

（1）建设方式一：室外AP+定向天线

适用于覆盖公园景区主干道路、停车场、休憩长廊等线型场景。场景特点：目标覆盖区狭长、距离远、容量需求小，覆盖要求大。在做覆盖规划时，要根据具体的覆盖场景特点合理选择AP和定向天线的数量组合，对于覆盖距离近、容量需求低的场景，可以选择单AP+多天线组合；对于覆盖距离远、容量需求大的场景，可以选择多AP+多天线组合，如图3所示：

图3WLAN室外覆盖建设方式一

（2）建设方式二：室外AP+全向天线

适用于覆盖休闲广场、旅游景点等点状型场景。场景特点：覆盖区域集中，业务需求量大，业务并发率较高。可以根据需要设计不同AP的覆盖交叠区域来增加容量，如图4所示。

（3）建设方式三：室内放装AP+有线覆盖

适用于覆盖公园景区内办公区、管理处等室内场景。场景特点：覆盖区域为室内，用户较为固定，网络质量要求较高，且同时具有有线和无线上网的需求。

对于公园景区的WLAN室外覆盖，要最大限度地利用现有的室外基站资源和配套设施，通过勘察覆盖区域的地形、地貌、基础设施和配套资源合理选择覆盖方式，常用的覆盖形式有以下几种：

（1）利用现有灯杆、监控杆；

（2）利旧小灵通基站共址；

（3）利用建筑物外墙及楼顶平台。

通过利旧现有配套资源，可以使设备的安装、引电、布线简单化，使资源再利用，大大节省投资成本。

5 网络管理方法

根据建议组网模式，公园景区室外WLAN采用AC+FIT AP集中管理模式，AC采用下沉方式旁挂在公园网络机房核心交换机处。WLAN网络采用双网管模式，运营商核心网络中的公网网管服务器可以实现对全网设备的统一监控和管理；同时在公园景区本地搭建一台网管服务器，采用IMC（网络管理中心）+ WSM（基于Web的系统管理程序）组件方式，也可以实现从核心、汇聚、接入交换机到无线控制器AC、无线接入点AP和无线接入用户的统一监控与管理。

对于WLAN网络广播运营商、无线城市管委会、公园景区三个SSID（Service Set Identifier，服务集标识符），用户可以根据需要通过不同界面的Portal认证，连接Internet。在无线城市管委会和公园景区管理处的无线网络可以根据自身的需求，进行独特的业务运营。在公园核心网络部署一台IMC，安装UAM和CAMS组件，可以实现用户接入无线城市管委会SSID或公园景区管理处SSID的认证和计费，实现无线网络的运营。

IMC可以实现Portal认证，支持Web 2.0技术，并支持用户自定义的Portal页面推送，满足管委会方的各种运营需求。

参考文献：

[1] 张威. GSM网络优化——原理与工程[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2010.

[2] 华为技术有限公司. WLAN室外无线网络规划指导书[Z]. 2011.

[3] 李蔷薇. 移动通信技术[M]. 北京: 北京邮电大学出版社, 2005.

[4] 高峰，高泽华. 电信级Wi-Fi网络建设与运营[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2012.

[5] 高峰. WLAN技术问答[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2012.★

作者简介

万忠宝：无线工程师，学士毕业于河北大学电子信息专业，现就职于广州杰赛科技股份有限公司通信规划设计院，主要从事无线网络规划、设计、优化相关工作。

薛巧平：硕士就读于华北电力大学，主要研究方向为信号与信息处理。

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对于公园景区这类室外WLAN覆盖场景，容量规划主要从单AP接入用户数、用户平均速率需求以及上联接入总带宽需求三方面考虑。

上联接入总带宽=用户数*并发率*单用户速率需求

（5）

AP数=总用户数/单AP接入用户数（6）

根据实际工程测试经验，建议单802.11b/g/n AP下可承载的并发用户数按30个考虑，可承载的数据业务总量不超过60Mb/s；单802.11b/g AP下可承载的并发用户数按20个考虑，可承载的数据业务总量不超过20Mb/s；单用户的速率需求与网络设计目标有关，一般建议带宽为1Mb/s。

根据网络容量需求的差异，公园景区容量规划需采用灵活的AP布置方案：

◆低密度：用最少的AP设备提供大面积覆盖；

◆中等密度：兼顾提供良好的覆盖和数据吞吐量，约20%的交叠覆盖；

◆高密度：用以提供较大的数据吞吐量，约50%的交叠覆盖。

4.4天线选型

（1）定向天线

适用场景：适用于小区覆盖、条状区域覆盖、定点区域覆盖等场景。

特点：目标区域距离较远，覆盖效果要求较高。

（2）全向天线

适用场景：适用于空旷无遮挡区域的场景。

特点：单AP覆盖范围较小，覆盖和容量需求不高。

在具体选择天线时，要根据覆盖场景综合考虑天线的增益、水平波瓣宽度、垂直波瓣角和机械下倾角。

4.5覆盖手段

（1）建设方式一：室外AP+定向天线

适用于覆盖公园景区主干道路、停车场、休憩长廊等线型场景。场景特点：目标覆盖区狭长、距离远、容量需求小，覆盖要求大。在做覆盖规划时，要根据具体的覆盖场景特点合理选择AP和定向天线的数量组合，对于覆盖距离近、容量需求低的场景，可以选择单AP+多天线组合；对于覆盖距离远、容量需求大的场景，可以选择多AP+多天线组合，如图3所示：

图3WLAN室外覆盖建设方式一

（2）建设方式二：室外AP+全向天线

适用于覆盖休闲广场、旅游景点等点状型场景。场景特点：覆盖区域集中，业务需求量大，业务并发率较高。可以根据需要设计不同AP的覆盖交叠区域来增加容量，如图4所示。

（3）建设方式三：室内放装AP+有线覆盖

适用于覆盖公园景区内办公区、管理处等室内场景。场景特点：覆盖区域为室内，用户较为固定，网络质量要求较高，且同时具有有线和无线上网的需求。

对于公园景区的WLAN室外覆盖，要最大限度地利用现有的室外基站资源和配套设施，通过勘察覆盖区域的地形、地貌、基础设施和配套资源合理选择覆盖方式，常用的覆盖形式有以下几种：

（1）利用现有灯杆、监控杆；

（2）利旧小灵通基站共址；

（3）利用建筑物外墙及楼顶平台。

通过利旧现有配套资源，可以使设备的安装、引电、布线简单化，使资源再利用，大大节省投资成本。

5 网络管理方法

根据建议组网模式，公园景区室外WLAN采用AC+FIT AP集中管理模式，AC采用下沉方式旁挂在公园网络机房核心交换机处。WLAN网络采用双网管模式，运营商核心网络中的公网网管服务器可以实现对全网设备的统一监控和管理；同时在公园景区本地搭建一台网管服务器，采用IMC（网络管理中心）+ WSM（基于Web的系统管理程序）组件方式，也可以实现从核心、汇聚、接入交换机到无线控制器AC、无线接入点AP和无线接入用户的统一监控与管理。

对于WLAN网络广播运营商、无线城市管委会、公园景区三个SSID（Service Set Identifier，服务集标识符），用户可以根据需要通过不同界面的Portal认证，连接Internet。在无线城市管委会和公园景区管理处的无线网络可以根据自身的需求，进行独特的业务运营。在公园核心网络部署一台IMC，安装UAM和CAMS组件，可以实现用户接入无线城市管委会SSID或公园景区管理处SSID的认证和计费，实现无线网络的运营。

IMC可以实现Portal认证，支持Web 2.0技术，并支持用户自定义的Portal页面推送，满足管委会方的各种运营需求。

参考文献：

[1] 张威. GSM网络优化——原理与工程[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2010.

[2] 华为技术有限公司. WLAN室外无线网络规划指导书[Z]. 2011.

[3] 李蔷薇. 移动通信技术[M]. 北京: 北京邮电大学出版社, 2005.

[4] 高峰，高泽华. 电信级Wi-Fi网络建设与运营[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2012.

[5] 高峰. WLAN技术问答[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2012.★

作者简介

万忠宝：无线工程师，学士毕业于河北大学电子信息专业，现就职于广州杰赛科技股份有限公司通信规划设计院，主要从事无线网络规划、设计、优化相关工作。

薛巧平：硕士就读于华北电力大学，主要研究方向为信号与信息处理。

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对于公园景区这类室外WLAN覆盖场景，容量规划主要从单AP接入用户数、用户平均速率需求以及上联接入总带宽需求三方面考虑。

上联接入总带宽=用户数*并发率*单用户速率需求

（5）

AP数=总用户数/单AP接入用户数（6）

根据实际工程测试经验，建议单802.11b/g/n AP下可承载的并发用户数按30个考虑，可承载的数据业务总量不超过60Mb/s；单802.11b/g AP下可承载的并发用户数按20个考虑，可承载的数据业务总量不超过20Mb/s；单用户的速率需求与网络设计目标有关，一般建议带宽为1Mb/s。

根据网络容量需求的差异，公园景区容量规划需采用灵活的AP布置方案：

◆低密度：用最少的AP设备提供大面积覆盖；

◆中等密度：兼顾提供良好的覆盖和数据吞吐量，约20%的交叠覆盖；

◆高密度：用以提供较大的数据吞吐量，约50%的交叠覆盖。

4.4天线选型

（1）定向天线

适用场景：适用于小区覆盖、条状区域覆盖、定点区域覆盖等场景。

特点：目标区域距离较远，覆盖效果要求较高。

（2）全向天线

适用场景：适用于空旷无遮挡区域的场景。

特点：单AP覆盖范围较小，覆盖和容量需求不高。

在具体选择天线时，要根据覆盖场景综合考虑天线的增益、水平波瓣宽度、垂直波瓣角和机械下倾角。

4.5覆盖手段

（1）建设方式一：室外AP+定向天线

适用于覆盖公园景区主干道路、停车场、休憩长廊等线型场景。场景特点：目标覆盖区狭长、距离远、容量需求小，覆盖要求大。在做覆盖规划时，要根据具体的覆盖场景特点合理选择AP和定向天线的数量组合，对于覆盖距离近、容量需求低的场景，可以选择单AP+多天线组合；对于覆盖距离远、容量需求大的场景，可以选择多AP+多天线组合，如图3所示：

图3WLAN室外覆盖建设方式一

（2）建设方式二：室外AP+全向天线

适用于覆盖休闲广场、旅游景点等点状型场景。场景特点：覆盖区域集中，业务需求量大，业务并发率较高。可以根据需要设计不同AP的覆盖交叠区域来增加容量，如图4所示。

（3）建设方式三：室内放装AP+有线覆盖

适用于覆盖公园景区内办公区、管理处等室内场景。场景特点：覆盖区域为室内，用户较为固定，网络质量要求较高，且同时具有有线和无线上网的需求。

对于公园景区的WLAN室外覆盖，要最大限度地利用现有的室外基站资源和配套设施，通过勘察覆盖区域的地形、地貌、基础设施和配套资源合理选择覆盖方式，常用的覆盖形式有以下几种：

（1）利用现有灯杆、监控杆；

（2）利旧小灵通基站共址；

（3）利用建筑物外墙及楼顶平台。

通过利旧现有配套资源，可以使设备的安装、引电、布线简单化，使资源再利用，大大节省投资成本。

5 网络管理方法

根据建议组网模式，公园景区室外WLAN采用AC+FIT AP集中管理模式，AC采用下沉方式旁挂在公园网络机房核心交换机处。WLAN网络采用双网管模式，运营商核心网络中的公网网管服务器可以实现对全网设备的统一监控和管理；同时在公园景区本地搭建一台网管服务器，采用IMC（网络管理中心）+ WSM（基于Web的系统管理程序）组件方式，也可以实现从核心、汇聚、接入交换机到无线控制器AC、无线接入点AP和无线接入用户的统一监控与管理。

对于WLAN网络广播运营商、无线城市管委会、公园景区三个SSID（Service Set Identifier，服务集标识符），用户可以根据需要通过不同界面的Portal认证，连接Internet。在无线城市管委会和公园景区管理处的无线网络可以根据自身的需求，进行独特的业务运营。在公园核心网络部署一台IMC，安装UAM和CAMS组件，可以实现用户接入无线城市管委会SSID或公园景区管理处SSID的认证和计费，实现无线网络的运营。

IMC可以实现Portal认证，支持Web 2.0技术，并支持用户自定义的Portal页面推送，满足管委会方的各种运营需求。

参考文献：

[1] 张威. GSM网络优化——原理与工程[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2010.

[2] 华为技术有限公司. WLAN室外无线网络规划指导书[Z]. 2011.

[3] 李蔷薇. 移动通信技术[M]. 北京: 北京邮电大学出版社, 2005.

[4] 高峰，高泽华. 电信级Wi-Fi网络建设与运营[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2012.

[5] 高峰. WLAN技术问答[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2012.★

作者简介

万忠宝：无线工程师，学士毕业于河北大学电子信息专业，现就职于广州杰赛科技股份有限公司通信规划设计院，主要从事无线网络规划、设计、优化相关工作。

薛巧平：硕士就读于华北电力大学，主要研究方向为信号与信息处理。

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