WLAN抗干擾分析

一個(gè)沒(méi)有經(jīng)過(guò)仔細設計、部署和維護的WLAN網(wǎng)絡(luò )，其整體性能將會(huì )大打折扣，因此發(fā)現和解決干擾一直是伴隨WLAN發(fā)展的任務(wù)之一。

WLAN抗干擾分析

今天，WLAN已經(jīng)不再僅僅是最初的一種簡(jiǎn)便的網(wǎng)絡(luò )接入方式，企業(yè)的許多重要應用，諸如語(yǔ)音、視頻、定位等服務(wù)都逐漸部署到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上。即便是普通的網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)，用戶(hù)也是希望帶寬越高越好。隨著(zhù)應用的增加，無(wú)線(xiàn)干擾問(wèn)題對網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的質(zhì)量影響日顯突出

一、 無(wú)線(xiàn)干擾的分類(lèi)和來(lái)源

無(wú)線(xiàn)干擾按照類(lèi)型可劃分為WLAN干擾和非WLAN干擾。WLAN干擾是指干擾源發(fā)送的RF信號也符合802.11標準，除此之外都是非WLAN干擾。對WLAN干擾，可進(jìn)一步按照頻率范圍分為同頻干擾和鄰頻干擾。按照來(lái)源劃分，可分為WLAN網(wǎng)絡(luò )自身的互干擾和網(wǎng)絡(luò )外的干擾

1. WLAN網(wǎng)絡(luò )自身的同頻干擾

同頻干擾是指兩個(gè)工作在相同頻率上的WLAN設備之間的相互干擾。WLAN工作ISM(Industry, Science and Medicine)頻段，包括2.4G和5G兩個(gè)頻段。對某些國家或地區來(lái)說(shuō)，僅有2.4G頻段可用。在2.4G頻段上，互不干擾的頻段十分有限，通常只有1、6、11信道(如圖1所示)。

因此，對一個(gè)大的WLAN網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，尤其是高密度部署的網(wǎng)絡(luò )，同一信道常常需要被不同AP使用。而這些AP之間存在著(zhù)重復區域時(shí)，就存在互相干擾問(wèn)題。圖2是一幅學(xué)生公寓的AP部署信道排列圖，由于墻壁隔離度差，不僅同一層樓的同信道AP之間可見(jiàn)，上下樓層之間的同信道AP也存在互相干擾的情況。

同頻AP之間如果可見(jiàn)，以802.11為基礎的WLAN，空口是所有設備的公共傳輸媒介，兩個(gè)AP之間將根據CSMA/CA原則，進(jìn)行互相退避，這勢必會(huì )大大降低性能，兩個(gè)AP的總性能將不會(huì )超過(guò)一個(gè)信道的性能。

如果同頻AP之間不可見(jiàn)但覆蓋區域有交集，則對處于交集區域的Client而言可能會(huì )形成隱藏節點(diǎn)或暴露節點(diǎn)問(wèn)題(如圖3所示)。

隱藏節點(diǎn)和暴露節點(diǎn)會(huì )產(chǎn)生兩個(gè)方面的問(wèn)題，其一是報文發(fā)送時(shí)需要退避或不斷重傳;其二是由于報文重傳時(shí)會(huì )降低報文發(fā)送的物理速率，導致同一AP的影響范圍擴大，也使得報文發(fā)送占用更多的空口時(shí)長(cháng)，沖突幾率加大，引起更多的重傳。

2.鄰頻干擾

根據802.11標準，RF信號發(fā)送時(shí)其頻譜寬度有一定的要求。以2.4G為例，信號的頻譜掩碼如圖4所示：

其發(fā)射頻寬為22MHz，在距離中心頻率11MHz之外時(shí)，要求衰減超過(guò)30dB。對任何WLAN發(fā)射機來(lái)說(shuō)，在發(fā)射頻寬之外，信號也不可能馬上降低為0，而是逐漸衰減。如果兩個(gè)中心頻率不同的WLAN設備之間的發(fā)射頻寬有重疊的部分，就會(huì )產(chǎn)生相互影響，形成了鄰頻干擾。即使對不重疊的相鄰信道(如2.4G的1、6 信道，11a的161、162信道)，如果兩個(gè)設備之間距離過(guò)近且發(fā)送功率比較大，也會(huì )產(chǎn)生影響。

對一個(gè)WLAN網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，鄰頻干擾包括自身的鄰頻干擾和來(lái)自鄰居網(wǎng)絡(luò )的鄰頻干擾。WLAN網(wǎng)絡(luò )應首先避免自身的鄰頻干擾，所有設備建議部署在不重疊的信道上，并且設備之間避免過(guò)近。對5G來(lái)說(shuō)，相鄰設備最好部署為不相鄰的信道，完全避免相鄰信道之間可能產(chǎn)生的干擾。

3.來(lái)自WLAN網(wǎng)絡(luò )外部的干擾

來(lái)自WLAN網(wǎng)絡(luò )外部的干擾也分為WLAN干擾和非WLAN干擾。WLAN干擾主要包括Rogue設備、鄰居WLAN網(wǎng)絡(luò )、Ad hoc網(wǎng)絡(luò )等。WLAN工作在ISM頻段，除了WLAN設備外，還有許多非WLAN設備也工作在該頻段，如微波爐、無(wú)繩電話(huà)、藍牙設備、無(wú)線(xiàn)攝像機、戶(hù)外微波鏈路、無(wú)線(xiàn)游戲控制器、Zigbee、WiMax等等。非WLAN干擾源會(huì )干擾WLAN信號，導致WLAN信號無(wú)法被正確接收。還有一些非ISM頻段上的設備會(huì )在ISM頻段上產(chǎn)生射頻信號泄露，當臨近距離很近的情況下，會(huì )對WLAN設備形成干擾。如3G基站，當和WLAN共存于一個(gè)機架，或者共用室內饋路系統時(shí)。

總的來(lái)說(shuō)，一個(gè)WLAN網(wǎng)絡(luò )，影響它的干擾源可以從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：

網(wǎng)絡(luò )自身的干擾

自身的同頻干擾

自身的鄰頻干擾

來(lái)自外部的干擾

二、無(wú)線(xiàn)干擾的檢測

大型的WLAN網(wǎng)絡(luò )一般采用瘦AP架構。對無(wú)線(xiàn)干擾的檢測和消減既可以利用提供接入服務(wù)的AP來(lái)掃描，也可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)的設備組成的網(wǎng)絡(luò )來(lái)進(jìn)行，甚至還可以配合專(zhuān)門(mén)的手持RF設備來(lái)進(jìn)行干擾定位。后兩者屬于頻譜分析的范圍。手持RF設備的定位，一般適用于小的網(wǎng)絡(luò )或小范圍的精確定位。而大的網(wǎng)絡(luò )，一般需要部署專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)絡(luò )來(lái)監控。這種專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)絡(luò )，其設備一般是處于Monitor狀態(tài)的AP，或者是專(zhuān)門(mén)的Sensor。這些設備會(huì )將從空口監控到的數據發(fā)給服務(wù)器，進(jìn)行分析、保存和處理。

專(zhuān)門(mén)的檢測網(wǎng)絡(luò )和提供接入的網(wǎng)絡(luò )之間有兩種協(xié)作方式，其一是相互獨立方式，即檢測網(wǎng)絡(luò )的設備和接入網(wǎng)絡(luò )的設備是由不同控制器管理的，二者無(wú)任何交互;另一種是集成方式，即檢測網(wǎng)絡(luò )的設備和接入網(wǎng)絡(luò )的設備是由相同的控制器管理的，檢測網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)器也能處理來(lái)自接入網(wǎng)絡(luò )的AP的監控數據。集成方式的網(wǎng)絡(luò )相比較獨立方式的網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，具有能夠統一管理、充分利用接入網(wǎng)絡(luò )的資源、檢測和定位方便等特點(diǎn)。

無(wú)線(xiàn)干擾的檢測實(shí)際就是持續地監視空口信號。當空口信號能量超過(guò)一定值后，就進(jìn)行FFT變換，并進(jìn)一步輸出給WLAN接收機和各種識別器(Classifier)，前者判斷干擾是否為WLAN信號，并進(jìn)一步分析MAC信息，后者判斷非WLAN干擾源的類(lèi)型(如圖5所示)。

三、無(wú)線(xiàn)干擾的避免和消減