WLAN射頻優(yōu)化解決方案

背景

與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相比，WLAN擺脫了線(xiàn)纜的束縛，用戶(hù)使用起來(lái)會(huì )感覺(jué)更自由、更方便。因此，隨著(zhù)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)議標準是802.11,在其給用戶(hù)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(xiàn)設備共享空口傳輸介質(zhì)，設備之間易互相影響。在信號部署良好，用戶(hù)較少的場(chǎng)所，無(wú)線(xiàn)用戶(hù)的體驗可能與有線(xiàn)用戶(hù)類(lèi)似。但在用戶(hù)較多的高密場(chǎng)所，在使用高峰時(shí)間段，常常會(huì )出現速 率慢、易掉線(xiàn)的現象。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(hù)體驗。

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

• 非WLAN無(wú)線(xiàn)設備干擾：

如果環(huán)境中存在藍牙、微波爐等同樣工作在ISM頻段的非WLAN設備，將會(huì )對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(cháng)時(shí)間的與WLAN同時(shí)工作的類(lèi)似設備。

• WLAN無(wú)線(xiàn)設備間同頻、鄰頻干擾：

由于WLAN空口采用的是CSMA/CA通訊機制，同頻設備如果可見(jiàn)，通訊實(shí)體間會(huì )互相退讓?zhuān)虼?，如果同頻設備互相之間可見(jiàn)性太強，會(huì )使得多個(gè)設備共享同樣的容量，整體信道容量大打折扣。鄰頻設備太近信號太強時(shí)，會(huì )導致整體的噪聲變高，對通訊性能也會(huì )產(chǎn)生影響。

• 用戶(hù)處的信號強度：

信號強度是保證用戶(hù)獲得良好體驗的一個(gè)基本條件。信號強度太差，會(huì )導致用戶(hù)只能使用低速率報文通訊，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。當然，信號強度只是一個(gè)基本條件，在周邊干擾比較大的情況下，既使信號強度很強，也不會(huì )獲得很高的空口性能。

• 用戶(hù)數目：

單 用戶(hù)下，由于沒(méi)有競爭，空口可以達到最大性能。用戶(hù)數增多后，由于競爭信道的消耗增加，空口總的性能會(huì )下降。比如，有研究機構指出，在有10個(gè)用戶(hù)存在的 情況下，每用戶(hù)帶寬實(shí)際可能只有1~2Mbps;在有20個(gè)用戶(hù)存在的情況下，每用戶(hù)帶寬實(shí)際可能只有300~500kbps。

• 用戶(hù)應用（影響報文大小比例等）與工作速率：

報 文大小和工作速率對空口性能影響非常大。比如，對于11g，如果發(fā)送報文都是1500字節的大包，且都用54M發(fā)送，則理想情況下，空口性能可達 29Mbps左右。同樣速率，如果發(fā)送報文都是100字節以下的報文，則空口性能將會(huì )降到3~4M。同樣報文大?。?500字節），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(hù)應用所導致的報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)應用涉及的小報文比例為40%~70%，對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(hù)終端所使用的網(wǎng)卡所屬廠(chǎng)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(hù)連接狀況較差，同時(shí)影響整體的空口性能。

在實(shí)際應用中，首先要對現場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行仔細的工勘，并參考用戶(hù)數目、用戶(hù)應用等情況，確定合適的AP與天線(xiàn)的類(lèi)型、數目和位置，明確每個(gè)AP的目標覆蓋范圍。如果根據情況天線(xiàn)需要伸入室內，可以使用H3C的室內美化天線(xiàn)。
在以上基礎上，需要通過(guò)調整部分參數和實(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。以下將對主要的優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行說(shuō)明。

功率調整
傳 統的射頻功率控制一般缺省將發(fā)射功率設置為最大值，單純地追求信號覆蓋范圍。這對于用戶(hù)稀疏、主要目標是達到基本覆蓋要求的場(chǎng)景是可以的，但對于高密場(chǎng) 所，每個(gè)AP設備既是服務(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)大可能導致對其他無(wú)線(xiàn)設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 和系統容量的最佳功率。
功率調整可以手工進(jìn)行，也可以自動(dòng)調整。雖然調整方式不同，但兩者的調整目標是一樣的，即通過(guò)調整功率，使得每個(gè)AP在自身的目標覆蓋內保證有比較強的信號，最好不弱于-75dB，但在目標覆蓋范圍之外信號很弱。
如果受環(huán)境條件限制，即使輸出功率已經(jīng)是最大值，但目標覆蓋范圍內仍有比較大的區域的信號較差，此時(shí)說(shuō)明部署方式不是很合理，比如目標覆蓋范圍太大、天線(xiàn)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 于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，信道是非常稀缺的資源。對于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）。對于5.8G頻段，我國也只有5個(gè)非重疊 信道（有些國家放開(kāi)了更多頻段，多達24個(gè)）。由于目前大部分設備工作在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)。
盡管可以調整功率，但畢竟信號的衰減是個(gè)相對連續、漸進(jìn)的過(guò)程，每個(gè)AP設備在目標覆蓋范圍之外還是有信號的，因此，為了提高系統容量，一般會(huì )選擇相鄰AP間使用不同的信道，從而達到規避干擾的目的。
當 然如果部署不合適或者功率調整不當，導致在很大的范圍內設備之間都是可見(jiàn)的，比如，6樓的設備的信號到達1樓時(shí)信號都仍然比較強，此時(shí)，僅僅依賴(lài)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，需要根據建筑特點(diǎn)，改變部署方式，并根據情況進(jìn)一步考慮減小功率。信道調整可以手 工進(jìn)行，也可以自動(dòng)進(jìn)行。

負載均衡
在有些場(chǎng)所，存在A(yíng)P之間用戶(hù)負載極不均衡的現象。比如，相 鄰的2個(gè)AP，1個(gè)攜帶20個(gè)用戶(hù)，另1個(gè)僅攜帶3個(gè)用戶(hù)。這種情況下，可以考慮根據用戶(hù)配置，進(jìn)行AP間的負載均衡，將部分用戶(hù)合理的引導到負擔輕的 AP上。H3C的智能負載均衡技術(shù)，實(shí)現了對無(wú)線(xiàn)用戶(hù)的實(shí)時(shí)跟蹤，能夠動(dòng)態(tài)地準確地發(fā)現負載均衡組，結合高負載AP自動(dòng)隱藏技術(shù)，既有效了實(shí)現了無(wú)線(xiàn)用戶(hù) 的負載均衡，又保證了用戶(hù)的快速接入。
另外，除了AP間的負載均衡外，還可以進(jìn)行信道、頻段之間的用戶(hù)分擔。對于用戶(hù)密度非常高的場(chǎng)所，建議使用雙頻AP，通過(guò)頻段分擔用戶(hù)。

過(guò)濾干擾

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

試 驗表明該項技術(shù)十分有效。如下圖所示，11g下，當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，即只相當于1個(gè)信道的容量。當開(kāi)啟設備的高密模式后，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)化前后吞吐量對比效果圖

速率保優(yōu)
無(wú) 線(xiàn)與有線(xiàn)通訊最大的區別是空口穩定性差，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)調整的。使用高速率發(fā)送報文 對環(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)送的報文對環(huán)境要求相對低些，即使存在一些干擾使得到達的信號產(chǎn)生一定變 形，在容忍度內仍然能正確接收。因此，WLAN設備會(huì )提供專(zhuān)門(mén)的速率調整算法，以根據情況，動(dòng)態(tài)的調整發(fā)送速率。

在沒(méi)有干擾和沖突的干凈環(huán)境下， 發(fā)送速率一般是穩定的，很少變化。但在高密場(chǎng)所，WLAN自身干擾信號比較多的情況下，一般的速率調整算法適應性會(huì )比較差，常常會(huì )使得工作速率偏低，從而 使得設備性能也整體降下來(lái)。因此，針對WLAN干擾較多的高密環(huán)境，專(zhuān)門(mén)提供了適應該環(huán)境的速率調整算法，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(zhuān)用的動(dòng)態(tài)速率調整算法保證AP發(fā)送的數據報文保持在最優(yōu)的水平外，還有一些其他輔助措施，比如：

l 無(wú)線(xiàn)用戶(hù)間實(shí)施二層隔離，減少空口的廣播報文發(fā)送。缺省情況下，每一個(gè)來(lái)自無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端的廣播、組播報文都會(huì )向所有有用戶(hù)的AP上廣播一份，而且在空間媒質(zhì) 中發(fā)送廣播報文的時(shí)候通常會(huì )使用最低速率發(fā)送廣播報文，所以當廣播報文比較多時(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 )應用。而 用戶(hù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)主要的需求是上網(wǎng)應用，互相訪(fǎng)問(wèn)的需求并不強烈，所以，建議無(wú)線(xiàn)用戶(hù)間實(shí)施二層隔離。

l 實(shí)施智能帶寬限速。在用戶(hù)數比較多用戶(hù)應用多樣的情況下，限制每個(gè)用戶(hù)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(hù)影響
因 用戶(hù)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(hù)的表現往往也有差異，也常常會(huì )出現個(gè)別用戶(hù)的速率非常低的情況。如果某AP下存在一 個(gè)高速率用戶(hù)，一個(gè)低速率用戶(hù)，則因兩個(gè)人搶到的空口機會(huì )差不多相等，高速率每次快速發(fā)完自己的數據后都要等待低速用戶(hù)慢騰騰的發(fā)完它的數據，所以，高速 率用戶(hù)的性能基本上與低速率用戶(hù)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，當環(huán)境中存在低速率用戶(hù)時(shí)，需要考慮降低其對整體性能的影響。

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

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

小結
在工勘仔細、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)化策略總結如下：
1） 降低功率：從自身做起，主動(dòng)減少對他人影響；
2） 劃開(kāi)信道：與鄰居之間進(jìn)行信道隔離，盡量規避同頻干擾；
3） 負載均衡：鄰里互助，分擔壓力；
4） 過(guò)濾干擾：提高自身免疫力，進(jìn)一步增加系統吞吐；
5） 速率最優(yōu)：保持自身最佳狀態(tài)；
6） 降低個(gè)別用戶(hù)影響：顧全大局；

縮略語(yǔ)：