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，用戶使用起來會感覺更自由、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,在其給用戶帶來方便的同時，也有自身的一些特殊性。比如，同信道的無線設(shè)備共享空口傳輸介質(zhì)，設(shè)備之間易互相影響。在信號部署良好，用戶較少的場所，無線用戶的體驗可能與有線用戶類似。但在用戶較多的高密場所，在使用高峰時間段，常常會出現(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。

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

• 非WLAN無線設(shè)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(shè)備，將會對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時間的與WLAN同時工作的類似設(shè)備。

• WLAN無線設(shè)備間同頻、鄰頻干擾：

由于WLAN空口采用的是CSMA/CA通訊機制，同頻設(shè)備如果可見，通訊實體間會互相退讓，因此，如果同頻設(shè)備互相之間可見性太強，會使得多個設(shè)備共享同樣的容量，整體信道容量大打折扣。鄰頻設(shè)備太近信號太強時，會導(dǎo)致整體的噪聲變高，對通訊性能也會產(chǎn)生影響。

• 用戶處的信號強度：

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

• 用戶數(shù)目：

單 用戶下，由于沒有競爭，空口可以達到最大性能。用戶數(shù)增多后，由于競爭信道的消耗增加，空口總的性能會下降。比如，有研究機構(gòu)指出，在有10個用戶存在的 情況下，每用戶帶寬實際可能只有1~2Mbps;在有20個用戶存在的情況下，每用戶帶寬實際可能只有300~500kbps。

• 用戶應(yīng)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(jié)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(jié)以下的報文，則空口性能將會降到3~4M。同樣報文大?。?500字節(jié)），如果發(fā)送速率是 1M，則空口性能將會下降到1M左右。因此，用戶應(yīng)用所導(dǎo)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(yīng)用涉及的小報文比例為40%~70%，對11g來說，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)卡所屬廠家是多種多樣的，個別質(zhì)量較差的低端網(wǎng)卡或老網(wǎng)卡，會使用戶連接狀況較差，同時影響整體的空口性能。

在實際應(yīng)用中，首先要對現(xiàn)場環(huán)境進行仔細的工勘，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AP的目標覆蓋范圍。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，需要通過調(diào)整部分參數(shù)和實施一定的控制策略，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)進行說明。

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，單純地追求信號覆蓋范圍。這對于用戶稀疏、主要目標是達到基本覆蓋要求的場景是可以的，但對于高密場 所，每個AP設(shè)備既是服務(wù)的提供者，同時也是整個射頻環(huán)境的影響者，功率過大可能導(dǎo)致對其他無線設(shè)備造成不必要的干擾。因此，需要選擇一個能平衡覆蓋范圍 和系統(tǒng)容量的最佳功率。
功率調(diào)整可以手工進行，也可以自動調(diào)整。雖然調(diào)整方式不同，但兩者的調(diào)整目標是一樣的，即通過調(diào)整功率，使得每個AP在自身的目標覆蓋內(nèi)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(nèi)仍有比較大的區(qū)域的信號較差，此時說明部署方式不是很合理，比如目標覆蓋范圍太大、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 于無線局域網(wǎng)，信道是非常稀缺的資源。對于2.4G頻段，只有３個非重疊信道（即相互之間幾乎沒有干擾的信道）。對于5.8G頻段，我國也只有5個非重疊 信道（有些國家放開了更多頻段，多達24個）。由于目前大部分設(shè)備工作在2.4G頻段，因此，每個AP的radio一般只能在三個中選擇一個。
盡管可以調(diào)整功率，但畢竟信號的衰減是個相對連續(xù)、漸進的過程，每個AP設(shè)備在目標覆蓋范圍之外還是有信號的，因此，為了提高系統(tǒng)容量，一般會選擇相鄰AP間使用不同的信道，從而達到規(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)備之間都是可見的，比如，6樓的設(shè)備的信號到達1樓時信號都仍然比較強，此時，僅僅依賴三個信道 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，改變部署方式，并根據(jù)情況進一步考慮減小功率。信道調(diào)整可以手 工進行，也可以自動進行。

負載均衡
在有些場所，存在AP之間用戶負載極不均衡的現(xiàn)象。比如，相 鄰的2個AP，1個攜帶20個用戶，另1個僅攜帶3個用戶。這種情況下，可以考慮根據(jù)用戶配置，進行AP間的負載均衡，將部分用戶合理的引導(dǎo)到負擔(dān)輕的 AP上。H3C的智能負載均衡技術(shù)，實現(xiàn)了對無線用戶的實時跟蹤，能夠動態(tài)地準確地發(fā)現(xiàn)負載均衡組，結(jié)合高負載AP自動隱藏技術(shù)，既有效了實現(xiàn)了無線用戶 的負載均衡，又保證了用戶的快速接入。
另外，除了AP間的負載均衡外，還可以進行信道、頻段之間的用戶分擔(dān)。對于用戶密度非常高的場所，建議使用雙頻AP，通過頻段分擔(dān)用戶。

過濾干擾

在高密場所，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，對于某個AP來說，仍然能看到稍遠處其他多個同頻WLAN設(shè)備的弱信號。如果不采取任何措施，眾多的弱信號也仍然會對設(shè)備通訊造成影響。
因此，在高密場所，WLAN干擾信號比較多的情況下，需要開啟設(shè)備的高密工作模式。在這種模式下，設(shè)備會主動過濾干擾信號，減少干擾信號對本設(shè)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(dāng)AP1與AP2的信道部署在非重疊的不同信道時，則同時從AP1和AP2打下行流，可以獲得約40M左 右的吞吐。當(dāng)兩個AP部署在同一個信道時，缺省情況下，獲得20M左右的吞吐，即只相當(dāng)于1個信道的容量。當(dāng)開啟設(shè)備的高密模式后，進行優(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 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，也注定了AP與station之間的速率是動態(tài)調(diào)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(nèi)仍然能正確接收。因此，WLAN設(shè)備會提供專門的速率調(diào)整算法，以根據(jù)情況，動態(tài)的調(diào)整發(fā)送速率。

在沒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。但在高密場所，WLAN自身干擾信號比較多的情況下，一般的速率調(diào)整算法適應(yīng)性會比較差，常常會使得工作速率偏低，從而 使得設(shè)備性能也整體降下來。因此，針對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)。

除使用專用的動態(tài)速率調(diào)整算法保證AP發(fā)送的數(shù)據(jù)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 無線用戶間實施二層隔離，減少空口的廣播報文發(fā)送。缺省情況下，每一個來自無線客戶端的廣播、組播報文都會向所有有用戶的AP上廣播一份，而且在空間媒質(zhì) 中發(fā)送廣播報文的時候通常會使用最低速率發(fā)送廣播報文，所以當(dāng)廣播報文比較多時候，會占用較多的空間帶寬，從而在一定程度上影響到整個大樓的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。而 用戶通過無線主要的需求是上網(wǎng)應(yīng)用，互相訪問的需求并不強烈，所以，建議無線用戶間實施二層隔離。

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

降低個別用戶影響
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下各個用戶的表現(xiàn)往往也有差異，也常常會出現(xiàn)個別用戶的速率非常低的情況。如果某AP下存在一 個高速率用戶，一個低速率用戶，則因兩個人搶到的空口機會差不多相等，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。所以，當(dāng)環(huán)境中存在低速率用戶時，需要考慮降低其對整體性能的影響。

圖3 有一個高速用戶和一個低速用戶時，空口的吞吐量效果圖

通過啟動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(jié)
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(jié)如下：
1） 降低功率：從自身做起，主動減少對他人影響；
2） 劃開信道：與鄰居之間進行信道隔離，盡量規(guī)避同頻干擾；
3） 負載均衡：鄰里互助，分擔(dān)壓力；
4） 過濾干擾：提高自身免疫力，進一步增加系統(tǒng)吞吐；
5） 速率最優(yōu)：保持自身最佳狀態(tài)；
6） 降低個別用戶影響：顧全大局；

縮略語：