基于Wimax技術(shù)的無線校園網(wǎng)絡設計

陳靜 梁俊毅

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

關(guān)鍵詞：無線校園網(wǎng)；Wimax技術(shù)

1 引言

隨著智能手機等智能終端的普及，用戶對通信傳輸?shù)男枨笤絹碓礁?，對網(wǎng)絡傳輸速度的要求不斷增高，在用戶需求的推動下，網(wǎng)絡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。近年來，無線網(wǎng)絡不斷得到普及，但由于傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡帶寬有限，而無線寬帶網(wǎng)由于其多點對多點的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，具有傳輸速度快、適用性強、可擴展性強、靈活性高等特點，且其建設成本較低，覆蓋范圍廣，高效益比使得無線寬帶網(wǎng)越來越受到電信運營商們的青睞和重視，并開始在實際中得到應用。Wimax技術(shù)作為無線寬帶網(wǎng)絡中的典型技術(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，因而經(jīng)濟效益也更大。鑒于Wimax技術(shù)的特點，基于Wimax的無線校園網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)研究有著重要的實際意義，對建設高速無線校園網(wǎng)絡有著重要的指導作用。

2 Wimax技術(shù)的簡介

Wimax技術(shù)采用了OFDM正交頻分復用技術(shù)，其作為一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，在使用時將頻域內(nèi)傳輸信道分成許多正交的子信道，并在每一個子信道上使用一個子載波進行調(diào)制，各子載波并行傳輸，信號在每個子信道上都是進行窄帶傳輸，且信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，這樣大大消除信號間干擾，通過這種正交頻分復用技術(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，得到了人們越來越廣泛的認可和重視。

隨著Wimax技術(shù)的不斷推廣應用，各式各樣的用戶終端使得Wimax網(wǎng)絡具有更強的適應性，能夠滿足各種接入需求，針對本文研究的基于Wimax技術(shù)的校園無線寬帶網(wǎng)絡的設計，可以利用標準的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)認證和計費系統(tǒng)，大大簡化整個網(wǎng)絡的設計，降低網(wǎng)絡建設的復雜度和難度。在硬件方面，Wimax相關(guān)設備也可以選擇直接利用已有的校園網(wǎng)基站設備，從而可以直接通過網(wǎng)管系統(tǒng)對設備進行統(tǒng)一管理，如此一來大大減少了無線寬帶網(wǎng)絡建設的工程量。Wimax技術(shù)較強的適應性和可擴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)境下應用，網(wǎng)絡基站通過開放式的接口與用戶終端進行交互，保證了對不同用戶多樣化需求的滿足，特別是適用于校園網(wǎng)這種用戶較多的應用場景。

3 某無線校園網(wǎng)絡設計

針對無線校園網(wǎng)絡的實際應用背景和應用需求，其設計目標是建設一個能夠覆蓋全校范圍，同時容納一定在線用戶的無線網(wǎng)絡，另外要求具有一定的靈活性和可擴展性，能夠適應未來無線網(wǎng)絡的擴展和改造，另一方面還要在滿足需求保證服務質(zhì)量的前提下盡可能減少建設成本。本文首先通過對學校校園的面積、學生人數(shù)等數(shù)據(jù)的調(diào)查，對網(wǎng)絡容量和覆蓋范圍進行了分析，初步確定網(wǎng)絡的建設規(guī)模，并選定了基站站址，之后通過對校園地形的實際勘察，進一步對基站站址進行了調(diào)整和優(yōu)化，最終確定了基站的數(shù)目及站址等信息，之后通過對傳播模型、組網(wǎng)方式等的優(yōu)化選擇，確保了無線網(wǎng)絡能夠滿足覆蓋性和容量的要求，并能夠在保證網(wǎng)絡傳輸速度的同時最小化建設成本。

3.1 Wimax在校園網(wǎng)絡中的覆蓋設計

（1）傳播模型的選擇

在本文設計的校園無線網(wǎng)絡中，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)絡模型，其在Erceg模型和COST231-WI模型的基礎上進行了修正，更能夠適應本文設計系統(tǒng)的實際情況，模型的魯棒性更強。

（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，異頻組網(wǎng)的干擾較弱，因而其抗干擾能力更強，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)的頻點互不不同，相鄰小區(qū)的相鄰扇區(qū)頻點也不相同，因此，只需三個異頻即可實現(xiàn)對全校園范圍的覆蓋。

（3）覆蓋充分性

校園中用戶的分布式不均勻的，宿舍樓、教學樓等場所由于用戶較為密集，網(wǎng)絡請求也相對較多，為了保證每個用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率，應當在基站布局設計中考慮這個問題。一般來說，基站的覆蓋范圍大約設置為2.5公里左右較為合適，如果設置范圍較大，就會導致用戶數(shù)過多，影響用戶的傳輸速率，但如果設置范圍過小，又會造成基站資源的浪費，提高網(wǎng)絡的建設成本。另一方面，當用戶與基站間沒有遮擋時，傳輸?shù)男Ч罴眩舸嬖跇欠康日趽跷?，傳輸速度也會有所降低，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，因此實際中還要考慮實際情況對基站的位置和天線高度及俯仰角等進行調(diào)整和優(yōu)化。

如果實際中實在無法滿足中心區(qū)域的高點要求，還可以在中心區(qū)域選擇架設鐵塔，并將基站的天線安裝到鐵塔的頂端，并且針對大基站信號無法完全覆蓋的情況，可以選擇在架設小基站，通過分布式的基站設置，實現(xiàn)對全校園范圍的覆蓋。

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

Wimax系統(tǒng)的基本業(yè)務是寬帶數(shù)據(jù)接入，用戶可以使用終端設備（手持機、數(shù)據(jù)卡等）通過Wimax系統(tǒng)接入到Internet。Wimax獨立建網(wǎng)時，多個WimaxBts在與ASN-GW間進行組網(wǎng)時，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)設備，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶身份的認證、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)設備，實現(xiàn)鑒權(quán)認證、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、移動性管理等功能。在Internet網(wǎng)絡中，ASN-GW相當于一臺路由器。Bts與ASN-GW組成接入服務網(wǎng)ASN。

主要業(yè)務需求包括寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務和校園專線業(yè)務，針對以上業(yè)務，需要ASN-GW支持IP-CS和ETH-CS方式，對于校園專線接入，可能也需要CPE通過ETH-CS方式進行二層數(shù)據(jù)透傳。針對某校園的具體實際情況，具體的整個系統(tǒng)網(wǎng)絡部署的實際設計如圖2所示。

4 結(jié)束語

本文通過對無線寬帶網(wǎng)絡的研究，通過比較和分析，利用Wimax技術(shù)根據(jù)某校園的實際情況，分別從Wimax在校園網(wǎng)絡中的覆蓋設計和具體組網(wǎng)這樣兩個方面對整個無線校園網(wǎng)絡進行了詳細設計，由于條件和所掌握的知識水平有限，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)合實際情況對其進行適當調(diào)整。

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