农村无线WIFI建设与设计原理_wifi无线工作原理

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前言

随着我国农村的发展，人们生活水平的逐渐提高，对上网的需求也日益迫切。然而，农村地域广阔，地形环境复杂多样，居住地间距较远且分散，网络建设受到投资水平和消费水平的限制等诸多困难，制约着农村信息化建设的发展。农村一般人口居住均在方圆3公里范围内，且高层建筑较少，房屋多为砖木结构建筑。根据无线微波的特点，选择合适的制高点架设无线设备并配合合适的接收终端网卡，在方圆3公里范围内能够达到高稳定性高速率无线链路，完全满足农村用户上网需求。无线宽带业务在农村有着不可比拟的优势：建网成本低、一次性投入资金少、运营与维护成本低、建网速度快、高可靠性与超强的可扩展性，不仅可以为农民提供方便、快捷、费用低廉的宽带入户方式，也非常适应农村网络建设逐步发展的需求。特别是，广大农村地区频段干净，受干扰因素影响小。特别适合WLAN无线网络的大规模部署应用。

1.农村无线网络覆盖的需求分析

1.1为什么要发展农村无线网络

随着我国农村经济的不断发展，农村信息网络建设被提上日程。互联网和现代信息技术手段的发展和应用，为农业、农村的科学发展和可持续发展，建立和谐社会创造了良好条件。原来只有城市居民才能享受的电信宽带业务逐步走向农村。农村居民对信息的需求在逐步加大，因此宽带业务在农村有广阔的市场空间,农村地区是有很大发展潜力的。目前我国农村各地的“数字农业建设”、“农业信息服务网络”、“万户上网工程”，以及“现代农民远程教育”等正蓬勃发展。如何能快速、低成本的建设宽带接入服务是值得探讨的课题。

据有关资料显示，各大运营商通过多年的网络基础设施建设，已基本覆盖到各县及以下的各乡镇中心，但是农村地区的网络基础设施还非常薄弱，固网资源基本是空白，即便有客户接入的需求，但接入成本很高，维护工作量大。村一级的网络覆盖建设任重道远。如果能利用乡镇一级的网络资源及传输配套资源来解决农村地区的宽带接入问题，将会取得事半功倍的效果。

农村地广人稀、地形复杂。各行政村距离乡镇、县城等少则几公里，多则几十公里，要想实现“家家通网络”的目标，如果采用传统有线网络建设方案，我国预计需要铺设本地环路的缆线长度将达上千万公里，一次性投入资金大、运行维护成本高，运营商收益增长缓慢。相对于有线宽带接入网络，WLAN具有安装使用灵活、建设成本低、数据业务承载容量大的优点。如果采用WLAN无线局域网技术替代部分光纤部署，可以提供最高达300Mbps的带宽，将大幅度的降低线缆铺设成本，最快的将网络拓展到每村每户，并且节省到每个农户的最后一公里的接入成本。

1.2农村无线网络覆盖优势分析

事实上，在农村信息网络建设中，应用Wlan（无线局域网）技术有着无可比拟的优势：建网成本低、一次性投入资金少、运营成本低、建网速度快、可靠性高等，同时其高度灵活的扩容性。当然，无线网络不可能完全达替代有线网络的需求。但是，根据无线网络具有覆盖低成本、部署快的特点，可作为业务发展期的过渡性方案，即利用无线方案先发展一批有效用户，后期再为区域相对集中的用户改为有线接入方式，非常适应农村网络应用需求逐步发展的过程。相对于传统固定宽带接入方式属“用户未发展，端口先到位”，易造成整体端口利用率不高，即前期“沉淀”投资过大；而无线WLAN接入方式覆盖具备快速建设的特点，属于“发展用户即建设”，其利用率相对更高。采用WLAN解决农村地区宽带覆盖的优势有以下几点：

网络部署迅速

无须布线，利用运营商自有铁塔等资源，即可完成网络的建设工作。无须施工许可证，不需要开挖沟槽，安装无线网络所需的时间只是安装有线网络的零头。

客户接入方便：

无须在客户侧布

维护工作放线缆，仅需一个无线客户端接收设备即可实现上网。的维护，即可保证网络稳定。

1.3无线桥接技术概述

无线网桥是 WLAN技术中一项重要的应用方式。无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物，无线网桥可以无缝地将相隔数十公里的局域网络连接在一起，创建统一的区域或城域网量小

客户侧由于基本没有“户线”，只要做好AP的日常维护和通道络系统，在最简单的网络构架中，网桥的以太网端口连接到局域网中的某个集线器或交换机上，信号发射端口则通过电缆和天线相连接；通过这样的方式实现网络系统的扩展。

相对于传统的有线网络连接，无线网络桥接具备了诸多优势，主要体现在以下几个方面：

1.低成本：相对于光线等有线网络而言，其低成本的特性显而易见；

2.建设周期短：其快速的建设周期往往只需一至两天时间，快速、易用；

3.易维护：点对点的桥接设备易于维护及维修；无线桥接通信只需维护基站 设备，出现故障时则能快速找出原因，恢复线路正常运行；

4.高带宽：无线桥接技术可提供最高300Mpbs的通信速率，实际有效通信 速率可达130Mpbs；

5.受地理因素影响小：对于有线网络极难部署的河流、山地、废墟等地，无线 网络轻而易举即可实现；

无线桥接整体解决方案基于IEEE 802.11n技术标准，工作在开放的5.8GHz频段，采用扩频通信技术，融合OFDM-MIMO、信道捆绑、Short-GI、帧聚合、无线链路加密等技术，最大可提供300Mpbs的接入带宽，实际有效带宽大约为130Mpbs，可充分满足数据、语音、数据等多业务的融合传输，点对点最大传输距离>10公里。无线桥接链路为透明传输，不改变数据帧结构，不影响业务流程。无线桥接整体化解决方案，将无线桥接技术、射频信号优化技术、安全加密技术、综合管理系统、业务功能设计等进行分层模块化部署设计，将系统资源有效整合，充分发挥设备功能、性能优势，提供高质量、高可靠性的无线网络，保证用户投资。

1.4农村无线网络覆盖建设目标

以无线的方式实现从镇到村的无线宽带传输。式覆盖整个村庄。网桥进行管理。术在农村的应用。

以无线的方

可对每一位农村用户和每个无线接入点/无线 充分考虑网络的安全性，系统具有多层次的安

结合有线电视、IPTV、无线宽带、VOIP等新技全保护措施，以满足用户身份 鉴别、访问控制和保密性等要求。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• 理等

记录用户的上网信息，便于控制中心对用户进行控制、管

2.架构理念及设计原则

2.1系统架构理念

1)所见即所得的射频规划工具－减少设计成本、提高部署效率

为了有效解决网络建设者在无线网络设计和规划所面临的困难，并有效降低在无线网络设计和规划方面的总体成本。提供可视化的无线射频规划和部署工具。该工具将为网络建设者提供最具时效的可视化无线网络部署和规划手段。通过向 RF 部署工具导入需要实施 WLAN 部署的各区域平面图及其面积、预期的覆盖效果、障碍物材质等参数，RF 部署工具将综合考虑整个覆盖区域内三维空间的射频特性，自动输出各覆盖区域的 AP 最佳部署位置及预测的覆盖效果。这将为 WLAN 网络的实际部署提供有力的参考，帮助无线网络设计和实施人员快速、准确对整个无线网络进行射频信道规划、射频功率确定及设备布点指导。

2)智能化的射频管理特性－减少射频管理成本、提高射频管理效率

针对无线网络中存在的射频管理难题，提供基于集中化或内置于无线控制设备的可视化智能 RF 管理工具。借助该管理工具所提供的强大功能，无线控制设备可以及时发现无线网络中由于接入点失效而产生的射频覆盖黑洞，并通过经优化设计的 RF 算法协调失效 AP 周边的其它 AP 资源来完成对覆盖黑洞的有效弥补。同时无线控制设备还可以发现无线网络中存在的射频干扰问题，继而

利用经优化设计的 RF 算法协调整网射频信道资源，从而为受干扰 AP 选择新的可用信道。该新的信道信息会自动下发到受干扰的 AP 并得到执行，从而快速解决射频干扰问题。当在现有无线网络中为满足覆盖需求而增加新的 AP 时，无线控制设备也可以通过优化的 RF 算法自动决策并指导新的AP 完成无线信道及射频功率的调整，以此实现无线接入点的快速部署。智能化的管理特性可显著提高网络管理者对无线网络的部署和管理效率。3)强健的网络安全特性－降低安全威胁、避免法律风险

无线网络在某种程度上可以看作是一个开放式的公共网络，因此，为了向网络经营者提供强健安全的现代化无线网络，在关系到网络安全的各个层面均提供强健丰富的安全特性。在用户接入安全方面，提供 802.1x 接入认证、PSK 认证、MAC 接入认证以及portal 认证等。通过 AAA 服务器与无线控制设备的有机结合，可为用户提供基于用户角色的策略控制，这其中包括对用户的 QOS 特性、应用访问权限及无线漫游特性等参数的管理和控制。在无线用户数据安全方面，提供 WEP、WPA、WPA2 及 WAPI 在内的强健的无线网络加密功能，为无线用户提供不同级别的数据安全保障，满足无线网络各种应用对数据安全的要求。在无线网络环境安全方面，智能无线接入点可同时工作在无线接入点和无线监视器的模式。同时，还提供完善的WIDS 功能，帮助网络管理者及时发现并响应网络中存在的RogueAP 和 AD Hoc 主机等不安全因素，并可有效防护发生在无线网络中的DOS 攻击。

4)加速投资回报的可运营网络－减少运营成本、改善运营环境

针对现在社会节能环保的切实需求，推出全系列采用独特环保理念设计的无线控制器。得益于独具特色的动态功率管理特性，该系列无线控制器在保持性能无损的情况下可根据自身运行情况、端口工作状态、线缆的长度和质量等多种因素自动调整供电功率，由此提供比同类型传统以太网交换机降低约30%的超低功耗。

5)最具时效的网络管理手段－降低总体管理成本、提高整网管理效率

针对网络中部署的无线接入点，提供集中化的零配置管控能力，允许所有接入点自动发现并与控制设备关联，并提供对接入点的配置信息和软件版本进行自动更新和升级。由此，最大限度减少网络管理人员对无线接入点的维护工作量。为了解决无线接入点设备供电问题，全系列无线接入点均提供基于 802.3af 标准的以太网供电（POE）支持。由此，网络建设可以使用 POE 供电设备为广泛分布的无线接入点进行集中供电，有效解决在各种环境下部署无线接入点时的电源引入问题，提高部署灵活性、减少部署时间并降低部署成本。同时，通过配合使用的 POE 供电交换机，网络管理者还可以实现对无线接入点工作状态及其耗电情况等方面的远程检测或调整。对于每一个在网络中部署的设备，均提供内置于设备的可视化中英文 WEB 网管系统。基于该网管系统用户可获得基于统一风格和操作习惯设计的有线、无线集成网管所带来的好处，有效帮助网络管理员以最高的效率完成设备的配置和维护工作。针对整个网络所有设备的集中化管理需求，提供全面集成有线、无线管理能力的智能融合一体化网络级大型网管平台。是一个将有线和无线网络管理特性完美融合开发而成的开创性网管平台，除向用户提供风格完全一致的有线、无线网络管理操作手段和全特性的有线、无线管理套件，还提供全面的网络性能、事件、日志和趋势分析能力。借助于丰富强大的管理和分析特性，网络管理员只需操作一套软件即可顺利完成对整体网络的部署、管理和优化，还可快速定位并帮助解决网络中产生的故障。这极大简化了网络维护的复杂性，并有效降低网络运营成本。

6)满足多业务融合的软硬件平台－降低投资风险、提供投资保护

Howay系列无线控制器是公司为网络运营者交付的全特性无线网络控制和管理设备。全系列产品采用先进的并行多核多业务处理器及高速 ASIC 作为业务和数据处理平台。借助于先进的软、硬件产品设计，Howay系列无线控制器除提供无线用户接入、无线设备管理、无线实时语音、无线视频传送、无线快速漫游等全面无线业务能力外，还可提供高性能的NAT、VPN、基于 DPI 的应用控制、带宽管理等丰富业务特性。同时，Howay 系列无线控制器还提供基于芯片级别的 IPv6 业务特性，可对 Ipv6数据报文进行硬件级的高速转发，加速各种基于 Ipv6 的业务处理能力。

2.2系统方案设计原则

本方案的设计将在追求性能优越、经济实用的前提下，本着严谨、慎重的态度，从系统结构、技术措施、设备选择、系统应用、技术服务和实施过程等方面综合进行系统的总体设计，力图使该系统真正成为符合农村无线覆盖需求的网络系统。系统总体设计本着总体规划、分布实施的原则，充分体现系统的技术先进性、高度的安全可靠性、良好的开放性、可扩展性，以及经济性在网络的设计和实现中，本方案严格遵守以下原则：

标准性和开放性

只有支持标准性和开放性的系统，才能支持与其它开放型系统一起协同工作，在网络中采用的硬件设备及软件产品应该支持国际工作标准或事实上的标准，以便能和不同厂家的开放性产品在同一网络中同时共存。通信中应采用标准的通信协议以使不同的操作系统与不同的网络系统及不同的网络之间顺利进行通讯。

本方案中，网络设计及网络设备选型遵从国际标准及工业标准，使网络具有开放性和兼容性。无线局域网系统满足国际和国内的无线标准，WLAN最大程度的兼容符合Wi-Fi标准的各种无线终端设备。

网络采用开放式体系结构，易于扩充，使相对独立的分系统易于进行组合和调整。选用的通信协议符合国际标准或工业标准，网络的硬件环境、通信环境、软件环境相互独立，自成平台，使相互间依赖减至最小，同时保证网络的互联。

先进性和安全性

系统所有的组成要素均应充分地考虑其先进性。不能一味地追求实用而忽略先进，只有将当今最先进的技术和我们的实际应用要求紧密结合，才能获得最大的系统性能和效益。网络的安全是事关重要的，在某些情况下，宁可牺牲系统的部分功能也必须保证系统的安全。在无线网络建成后的3-5年之内，不会由于业务量的增加导致对网络结构及主要设备的重大调整。同时要考虑实际的应用水平，避免技术环境过于超前造成投资浪费。成熟性和高可靠性

作为信息系统基础的网络结构和网络设备的配置及带宽应能充分地满足网络通信的需要。网络硬件体系结构在实际应用中能经过较长时间的考验，在运行速度和性能上都应是稳定可靠的、拥有完善的、实用的解决方案，并通到较多的第三方开发商和用户在全球的广泛支持和使用。同时，应从长远的技术发展来选择具有很好前景的、较为先进的技术和产品，以适应系统未来的发展需要。

可靠性也是衡量一个计算机应用系统的重要标准之一。在确保系统网络环境中单独设备稳定、可靠运行的前提下，还需要考虑网络整体的容错能力、安全性及稳定性，使系统出现问题和故障时能迅速地修复。因此需要采取一定的预防措施，如对关键应用的主干设备考虑有适当的冗余。应急处理信息系统能够全天候工作，达到每周7*24小时工作的要求。一个高可用性的系统才能使用户的投资真正得到回报。可维护性和可管理性

整个信息网络系统中的互连设备，应是使用方便、操作简单易学，并便于维护。对复杂和庞大的网络，要求有强有力的网络管理手段，以便合理的管理网络资源，监视网络状态及控制网络的运行，因此，网络所选的网络设备应支持多种协议，管理员能方便进行网络管理、维护甚至修复。

在设计和实现时，必须充分考虑整个系统的便于维护性，以使系统万一发生故障时能提供有效手段及时进行恢复，尽量减少损失。

可扩充性和兼容性

网络的拓扑结构应具有可扩展性即网络联结必须在系统结构、系统容量与处理能力、物理接连、产品支持等方面具有扩充与升级换代的可能，采用的产品要遵循通用的工业标准，以便不同的设备能方便灵活地接连入网并满足系统规模扩充的要求。为了使所实现系统能够在应用发生变化的情况下保护原有的开发投资，在设计系统时，应将系统按功能做成模块化的，可根据需要增加和删除功能模块。