1、最新Arubaxxx无线城市Mesh网络设计方案Arubaxxx无线城市Mesh网络设计方案 xxx无线宽带网络工程集成方案无线部分 Aruba Networks2011年02月1 项目背景和需求 21.1 项目背景 31.2 项目应用需求 31.2.1 公众接入互联网系统 31.2.2 视频监控应用 41.2.3 移动公务处理系统 61.2.4 无线数据采集系统 61.2.5 无线信息公示系统/广告系统 72 网络总体方案设计 82.1 方案设计原则 82.2 拓扑结构及说明 92.3 无线漫游设计 132.4 项目典型应用场景设计 142.4.1 城市道路无线网状网连续覆盖 142.4.2
2、 城区、广场连续覆盖（路灯灯杆安装场景） 152.5 网络扩容考虑 162.5.1 增加覆盖范围 162.5.2 增加用户容量 173 网络详细设计 173.1 站点设计原则 173.2 覆盖规划 193.2.1 天线选型 193.2.2 链路预算 193.3 站点详细设计 203.4 频率规划及网络优化 233.4.1频率规划 233.4.2无线网络优化 243.5 网络带宽设计 253.6 IP地址设计 264 方案优势 264.1 三层无线Mesh体系结构 264.2 多Radio系统 274.3 高速跨子网漫游 274.4 全方位实现SuperG108M 回程传输技术 274.5 自动
3、干扰监测和回避 284.6 端到端QoS机制 284.7 AVT（主动视频传输）技术 284.8 多网关保证高可靠性 295 网络安全认证及网管方案 295.1 网络安全设计 295.2 认证方式 315.3 Mesh网管方案 331 项目背景和需求2 项目背景3 项目应用需求3.1.1 公众接入互联网系统提供无线网络提供公众接入互联网服务，可分为免费服务和有偿服务。在已建成的无线城市商业模式中，两种方式均存在。对于两种模式，Aruba提出不同解决方案免费服务针对提供免费服务的商业模式，一般是采用广告推送，从投放广告的商家收取广告发布费用。该系统除基础无线网状网平台之外，需要广告发布系统，和广
4、告推送系统和客户端终端软件。系统结构如下：用户要向通过免费的无线网络访问互联网，需首先到指定网站下载客户端程序，用户能够并且只能够使用该客户端软件接入无线城市无线网络。通过广告推送网关上不同配置，可向客户端推送广告。广告界面可定制，可以是弹出网页或者是弹出对话框等等，广告可以是多页链接，用户必须点击下一步，逐步完成广告浏览后，继续上网行为。收费服务针对收费服务，主要考虑用户认证、计费和用户管理问题。Aruba推荐采用以下组网方式实现无线互联网访问收费服务。系统使用多台认证计费网关设备、一台Radius认证服务器和一台计费服务器实现。认证协议可使用Portal、802.1x等常用基于无线网络的认
5、证方式。Aruba无线网状网系统对外提供标准接口，支持业界标准认证计费系统。认证计费网关位于无线网状网各个有线出口，以网关的方式接入有线网络，网关方式可保证终端用户所有数据流量均通过认证计费网关，保证对终端用户行为的实时监控和流量控制。在城域有线网络上分别设置一台Radius认证服务器和计费服务器。用户终端不需要安装任何客户端软件。3.1.2 视频监控应用无线视频监控是无线网络一个重要应用，通过无处不在的无线网络建立一个无处不在的视频监控系统，将大大提高城市的安防级别，使得城市在重大事件发生时，更能从容面对。无线区域中的视频监控应用可分为两大类：固定点视频监控和移动视频监控。固定点视频监控：根
6、据终端形态不同，Aruba提出四种固定点视频监控终端接入方式：固定点视频监控方式一：采用数字摄像机，通过以太网线直接接入无线网状网设备的有线接口。该方式实施最为简单，当是摄像机位置不灵活，只能安装在无线设备附近。方式二：采用模拟摄像机视频服务器无线客户端方式，通过无线接入网络。该方式设备较为复杂，但模拟摄像机与数字摄像机相比，更能提供高品质的图像质量。Aruba推荐使用该方式。方式三：数字摄像机无线客户端。该方式结构相对简单，能提供较高的图像质量。方式四：采用无线摄像机。该方式是方式二的一体化设计，目前该类产品尚未成熟，不能提供高画质室外产品。移动点视频监控：移动点视频监控可采用固定点视频监控
7、方式二的系统结构，为实现移动点高速漫游，无线终端推荐使用Aruba基于无线网状网的专用无线终端。在条件具备情况下（如应急通信车携带无线视频监控系统），可采用发电机为监控系统供电，在条件不具备的情况下，也可采用车载逆变电源为系统供电。3.1.3 移动公务处理系统基于无线区域的移动公务处理系统，是所有移动办公应用的总称，具体到不同行业中有不同的细化。如交警使用PDA无线终端方便快捷地在现场处理事务，这是交警的移动公务处理。城市管理人员在日常巡视中使用PDA现场拍摄图像并实施汇报，这是城管系统的移动公务处理。不同行业有不同行业应用，要实现某个行业的移动公务处理，需要针对行业具体需求，结合现有信息系统
8、业务，有步骤，分阶段地开发实施。移动公务处理系统的核心是移动客户端软硬件系统和用户接入安全。移动客户端硬件，为了便携，可以采用支持802.11b/g的PDA。目前，该类产品已经非常成熟，市场上品牌、型号繁多。HP、Dell、联想、华硕等品牌均可满足移动公务处理应用。针对警务人员或其他涉密单位的移动公务处理，对接入安全和访问安全有较高要求，Aruba推荐使用VPN（虚拟私有网络）透传技术，实现安全访问。同时使用Vlan及时实现涉密应用与普通公众上网应用的隔离。3.1.4 无线数据采集系统无线数据采集系统主要是使用移动扫描终端，包括移动条形码扫描终端，RFID扫描终端等。该系统可主要应用在物流行业
9、。在货物运送过程中，任何关键交接地点使用该移动扫描终端，并实时回传至公司信息系统，能满足货物承运人第一时间网上查询需求，也便于公司对货物的追踪。目前无线数据采集终端已经相当成熟。全球范围内，有两家知名厂商提供相应设备，该终端设备也正广泛应用与物流行业。例如：Symbol 移动数据终端3.1.5 无线信息公示系统/广告系统政府各种信息需要以最快捷、最广泛的方式传达给民众。如各种政府行政命令、天气预警、道路控制、紧急事件疏导、停水停电信息等。而目前在整个城市范围内电子公示牌数量少，不能满足需要。这主要是因为城市有线网络接入点限制，不能各个居民小区及大小街道广泛安装电子信息公示牌。这一局限将随着无线
10、区域的建立完全得以缓解。在无线网络覆盖的任何区域，均可设置无线电子信息公示牌，通过无线接入网络。实现实时信息更新。同时，在为公众提供市政信息的同时，可适当为商家提供广告服务。4 网络总体方案设计5 方案设计原则1）先进性与实用性原则采用先进、成熟、实用的技术、设备、建设无线网络平台，同时在满足当前项目需求的前提下，兼顾未来业务发展，使整个网络系统在今后五年内能保持技术的先进性，并具有良好的开放性和发展潜力，以适应未来通信业务发展和技术升级的需要。2）安全性与可靠性原则设备选择基本要求：（1）设备硬件具有高处理能力。（2）良好的设备内部设计工艺，无线模块之间的高隔离度。（3）室外设备各种环境适应
11、性，温度范围适应性，防水防尘需满足IP66标准。（4）设备核心软件系统需模块化设计，并有检测程序保证系统各模块的稳定性。(5)设备是否经历各种网络规模、各种应用环境的实际考验。(6)网络系统应具备多层次、全方位的可选安全机制，以适应不同应用情况下的需求。3）经济性与投资保护原则在保证网络系统的先进性和高可靠性的同时，应能以较高的性能/价格比构建该项目，使资金的产出/投入比达到最大值；建成后应能以较低的成本、较少的人员投入维持系统正常运转，保证系统的高效能与高效益。4）灵活性与可扩展性原则项目设计必须具有良好的灵活性与可扩展性，能够根据业务不断深入发展的需要，提供扩大设备容量、增加用户数量、提高
12、服务质量的功能，具备支持多种网络传输协议、多种物理接口的能力，提供技术升级、设备更新的灵活性。在扩容过程中对已经接入网中的用户不应产生影响。5）标准化与规范化原则项目的整体设计要求基于国际标准和国家颁布的有关标准，坚持统一、标准、规范的原则，为未来业务发展及设备平滑增容奠定良好的基础。6）可管理性与易维护性原则随着信息业务的不断发展，管理任务必定会日益繁重，因此项目的设计必须有良好的可管理性和易维护性。有效简化网络管理人员的日常维护工作，为整个物理层网络的安全、可靠运行提供有力保障。6 拓扑结构及说明针对本项目，Aruba建议明晰网络层次，各层分工明确，形成至上而下清晰的网络结构。整个网络分为
13、4层结构。即：服务提供、有线网络、无线MESH网络、终端用户层。服务提供层基于无线基础网络可为不同行业、不同群体提供多样性、差异化服务。服务提供层建设内容包括：1）、Internet出口提供为接入无线网络的终端用户提供互联网出口。互联网出口应根据终端用户数量及单用户带宽要求提供足够的出口带宽保证。并同时考虑到未来用户数的增加，事先做好升级预留。建议使用多Internet出口，保证整个无线网络的高冗余性。2）、行业应用系统接入无线基础网络平台可提供给例如公安、城市管理等各部门使用。各部门均有自己的应用系统。如公安应用中需要提供实施追逃数据查询给现场执法的巡警，就需要将该数据库服务器与无线网络系统
14、实现对接，通过VPN等高密级方式，对内部人员提供服务。3）、企业服务器接入企业可为外出人员提供移动办公支持，只需要将OA系统接入网络并允许外出办公人员认证后接入即可。4）、认证计费系统对于提供公众互联网访问服务，无线网络的商业模式大体可分为两类：免费服务和收费服务。可结合自身情况自行选择商业模式。针对收费互联网访问服务，就要求在服务提供层建立认证计费系统。通过灵活多样的认证计费（计时、包月等）手段，满足不同终端用户需求。认证系统包括：Radius Server、数据库服务器、专用Portal服务器，并且预装了计费管理运营支撑平台，方便以后计费的扩展。5）、网络管理系统整个项目属于大规模无线数字
15、通信网络，设备数量大，结构复杂。必须有实时高效、简单易用的网络管理系统协助后期运行维护管理。减少维护人员工作量、减少维护人员数量，降低维护成本。有线网络：核心网络设备采用1+1备份。核心交换机提供快速数据转发，通过VRRP方式为MC提供备份； 无线控制器MC设备可以为用户提供DHCP，认证，通过心跳线保持主备；接入交换机为三层交换机，与mesh网关设备建立OSPF邻居，保证网管系统能管理到所有MESH设备。无线MESH网络：该层聚合来自用户的分散数据流，通过高带宽的有线通道接入核心光网络。完成无线终端用户接入，包括用户带宽控制、用户策略、Qos机制控制等。无线网状网设备通过无线互连、实现回程。
16、不需要为每个设备铺设光线。一个网关节点接入有线系统，实现与有线互联互通。无线设备互连形成高冗余网状结构，保证任一链路中断均能有第二条路径进行传输。毫秒级故障切换，保证应用不中断。各设备对周边进行无线覆盖，最终形成整个景区全覆盖。覆盖采用标准802.11a/b/g协议，兼容所有标准Wi-Fi终端（如PDA、笔记本电脑等）。无线终端在覆盖内可实现无缝漫游，漫游切换时间小于50ms，不影响应用。满足高速移动需求。可开展无线IP语音应用和移动视频监控应用。终端用户层：该层包括各终端用户使用的各种无线终端设备。包括：笔记本电脑、PDA、Wi-Fi 手机、无线照相机、无线扫描器、无线监控摄像机等。7 无线
17、漫游设计无线MESH网络建设完毕后，可以实现二三层的无缝漫游。在本系统中Aruba公司配置的方案是二层和三层漫游联合工作的机制，即二层触发三层漫游。其优点是：1、 漫游过程用户的IP 地址始终保持不变；2、 漫游切换快，保证用户业务的连续性。3、 跨有线网关漫游。4、 室内室外联合覆盖的全网漫游。5、 用户始终根据最短路径优先原则选择上联的有线点； 8 项目典型应用场景设计8.1.1 城市道路无线网状网连续覆盖城市主干道路的主要特征就是呈线型结构，网状网多跳在道路覆盖将起到至关重要的作用。采用MSR4000，单一节点主要完成以下四个功能：Radio3 上行回程连接，一般采用5.8G 频段、定向
18、天线，实现与上游设备互联Radio4下行回程连接，一般采用5.8G 频段、定向天线，实现与下游设备互联Radio1 2.4G覆盖，全天线，实现路面的2.4G频段覆盖，接入终端Radio2 5.8G覆盖，全向天线，实现路面的5.8G频段覆盖，接入终端8.1.2 城区、广场连续覆盖（路灯灯杆安装场景）设备架设的最佳位置应选择在城市道路的信号灯灯杆上或者路灯灯杆上。在上述安装电协调困难的情况下，也可将设备安装在建筑物楼顶，建筑物最好选择在十字路口处，以保证各方向的视距条件，保证良好覆盖。对于城区室外覆盖，一般2.4G进行覆盖，保证笔记本电脑、PDA等标准Wi-Fi终端接入。在密集人群区域，为避免2.
19、4G设备广泛应用所存在的干扰，建议同时使用5.8G频段，终端使用支持5.8G的网卡接入。开阔广场使用全向天线进行覆盖，路口覆盖使用全向天线。其余地方推荐使用采用定向天线。为保证市容市貌，根据项目需要，Aruba公司标准天线N接头可与各种美化天线实现互联。在不降低系统性能的前提下，保证设备安装的美观及隐蔽性。在城区主要十字路口实现覆盖后，不仅能提供道路覆盖，还同时可提供部分楼宇临街一侧的室内覆盖。虽然2.4G和5.8G信号随障碍物衰减明显，但在无线环境优良条件下，Aruba公司无线产品可覆盖至室内30米以上空间。Aruba无线网状网支持双网关技术。实现流量分担和故障切换的功能。大大提高系统的冗余
20、性和稳定性。当两个网关设备以及光纤链路均正常工作的时候，主、备网关各承担网络内部部分外出数据流量，实现流量分担。当一个网关设备，或者连接至该设备的光纤链路故障时，另一个网关设备立即接替故障网关节点工作，通过三层路由算法实现快速切换，接管延时在毫秒级，保证用户应用不中断。9 网络扩容考虑系统扩容主要包括以下两种情况：9.1.1 增加覆盖范围无线网状网系统使覆盖范围扩展显得简单易行，新扩展覆盖区域只要有一个节点能与原无线系统有视距条件，便可实现无线互联，将新扩展覆盖区域无缝融入到以前网络中。无线网状网边界路由器在设计过程中应充分考虑到系统扩容，预留出一定的无线接口，和升级带宽冗余。9.1.2 增加
21、用户容量无线网状网系统建设初期，考虑到用户数量较少，从系统容量角度考虑可将站间距适当拉大，节约首期建设成本。但随着业务的不断开展，用户数量不断增加。无线网状网系统因其无线互联的便捷性，能快速实现扩容并保护原有系统投资。在站点稀疏的区域，增加无线节点，该节点通过无线链路与原有系统节点实现互联，同时提供覆盖，分担附近区域内用户数据流量，实现容量升级。扩容过程中不涉及到类似光线系统所必须的瓦沟埋缆等繁琐事项。简单方便 10 网络详细设计11 站点设计原则1)站点位置（灯杆、路口）无线Mesh城域网站点位置可考虑如下地点，简单分析如下：地点协商难度安装高度取电站点租用设备安装市政路灯杆如果政府支持力度
22、大，协商较容易最佳方便升降工程车及高空作业资质交通信号灯杆大最佳方便升降工程车及高空作业资质高层建筑物楼顶大过高，有灯下黑问题不方便存在租用费用易底层建筑物楼顶大较高，存在一定的灯下黑问题不方便存在租用费用易新建立杆破坏市容，审批困难最佳不方便升降工程车及高空作业资质基于以上分析，室外无线Mesh网最优选择为市政路灯杆。2)选择路口十字路口设置站点，采用全向天线，可以覆盖东、南、西、北四个方向街道，保证单台设备的覆盖最大面积，保证系统设计的经济性。3)站间距目前，主要的无线网络终端有：笔记本电脑、PDA等。终端厂家参考无线连接距离最远约为150米。实测一般终端空旷环境下可达400米；城区环境，
23、根据障碍物场景不一，距离在150300米不等。根据以上数据，结合Aruba无线城市建设经验，站间距设计，参照以下原则：站点之间的距离不大于500米，推荐站间距离为250米左右。保证相邻站点有足够的交叉覆盖区域。在实现全覆盖的同时保证无缝漫游。4)沿路之字型排列相邻站点应选择在道路两侧，以便有更好的视距环境，保证设备间无线互连高带宽。道路同侧经常会有若干路灯杆间隔，或者广告牌、道路指示牌间隔，影响相邻设备互连。之字形排列如下图所示：12 覆盖规划12.1.1 天线选型覆盖天线选型是无线网络规划当中非常重要的步骤，天线选择依据覆盖需求和安装空间。 Aruba设计供工程师会根据项目的覆盖需求选择合适
24、的天线类型、不同的覆盖需求，不同的覆盖环境，采用的天线类型是不同的。比如用户和设备密集的区域，可以采用水平半功率角90度或120度的中高增益天线；在一般城区可以采用全向天线覆盖；在需要广覆盖或孤岛站点，可以采用高增益定向天线或全向天线；公路覆盖和backhaul天线可采用窄波束高增益定向天线。室内覆盖根据需求可以考虑采用吸顶天线。回程天线根据需要传输的距离不同，选择不同增益的定向天线。12.1.2 链路预算链路预算公式如下：MAPL=Pout_MS+Ga_BS+Ga_MS Lf_BSMfMi LpLbS_BSPout_MS 终端最大发射功率Lf_BS 设备馈线损耗Ga_BS 设备天线增益Ga_
25、MS 终端天线增益Mf 阴影衰落余量Mi 干扰余量Lp 地物损耗Lb 人体损耗（对于电脑上网，不考虑）S_BS 设备接收灵敏度（接收机输入端为保证信号能成功地检测和解码而必须达到的最小信号功率）由于各种终端的接收灵敏度的不确定性，并考虑到链路通常是反向受限（终端的发射功率比MSR设备的发射功率低），所以链路预算依据的是反向链路。天线增益按12dbi考虑。链路预算STA Output Power(+)(dBm)17MSR Sensitivity - SNR (-)(dBm)-85Radio ComponentsMSR Antenna(+)(dB)12STA Antenna(+)(dB)0Feed
26、er&Jumper(-)(dB)0.7Splitter&Couples(-)(dB)PenetrationIndoor/InCar/Outdoor(-)(dB)8EnviromentRayleigh Fading(-)(dB)5Log-Normal Fading(-)dB)8interfence7Link Budget(Pass Loss)83.3Frequency2.4GHz/5.*GHz2.4GCoverage Distance200单个站点的覆盖半径为200米，考虑漫游业务需要50米的重叠覆盖区域，设计考虑单个站点覆盖半径150米，直径300米； 13 站点详细设计根据链路预算的结果、项
27、目的覆盖需求，结合区域区的道路，商业区，公共场所的踏勘，并充分借鉴Aruba公司以往的无线城市建设经验，提出如下站点详细覆盖设计：站点需求如下：道路名长度(米）安放AP数合计AP数116共需要无线路由器数为116个网关节点即是光纤接入点、落地点，为保证无线用户的有效带宽，网关节点的设置遵循以下原则：无线最大落地跳数不超过5跳。任意一台网关节点宕机后，快速重路由后，不超过8跳。网关节点占比约为1：5。因此网关节点数目=总设备数/6=116/6=19个。网关节点选取位置如下表：站名所属街道所处位置离核心机房距离（米）XXX-G-0001东大桥路soho尚都800总长度60000布放位置如下图所示：
28、注： mesh点 Mesh网关点（有线落地点）14 频率规划及网络优化3.4.1频率规划无线网状网系统采用微蜂窝体系结构，在频率配置上同GSM系统基本相似。要考虑到信道之间的隔离，以避免系统自身设备的相互干扰。在无线网状网频率配置规划中一般遵循覆盖采用2.4G频段，回程采用5.8G频段原则。这是因为目前绝大多数无线终端均工作在2.4G频段。由于全部采用了非授权许可频段，故无须向国家相关管理部门申请频段使用，可减少一部分网络投资。(1)5.8G频谱分布Aruba设备在5.8G可支持的信到有12个，中国无委规定的用于Wi-Fi的58G频点有5个，频点号分别是149、153、157、161、165。
29、(2)2.4G频谱分布2.4G频段共有13个可用信道，但是可用的独立信道只有3个，分别为1、6、11。(3)相邻频带分布在抗干扰方面，由于采用了2.4G与5.8G信号，与相关授权频带隔离较远，因此，可以避免与其他网络和通信系统造成邻带干扰的问题，下图是各种通信系统得频带分布图。3.4.2无线网络优化室外无线覆盖规划设计时，可将技术关注的重点放在对各厂家设备的发射功率、工程设计能力以及工程实施能力上。众所周知，精湛的选点设计能力和优良的工程实施能力对于提高室外无线覆盖效果有着非常大的影响。Aruba公司会在工程实施之后，通过Airmagnet Surveyor系统进行实地路测，为用户提供真正意义
30、上的实地真实覆盖效果情况，用户可以根据这个结果来进一步调整或者优化无线Mesh网络。下面的图表是一路测后真实的覆盖效果实例：图中不同的颜色代表不同的信号强度，具体可以参考每个图最右边，比如绿色表示信号强度在-60到 -40 dbm范围之间：15 网络带宽设计网络的出口带宽通常由以下三方面决定：提供的服务类型 用户访问的速度同时在线的用户数本项目中的无线宽带网络主要为用户提供无线上网服务，因此每用户的带宽0.5Mbps完全能满足要求，假设XXX国际传媒产业集聚区有20,000人，同时通过无线上网百分比为10%，用户收发信息百分比为30%总出口带宽=总用户数*每个用户分配的带宽*用户同时在线的百分比*用户收发信息的百分比总出口带宽=100Mbps注：用户收发信息的百分比：估算值，一般为30%左右。用户上网的时候，只有在上传下载信息的时候才占用带宽流量，而在打开网页后，就没有流量了。16 IP地址设计用户的IP地址通过DHCP获取，采用私网IP，在防火墙上做NAT转换为公网地址，访问外网。为方便对用户的定位，建议为每台无线设备分配一个C类IP，与设备的编号对应（如设备编号为x号，则分给此设
