[轉載]無線網絡優化

文地址：無線網絡優化作者：H3C技術

在WLAN項目建設與運營過程中，除工程勘測、方案設計、工程實施、測試驗收、業務上線之外，有些工作必須通過網絡優化這一步驟完成，比如對用戶業務的分析和數據側的優化，或者對於用戶的分佈、業務量、使用模式發生變化時的適應調整等等。有效的網絡優化不僅能夠保證用戶使用的效果與最終體驗，還可以提高設備接入用戶數量，延長設備使用壽命，從而在一定程度上保護客戶的已有投資，最大可能地發揮無線網絡的使用價值。

 

無線網絡優化

文/宋斌

無線網絡優化步驟

無線網絡優化一般按照確定標準、分析問題、信號側優化、數據側優化、測試效果五個步驟進行。而在實際的項目中，根據具體問題的不同，相關步驟可能需要循環進行。

步驟一：確定標準。確定無線網絡驗收的一般標準，例如某運營商網絡驗收標準爲主要覆蓋區域信號強調不低於-70dBm，一般覆蓋區域信號強調不低於-75dBm，丟包率不高於3％等；

步驟二：分析問題。分析造成現有無線網絡使用問題的內在原因，如客戶端無法打開Portal認證頁面、或無線上網速度太慢的根本原因可能是丟包嚴重或數據發送速率較低；

步驟三：信號側優化。按照無線覆蓋的一般原則（如蜂窩覆蓋）完成工程安裝規範、設備功率、信道、覆蓋方式方面的調整，以保證無線信號強度與質量的要求；

步驟四：數據側優化。在信號側優化的基礎上，如有必要，需要深入分析用戶數據類型及應用特點，並做出有針對性的參數、配置調整；

步驟五：測試效果。以一般驗收標準測試優化後的網絡效果，如信號強度、丟包率是否滿足要求，在此基礎上以最終客戶應用模式的標準和實際業務模型進行測試，保證實際應用的穩定。

無線網絡優化的一般方法

1.  信道設置

 

表1 802.11b/g在各國家授權使用的頻段

IEEE 802.11b/g工作在2.4~2.4835GHz頻段。

如表1所示，802.11協議在2.4GHz 頻段定義了14 個信道，每個頻道的頻寬爲22MHz。兩個信道中心頻率之間爲5MHz。信道1 的中心頻率爲2.412GHz，信道2 的中心頻率爲2.417GHz，依此類推至位於2.472GHz 的信道13 。信道14 是特別針對日本所定義的，其中心頻率與信道13 的中心頻率相差12 MHz。

北美地區（美國和加拿大）開放1-11信道，歐洲開放1-13信道。中國與歐洲一樣，開放了1-13信道。

 

圖1 802.11b/g工作頻段劃分

802.11b/g工作頻段劃分如圖1所示。可以看到，信道1在頻譜上和信道2、3、4、5都有交疊的地方，這就意味着：如果有兩個無線設備同時工作，且它們工作的信道分別爲1和3，則它們發送出來的信號會互相干擾。

爲了最大程度的利用頻段資源，可以使用1、6、11；2、7、12；3、8，13；4、9、14這四組互相不干擾的信道來進行無線覆蓋。

由於只有少部分國家開放了12~14信道頻段，所以一般情況下，使用1、6、11三個信道進行蜂窩式覆蓋（如圖2所示）並遵循以下原則。

• 任意相鄰區域使用無頻率交叉的頻道，如：1、6、11頻道
• 適當調整發射功率，避免跨區域同頻干擾
• 蜂窩式無線覆蓋實現無交叉頻率重複使用

 

圖2 蜂窩式覆蓋

在二維平面上使用1、6、11三個信道可以實現任意區域無相同信道干擾的無線部署。當某個無線設備功率過大時，會出現部分區域有同頻干擾，這時可以通過調整無線設備的發射功率來避免這種情況的發生。但是，在三維空間上，要想在實際應用場景中實現任意區域無同頻干擾是比較困難的。因此在信道設置時需要考慮三維空間的信號干擾，如圖3所示。

 

圖3 三維空間無線部署

在1樓部署3個AP，從左到右的信道分別是1/6/11，此時在2樓部署的3個AP的信道就應該劃分爲11/1/6，同理3樓爲6/11/1。這樣就最大可能地避免了樓層間的干擾，無論是水平方向還是垂直方向都做到無線的蜂窩式覆蓋。

2.  功率調整

WLAN系統使用的是CSMA/CA公平信道競爭機制，在這個機制中，STA在有數據發送時，首先監聽信道，如果信道中沒有其他STA在傳輸數據，則首先隨機退避一個時間，如果在這個時間內沒有其他STA搶佔到信道，STA等待完後可以立即佔用信道並傳輸數據。WLAN系統中每個信道的帶寬是有限的，其有限的帶寬資源會在所有共享相同信道的STA間平均分配。

爲避免AP間的同頻干擾，必要時應對同信道的AP功率進行適當的調整，保證客戶端在一個位置可見的同信道較強信號的AP只有一個，同時要滿足信號強度的要求（例如不低於-75dBm）。

3.  數據側優化

• 開啓無線用戶二層隔離功能，減少非必要的廣播報文對空口帶寬的影響；
• 基於無線用戶進行空口限速，將空口有限資源進行合理分配；
• 調整管理幀的發送間隔、取消對某些無效管理幀的迴應，以減少管理報文對有效帶寬的影響；
• 關閉低速率應用，在滿足覆蓋範圍的前提下，可以關閉低速率應用以提高空口的帶寬利用率；
• 將無線客戶端的電源管理屬性設置爲最高值，以增強無線終端的工作性能，提高數據下載的效率與穩定性。

案例分析

1.  問題分析

某學院採用AC＋FIT AP方案，使用H3C WA1208E-GP、WA2220X-AGP、WA2110-AG等型號FIT AP進行無線校園網建設，主要針對其學生公寓、圖書館、教學樓、實驗樓及食堂等熱點區域進行覆蓋。無線網絡主要實現兩類業務，一是校園網數據業務，另一個是外網訪問業務，分別對應匯聚交換機的兩個出口，如圖4所示。

 

圖4 某學院無線網絡部署

在未進行網絡優化之前發現存在以下問題：

1)       某些區域信號時有時無，無線客戶端無法成功連接SSID；

2)       某些區域信號強度滿足要求，但無線客戶端連接後很難打開Portal認證頁面，ping包丟包嚴重（高於5％）；

3)       當用戶在線時，無線網絡不穩定，網遊容易斷線、在線視頻出現停頓。

問題1和問題2主要是由信號強度不夠或信號干擾嚴重所造成，可根據具體情況有針對性地對無線信號質量進行優化，重新規劃信道、調整功率後情況即有所好轉，如圖5所示。

 

圖5 全網信號側優化

其中個別區域由於覆蓋方式問題而造成的信號強度不夠，需要調整覆蓋方式。例如，在衡量牆壁等對於AP信號的穿透損耗時，需考慮AP信號入射角度。此方案中某些區域採用了信號斜射的方式，嚴重影響信號覆蓋的效果，如圖6所示。斜射時無線信號實際穿牆厚度遠遠大於直射時，嚴重影響信號質量，應避免此類方式的覆蓋。對於不方便從室外直射覆蓋的區域或遠距離室外覆蓋的區域，可改爲室內覆蓋方式或更改AP安裝位置。

 

圖6信號入射角度

問題3主要集中在學生宿舍區。對學生宿舍無線流量分析後發現：BT、網遊、在線視頻等爲主要應用，而此類流量以小包爲主，嚴重影響信道的使用效率。同時學生網絡中存在大量非法廣播報文和認證前的互訪流量，如在宿舍區選擇一問題點AP進行數據流量分析，此分析點使用H3C WA1208E-GP設備，所有抓包信息在上行交換機的端口進行鏡像後獲取，分析結果見表2：

編號	抓包時間長度（分鐘）	用戶數	總報文數	大於1250	大於1000小於1250	大於750小於1000	大於500小於750	大於250小於500	大於100小於250	小於100
01	31.48	18	11711	2285	1017	68	534	375	1016	6412
				20%	9%	1%	5%	3%	9%	55%
02	21.3	7	4613	876	62	37	222	748	484	2152
				19%	1%	1%	5%	16%	10%	47%
03	21.34	7	6168	1875	271	77	215	251	448	2999
				30%	4%	1%	3%	4%	7%	49%
合計			22492	5036	1350	182	971	1374	1948	11563
				22%	6%	1%	4%	6%	9%	51%

表2 問題點AP流量分析

通過表2的實際數據可以看出，在這個校園網的實際應用中，小報文的比例很高，遠遠超過50%。而小報文會嚴重影響空口的使用效率，從而降低整個WLAN網絡的性能，如表3所示。

	802.11b	802.11g	802.11a
物理層最大速率	11M	54M	54M
理論最大傳輸速率（1500Byte報文）	5M	22M	25M
88Byte報文傳輸速率	1.6M	3.2M	3.5M
512Byte報文傳輸速率	3.5M	14M	15M
綜合實際應用速率	2.77M	9.73M	10.8M
按照80%干擾計算應用速率	2.21M	7.78M	8.64M

表3 整網綜合性能

【注：“綜合實際應用速率”以58％88Byte、 17％512Byte、 25％1500Byte報文進行計算。】

2.  網絡優化方案

針對校園網宿舍區域的上述應用特性，進行以下方面的數據優化：

• 開啓空口的無線限速功能，限制每用戶最大空口帶寬爲500kbps；
• 限制每AP的最大用戶接入數量，設置每AP的最大用戶接入數量爲15人；
• 開啓用戶隔離功能，減少廣播報文和用戶間流量對網絡的影響，同時還可以避免一些ARP***的發生，使無線網絡使用起來穩定安全；
• 關閉低速率應用，以減少低速率應用對無線空口帶寬的影響。

優化後，對此校園網的應用進行效果測試，結果如下：

• ping丟包率小於3％，延時小於10ms
• 下載速率穩定在200Kb/s左右（以迅雷爲例測試）
• 觀看在線視頻，穩定流暢 （以新浪視頻爲例測試）

 

無線覆蓋常見場景

1.  學生宿舍

A覆蓋方式

圖7	AP部署在樓道位置，通過功分器將天線引入某些宿舍內，注意信道劃分 適用同一樓層寢室數量較多、各寢室間牆體對信號衰減較小的情況

B覆蓋方式

圖8	AP部署在樓道位置，通過功分器將天線引入每個宿舍內，注意信道劃分 適用同一樓層寢室數量較多、各寢室間牆體對信號衰減較大的情況

C覆蓋方式

圖9	AP部署在某些宿舍內，注意信道劃分 適用同一樓層寢室數量較多、用戶數量較多的情況

2.  室外覆蓋

室外區域主要指廣場、草坪、戶外活動區等，此類區域用戶較少，流量較小，一般只要保證信號強度和丟包率滿足驗收標準即可，同時實施時一定嚴格保證室外設備安裝的規範性，以保證覆蓋效果。

 

圖10 室外覆蓋

3.  無線高密度區域

無線高密度區域，如會議中心、學術中心等可採用雙波段（802.11b/g & 802.11a）無線網絡覆蓋的方式。

圖11 雙波段部署

適用於高密度集中覆蓋接入需求 降低AP發射功率，實現同頻重疊最小化  採用2.4G和5G混合部署，增加用戶接入能力 有效的實現用戶接入的均衡分擔

總結

隨着無線網絡業務應用的日趨豐富、覆蓋範圍的不斷擴大，如何在複雜使用環境中提供最優的無線網絡，是當前無線網絡項目建議與運營的關鍵，專業有效的網絡優化不僅可以提高WLAN設備的使用效率，提升最終用戶的使用滿意度，還可以減少大量的維護工作，從而最大可能地發揮無線網絡的最優性能，保證客戶的投資回報。

 

附錄：無線網絡優化的常用工具

	Network Stumbler主要用於簡單地查看WLAN網絡信號強度；AP使用的信道、MAC地址、SSID等信息。
	AirMagnet Laptop主要用於WLAN網絡性能分析與802.11報文解析。
	Ethereal主要用於802.3報文解析和數據流量分析。
	netiq主要用於鏈路性能，如吞吐量、丟包率、延時等指標測試與評估。
	Agilent頻譜分析儀，主要用於物理層頻譜分析。