高密度WLAN部署技术探秘(1)

高密度WLAN部署技术探秘(1)

当前移动互联迅猛发展，统计显示，目前平均每人有至少有2-3个无线终端被同时使用(以笔记本、PAD、手机、智能穿戴设备为主)。用户享受着移动支付、移动社交、移动营销带来的便利，厂商则需要满足无线信号随时、随地的获得。这其中涉及到一个难题：如何解决在高人口密度下的WLAN覆盖?

一、认识高密覆盖

现实的高密场景的终端使用密度之大远远超出正常的想象。它既非几个人在一间会议室里开会，也不是一些人在咖啡厅中，看视频、刷微博、聊微信。我们所谓的高密覆盖场景通常是指类似下图的应用场景。

等候大厅类的高密场景特点是：部署难度大、空间大，用户流动性大，信道质量差，业务类型复杂。

相比而言，大型会议类的高密应用部署灵活、相对封闭，用户相对稳定;信道质量良好，可协调，业务类型可控。根据部署实践来看，目前针对大型会议类的WLAN高密覆盖场景已有相对成熟可靠的方案，例如互联网安全大会的规模是3000多人，许多大会人数规模都在千人以上，现场接入都获得了良好的无线体验。

高密场景的部署难度大主要与两大因素有关，第一个是802.11的协议本身存在缺陷，第二个是无线的频谱资源匮乏原因。具体说明如下：

●载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)

IEEE 802.11标准使用一种名为载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)的方法来避免冲突。

为实现冲突避免，要求所有工作站在传输每帧前进行侦听，当工作站有帧需要发送时，面临的将是下列情况之一：

○没有其他设备在传输数据，工作站可立刻传输其帧，接收工作站必须发送一个确认帧，确认原始帧已在没有发生冲突的情况下到达。

○另一台设备正在传输，工作站必须等待，等到当前帧传输完毕后，它再等待一段随机时间，然后传输自己的帧。

也就是说，每个AP在同一时刻只能与一个终端进行通信。当终端数量较多的时候需要部署大规模的AP来承载业务流量。在未来802.11ac协议中，这一缺陷会得到改善，单AP在同一时刻最多可跟4个终端同时通信，大大提高了通信效率。在一定程度上会对高密覆盖难度有所缓解。

●同频干扰

大规模部署AP最大困难是如何做好频率规划和功率控制。我们根据最大用户数量接入的需求和网络业务的最低带宽要求，在有限的空间里部署足够数量的AP。但问题的核心在于如何解决同频干扰。

02.11 b/g/n工作在2.4GHz频段。2.4GHz频段范围是2.4GHz-2.483GHz，按照我国规定的频点规划，只有1,6,11三个不互相干扰的信道，每个信道带宽20MHz。所以在过去的2.4GHz频段WLAN覆盖方案中，使用3台以内AP进行覆盖可以完全避免干扰的产生。当AP数大于3时，必然会存在频率相互干扰的问题，用户数量越多，需要的AP数也越多，同频干扰更加严重，造成整个网络无线资源枯竭。

二、解决高密覆盖的关键技术

高密度覆盖解决方案不是一两项技术能够解决的，而是需要融合数十种无线接入优化技术形成。其中也涉及到厂商自己根据实践进行的创新技术，比如逐包功率控制技术，是由H3C研发并申请了国家专利。下文具体分析高密覆盖的关键主流技术。

●大容量AP

通常厂家公布的AP所带的最大终端数是根据MAC地址表项所写的参数而来。并没有考虑在实际使用中用户的流量大小，按照每用户4Mbps的流量来测试，很多厂家单AP的最大用户数最大只能到30个用户(H3C的AP在经过严格的实验室模拟测试后，每台AP在高密部署的最大可支持100个用户同时在线)。

●智能多振子天线系统和选择算法

阵列天线由多个天线形成阵列，在工作时，通过不同天线的组合工作，形成不同的天线波瓣，实现多种方向、角度、增益都不相同的"虚拟天线"，以适应不同工作环境、不同用户的位置以及避免不必要的干扰。自适应阵列天线在工作时通过对工作环境的判断以及用户位置的感知，经过内部芯片处理，能够迅速计算出最佳的天线组合方式，达到想覆盖哪里，就覆盖哪里的目的。无线接入设备可通过不同天线的组合，形成最多4096种不同的波瓣模式，可以轻松的适应各种室内环境，增加覆盖范围，达到稳定网络质量之目的。

●信道重用技术

如前文所述，在高密环境下部署WLAN网络应该尽量降低AP间的可见度。在该问题的解决上，可以通过AP的信道重用技术，通过对AP的射频参数进行调整，可以过滤掉邻近的同频弱信号的干扰，减少冲突域和提高吞吐量。

●空口报文抑制

影响覆盖的最大因素还是空口利用率。如果在没有部署前空口利用率就已经达到60%或以上，那么WLAN 覆盖就几乎没有效果了。空口利用率除用户使用的比率以外，主要来自以下几个方面：

●其他Wi-Fi信号占用，如个人自建的Wi-Fi热点;

●非Wi-Fi信号或者由于噪声增高导致空口不可用部分，如蓝牙、微波炉;

●关联和非关联用户数据无关报文对空口的占用。

根据实践经验总结，其他Wi-Fi信号通常都要占用15%左右，非Wi-Fi信号对信道要占用12%左右。前两点是我们自身设备无法调节、改变的，因此需要对第三点做了非常精细的优化。空口报文抑制功能，可对空口中存在的数据帧、管理帧和控制帧进行独立管理。