陳靜 梁俊毅

摘 要：近年來，基于Wimax技術(shù)實(shí)現(xiàn)的無線網(wǎng)絡(luò)憑借傳輸速度快、覆蓋范圍廣、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)逐步成為高速無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，受到人們的青睞。

關(guān)鍵詞：無線校園網(wǎng)；Wimax技術(shù)

1 引言

隨著智能手機(jī)等智能終端的普及，用戶對(duì)通信傳輸?shù)男枨笤絹碓礁撸瑢?duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的要求不斷增高，在用戶需求的推動(dòng)下，網(wǎng)絡(luò)不斷由低速向高速發(fā)展，由窄帶向?qū)拵Оl(fā)展，由有線傳輸向無線傳輸發(fā)展，為用戶提供了越來越好的服務(wù)。近年來，無線網(wǎng)絡(luò)不斷得到普及，但由于傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，而無線寬帶網(wǎng)由于其多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有傳輸速度快、適用性強(qiáng)、可擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活性高等特點(diǎn)，且其建設(shè)成本較低，覆蓋范圍廣，高效益比使得無線寬帶網(wǎng)越來越受到電信運(yùn)營(yíng)商們的青睞和重視，并開始在實(shí)際中得到應(yīng)用。Wimax技術(shù)作為無線寬帶網(wǎng)絡(luò)中的典型技術(shù)，經(jīng)過數(shù)年來的發(fā)展完善，技術(shù)上已經(jīng)較為成熟，與Wifi技術(shù)相比，其傳輸速率更高、覆蓋范圍更大且抗干擾能力更強(qiáng)，因而經(jīng)濟(jì)效益也更大。鑒于Wimax技術(shù)的特點(diǎn)，基于Wimax的無線校園網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)研究有著重要的實(shí)際意義，對(duì)建設(shè)高速無線校園網(wǎng)絡(luò)有著重要的指導(dǎo)作用。

2 Wimax技術(shù)的簡(jiǎn)介

Wimax技術(shù)采用了OFDM正交頻分復(fù)用技術(shù)，其作為一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，在使用時(shí)將頻域內(nèi)傳輸信道分成許多正交的子信道，并在每一個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，各子載波并行傳輸，信號(hào)在每個(gè)子信道上都是進(jìn)行窄帶傳輸，且信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，這樣大大消除信號(hào)間干擾，通過這種正交頻分復(fù)用技術(shù)，使得Wimax技術(shù)與其他無線傳輸技術(shù)相比，其傳輸速率更快，抗干擾能力更強(qiáng)，得到了人們?cè)絹碓綇V泛的認(rèn)可和重視。

隨著Wimax技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用，各式各樣的用戶終端使得Wimax網(wǎng)絡(luò)具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠滿足各種接入需求，針對(duì)本文研究的基于Wimax技術(shù)的校園無線寬帶網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，可以利用標(biāo)準(zhǔn)的SNMP接口接入校園現(xiàn)有的網(wǎng)管系統(tǒng)，從而利用現(xiàn)有的校園網(wǎng)認(rèn)證和計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的復(fù)雜度和難度。在硬件方面，Wimax相關(guān)設(shè)備也可以選擇直接利用已有的校園網(wǎng)基站設(shè)備，從而可以直接通過網(wǎng)管系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，如此一來大大減少了無線寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的工程量。Wimax技術(shù)較強(qiáng)的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性使其具有了快速建網(wǎng)的能力，特別適合在無法布線的環(huán)境下應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)基站通過開放式的接口與用戶終端進(jìn)行交互，保證了對(duì)不同用戶多樣化需求的滿足，特別是適用于校園網(wǎng)這種用戶較多的應(yīng)用場(chǎng)景。

3 某無線校園網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

針對(duì)無線校園網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用背景和應(yīng)用需求，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是建設(shè)一個(gè)能夠覆蓋全校范圍，同時(shí)容納一定在線用戶的無線網(wǎng)絡(luò)，另外要求具有一定的靈活性和可擴(kuò)展性，能夠適應(yīng)未來無線網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和改造，另一方面還要在滿足需求保證服務(wù)質(zhì)量的前提下盡可能減少建設(shè)成本。本文首先通過對(duì)學(xué)校校園的面積、學(xué)生人數(shù)等數(shù)據(jù)的調(diào)查，對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋范圍進(jìn)行了分析，初步確定網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)規(guī)模，并選定了基站站址，之后通過對(duì)校園地形的實(shí)際勘察，進(jìn)一步對(duì)基站站址進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，最終確定了基站的數(shù)目及站址等信息，之后通過對(duì)傳播模型、組網(wǎng)方式等的優(yōu)化選擇，確保了無線網(wǎng)絡(luò)能夠滿足覆蓋性和容量的要求，并能夠在保證網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的同時(shí)最小化建設(shè)成本。

3.1 Wimax在校園網(wǎng)絡(luò)中的覆蓋設(shè)計(jì)

（1）傳播模型的選擇

在本文設(shè)計(jì)的校園無線網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)選用了3.5GHz頻段的Wimax頻段，由于使用的頻段較高，因此選擇了修正的SUI模型作為無線網(wǎng)絡(luò)模型，其在Erceg模型和COST231-WI模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修正，更能夠適應(yīng)本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)際情況，模型的魯棒性更強(qiáng)。

（2）組網(wǎng)方式選擇

基于Wimax的組網(wǎng)可以采用同頻組網(wǎng)和異頻組網(wǎng)兩種不同的組網(wǎng)方式，二者相比，同頻組網(wǎng)的干擾較強(qiáng)，異頻組網(wǎng)的干擾較弱，因而其抗干擾能力更強(qiáng)，因此本文選擇異頻組網(wǎng)的組網(wǎng)方式。考慮到Wimax基站普遍采用三載扇方式，不同扇區(qū)的頻點(diǎn)互不不同，相鄰小區(qū)的相鄰扇區(qū)頻點(diǎn)也不相同，因此，只需三個(gè)異頻即可實(shí)現(xiàn)對(duì)全校園范圍的覆蓋。

（3）覆蓋充分性

校園中用戶的分布式不均勻的，宿舍樓、教學(xué)樓等場(chǎng)所由于用戶較為密集，網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求也相對(duì)較多，為了保證每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率，應(yīng)當(dāng)在基站布局設(shè)計(jì)中考慮這個(gè)問題。一般來說，基站的覆蓋范圍大約設(shè)置為2.5公里左右較為合適，如果設(shè)置范圍較大，就會(huì)導(dǎo)致用戶數(shù)過多，影響用戶的傳輸速率，但如果設(shè)置范圍過小，又會(huì)造成基站資源的浪費(fèi)，提高網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本。另一方面，當(dāng)用戶與基站間沒有遮擋時(shí)，傳輸?shù)男Ч罴眩舸嬖跇欠康日趽跷?，傳輸速度也?huì)有所降低，因此基站的選址還要充分考慮校園的地理特征，一般選在2.5公里范圍中心區(qū)域最高樓房樓頂處，以保證基站與周圍用戶間沒有障礙物存在，但在實(shí)際中，2.5公里區(qū)域范圍的中心并不一定與最高樓房的位置契合，因此實(shí)際中還要考慮實(shí)際情況對(duì)基站的位置和天線高度及俯仰角等進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

如果實(shí)際中實(shí)在無法滿足中心區(qū)域的高點(diǎn)要求，還可以在中心區(qū)域選擇架設(shè)鐵塔，并將基站的天線安裝到鐵塔的頂端，并且針對(duì)大基站信號(hào)無法完全覆蓋的情況，可以選擇在架設(shè)小基站，通過分布式的基站設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)全校園范圍的覆蓋。

3.2 基于Wimax技術(shù)在校園網(wǎng)絡(luò)中的具體組網(wǎng)

Wimax系統(tǒng)的基本業(yè)務(wù)是寬帶數(shù)據(jù)接入，用戶可以使用終端設(shè)備（手持機(jī)、數(shù)據(jù)卡等）通過Wimax系統(tǒng)接入到Internet。Wimax獨(dú)立建網(wǎng)時(shí)，多個(gè)WimaxBts在與ASN-GW間進(jìn)行組網(wǎng)時(shí)，可以選用圖1所示的星型組網(wǎng)方式，其中ASN-GW作為Wimax系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶身份的認(rèn)證、權(quán)限的分配、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)等功能。ASN-GW是Wimax系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)鑒權(quán)認(rèn)證、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、移動(dòng)性管理等功能。在Internet網(wǎng)絡(luò)中，ASN-GW相當(dāng)于一臺(tái)路由器。Bts與ASN-GW組成接入服務(wù)網(wǎng)ASN。

主要業(yè)務(wù)需求包括寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和校園專線業(yè)務(wù)，針對(duì)以上業(yè)務(wù)，需要ASN-GW支持IP-CS和ETH-CS方式，對(duì)于校園專線接入，可能也需要CPE通過ETH-CS方式進(jìn)行二層數(shù)據(jù)透?jìng)?。針?duì)某校園的具體實(shí)際情況，具體的整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部署的實(shí)際設(shè)計(jì)如圖2所示。

4 結(jié)束語

本文通過對(duì)無線寬帶網(wǎng)絡(luò)的研究，通過比較和分析，利用Wimax技術(shù)根據(jù)某校園的實(shí)際情況，分別從Wimax在校園網(wǎng)絡(luò)中的覆蓋設(shè)計(jì)和具體組網(wǎng)這樣兩個(gè)方面對(duì)整個(gè)無線校園網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，由于條件和所掌握的知識(shí)水平有限，還有些地方考慮的不夠全面，需要在日后的具體工作中結(jié)合實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

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