WLAN网络质量提升_麦正伟

WLAN 网络质量提升技术交流 华星创业 WLANWLAN 网络质量提升技术交流网络质量提升技术交流 杭州华星创业通信技术股份有限公司杭州华星创业通信技术股份有限公司 长春办事处长春办事处 WLAN 网络质量提升技术交流 华星创业 目录目录 一 一 影响影响 WLANWLAN 网络质量因素 网络质量因素 3 1 1 干扰 干扰 3 1 11 1WLANWLAN 干扰描述 干扰描述 3 1 21 2WLANWLAN 干扰 干扰 3 1 31 3非非 WLANWLAN 干扰 干扰 4 2 2 覆盖 覆盖 4 2 12 1影响影响 APAP 覆盖效果的因素 覆盖效果的因素 4 2 22 2覆盖控制的必要性 覆盖控制的必要性 5 3 3 用户 用户 5 3 13 1用户数量 用户数量 5 3 23 2用户行为及应用习惯 用户行为及应用习惯 5 3 33 3终端硬件各异 终端硬件各异 5 二 二 提升提升 WLANWLAN 网络质量方法 网络质量方法 6 1 1 信道规划 信道规划 6 2 2 覆盖调整 覆盖调整 7 3 3 网络侧优化 网络侧优化 8 3 13 1性能负载均衡 性能负载均衡 8 3 23 2细化用户业务细化用户业务 VLANVLAN 8 3 33 3单用户速度控制 单用户速度控制 9 3 43 4端口隔离 端口隔离 9 3 53 5其他 其他 9 WLAN 网络质量提升技术交流 华星创业 一 一 影响影响 WLANWLAN 网络质量因素 网络质量因素 1 1 干扰 干扰 1 11 1WLANWLAN 干扰描述 干扰描述 WLAN 无线干扰按照类型可划分为 WLAN 干扰和非 WLAN 干扰 WLAN 干扰是指干扰源发送的信号也符合 802 11 标准 除此之外都是非 WLAN 干扰 对 WLAN 干扰 可进一步按照频率范围分为同频干扰和邻频干 扰 WLAN 无线频段干扰究竟会对网络造成什么影响呢 WLAN 是基于 CSMA CA 即载波监听多路访问 冲突 避免 方式为终端服务 也就是说 一个终端需要使用 WLAN 进行通信时 就一直监听下去直到信道空闲 二是如果行到空闲 就使用这个信道 此时信道是被占用的 820 11b 和 802 11g 协议的理论最大速率虽 然能够达到 11Mbit s 和 54Mbit s 但是如果此时 AP1 和 AP2 都使用 6 信道 那么无论终端是接入到 AP1 还是 AP2 只要有一个终端在进行通信 那么这个 6 信道就是被占用的 其他终端不能使用 这就是干扰 因为 WLAN 网络是采用竞争的 终端竞争到就完全使用这 22MHz 的信道 使用完后终端继续竞争 此时如 果 AP 使用相同信道的话 竞争会使性能退化 单个 AP 的吞吐性能下降 而同时 同邻频干扰产生波形 的叠加或者衰落 导致接收端无法准确识别 还原信号 大量数据重传更增加了宽带开销 使无线网络 的传送性能更佳恶化 AP 与非 WLAN 设备进行同频干扰 会导致 AP 丢包重传 因为其他设备不遵守冲突检测退避机制 因 此 如何减少 WLAN 无线网干扰影响非常有必要 1 21 2WLANWLAN 干扰 干扰 WLAN 使用的是 IEEE 802 11b g 2 4GHz 频段 共定义了 13 个信道 每个频道的频宽为 22MHz 两个 信道中心频率之间为 5MHz 频点划分 WLAN 网络质量提升技术交流 华星创业 信道 频段划分 从上图可以看到 信道 1 在频谱上和信道 2 3 4 5 都有交叠的地方 这就意味着 如果有两个无 线设备同时工作 且它们工作的信道分别为 1 和 3 则他们发送出来的信号会互相干扰 为了最大程度的 利用频段资源 可以使用 1 6 11 2 7 12 3 8 13 4 9 14 这四组互相不干扰的信道来进行无 线覆盖 一般情况下 使用 1 6 11 三个信道 同频干扰是指两个工作在相同频率上的 WLAN 设备之间的相互干扰 在 2 4G 频段上 互不干扰的频 段十分有限 通常只有 1 6 11 信道 同频信号干扰严重 对于类似高校 WLAN 用户密集型的网络来说 同一信道常常需要被不同 AP 使用 而不同 AP 覆盖范围存在重复区域时 就存在互相干扰问题 如果两个中心频率不同的 WLAN 设备之间的发射频宽有重叠的部分 就会产生相互影响 形成了邻频 干扰 根据 WLAN 信道划分可知 要避免邻频干扰 需要信道之间至少保留 25MHz 的安全空间要求 WLAN 的频率干扰严重 同一楼层存在二维平面上的干扰 甚至在不同楼层由于信号的空间传播 泄 露 也存在着三维立体上的空间干扰 1 31 3非非 WLANWLAN 干扰 干扰 在自由空间环境中如果存在诸如蓝牙 微波炉 无线鼠标 无线耳机 2 4G 无绳电话等同样工作在 ISM 频段的非 WLAN 设备 将会对 WLAN 信号造成具大的干扰 WLAN 性能也将急剧降低 干扰强度直接取 决于干扰源之间的距离 因此 在 WLAN 环境中保证周边不存在长时间的与 WLAN 同时工作的类似设备 2 2 覆盖 覆盖 2 12 1影响影响 APAP 覆盖效果的因素 覆盖效果的因素 WLAN 网络质量提升技术交流 华星创业 建筑结构 各种结构对 AP 造成的信号衰减高低不一 AP 附近的各种电磁设备 如发电机 微波炉等 接入终端的接受和发射功率 AP 元器件硬件故障 覆盖方式的多样化 2 22 2覆盖控制的必要性 覆盖控制的必要性 从指标方面体现覆盖情况的衡量标准是信号强度 信号强度是保证用户获得良好体验的一个基本 条件 信号强度太差 会导致用户只能使用低速率通讯 同时丢包 重传也会增加 网络的整体性能 会被大大拉低 当然 信号强度只是一个基本条件 在周边干扰比较大的情况下 既使信号强度很强 也不会获得很高的空口性能 WLAN 网络信号因选用 2 4GHz 频段 频率高存在信号穿透能力差 衰减大的特点 在 WLAN 网络覆盖 的过程中 受到建筑结构 建筑材料的不同 会产生不同的信号损耗 直接影响用户侧的信号质量 3 3 用户 用户 3 13 1用户数量 用户数量 单用户下 由于没有竞争 空口可以达到最大性能 用户数增多后 由于竞争信道的消耗增加 空口总的性能会下降 而一个 AP 的上下行总带宽为 54M 所以 AP 的单行带宽只有 27M 在很理想的情 况下 如果每用户为 2M 带宽 一个 AP 接入 15 个用户同时并发的话 则单行带宽就会达到 30M 大 于 AP 的单行带宽 27M 上网高峰期这种情况下必定会耗尽 AP 的带宽资源 造成用户上网速度很慢 用户掉线等问题出现 3 23 2用户行为及应用习惯 用户行为及应用习惯 报文大小和工作速率对空口性能影响非常大 用户应用所导致的报文大小布比例不同 在具体环 境下所使用的工作速率不同 空口的性能差异很大 如在同一 AP 覆盖下的用户如果存在下载 在线视频等大流量数据业务使用的用户行为时 将耗尽大 部分带宽 直接影响其他用户的使用 影响用户使用感知 3 33 3终端硬件各异 终端硬件各异 用户终端所使用的网卡所属厂家是多种多样的 个别质量较差的低端网卡或老网卡 会使用户连接 状况较差 同时影响整体的空口性能 另外无线网卡的的驱动程序是否安装正确 驱动版本是否正确也 WLAN 网络质量提升技术交流 华星创业 直接响无线网卡是否正常工作 二 二 提升提升 WLANWLAN 网络质量方法 网络质量方法 1 1 信道规划 信道规划 根据 WLAN 协议规范 IEEE 802 11b g 2 4GHz 频段共定义了 13 个信道 其中仅有 1 6 11 2 7 12 3 8 13 4 9 14 这四组互相不干扰的信道 其中主要应用 1 6 11 这组信道 频率资源的紧缺导致信道规划工作显得尤为重要 蜂窝式覆盖原则 我们可以在二维平面上使用 1 6 11 三个信道实现任意区域无相同信道干扰的无线部署 但某个无 线设备功率过大时 会出现部分区域有同频干扰 这是可以通过调整无线设备的发射功率来避免这种情 况的发生 但是 在三位平面上 要想在实际场景中实现任意区域无同频干扰是比较困难的 但在信道 设置是要考虑三位空间的信号干扰 此外 由于 WLAN 网络在室内应用非常多 如办公楼 教室 宾馆等 在这些区域中 AP 摆放位置将 影响到覆盖及信道的规划 而这些区域大多数空间结构为紧密房间相邻 我们可以根据蜂窝式覆盖原则 衍生出另外一种信道规划方式 单层单单层单APAP模型模型单层单层3AP3AP模型模型 1F 2F 3F 4F 5F 1 6 11 1 6 1F 2F 3F 4F 5F 1 11 6 1 11 6 1 11 6 1 11 6 1 11 6 单层双单层双APAP 1F 2F 3F 4F 5F 1 11 6 1 11 6 1 6 1 11 螺旋型信道分布 WLAN 网络质量提升技术交流 华星创业 2 2 覆盖调整 覆盖调整 在我们目前经常碰到的 WLAN 优化项目中 多数网络采用瘦 AP POE 交换机 光缆的组网方式来进行覆 盖 而 WLAN 网络又有多样的覆盖方式 开阔区域小功率开阔区域小功率 APAP 覆盖 覆盖 在用户密集 覆盖环境开阔 覆盖环境范围小的场景 可以采用 100mW 发 射功率 AP 直放方式进行 WLAN 覆盖 用以满足小范围大容量的 WLAN 网络需求 大功率大功率 APAP 合路覆盖 合路覆盖 覆盖环境有物理阻隔 且覆盖环境较大的场景 建议采用 AP 合路的方式进行 全面覆盖 采用 500mW 发射功率 AP 通过合路方式 进行室内覆盖 多种天线结合方式覆盖 多种天线结合方式覆盖 针对用户需求 如办公室纵深较大 可以使用定向天线替换全向天线的覆 盖方式 增加深度覆盖效果 定向天线在穿越两堵砖墙后的场强较全向天线提高 7dBm 左右 在单边的 楼宇可以采用定向吸顶天线进行覆盖 以减少楼层间的干扰 增加多个增加多个 APAP 覆盖 覆盖 因 WLAN 信号在馈线中损耗远大于 GSM 在方案设计时往往对现场环境估计不足 天线口功率小于设计方案 导致现场覆盖能力不足 为解决该问题 可以在支路中适当增加 AP 或调整 AP 安装位置 通过减少 WLAN 信号在馈线中的路径来提升天线出口功率 增强覆盖效果 以校园优化场景为例 对于高校宿舍的特殊的网络环境 由于房间内存在洗手间 走廊处的全向吸 顶天线无法覆盖 由于洗手间对信号衰减较大 用户使用空间中信号强度覆盖不足 建议增加天线覆盖 每宿舍一副或每两个宿舍一副天线覆盖 定向天线覆盖具有方向性 利用定向天线的水平角控制覆盖范 围 有效的降低干扰 定向天线增益高 穿透能力较强 也可改善终端上行功率不足的问题 可以使用 定向板状天线替换全向天线的覆盖方式 增加深度覆盖效果 天线主瓣方向朝宿舍门上方透气玻璃窗方 向进行覆盖 全向天线覆盖范围 定向天线覆盖范围 在吉林省吉林市东北电力大学宿舍楼 WLAN 网络优化工作中我们遇到了这样的问题 WLAN 网络质量提升技术交流 华星创业 楼层两侧寝室内信号强度较弱 无法满足正常覆盖 从图中可以很直观的看出 由于该楼层由两厂家 AP 覆盖 在信道规划工作完成后 楼层两侧的寝室 内仍然无法收到良好的 WLAN 网络信号 用户感知度较差 对该宿舍楼 AP 分布结构重新调整后 如下图 所示 楼层两侧寝室覆盖可以满足正常用户需求 3 3 网络侧优化 网络侧优化 3 13 1性能负载均衡 性能负载均衡 在 WLAN 网络中 由于其分布式系统的特点 会出现一些 AP 分配的业务量很大 即系统满载或超载 的情况 而另外一些 AP 的业务量却很少 即空载或轻载的状态 负载均衡的主要作用是在不改变现有网 络拓扑结构的情况下 将大量的数据分担到多个 AP 设备上分布进行处理 减小用户等待响应的时间 提 高系统吞吐量 加强系统处理数据的能力 平衡各 AP 之间的负载差异 例如在某中型会议室内 用户需求为最多 30 名公司员工同时点播多媒体材料 一个 AP 不能满足需 求 在会议室中布置 2 个 AP 由于用户需求是动态变化的 AP 的实际负载可能会增加或减少 出现一个 AP 下关联 15 个用户而另外一个 AP 关联 5 个用户 此时其中一个 AP 负荷较大 开启负载均衡后 当新用 户接入时会自动接入到另一 AP 均衡系统负担 提高在线用户带宽 除了 AP 间的负载均衡 同时进行信 道 频段之间的用户分担 3 23 2细化用户业务细化用户业务 VLANVLAN 通常情况下 高校和办公楼区域 AP 较多 如果将一个校园划分成一个用户业务 VLAN 高峰大量用户 上网时 出现大量广播报文 广播报文泛滥 必然影响传输速率 因此 可将用户业务 VLAN 划分的更细 一点来隔离广播报文 有效减少广播占用资源过多的情况 在 WLAN 网络中 每一个 VLAN 由一个 VLAN ID 来标示 因此 以什么作为 VLAN ID 的依据 决定了 CLAN 在哪个层次划分 WLAN 中的 VLAN 划分有几种情况 WLAN 网络质量提升技术交流 华星创业 以 MAC 层依据作为 VLAN ID 即以 AP 为单位进行 VLAN 的划分 动态 VLAN 划分方式 动态划分方式并不由 AP 来决定 VLAN ID 而是由其它更高级的设备来决定 一种方法是由 RADIUS 服 务器来划分 当一个用户与 AP 关联时 AP 中的 RADIUS 客户端与 RADIUS 服务器进行通信 从而得到该用 户所属的 VLAN ID RADIUS 决定用户服务器所属 VLAN 的依据可以是用户名 IP 地址等 因此具有很大的 灵活性 当用户的位置发生改变后 它所属的 VLAN 仍然不变 采用动态 VLAN 方式后 同一个 AP 的同一个 SSID 中的两个用户可能属于不同的 VLAN 而连接到