WLAN射頻優(yōu)化解決方案

背景

與有線網(wǎng)絡(luò)相比，WLAN擺脫了線纜的束縛，用戶使用起來(lái)會(huì)感覺(jué)更自由、更方便。因此，隨著筆記本等便攜終端的普及，WLAN日益成為常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)接入方式。

由 于WLAN的傳播介質(zhì)是空氣，遵循的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是802.11,在其給用戶帶來(lái)方便的同時(shí)，也有自身的一些特殊性。比如，同信道的無(wú)線設(shè)備共享空口傳輸介質(zhì)，設(shè)備之間易互相影響。在信號(hào)部署良好，用戶較少的場(chǎng)所，無(wú)線用戶的體驗(yàn)可能與有線用戶類似。但在用戶較多的高密場(chǎng)所，在使用高峰時(shí)間段，常常會(huì)出現(xiàn)速 率慢、易掉線的現(xiàn)象。為此，H3C提供一定優(yōu)化WLAN網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)手段，用以提升網(wǎng)絡(luò)的整體性能，改善用戶體驗(yàn)。

影響WLAN空口性能的因素
無(wú)線空口是個(gè)比較復(fù)雜的環(huán)境，WLAN空口的性能與許多因素相關(guān)：

• 非WLAN無(wú)線設(shè)備干擾：

如果環(huán)境中存在藍(lán)牙、微波爐等同樣工作在ISM頻段的非WLAN設(shè)備，將會(huì)對(duì)WLAN通訊造成很大的干擾，WLAN性能也將急劇降低。因此，在WLAN環(huán)境中，需要首先排除這些干擾，至少保證周邊不存在長(zhǎng)時(shí)間的與WLAN同時(shí)工作的類似設(shè)備。

• WLAN無(wú)線設(shè)備間同頻、鄰頻干擾：

由于WLAN空口采用的是CSMA/CA通訊機(jī)制，同頻設(shè)備如果可見(jiàn)，通訊實(shí)體間會(huì)互相退讓，因此，如果同頻設(shè)備互相之間可見(jiàn)性太強(qiáng)，會(huì)使得多個(gè)設(shè)備共享同樣的容量，整體信道容量大打折扣。鄰頻設(shè)備太近信號(hào)太強(qiáng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整體的噪聲變高，對(duì)通訊性能也會(huì)產(chǎn)生影響。

• 用戶處的信號(hào)強(qiáng)度：

信號(hào)強(qiáng)度是保證用戶獲得良好體驗(yàn)的一個(gè)基本條件。信號(hào)強(qiáng)度太差，會(huì)導(dǎo)致用戶只能使用低速率報(bào)文通訊，同時(shí)丟包、重傳也會(huì)增加，空口的整體性能會(huì)被大大拉低。當(dāng)然，信號(hào)強(qiáng)度只是一個(gè)基本條件，在周邊干擾比較大的情況下，既使信號(hào)強(qiáng)度很強(qiáng)，也不會(huì)獲得很高的空口性能。

• 用戶數(shù)目：

單 用戶下，由于沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)，空口可以達(dá)到最大性能。用戶數(shù)增多后，由于競(jìng)爭(zhēng)信道的消耗增加，空口總的性能會(huì)下降。比如，有研究機(jī)構(gòu)指出，在有10個(gè)用戶存在的 情況下，每用戶帶寬實(shí)際可能只有1~2Mbps;在有20個(gè)用戶存在的情況下，每用戶帶寬實(shí)際可能只有300~500kbps。

• 用戶應(yīng)用（影響報(bào)文大小比例等）與工作速率：

報(bào) 文大小和工作速率對(duì)空口性能影響非常大。比如，對(duì)于11g，如果發(fā)送報(bào)文都是1500字節(jié)的大包，且都用54M發(fā)送，則理想情況下，空口性能可達(dá) 29Mbps左右。同樣速率，如果發(fā)送報(bào)文都是100字節(jié)以下的報(bào)文，則空口性能將會(huì)降到3~4M。同樣報(bào)文大小（即1500字節(jié)），如果發(fā)送速率是 1M，則空口性能將會(huì)下降到1M左右。因此，用戶應(yīng)用所導(dǎo)致的報(bào)文大小分布比例不同，在具體環(huán)境下所使用的工作速率不同，空口的性能差異很大。目前，一般 上網(wǎng)應(yīng)用涉及的小報(bào)文比例為40%~70%，對(duì)11g來(lái)說(shuō)，理想54M速率情況下，綜合空口性能大約在7~14M左右。

• 終端網(wǎng)卡差異：

用戶終端所使用的網(wǎng)卡所屬?gòu)S家是多種多樣的，個(gè)別質(zhì)量較差的低端網(wǎng)卡或老網(wǎng)卡，會(huì)使用戶連接狀況較差，同時(shí)影響整體的空口性能。

在實(shí)際應(yīng)用中，首先要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行仔細(xì)的工勘，并參考用戶數(shù)目、用戶應(yīng)用等情況，確定合適的AP與天線的類型、數(shù)目和位置，明確每個(gè)AP的目標(biāo)覆蓋范圍。如果根據(jù)情況天線需要伸入室內(nèi)，可以使用H3C的室內(nèi)美化天線。
在以上基礎(chǔ)上，需要通過(guò)調(diào)整部分參數(shù)和實(shí)施一定的控制策略，以便將WLAN空口的性能優(yōu)化到最佳水平。以下將對(duì)主要的優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行說(shuō)明。

功率調(diào)整
傳 統(tǒng)的射頻功率控制一般缺省將發(fā)射功率設(shè)置為最大值，單純地追求信號(hào)覆蓋范圍。這對(duì)于用戶稀疏、主要目標(biāo)是達(dá)到基本覆蓋要求的場(chǎng)景是可以的，但對(duì)于高密場(chǎng) 所，每個(gè)AP設(shè)備既是服務(wù)的提供者，同時(shí)也是整個(gè)射頻環(huán)境的影響者，功率過(guò)大可能導(dǎo)致對(duì)其他無(wú)線設(shè)備造成不必要的干擾。因此，需要選擇一個(gè)能平衡覆蓋范圍 和系統(tǒng)容量的最佳功率。
功率調(diào)整可以手工進(jìn)行，也可以自動(dòng)調(diào)整。雖然調(diào)整方式不同，但兩者的調(diào)整目標(biāo)是一樣的，即通過(guò)調(diào)整功率，使得每個(gè)AP在自身的目標(biāo)覆蓋內(nèi)保證有比較強(qiáng)的信號(hào)，最好不弱于-75dB，但在目標(biāo)覆蓋范圍之外信號(hào)很弱。
如果受環(huán)境條件限制，即使輸出功率已經(jīng)是最大值，但目標(biāo)覆蓋范圍內(nèi)仍有比較大的區(qū)域的信號(hào)較差，此時(shí)說(shuō)明部署方式不是很合理，比如目標(biāo)覆蓋范圍太大、天線放置位置不合適等等。這種情況下，需要優(yōu)先考慮優(yōu)化部署方式。

信道劃分
對(duì) 于無(wú)線局域網(wǎng)，信道是非常稀缺的資源。對(duì)于2.4G頻段，只有３個(gè)非重疊信道（即相互之間幾乎沒(méi)有干擾的信道）。對(duì)于5.8G頻段，我國(guó)也只有5個(gè)非重疊 信道（有些國(guó)家放開(kāi)了更多頻段，多達(dá)24個(gè)）。由于目前大部分設(shè)備工作在2.4G頻段，因此，每個(gè)AP的radio一般只能在三個(gè)中選擇一個(gè)。
盡管可以調(diào)整功率，但畢竟信號(hào)的衰減是個(gè)相對(duì)連續(xù)、漸進(jìn)的過(guò)程，每個(gè)AP設(shè)備在目標(biāo)覆蓋范圍之外還是有信號(hào)的，因此，為了提高系統(tǒng)容量，一般會(huì)選擇相鄰AP間使用不同的信道，從而達(dá)到規(guī)避干擾的目的。
當(dāng) 然如果部署不合適或者功率調(diào)整不當(dāng)，導(dǎo)致在很大的范圍內(nèi)設(shè)備之間都是可見(jiàn)的，比如，6樓的設(shè)備的信號(hào)到達(dá)1樓時(shí)信號(hào)都仍然比較強(qiáng)，此時(shí)，僅僅依賴三個(gè)信道 隔離是不夠的，仍然不能避免與其他同頻AP之間的互相影響。這種情況下，需要根據(jù)建筑特點(diǎn)，改變部署方式，并根據(jù)情況進(jìn)一步考慮減小功率。信道調(diào)整可以手 工進(jìn)行，也可以自動(dòng)進(jìn)行。

負(fù)載均衡
在有些場(chǎng)所，存在AP之間用戶負(fù)載極不均衡的現(xiàn)象。比如，相 鄰的2個(gè)AP，1個(gè)攜帶20個(gè)用戶，另1個(gè)僅攜帶3個(gè)用戶。這種情況下，可以考慮根據(jù)用戶配置，進(jìn)行AP間的負(fù)載均衡，將部分用戶合理的引導(dǎo)到負(fù)擔(dān)輕的 AP上。H3C的智能負(fù)載均衡技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)線用戶的實(shí)時(shí)跟蹤，能夠動(dòng)態(tài)地準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)負(fù)載均衡組，結(jié)合高負(fù)載AP自動(dòng)隱藏技術(shù)，既有效了實(shí)現(xiàn)了無(wú)線用戶 的負(fù)載均衡，又保證了用戶的快速接入。
另外，除了AP間的負(fù)載均衡外，還可以進(jìn)行信道、頻段之間的用戶分擔(dān)。對(duì)于用戶密度非常高的場(chǎng)所，建議使用雙頻AP，通過(guò)頻段分擔(dān)用戶。

過(guò)濾干擾

在高密場(chǎng)所，AP設(shè)備和用戶station非常多，在采取降低功率和信道隔離的措施后，對(duì)于某個(gè)AP來(lái)說(shuō)，仍然能看到稍遠(yuǎn)處其他多個(gè)同頻WLAN設(shè)備的弱信號(hào)。如果不采取任何措施，眾多的弱信號(hào)也仍然會(huì)對(duì)設(shè)備通訊造成影響。
因此，在高密場(chǎng)所，WLAN干擾信號(hào)比較多的情況下，需要開(kāi)啟設(shè)備的高密工作模式。在這種模式下，設(shè)備會(huì)主動(dòng)過(guò)濾干擾信號(hào)，減少干擾信號(hào)對(duì)本設(shè)備通訊性能的影響。

試 驗(yàn)表明該項(xiàng)技術(shù)十分有效。如下圖所示，11g下，當(dāng)AP1與AP2的信道部署在非重疊的不同信道時(shí)，則同時(shí)從AP1和AP2打下行流，可以獲得約40M左 右的吞吐。當(dāng)兩個(gè)AP部署在同一個(gè)信道時(shí)，缺省情況下，獲得20M左右的吞吐，即只相當(dāng)于1個(gè)信道的容量。當(dāng)開(kāi)啟設(shè)備的高密模式后，進(jìn)行優(yōu)化后，可以獲得 30M左右的吞吐量，即提升50%。

圖1 同頻部署的AP

圖2 優(yōu)化前后吞吐量對(duì)比效果圖

速率保優(yōu)
無(wú) 線與有線通訊最大的區(qū)別是空口穩(wěn)定性差，容易受到各種因素的影響，正是這一點(diǎn)，也注定了AP與station之間的速率是動(dòng)態(tài)調(diào)整的。使用高速率發(fā)送報(bào)文 對(duì)環(huán)境要求比較高，需要存在較好的信噪比的情況下，才能保證正確接收。低速率發(fā)送的報(bào)文對(duì)環(huán)境要求相對(duì)低些，即使存在一些干擾使得到達(dá)的信號(hào)產(chǎn)生一定變 形，在容忍度內(nèi)仍然能正確接收。因此，WLAN設(shè)備會(huì)提供專門的速率調(diào)整算法，以根據(jù)情況，動(dòng)態(tài)的調(diào)整發(fā)送速率。

在沒(méi)有干擾和沖突的干凈環(huán)境下， 發(fā)送速率一般是穩(wěn)定的，很少變化。但在高密場(chǎng)所，WLAN自身干擾信號(hào)比較多的情況下，一般的速率調(diào)整算法適應(yīng)性會(huì)比較差，常常會(huì)使得工作速率偏低，從而 使得設(shè)備性能也整體降下來(lái)。因此，針對(duì)WLAN干擾較多的高密環(huán)境，專門提供了適應(yīng)該環(huán)境的速率調(diào)整算法，使得發(fā)送速率保持在一個(gè)最優(yōu)的水平，從而保證了 該環(huán)境下的性能最優(yōu)。

除使用專用的動(dòng)態(tài)速率調(diào)整算法保證AP發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)文保持在最優(yōu)的水平外，還有一些其他輔助措施，比如：

l 無(wú)線用戶間實(shí)施二層隔離，減少空口的廣播報(bào)文發(fā)送。缺省情況下，每一個(gè)來(lái)自無(wú)線客戶端的廣播、組播報(bào)文都會(huì)向所有有用戶的AP上廣播一份，而且在空間媒質(zhì) 中發(fā)送廣播報(bào)文的時(shí)候通常會(huì)使用最低速率發(fā)送廣播報(bào)文，所以當(dāng)廣播報(bào)文比較多時(shí)候，會(huì)占用較多的空間帶寬，從而在一定程度上影響到整個(gè)大樓的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。而 用戶通過(guò)無(wú)線主要的需求是上網(wǎng)應(yīng)用，互相訪問(wèn)的需求并不強(qiáng)烈，所以，建議無(wú)線用戶間實(shí)施二層隔離。

l 實(shí)施智能帶寬限速。在用戶數(shù)比較多用戶應(yīng)用多樣的情況下，限制每個(gè)用戶最多可以占用的帶寬，從而避免過(guò)多影響他人。

降低個(gè)別用戶影響
因 用戶所使用網(wǎng)卡的差異（或者所處位置等其他差異），同一AP下各個(gè)用戶的表現(xiàn)往往也有差異，也常常會(huì)出現(xiàn)個(gè)別用戶的速率非常低的情況。如果某AP下存在一 個(gè)高速率用戶，一個(gè)低速率用戶，則因兩個(gè)人搶到的空口機(jī)會(huì)差不多相等，高速率每次快速發(fā)完自己的數(shù)據(jù)后都要等待低速用戶慢騰騰的發(fā)完它的數(shù)據(jù)，所以，高速 率用戶的性能基本上與低速率用戶的性能是一樣的，因此，整體的性能也被大幅拉了下來(lái)。所以，當(dāng)環(huán)境中存在低速率用戶時(shí)，需要考慮降低其對(duì)整體性能的影響。

圖3 有一個(gè)高速用戶和一個(gè)低速用戶時(shí)，空口的吞吐量效果圖

通過(guò)啟動(dòng)減少低速用戶影響的特性，可以有效抑制低速率用戶大量占用空口時(shí)間，從而降低其對(duì)空口性能的影響，保證整體空口性能的最優(yōu)。

小結(jié)
在工勘仔細(xì)、部署合理的情況下，采用優(yōu)化技術(shù)可以使得WLAN網(wǎng)絡(luò)獲得最優(yōu)的性能。優(yōu)化策略總結(jié)如下：
1） 降低功率：從自身做起，主動(dòng)減少對(duì)他人影響；
2） 劃開(kāi)信道：與鄰居之間進(jìn)行信道隔離，盡量規(guī)避同頻干擾；
3） 負(fù)載均衡：鄰里互助，分擔(dān)壓力；
4） 過(guò)濾干擾：提高自身免疫力，進(jìn)一步增加系統(tǒng)吞吐；
5） 速率最優(yōu)：保持自身最佳狀態(tài)；
6） 降低個(gè)別用戶影響：顧全大局；

縮略語(yǔ)：