Wi-Fi存在的最大問題：干擾

802.11技術(shù)在過去10年已經(jīng)取得了長足的發(fā)展 – 更快，更強(qiáng)大且更具有可擴(kuò)展性。但有一個(gè)問題依然困擾著Wi-Fi;可靠性。

沒有什么再比用戶抱怨Wi-Fi性能不穩(wěn)定、覆蓋不好、經(jīng)常掉線更讓網(wǎng)管人員崩潰的事了。解決Wi-Fi這個(gè)看不到且不斷變化的環(huán)境的確是個(gè)問題。而且射頻干擾也是個(gè)罪魁禍?zhǔn)住?/p>

射頻干擾幾乎來自于所有能發(fā)出電磁信號(hào)的裝置 – 無繩電話、藍(lán)牙手機(jī)、微波爐乃至智能儀表。但大多數(shù)企業(yè)都沒有意識(shí)到的是，最大的Wi- Fi的干擾源是他們自己的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。

不同于授權(quán)頻譜，將一定的帶寬授權(quán)給特定的服務(wù)商使用。Wi-Fi是一個(gè)任何人都可以使用的共享介質(zhì)，它工作在2.4Ghz和5Ghz這兩個(gè)免授權(quán)頻段。

當(dāng)一部802.11客戶端設(shè)備偵聽到其它信號(hào)，無論該信號(hào)是否是WiFi信號(hào)，設(shè)備都會(huì)暫緩傳輸數(shù)據(jù)直到該信號(hào)消失。在數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)干擾則會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟包，從而強(qiáng)制WiFi重傳數(shù)據(jù)。重傳會(huì)造成數(shù)據(jù)吞吐量下降，并給共享同一 AP的用戶帶來普遍的影響。

雖然頻譜分析工具現(xiàn)已集成在AP中幫助IT部門觀察并甄別Wi-Fi干擾，但如果他們不切實(shí)解決干擾問題，那么就沒有什么實(shí)際意義。

射頻干擾的問題由于新型無線標(biāo)準(zhǔn)802.11n的推出而變得更加嚴(yán)重。802.11n通常在一個(gè)AP中采用多個(gè)射頻信號(hào)在不同的方向和方位傳輸幾路 Wi-Fi數(shù)據(jù)流，從而實(shí)現(xiàn)更高的連接速率。現(xiàn)在，出問題的機(jī)會(huì)翻倍了。這些信號(hào)中如果有一路信號(hào)受到干擾，那么作為802.11n用于顯著提高數(shù)據(jù)傳輸速率的基本技術(shù)，空間復(fù)用和信道綁定將全部失效。

解決干擾問題的通行做法

通常解決射頻干擾的方法包括降低物理數(shù)據(jù)率，降低受影響AP的發(fā)射功率，以及改變AP的信道分配三種方式。雖然這些方法有他們各自的專長，但沒有一個(gè)是直接針對(duì)射頻干擾問題的。

目前市場上充斥著大量采用全向雙極天線的AP，這些天線從各個(gè)方向發(fā)送和接收信號(hào)。由于這些天線總是不分環(huán)境，不分場合地發(fā)送和接收信號(hào)，一旦出現(xiàn)干擾，這些系統(tǒng)除了與干擾做斗爭以外沒有其它辦法。它們不得不降低物理數(shù)據(jù)傳輸速率，直至達(dá)到可接受的丟包水平為止。這簡直太沒有效率了。而且隨之而來的是，共享該AP的所有用戶將會(huì)感受到無法忍受的性能下降。

不可思議的是，降低AP的數(shù)據(jù)速率實(shí)際卻產(chǎn)生了與期望相反的結(jié)果。數(shù)據(jù)包在空中停留的時(shí)間更長。這就意味著需要花更長的時(shí)間接收這些數(shù)據(jù)包，從而增加丟包的風(fēng)險(xiǎn)，使它們?cè)谥芷谛愿蓴_中變得更加脆弱。

另一種為Wi-Fi設(shè)計(jì)的通常做法是降低AP的發(fā)射功率，從而更好地利用有限的信道數(shù)量。這樣做可以減少共享一臺(tái)AP的設(shè)備數(shù)量，以提高AP的性能。但是降低發(fā)射功率的同時(shí)也會(huì)降低客戶端接收信號(hào)的強(qiáng)度，這就轉(zhuǎn)變成了更低的數(shù)據(jù)率和更小范圍的Wi-Fi覆蓋，進(jìn)而導(dǎo)致覆蓋空洞的形成。而這些空洞必須通過增加更多的AP來填補(bǔ)。而增加更多AP，可以想象，它會(huì)制造更多的干擾。

請(qǐng)不要改變信道

最后，大多數(shù)WLAN廠商愿望你能相信，解決Wi-Fi干擾的最佳方案是“改變信道”。就是當(dāng)射頻干擾增加時(shí)，AP會(huì)自動(dòng)選擇另一個(gè)“干凈”的信道來使用。

雖然改變信道是一種在特定頻率上解決持續(xù)干擾的有效方法，但干擾更傾向于不斷變化且時(shí)有時(shí)無。通過在有限的信道中跳轉(zhuǎn)，引發(fā)的問題甚至比它解決的問題還要多。

在使用最廣泛的2.4GHz Wi-Fi頻段，總共只有三個(gè)非干擾信道。即使是在5GHz頻段，在去除動(dòng)態(tài)頻率選擇(DFS)之后也只有4個(gè)非重疊40MHz寬信道，DFS是一種允許非授權(quán)設(shè)備與現(xiàn)有雷達(dá)系統(tǒng)共享頻譜的機(jī)制。

圖：針對(duì)802.11工作在5GHz頻段的可用信道

AP執(zhí)行的改變信道操作需要將連接的客戶端脫離并再次關(guān)聯(lián)。這將引起語音和視頻類應(yīng)用的中斷，并導(dǎo)致由于相鄰AP為防止同信道干擾而變換信道而引發(fā)的多米諾骨牌效應(yīng)。

同信道干擾是在不同的設(shè)備使用同一個(gè)信道或用同一無線頻段發(fā)射和接收Wi-Fi信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的設(shè)備間干擾。為了將同信道干擾降至最低，網(wǎng)管人員試圖更好地設(shè)計(jì)他們的網(wǎng)絡(luò)。而針對(duì)有限的可用頻譜，則通過將AP部署的間距拉到足夠遠(yuǎn)，達(dá)到它們之間無法偵聽或無法相互干擾的目的。然而，Wi-Fi信號(hào)不會(huì)停止也不會(huì)受這些架構(gòu)的限制。

改變信道的方法也不會(huì)考慮到客戶的使用感受。在這些場景中，干擾取決于AP所處的有利位置，但客戶看到了什么?難道轉(zhuǎn)移到一個(gè)干凈的信道真能改善用戶體驗(yàn)嗎?

征集方案：更強(qiáng)的信號(hào)，更低的干擾

一種預(yù)測(cè)Wi-Fi系統(tǒng)性能的技術(shù)指標(biāo)就是信噪比(SNR)。SNR是接收信號(hào)水平與背景噪音強(qiáng)度的差值。通常，信噪比越高，誤碼率越低且吞吐量越高。但是，一旦干擾發(fā)生，還會(huì)有一些其它的問題令網(wǎng)管人員擔(dān)心，即信號(hào)與干擾加噪聲比，也稱作SINR。

SINR是信號(hào)水平與干擾水平的差值。由于反映了射頻干擾對(duì)用戶吞吐量的負(fù)面影響，因此SINR是一個(gè)更好的指標(biāo)，用來反映一個(gè)Wi-Fi系統(tǒng)能夠達(dá)到何種性能。SINR值越高，數(shù)據(jù)傳輸率就越高，頻譜容量就越大。

圖：SINR是決定Wi-Fi系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)

為了獲得更高的SINR指標(biāo)，Wi-Fi系統(tǒng)必須通過提高信號(hào)增益或降低干擾來實(shí)現(xiàn)。但問題是傳統(tǒng)的Wi-Fi系統(tǒng)只能通過提高功率或在AP上豎起高增益定向天線來增加某個(gè)方向上的信號(hào)強(qiáng)度，但這卻限制了對(duì)小區(qū)域的覆蓋。最新的Wi-Fi創(chuàng)新技術(shù)所采用的自適應(yīng)天線陣列為網(wǎng)管人員帶來了福音，它利用定向天線的優(yōu)勢(shì)獲得增益和信道，而且用更少的AP實(shí)現(xiàn)了對(duì)同一區(qū)域的覆蓋。

采用更智能的天線解決干擾問題

Wi-Fi的理想目標(biāo)是將一個(gè)Wi-Fi信號(hào)直接發(fā)送給某個(gè)用戶，并監(jiān)控該信號(hào)，確保它以最大速率傳送給用戶。它不斷在信號(hào)路徑上重定向Wi-Fi 傳輸，而該路徑是干凈的且無需變換信道。

新型Wi-Fi技術(shù)結(jié)合了動(dòng)態(tài)波束形成技術(shù)和小型智能天線陣列(即所謂的“智能Wi-Fi”)，成為最接近無線理想境界的解決方案。

動(dòng)態(tài)的，基于天線的波束形成技術(shù)是一種新開發(fā)的技術(shù)，用于改變由AP發(fā)出的射頻能量的形態(tài)和方向。動(dòng)態(tài)波束形成技術(shù)專注于Wi-Fi信號(hào)，只有在他們需要時(shí)，即干擾出現(xiàn)時(shí)才自動(dòng)“引導(dǎo)”他們繞過周圍的干擾。

這些系統(tǒng)為每個(gè)客戶端應(yīng)用了不同的天線模式，當(dāng)問題出現(xiàn)時(shí)就會(huì)改變天線模式。比如在出現(xiàn)干擾時(shí)，智能天線可以選擇一種在干擾方向衰減的信號(hào)模式，從而提升SINR并避免采用降低物理數(shù)據(jù)率的方法。

基于天線的波束形成技術(shù)采用了多個(gè)定向天線元在AP和客戶端之間提供數(shù)千種天線模式或路徑。射頻能量可以通過最佳路徑輻射，從而獲得最高的數(shù)據(jù)速率和最低的丟包率。

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi介質(zhì)訪問控制(MAC)客戶端確認(rèn)的監(jiān)控可以決定信號(hào)的強(qiáng)度、吞吐量和所選路徑的丟包率。這樣就保證了AP能夠確切地了解客戶的體驗(yàn) – 并且在遇到干擾時(shí)，AP可以完全控制去選擇最佳路徑。

智能天線陣列也會(huì)主動(dòng)拒絕干擾。由于Wi-Fi只允許同一時(shí)刻服務(wù)一個(gè)用戶，因此，這些天線并非用于給某一個(gè)指定的客戶端傳輸數(shù)據(jù)之用，而是用于所有客戶端，這樣才能忽略或拒絕那些通常會(huì)抑制Wi-Fi傳輸?shù)母蓴_信號(hào)。結(jié)果是在某些情況下可以獲得高達(dá)17dB的信號(hào)增益。

圖：采用動(dòng)態(tài)波束形成技術(shù)自動(dòng)回避干擾

注：圖中說明：通過主動(dòng)避免干擾，可獲得額外的信號(hào)增益，達(dá)-17dB；集成了智能天線陣列的AP；動(dòng)態(tài)優(yōu)化的天線模式；通過波束成型，信號(hào)可增強(qiáng)至10dBi。

或許這項(xiàng)新技術(shù)的最大好處是它可以自動(dòng)運(yùn)行，無需手工調(diào)節(jié)或人工干預(yù)。

對(duì)于網(wǎng)管人員來說，由于大量新型Wi-Fi設(shè)備對(duì)企業(yè)網(wǎng)的沖擊，解決射頻干擾問題正在變得越來越重要。同時(shí)，用戶對(duì)Wi-Fi連接可靠性的要求越來越高，對(duì)支持流媒體應(yīng)用的需求更是與日俱增。

解決射頻干擾問題是企業(yè)發(fā)展中順應(yīng)這些趨勢(shì)的關(guān)鍵。但要實(shí)現(xiàn)它，就意味著要采用更加智能和更具適應(yīng)性的方法來處理失控的無線頻率，它們是引起所有這些干擾出現(xiàn)的根源。