WiFi智能射頻技術(shù)全面解析

　　1、應(yīng)用背景

　　在數(shù)字通信領(lǐng)域，單位時(shí)間的有效數(shù)據(jù)傳輸率是衡量一個(gè)公司的產(chǎn)品性能的重要 指標(biāo)。在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中，2.4GHz頻段只有3個(gè)未重復(fù)的信道，而5GHz頻段擁有較多個(gè)未重復(fù)的信道。因此，在“熱點(diǎn)”區(qū)域內(nèi)，2.4GHz頻段的 信道資源會(huì)非常緊俏，當(dāng)在同一信道上的接入用戶數(shù)量過多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致無線空口競(jìng)爭(zhēng)加劇，使得網(wǎng)絡(luò)傳輸性能下降。同時(shí)，在密集部署情況下，AP間的覆蓋范圍和 信道常常產(chǎn)生重疊，由此帶來的同頻干擾也會(huì)嚴(yán)重影響無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。當(dāng)“熱點(diǎn)”區(qū)域同時(shí)位于兩個(gè)AP的覆蓋范圍內(nèi)，所有的用戶都指向連接同一個(gè)AP時(shí)，此 時(shí)，在一個(gè)AP下可能的接入用戶量已經(jīng)接近飽和，而另一個(gè)AP下可能只有少量用戶，這種不均衡的負(fù)載分布同樣會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的下降。因此在這種情況 下，SRM應(yīng)運(yùn)而生。

　　2、術(shù)語解釋

　　BandSteering：接入信道引導(dǎo)。

　　LoadBalance：負(fù)載均衡。

　　AutoChannel Power Management：自動(dòng)頻率功率管理。

　　3、應(yīng)用場(chǎng)景

　　BandSteering應(yīng)用場(chǎng)景：

　　如上圖所示，當(dāng)前AP1下的用戶，有部分用戶只支持2.4GHz，而其余用戶同時(shí)支持2.4GHz和5GHz。

　　在此場(chǎng)景下，當(dāng)沒有Band Steering功能時(shí)，由于不能引導(dǎo)用戶接入5GHz網(wǎng)絡(luò)，可能所有或大部分用戶都使用2.4GHz接入，造成2.4GHz信道繁忙，而5GHz信道空閑，如下圖：

　　開啟Band Streeing功能后，支持5GHz接入的用戶將被引導(dǎo)優(yōu)先接入5GHz，以保證只支持2.4GHz的用戶能在此時(shí)加入網(wǎng)絡(luò)，如下圖：

　　Load Balance base on User應(yīng)用場(chǎng)景：

　　如上圖所示，有部分用戶同時(shí)處在AP1和AP2的覆蓋下，這部分用戶連接到哪個(gè)AP將直接影響到AP的負(fù)載能力和用戶的接入速率。

　　在此場(chǎng)景下，當(dāng)沒有Load Balance功能時(shí)，User7到User10有可能同時(shí)接入到AP1，導(dǎo)致AP1下用戶數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于AP2，使得AP1負(fù)載過高同時(shí)降低用戶的流量，如圖：

　　在開啟Load Balance后，User7到User10將會(huì)被引導(dǎo)接入到AP2中，使得AP1和AP2的負(fù)載能均衡分布，如下圖：

　　Load Balance base on Traffic應(yīng)用場(chǎng)景：

　　除了基于用戶的負(fù)載均衡外，還有一種基于流量的負(fù)載均衡。該種情況發(fā)生在，某一個(gè)AP下的某些終端的數(shù)據(jù)流量要求很高，導(dǎo)致無法滿足其余用戶的數(shù)據(jù)流量要求。當(dāng)使用Load Balance功能后，其余用戶將接入到另一個(gè)接入點(diǎn)，以滿足這些用戶的流量要求，如圖：

　　AutoChannel and Power management的應(yīng)用場(chǎng)景：

　　如 上圖所示，2.4GHz只有3個(gè)無重復(fù)的信道，所有的AP均只能在這三個(gè)信道中選擇，而物理相鄰的AP之間的信道必須不同。5GHz信道雖然多余 2.4GHz的信道，但同樣需要妥善處理相鄰AP之間的信道和功率關(guān)系。在沒有實(shí)現(xiàn)該功能的情況下，必須由網(wǎng)絡(luò)管理員手動(dòng)對(duì)每一個(gè)AP所處的信道和功率進(jìn) 行配置，配置過程不但繁復(fù)，而且因?yàn)榭湛谛盘?hào)質(zhì)量與周圍環(huán)境息息相關(guān)，因此可能導(dǎo)致下雨天或挪動(dòng)家具后 ，已經(jīng)配置好的AP的信道和功率不再滿足使用要求。在這種情況下，為了簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理員的配置過程，一個(gè)統(tǒng)攬全局的自動(dòng)頻道及功率調(diào)整就顯得尤為重要。

　　4、實(shí)現(xiàn)方式及其特點(diǎn)

　　Band Steering的實(shí)現(xiàn)思路：帶寬均衡。帶寬均衡功能的提出是在雙頻AP的5G頻譜未被完全利用的情況下。在這種部署中，BandSteering通過以下方式，鼓勵(lì)用戶棄用擁擠的2.4GHz信道而選用5GHz信道：

　　1、強(qiáng)制5GHz（Force5GHz）

　　2、5GHz優(yōu)先（Prefer5GHz）

　　3、帶寬均衡（BalanceBands）

　　當(dāng)啟用強(qiáng)制5GHz功能后，AP將在以下情況下隱藏自己的2.4GHz頻帶（通過不回復(fù)Proberequests的方式）：

　　a.用戶已經(jīng)探測(cè)了5GHz信道，并且已知5GHz可用。

　　b.此時(shí)用戶在2.4GHz上沒有開展會(huì)話。

　　c.此時(shí)當(dāng)前信道的頻譜負(fù)載均衡可用。

　　5GHz優(yōu)先是傳統(tǒng)的帶寬引導(dǎo)功能：將可以使用5GHz的用戶引導(dǎo)使用5GHz的頻段。當(dāng)啟用5GHz優(yōu)先功能后，AP將在以下情況下隱藏自己的2.4GHz頻帶：

　　a.用戶已經(jīng)探測(cè)了5GHz信道，并且已知5GHz可用。

　　b.此時(shí)用戶在2.4GHz上沒有開展會(huì)話。

　　c.此時(shí)當(dāng)前信道的頻譜負(fù)載均衡可用。

　　d.用戶在最近10秒內(nèi)已經(jīng)發(fā)送了至少8次探測(cè)報(bào)文。

　　在 帶寬均衡模式下，AP會(huì)試著去平衡兩個(gè)Radio下的用戶。AP會(huì)一直檢測(cè)用戶在11a和11g下的會(huì)話情況。對(duì)于每一個(gè)在11g頻率上會(huì)話的用戶，AP 會(huì)考慮在11a頻率下的用戶數(shù)量的”Band_Factor”，并使用該值去運(yùn)算在2.4GHz和5GHz下，各個(gè)頻道下的用戶數(shù)量是否處于一種平衡狀 態(tài)，并根據(jù)結(jié)果去控制之后接入的用戶。

　　LoadBalance的實(shí)現(xiàn)思路：負(fù)載均衡的目的是讓用戶在AP間均勻分布，以提高每個(gè)AP下的用戶帶寬。其實(shí)現(xiàn)的思路是：

　　a.確定“RFneighborhood”，或者說一組鄰近的AP，用戶們可以再他們之間任意選擇連接。

　　b.確定在“RFneighborhood”中負(fù)載過載的AP。

　　c.轉(zhuǎn)移視圖連接到當(dāng)前負(fù)載過載的AP的用戶到鄰近的AP中。

　　計(jì)算“RF neighborhood”的方法：

　　a.AP支持掃描周圍信道信息，用于尋找鄰近AP。

　　b.找到鄰近AP后，則可以定義AP2是AP1的“RFneighborhood”，則用戶可以同時(shí)連接AP1和AP2。

　　c.AP記錄接收到的每一個(gè)用戶的探測(cè)（Probe），并使用RSSI來權(quán)衡“用戶密度”，同時(shí)，記錄接收到的鄰近AP的信息（Beacon）。

　　d.AC通過各個(gè)AP上報(bào)的Probe、Beacon以及“用戶密度”來綜合判斷是否需要引導(dǎo)用戶切換到其他AP上。

　　Auto Channel and PowerManagement的實(shí)現(xiàn)思路總體分為五個(gè)步奏：

　　a.AC向AP下發(fā)信道監(jiān)控配置參數(shù)

　　b.AP進(jìn)行信道監(jiān)控，包括對(duì)各信道（包括工作信道）的測(cè)量，收集各相鄰AP的發(fā)送功率。

　　c.AP通過RF算法，確認(rèn)是否需要信道跳轉(zhuǎn)和發(fā)射功率調(diào)整。

　　d.AP向AC上報(bào)預(yù)調(diào)整信道參數(shù)和發(fā)射功率。

　　e.AC裁決AP預(yù)調(diào)整參數(shù)是否接受，并配合AP執(zhí)行。

　　在AP進(jìn)行信道監(jiān)控的過程中，主要需要AP檢測(cè)一下參數(shù)：

　　Coverage Index： 覆蓋指數(shù)，perchannel，用于指明該信道的覆蓋情況，用于判斷該信道是否被AP（不區(qū)分?jǐn)澄遥└采w，以及覆蓋程度（輕度覆蓋／過份覆蓋）。該指標(biāo) 為AP監(jiān)聽到的工作在該信道上所有AP（可包括監(jiān)聽AP本身，如果該信道為該監(jiān)聽AP的工作信道）的SNR值總和。

　　Interference Index： 干擾指數(shù)，perchannel，用于指明該信道的同信道干擾情況。該指標(biāo)為AP監(jiān)聽到的所有AP（不包括監(jiān)聽AP本身）的SNR的總和。

　　Co-channel InterferenceIndex： 鄰頻干擾指數(shù)，perchannel，用于指明該信道的鄰頻干擾情況。該指標(biāo)為AP監(jiān)聽到的相鄰頻段的AP的SNR的總和。各AP按照起工作信道與該目標(biāo)信道的間隔x進(jìn)行加權(quán)統(tǒng)計(jì)。

　　AP將根據(jù)以下原因進(jìn)行信道變更預(yù)調(diào)：

　　a.雷達(dá)規(guī)避。

　　b.信道誤碼率高。

　　c.非法信道（不符合國(guó)家碼規(guī)則）。

　　e.非法AP檢測(cè)。

　　f.信道優(yōu)化選擇。

　　5、結(jié)論

　　通過Band Steering、Load Balance和AutoChannel and Power Management三種SRM管理功能，能有效的優(yōu)化Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)并提高用戶的使用流量。