无线AP 在中小智慧景区的应用

［高福］

1 智慧景区的需求分析

1.1 项目背景

智慧景区是国家旅游局在2015 年1 月份印发《关于促进智慧旅游发展的指导意见》中提出的，该意见分总体要求、主要任务、保障措施3 部分18 条。主要任务是：夯实智慧旅游发展信息化基础；建立完善旅游信息基础数据平台；建立游客信息服务体系；建立智慧旅游管理体系；构建智慧旅游营销体系；推动智慧旅游产业发展；加强示范标准建设；加快创新融合发展；建立景区门票预约制度；推进数据开放共享。加快改变旅游信息数据逐级上报的传统模式，推动旅游部门和企业间的数据实时共享。同时在2021 年1 月，文化和旅游部《开好局起好步推动文化和旅游工作开创新局面2021 年全国文化和旅游厅局长会议工作报告摘要》提出要加快推进以数字化、网络化、智能化为特征的智慧旅游。加强旅游信息基础设施建设，加快建设智慧景区，推进预约、错峰、限量常态化[1]。

1.2 智慧景区的需求分析

随着通信技术的发展，游客对信号覆盖的要求越来越高，结合国家旅游局对智慧景区的要求，梳理出景区需要解决的问题，需求如表1 所示。

表1 智慧景区需求分析表

我们把这个需求分成两个层面来考虑，一方面是面对游客服务的需求，一方面是对景区管理效率的提高。

面向游客服务的体验，要体现在如图1 的全流程服务，即从游客进入景区停车厂开始即可使用景区提供的无缝的无线覆盖，从景点导航到景点介绍、从点餐到商品导购、从出园到逆向寻车，都能为有需求的游客提供高效快捷的覆盖服务，并且满足游客在游览过程中使用无线网络时候网速的需求，比如和朋友家人分享景区的视频或者照片，发朋友圈等。

图1 游客需求图

对于景区而言，利用无线覆盖，提高景区管理效率，省时省力，如图2 所示，后台通过对游客数据的分析，做到有针对性的引导同时，可以动态化地对景区内的游客消费现状进行数据分析和跟踪，从而剖析出游客的市场消费动态，进行旅游项目的调整和开发，并以游客的消费需求为服务目的进行服务水平的提升，从而使旅游景区的新市场及消费热点得到激发，进一步扩充旅游景区的市场空间，也进一步扩大旅游景区在旅游同行业内的市场影响力，实现旅游景区的跨越式发展。

图2 景区管理图

通过对智慧景区需求的整理，结合景区管理方的需求，景区无线覆盖应满足如下几点：

（1）高信号质量：保证用户环境下各个角落的无线信号强度》-65 dBm（根据终端情况而定），注重满足应用及终端使用需求；

（2）高可用性：由于移动终端对漫游灵敏度低，且用户需要经常移动，为保证业务的正常，要求无线网络不存在漫游现象；

（3）高数据传输性能：支持最新的802.11AC 标准，保证用户无线访问的良好体验，提供高数据传输速率；

（4）低干扰：确保两个AP 间的同频干扰信号强度≤-70 dBm，提高整网吞吐性能，构建真正可用的无线网络；

（5）多网络并存：合理的信道规划部署，实现多网络在同一用户场景的共存。

1.3 智慧景区的无线覆盖方案

就目前而言，无线覆盖技术有多种，如传统的基站覆盖、室分覆盖、无线电力猫、无线桥接、AC+AP 等多种技术均可以满足做到景区的无线覆盖，但每种覆盖技术都有其最合适的用途，对于地形建筑复杂的中小景区来讲，AC+AP 无线覆盖技术无疑是最合适的一种。AC+AP 无线覆盖技术，它本质上是室内和室外WLAN 覆盖的一种延深，具有如下的优点：

（1）AC 统一管理：AP 即插即用AC+AP 整体解决方案中一台AC 便可实现对内网所有AP 的统一管理与控制，让内网各AP 实时调整自己的配置让自身处于一个最优状态以适应实际的环境。AC 会自动下发配置信息给AP，实现AP 零配置接入。AP 即插即用，减少施工配置步骤。

（2）无缝漫游：全网覆盖全覆盖，AC 管控各相邻AP 间漫游阈值，并读取连网设备信号强度，让连网设备在相邻AP 间实现无缝漫游。无缝漫游技术让全网网络实现蜂窝覆盖，解决无线终端（连网设备）在大范围移动过程中访问速度慢，或者频繁掉线、登录问题。

（3）负载均衡：网络快速可靠又稳定，AC 管控各相邻AP 的带机量，基于连网设备的负载均衡能平衡各AP接入负载压力，又能有效解决因某连网设备距AP 较远而导致整个网络速率下降的问题。

（4）功率、信道自动调，网络稳定干扰小，AC 获取各AP 位置并实时动态调整各相邻AP 发射功率，让无线网络处于最优状态。

（5）灵活部署方式，样式简约时尚，吸顶式AP、入墙式式AP 及室外AP 其外观与环境完美结合[2]。

2 AC+AP 无线覆盖技术组网

2.1 AC+AP 无线覆盖的网络架构

AC（WirelessAccessPointController，无线控制器）是一种网络设备，用来集中化控制局域网内可控的无线AP，是一个无线网络的核心，负责管理无线网络中的所有无线AP，对AP 管理包括：下发配置、修改相关配置参数、射频智能管理、接入安全控制等。

AP（AccessPoint，无线访问节点、会话点或存取桥接器）是一个无线网络的接入点，俗称为“热点”。主要设备分为两种：一种是主要有路由交换接入一体设备，执行接入和路由交换；另外一种是纯接入点设备，只负责无线客户端的接入。

AC+AP 无线覆盖系统网络结构图如图3 所示，各个覆盖点由终端的AP 进行信号的接入，汇集到室外AP 汇聚交换机，室内外的汇聚交换机再汇集到核心交换机处，由出口路由器通过专线接入Internet，从而完成信息的接入、汇聚、交换的功能[3]。网络架构如下：

图3 网络架构图

2.2 网络标准及链路预算

2.2.1 网络标准的选择

WIFI 的标准选择IEEE802.11ac，是一个802.11 无线局域网（WLAN）通信标准，它通过5GHz 频带（也是其得名原因）进行通信。理论上，它能够提供最多1 Gbps 带宽进行多站式无线局域网通信，或是最少500 Mbps 的单一连接传输带宽。802.11ac 是802.11n 的继承者。它采用并扩展了源自802.11n 的空中接口（airinterface）概念，包括：更宽的RF 带宽（提升至160 MHz），更多的MIMO 空间流（spatialstreams）（增加到8），多用户的MIMO，以及更高阶的调制（modulation）（达到256QAM）。

2.2.2 链路预算

WLAN 链路预算一般经过边缘场强确认，空间损耗计算，覆盖距离计算等步骤。边缘场强确认是指：在WLAN 工程部署中，要求重点覆盖区域内的WLAN 信号到达用户终端的电平不低于-75 dBm。这样可以保障用户与AP 的协商速率以及收发数据质量。空间损耗计算通常采用如下公式：

其中：Pr 为最小接收电平（dB），即为AP 在不同传输速率下的接收灵敏度；Pt 为最大发射功率（dB）；Gt 为发射天线增益（dB）；Gr 为接收天线增益（dB）；Pl 为路径损耗（dB，包括空间传播损耗、馈线传播损耗、墙体/玻璃阻挡损耗）。实际部署中终端天线增益不可知，为方便计算常忽略接收天线增益，而采用如下公式：

到达用户端的信号电平=AP发射功率+AP天线增益-路径损耗

路径损耗主要指WLAN 信号的空间损耗，计算公式如下：

路径损耗=92.4+20 logf+20 logd（f:GHzd:km）

由公式可计算出不同频率不同距离的空间传输损耗值，损耗值如表2 所示。

表2 空间损耗表

为便于理解链路估算的过程，这里给出一个室外场景覆盖和室内场景覆盖的预算案例：根据WLAN 覆盖边缘场强的要求，到达终端用户的信号电平不低于-75 dBm，500 mW AP 的输出电平27 dBm，天线增益11 dBi，距离AP 面板500 m 处信号的衰减量94 dBm，由于27+11-94=-56（dBm），大于-75 dBm，因此在通常情况下，AP的覆盖范围为500 m。由于数据通信是双向的，终端的信号发射功率相对AP 较弱，综合考虑，一般建议室外AP的覆盖范围为200～300 m，情况复杂的时候距离会更近[4]。

根据WLAN 覆盖边缘场强的要求，到达终端用户的信号电平不低于-75 dBm，100 mW AP 的输出电平20 dBm，天线增益4 dBi，距离AP 60 m 处信号的衰减量90 dBm，由于20+4-90=-66（dBm），大于-75 dBm，因此在正常情况下，室内AP 的覆盖范围为60 m。考虑到室内环境复杂，无线信号需要穿越墙体等障碍物，一般建议覆盖半径为20 m 左右。

2.3 数据流向

室外AP 为FitAP 模式，简单易管理，支持五千兆电口和千兆光口，万兆光口，与接入设备无缝连接。AC 集中管理AP，节约管理成本和工作量。AP 的IP 地址由DHCP 服务器分配，实现有线无线设备统一分配。AC 的IP 地址通过静态手工配置，AP 支持3 层发现AC，实现AP 正常上网。AP 从DHCPsever 获取其IP 地址和AC 的IP 地址AP与AC 之间建立隧道，AP 正常上线。用户从DHCPsever获取IP 地址，并完成认证；用户数据通过capwap隧道集中转发到AC，AC 剥离capwap 隧道，三层转发到防火墙设备实现上网。同时为了防止大量低信号用户关联网络导致的网络整体用户体验下降，通常需配置强制低信号用户下线功能。此外，为了防止用户过多导致的网络整体用户体验下降，通常需降低终端老化时间。为了防止强流动用户过多无法获取地址，通常还需在DHCP 服务器降低DHCP 老化时间。

2.4 认证授权及安全需求

认证从易用性考虑，采用MAC 优先的Portal 认证。用户首次认证采用Portal 认证，RADIUS 服务器缓存用户终端使用的SSID 和MAC 地址，如果终端在缓存的有效期内掉线后重新上线，RADIUS 服务器直接在缓存中查找终端的SSID 和MAC 地址进行认证。无线用户认证点部署在AC 上。

无线网络提供便捷访问的同时需要考虑数据安全问题，无线传输媒介的非受控物理特性使得网络的安全防护措施尤为重要。

为了在网络接入层面的认证和加密严格遵循国际上的标准，可以考虑的认证方式包括：

①用于设备接入的MAC/WEP 认证、SSID 认证；

②普通用户接入网络使用的WEB 认证方式；

③高级应用、高端用户认证的802.1X 认证方式。

在设备接入网络的应用当中，由于移动设备目前支持的加密方式受到硬件本身的限制和制约，所以采用的加密方式多为静态或者动态的WEP；而通过WEB 认证接入进入网络的用户，也可以采用同样的WEP 加密来保护信息的私密性。

可通过以下方案提升无线网络安全性：在流量模板配置二、三层隔离，使同一个VAP 内的用户之间不能直接通信，提升用户通信安全性。配置防攻击策略，如广播报文泛洪检测与抑制。若景区需要统计终端位置信息则启用终端定位功能，上报周围终端信息。

2.5 无线漫游

为保证游客在景区内实现无缝连接，必须实现漫游，AC+AP 的覆盖方式只需将所有AP 的SSID 和安全策略都配成一致即可。对于认证方案，采用MAC 优先的Portal认证，可达到漫游中简化认证的要求。

3 AC+AP 无线覆盖在张壁古堡的实际应用

3.1 现网覆盖情况

张壁古堡位于山西省介休市张壁村，面积只有0.12平方公里，国家AAAA 级景区，第六批全国重点文物保护单位，是中国现有较为完好的一座融军事、居住、生产、星象、宗教活动为一体，罕见的古代袖珍“城堡”，它集中了夏商古文化遗址、北朝地道、金代墓葬、元代戏台、明清民居等许多文物古迹，特别是北朝古地道、可汗庙、琉璃碑等为全国罕见。还有小巧的钟鼓楼，众多的宗教场所等等，因“古庙神佛异，明堡暗道奇”而闻名海内外[5]。张壁古堡内建筑错综复杂，如图4 所示，深色部分全部为庙宇、民房建筑，且建筑墙壁分为两层，内层土筑，外层砖石砌筑，高大厚重。传统基站覆盖很难在张壁古堡完成全覆盖，由几个方面的原因：一是堡内空间狭小，建筑密集，没有合适的位置新建基站；二是建筑墙壁较厚，街道狭窄，即使勉强建好的基站也因阻挡严重而无法全覆盖；三是景区季节性及周期性比较明显，夏季和假期期间游客较多，会造成景区内的基站因人流量增加导致的拥塞比较严重，最后是勉强建好的基站需要上三家运营商的设备才能满足需求，而现在的5G 设备单个AAU 峰值耗电功率约1 200 W，4G 设备单个RRU 峰值功耗约300 W，耗电量比较高，建设成本及后期运营维护成本较高。基于以上原因，导致景区内信号较差，游客体验感一直不好，每到节假日，都是投诉的高发区。

图4 张壁古堡建筑布局图

3.2 建设方案

针对传统基站难以覆盖的问题，采用AP 的覆盖方式能有效的解决，首先，室内外AP 位置布放灵活，不受建筑物及地形的影响，能对景区进行有效的针对性的覆盖；其次，AP 是通过宽带与外网取得连接，对于重点区域，密集布放室内外AP，保证游客使用需求；最后，AC+AP无线覆盖只针对终端，而不区分运营商，并且AP 的功耗比较低，节省了设备运行时的电费及维护费用。

本期工程对张壁古堡的无线覆盖，采用华为的设备，产品型号及数量如图3 所示，共布放室外AP112 台，设备选型为AirEngine6760R-51E，采用交流供电，单台室外AP 理论上同时支持512 个用户同时在线，但是受带宽限制，实际上单台室外AP 能同时支持50～60 个用户同时在线。室外AP 汇聚交换机为FutureMatrixS6735-S24X6C，共6 台，室内AP 公布放84 台，设备选型为AirEngine5762-12SW，POE 供电模式，室内AP 汇聚交换机选取FutureMatrixS5735-L24P4X，共12 台，POE 及交换机与AC 同属于一个VLAN，实现AC-POE/交换机-AP管理。

表3 设备清单

室外AP 宜因场景的不同采用不同的布置方式。如景区的广场空间大，可在中央区域可安装AP，宜选用室外AP 接全向天线，如中央区域不能安装AP，可选用室外AP接定向天线安装在灯杆或周边建筑物上，可解决不同终端类型对信号强度的不同需求，一般场强要求达到-75 dBm以上。本期工程室外AP 全部安装在建筑外墙壁上，如图5 所示，外表面漆成建筑外墙色，由于张壁古堡建筑密集，室外覆盖距离约50 m。室内AP 布放在墙壁上及天花板上，大小如同灯座开关大小，外表色漆成环境色，与环境融为一体，美观大方，安装后的效果如图6 所示。室内覆盖距离约20 m，重点场所应加密覆盖。室内外AP 体积小，安装灵活，街道墙壁上、屋檐下及房间内的各个位置均可安装，亦可做到全向及定向AP 可混合布放，做到有针对性的覆盖，有效的解决了传统宏基站建设难及覆盖难的问题。

图5 室外AP 安装图

图6 室内AP 布放图

3.3 建设效果

工程完工后，无线信号覆盖整个张壁古堡景区，不在存在无线覆盖死角。对于游客而言，通畅迅捷的无线网络会极大的提升游客的游览体验，游客在景区内能够便捷的导航、购物，能够及时快速的和朋友及家人分享快乐，游客游览感知度的提高，愿意把景区推荐给周围人，这对于提高景区的知名度有这重要的意义。

对于景区而言，利用AP 无线覆盖打造的无线网络，首先可以对游客进行积极及前瞻性的引导，避免人流过于集中，影响游览体验，极大的提高管理的工作效率；其次景区可以利用AP 进行游客数据分析，每天的客流量是多少，一年中什么时候游客数量多，哪个景点客流量大，哪个景点的客流量小，通过统计客流量来分析游客分布，可以让景区管理者做出具体的分析和判断，优化、调整和改进景点的建设，以便吸引更多的游客；最后景区的管理平台可以与旅游局的基础数据平台互联互通，基于大数据进行分析，对有需求的游客进行本地民俗、特产及本地区的其他景区进行推荐，构造一个智慧的景区，促进旅游业的良性发展。

4 结束语

AC+AP 无线覆盖技术适用于地形地貌复杂及建筑密集的中小微景区覆盖，不适用大型景区，原因在于大型景区人流量巨大，AC+AP 技术的信号源为千兆民用宽带，承载的用户数量有限，用户过多，会导致网速下降甚至无法连接的问题，如采用企业级专线，则成本大大提高，不经济。大型景区应采用传统覆盖为主，AC+AP 局部延伸覆盖的组网方式。随着技术的发展，智慧景区的需求会越来越高，而且游客的需求会呈多样化的趋势，景区应依托不断发展的通信技术，搭建并融合数字化服务平台，开展旅游创新服务。