用室內(nèi)中繼提高家庭WiFi覆蓋的方案設(shè)計(jì)案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u23290用室內(nèi)中繼提高家庭WiFi覆蓋的方案設(shè)計(jì)案例概述 113421.1常用無線信號增強(qiáng)方式 277551.1.1WiFi的位置優(yōu)化 2122261.1.2WiFi信號放大 2145791.1.3無線信號放大 2108331.2基于Ad+Hoc的WiFi覆蓋增強(qiáng)方案 377681.2.1拓?fù)浞桨?3238181.2.2相關(guān)配置過程及原理 6140951.2.3室內(nèi)信號源布局 14295341.3結(jié)果驗(yàn)證 15圖3-1是三室兩廳的典型的戶型，現(xiàn)有的單WiFi的覆蓋方案，路由器通常會放在客廳里面，終端會在全屋的任何一個角落移動，可能會在房間邊緣的次臥或者書房出現(xiàn)盲點(diǎn)，使終端無法接入AP，導(dǎo)致WiFi信號不好，無法接入網(wǎng)絡(luò)。圖3-1室內(nèi)單WiFi覆蓋針對上述三室兩廳的典型的公寓戶型，對現(xiàn)有單WiFi網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案進(jìn)行改進(jìn)：首先，可采用常用信號增強(qiáng)方式，增強(qiáng)覆蓋；其次，基于第二章WiFi覆蓋增強(qiáng)的多種方案的對比分析，基于Ad+Hoc室內(nèi)wifi覆蓋增強(qiáng)的方案，進(jìn)行改進(jìn)。1.1常用無線信號增強(qiáng)方式為了解決家庭中需要同時上網(wǎng)的多個成員用戶的需求，同時減小室內(nèi)障礙物—門、窗、墻等的影響，需要擴(kuò)大無線信號的覆蓋區(qū)域，通?？梢圆捎寐酚善鞯奈恢脙?yōu)化、提升天線增益、調(diào)整發(fā)射功率、無線信號放大等方式。1.1.1WiFi的位置優(yōu)化無線路由器是一種帶有天線的產(chǎn)品，以路由器為中心，信號最強(qiáng)，逐漸向四周減弱。可以選擇一個位置相對偏高、阻礙物最少、盡量不穿越隔墻、在房間中心的位置，這個位置就是最佳的路由器放置地點(diǎn)。1.1.2WiFi信號放大針對于路由的天線，有定向和全定向兩種，目前在市場上投入使用的都是全向天線，可以通過選取不同公司的天線產(chǎn)品來提升天線增益。圖3-2無線路由器不同增益的天線光貓通過ITMS平臺的遠(yuǎn)程控制來調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的無線增益，無線路由器可以手動進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。無線路由器可以設(shè)置高、中、低三種等級的傳輸功率，傳輸功率越高，無線信號的傳輸距離越遠(yuǎn)，覆蓋范圍越廣。1.1.3無線信號放大通過改造金屬制品，例如可樂罐，就可以完成無線信號的放大，通過如圖所示的裝置，可將信號增大1-2倍，但背面的信號會減弱，因此需要合理規(guī)劃可樂罐擺放形態(tài)及位置，并將天線直接放在可樂瓶扇形罐的對面，以達(dá)到最佳的反射效果。圖3-3可樂罐放大信號示意圖1.2基于Ad+Hoc的WiFi覆蓋增強(qiáng)方案1.2.1拓?fù)浞桨笧榱私鉀Q由單一WiFi路由器構(gòu)建的家庭WiFi存在的覆蓋不佳從而導(dǎo)致連接信號不穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)掉線等問題，本文針對三室的戶型進(jìn)行了一種家庭WiFi信號覆蓋優(yōu)化的方案設(shè)計(jì)，提升網(wǎng)路覆蓋，達(dá)到優(yōu)化效果。方案拓?fù)鋱D如3-4所示。圖3-4方案拓?fù)鋱D家庭無線網(wǎng)絡(luò)如圖3-4所示，現(xiàn)在家庭一般都是光纖到戶，光貓一側(cè)通過運(yùn)營商尾纖連接，用戶側(cè)則可以提供有線和無線的接口給家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。由于有些家庭戶型較為復(fù)雜，裝在客廳的AP并不能做到覆蓋整個房屋，還會出現(xiàn)一些無線覆蓋的盲區(qū)。在傳統(tǒng)的WLAN網(wǎng)絡(luò)中，無線信道被用作STA和AP之間的傳輸介質(zhì)，AP的上行鏈路是有線網(wǎng)絡(luò)。為了擴(kuò)大無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，有必要將AP與交換機(jī)和其他設(shè)備相互連接，這將導(dǎo)致最終的部署成本較高，且需要時間較長。因此可以通過WDS技術(shù)，AP之間可以做到無線中繼，靈活組網(wǎng)，以便解決室內(nèi)WIFI覆蓋存在盲區(qū)的問題。此拓?fù)渲?，設(shè)計(jì)了4個路由放置點(diǎn)，分別是餐廳路由放置點(diǎn)A，臥室路由放置點(diǎn)B,C,D。通過在這4個點(diǎn)位分別放置一個路由器，并且按照位置節(jié)點(diǎn)的需求對路由器功能進(jìn)行區(qū)分，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，針對家庭WiFi信號覆蓋進(jìn)行優(yōu)化。首先，電信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過光纖接入到用戶家中，連接到光貓上，光貓通過網(wǎng)線連接到我們的路由器上面，也起著調(diào)制解調(diào)的作用。光貓的存在是為了進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信號的進(jìn)一步接入。在餐廳A點(diǎn)放置一個路由器，此路由器為本方案的出口路由器，也就是本方案的網(wǎng)關(guān)路由器。此路由器一端連接到光貓，連接時，可以通過有線方式連接也可以通過無線方式連接，本方案選用有線方式，通過網(wǎng)線將出口網(wǎng)關(guān)路由器A與光貓連接起來。并且此路由器還可以通過無線WiFi的方式，與其他所有路由器相連，即可以跟房間中的B,C,D路由器進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，也可以跟其他終端設(shè)備相連，提供上網(wǎng)服務(wù)。并且此路由器還需要具備無線控制器AC功能，一旦有其他路由器與出口網(wǎng)關(guān)路由器相連接，即可提供無線控制器的功能。所以我們所選用的出口路由器，需要選擇一體化路由器，它即是路由器，又是無線控制器?，F(xiàn)在的一體化路由器除了提供1個自適應(yīng)的（WAN）接口，可接ADSL外，還一共4個自（LAN）接口，與內(nèi)部局域網(wǎng)連接。它可以自動發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的TP-LINK-AP，并統(tǒng)一配置和管理AP，即插即用。同時，它還還支持AP狀態(tài)監(jiān)控、AP升級和定時重啟的功能，有些也又支持防火墻、支持APP端控制的功能，故餐廳A點(diǎn)需選擇一個一體化路由器進(jìn)行放置。房間1,2,3分別放置一個加強(qiáng)信號的WiFi路由器B,WiFi路由器C,WiFi路由器D，這三個路由器功能相同，工作模式相同，都是工作在中繼模式下。這三個路由器都可以通過無線WIFI的方式接入到路由器A上，并且可以通過無線WiFi的方式連與其他終端設(shè)備相連，提供上網(wǎng)服務(wù)。在設(shè)置時，打開路由器的模式選擇，選擇中繼模式或者無線擴(kuò)展功能即可，如圖3-5所示。關(guān)于路由器的具體配置見附錄A。圖3-5路由器的無線擴(kuò)展功能NAT則選擇自動配置。如圖3-6所示圖3-6自動獲取的上網(wǎng)方式1.2.2相關(guān)配置過程及原理一、WDS實(shí)現(xiàn)原理。無線中繼的方式是每個房間路由器連接到主路由器，并共享一個無線網(wǎng)絡(luò)。每個AP可以有各自的覆蓋范圍，消除無線信號的覆蓋盲區(qū)。IP地址是通過出口路由器使用DHCP統(tǒng)一分配。出口則是采用NAT技術(shù)訪問公網(wǎng)。WDS實(shí)現(xiàn)原理圖如3-7所示：圖3-7WDS實(shí)現(xiàn)原理圖實(shí)現(xiàn)原理的過程分兩個步驟：AP上線AP的WDS功能啟用后，系統(tǒng)自動創(chuàng)建WDS型VAP（即AP型VAP以及STA型VAP），以在AP間建立無線虛鏈路。通過無線虛鏈路，AP訪問AC并且獲得自己的配置。（2）建立業(yè)務(wù)鏈接圖3-8業(yè)務(wù)鏈接建立過程圖在WDS網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過無線虛鏈路傳輸，AP上線后，需要通過無線虛鏈路建立業(yè)務(wù)鏈接。如圖3-8所示，下面以圖3-7所示的AP2和AP3為例，說明建立業(yè)務(wù)鏈接的過程。EQ\o\ac(○,1)探測請求AP3廣播攜帶指定WDS-Name（WDS網(wǎng)橋標(biāo)識，類似于傳統(tǒng)WLAN業(yè)務(wù)中的SSID）的探測請求幀。EQ\o\ac(○,2)探測響應(yīng)AP2收到探測請求幀后，發(fā)送探測響應(yīng)幀。EQ\o\ac(○,3)認(rèn)證請求AP3收到探測響應(yīng)幀，向AP2發(fā)送認(rèn)證請求幀。EQ\o\ac(○,4)認(rèn)證響應(yīng)AP2收到身份驗(yàn)證請求幀后，根據(jù)WDS白名單的啟用狀態(tài)來判斷是否允許AP3訪問：如果未啟用WDS白名單，則允許AP3訪問，向AP3發(fā)送身份驗(yàn)證響應(yīng)幀，表示身份驗(yàn)證成功；如果啟用WDS白名單，則判斷AP3的MAC地址是否在白名單列表中：如果在，則允許AP3訪問，向AP3發(fā)送認(rèn)證響應(yīng)幀，表示認(rèn)證成功；如果不是，則向AP3發(fā)送帶有響應(yīng)錯誤碼的認(rèn)證響應(yīng)幀，表示認(rèn)證失敗，并且不再執(zhí)行以下步驟。EQ\o\ac(○,5)關(guān)聯(lián)請求AP3收到認(rèn)證成功的認(rèn)證響應(yīng)幀后，向AP2發(fā)送關(guān)聯(lián)請求幀。EQ\o\ac(○,6)關(guān)聯(lián)響應(yīng)AP2收到關(guān)聯(lián)請求幀后，將關(guān)聯(lián)響應(yīng)幀發(fā)送給AP3，通知AP3進(jìn)行訪問認(rèn)證。EQ\o\ac(○,7)接入認(rèn)證WDS要求STA型AP的訪問身份驗(yàn)證的方式必須為WPA2–PSK方式。因此，AP3和AP2利用預(yù)先配置的共享密鑰進(jìn)行協(xié)商，并通過成功解密協(xié)商的消息來確定AP3和AP2上的密鑰是否相同，從而完成AP3和AP2的相互認(rèn)證。EQ\o\ac(○,8)密鑰協(xié)商AP3和AP2協(xié)商出后續(xù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)報文傳輸?shù)募用苊荑€。STA接入過程。STA接入過程分為三個階段：掃描階段、鏈路認(rèn)證階段和關(guān)聯(lián)階段。EQ\o\ac(○,1)掃描階段STA可以通過主動掃描和被動掃描獲取到周圍的無線網(wǎng)絡(luò)信息。在STA的工作過程中，它會定期地搜索周圍的無線網(wǎng)絡(luò)，這意味著它會主動掃描周圍的無線網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)探測請求幀是否攜帶SSID，掃描可分為兩種：A、主動掃描客戶端發(fā)送攜帶有指定SSID的探測請求：STA依次在每個信道發(fā)出探測請求幀，尋找與STA具有相同SSID的AP，只有能夠提供指定SSID無線服務(wù)的AP在收到探測請求后才回復(fù)探測響應(yīng)，如圖1所示，STA發(fā)送探測請求幀尋找SSID為huawei的AP。圖3-9攜帶有指定SSID的主動掃描過程這種方法適用于STA通過主動掃描接入指定的無線網(wǎng)絡(luò)。被動掃描每個信道上，STA監(jiān)聽AP定期發(fā)送的信標(biāo)幀（信標(biāo)幀中包含SSID和支持速率等信息），以獲取AP的相關(guān)信息。圖3-10被動掃描過程EQ\o\ac(○,2)鏈路認(rèn)證階段為了保證無線鏈路的安全性，AP需要在訪問過程中完成STA認(rèn)證。802.11鏈路定義了兩種身份驗(yàn)證機(jī)制：開放系統(tǒng)身份驗(yàn)證和共享密鑰身份驗(yàn)證。開放系統(tǒng)身份驗(yàn)證(OpenSystemAuthentication)：即不進(jìn)行身份驗(yàn)證，任意STA都可以成功進(jìn)行身份驗(yàn)證，如圖3-11所示。圖3-11開放系統(tǒng)認(rèn)證過程圖3-12為密鑰認(rèn)證過程圖。圖3-12密鑰認(rèn)證過程STA向AP發(fā)送認(rèn)證請求。AP隨即生成一個“挑戰(zhàn)”發(fā)給STA。STA使用預(yù)設(shè)密鑰加密“挑戰(zhàn)”并將其發(fā)送到AP。AP接收到加密的“挑戰(zhàn)”，使用預(yù)設(shè)密鑰解密消息，然后將解密后的“挑戰(zhàn)”與先前發(fā)送給STA的的消息進(jìn)行比較。如果相同，則身份驗(yàn)證成功；否則，身份驗(yàn)證。EQ\o\ac(○,3)關(guān)聯(lián)階段終端關(guān)聯(lián)過程實(shí)質(zhì)上是鏈路服務(wù)協(xié)商的過程。完成鏈路認(rèn)證后，STA會繼續(xù)發(fā)起鏈路服務(wù)協(xié)商，具體的協(xié)商通過Association報文實(shí)現(xiàn)。關(guān)聯(lián)階段處理過程分兩個步驟。.STA向AP發(fā)送關(guān)聯(lián)請求，請求幀將攜帶STA自身的各種參數(shù)以及根據(jù)服務(wù)配置選擇的各種參數(shù)（主要包括支持的速率、支持的信道、支持的QoS的能力以及選擇的接入認(rèn)證和加密算法）。在接收到關(guān)聯(lián)請求后，AP確定是否需要用戶的訪問認(rèn)證，并響應(yīng)關(guān)聯(lián)響應(yīng)。四、路由器的設(shè)置過程我們將餐廳路由器命名為routerA，routerA的參數(shù)如3-13所示。主臥室的路由器命名為routerB，這里的routerB是TP-LINK路由器，我們先檢查一下routerB的IP地址，如果路由器的IP地址相同，我們必須修改其中一個路由器的IP，例如，我們修改routerA的IP。打開手機(jī)，在瀏覽器的地址欄中輸入“”，輸進(jìn)賬戶密碼并登錄，點(diǎn)擊“網(wǎng)絡(luò)參數(shù)”中的“LAN口設(shè)置”如圖3-14。圖3-13路由器A的參數(shù)圖3-14LAN口設(shè)置將路由器的IP地址更改為“”，然后保存并退出。如圖3-14.圖3-15修改IP地址如果路由器的IP不同，我們可以跳過上述步驟，連接routerB，打開手機(jī)瀏覽器，在地址欄中輸入“”（routerB的IP），然后進(jìn)入主頁，我們可以看到帶有設(shè)置向?qū)У拇翱冢c(diǎn)擊“設(shè)置向?qū)А钡南乱徊?，然后在“設(shè)置向?qū)Аぷ髂Ｊ健敝羞x擇中繼模式，如圖3-16。圖3-16中繼模式選擇中繼模式后，如圖3-17所示，點(diǎn)擊掃描。圖3-17掃描掃描后，會彈出“AP”的信息列表，在這中間，SSID為無線WiFi的SSID名稱，BSSID為無線WiFi的MAC地址，選擇要放大的WiFi信號，然后單擊“連接”，如圖3-18所示。圖3-18選擇要中繼放大的WiFi此時會自動填寫SSID和BSSID，然后選擇加密方式，此時，加密方式應(yīng)與原始WiFi的加密方法一致，填寫，最后保存，如圖3-19所示。3-19設(shè)置密鑰最后重啟路由器即表示設(shè)置成功，如圖3-20所示。圖3-20重啟路由器1.2.3室內(nèi)信號源布局圖3-21室內(nèi)wifi覆蓋場景圖圖2-5給出了一種三室兩廳的房間戶型，本文以該戶型為例，分析了基于Ad+hoc的WiFi室內(nèi)覆蓋增強(qiáng)的解決方案。在近年來新構(gòu)建的房屋戶型中，房屋入口側(cè)面下通常配備有一個金屬盒內(nèi)，而室內(nèi)信號的接入就通過這個金屬盒從而實(shí)現(xiàn)，室內(nèi)信號的接入服務(wù)通常由移動、聯(lián)通等供應(yīng)商提供，隨著電子集成技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的modem都配備有上變頻模塊，能夠?qū)⒒鶐盘栟D(zhuǎn)換為能夠覆蓋室內(nèi)WiFi信號，但是在房屋面積這么大的情況下，僅靠房屋入口處的信號源，室內(nèi)左右兩側(cè)空間因受到墻壁等障礙物的影響，導(dǎo)致室內(nèi)信號覆蓋存在盲點(diǎn)，鑒于此，我們將出口路由放置在餐廳的信號盒內(nèi)，兩個臥室及書