[转载]无线网络优化

文地址：无线网络优化作者：H3C技术

在WLAN项目建设与运营过程中，除工程勘测、方案设计、工程实施、测试验收、业务上线之外，有些工作必须通过网络优化这一步骤完成，比如对用户业务的分析和数据侧的优化，或者对于用户的分布、业务量、使用模式发生变化时的适应调整等等。有效的网络优化不仅能够保证用户使用的效果与最终体验，还可以提高设备接入用户数量，延长设备使用寿命，从而在一定程度上保护客户的已有投资，最大可能地发挥无线网络的使用价值。

 

无线网络优化

文/宋斌

无线网络优化步骤

无线网络优化一般按照确定标准、分析问题、信号侧优化、数据侧优化、测试效果五个步骤进行。而在实际的项目中，根据具体问题的不同，相关步骤可能需要循环进行。

步骤一：确定标准。确定无线网络验收的一般标准，例如某运营商网络验收标准为主要覆盖区域信号强调不低于-70dBm，一般覆盖区域信号强调不低于-75dBm，丢包率不高于3％等；

步骤二：分析问题。分析造成现有无线网络使用问题的内在原因，如客户端无法打开Portal认证页面、或无线上网速度太慢的根本原因可能是丢包严重或数据发送速率较低；

步骤三：信号侧优化。按照无线覆盖的一般原则（如蜂窝覆盖）完成工程安装规范、设备功率、信道、覆盖方式方面的调整，以保证无线信号强度与质量的要求；

步骤四：数据侧优化。在信号侧优化的基础上，如有必要，需要深入分析用户数据类型及应用特点，并做出有针对性的参数、配置调整；

步骤五：测试效果。以一般验收标准测试优化后的网络效果，如信号强度、丢包率是否满足要求，在此基础上以最终客户应用模式的标准和实际业务模型进行测试，保证实际应用的稳定。

无线网络优化的一般方法

1.  信道设置

 

表1 802.11b/g在各国家授权使用的频段

IEEE 802.11b/g工作在2.4~2.4835GHz频段。

如表1所示，802.11协议在2.4GHz 频段定义了14 个信道，每个频道的频宽为22MHz。两个信道中心频率之间为5MHz。信道1 的中心频率为2.412GHz，信道2 的中心频率为2.417GHz，依此类推至位于2.472GHz 的信道13 。信道14 是特别针对日本所定义的，其中心频率与信道13 的中心频率相差12 MHz。

北美地区（美国和加拿大）开放1-11信道，欧洲开放1-13信道。中国与欧洲一样，开放了1-13信道。

 

图1 802.11b/g工作频段划分

802.11b/g工作频段划分如图1所示。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，则它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。

由于只有少部分国家开放了12~14信道频段，所以一般情况下，使用1、6、11三个信道进行蜂窝式覆盖（如图2所示）并遵循以下原则。

• 任意相邻区域使用无频率交叉的频道，如：1、6、11频道
• 适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰
• 蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用

 

图2 蜂窝式覆盖

在二维平面上使用1、6、11三个信道可以实现任意区域无相同信道干扰的无线部署。当某个无线设备功率过大时，会出现部分区域有同频干扰，这时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，在三维空间上，要想在实际应用场景中实现任意区域无同频干扰是比较困难的。因此在信道设置时需要考虑三维空间的信号干扰，如图3所示。

 

图3 三维空间无线部署

在1楼部署3个AP，从左到右的信道分别是1/6/11，此时在2楼部署的3个AP的信道就应该划分为11/1/6，同理3楼为6/11/1。这样就最大可能地避免了楼层间的干扰，无论是水平方向还是垂直方向都做到无线的蜂窝式覆盖。

2.  功率调整

WLAN系统使用的是CSMA/CA公平信道竞争机制，在这个机制中，STA在有数据发送时，首先监听信道，如果信道中没有其他STA在传输数据，则首先随机退避一个时间，如果在这个时间内没有其他STA抢占到信道，STA等待完后可以立即占用信道并传输数据。WLAN系统中每个信道的带宽是有限的，其有限的带宽资源会在所有共享相同信道的STA间平均分配。

为避免AP间的同频干扰，必要时应对同信道的AP功率进行适当的调整，保证客户端在一个位置可见的同信道较强信号的AP只有一个，同时要满足信号强度的要求（例如不低于-75dBm）。

3.  数据侧优化

• 开启无线用户二层隔离功能，减少非必要的广播报文对空口带宽的影响；
• 基于无线用户进行空口限速，将空口有限资源进行合理分配；
• 调整管理帧的发送间隔、取消对某些无效管理帧的回应，以减少管理报文对有效带宽的影响；
• 关闭低速率应用，在满足覆盖范围的前提下，可以关闭低速率应用以提高空口的带宽利用率；
• 将无线客户端的电源管理属性设置为最高值，以增强无线终端的工作性能，提高数据下载的效率与稳定性。

案例分析

1.  问题分析

某学院采用AC＋FIT AP方案，使用H3C WA1208E-GP、WA2220X-AGP、WA2110-AG等型号FIT AP进行无线校园网建设，主要针对其学生公寓、图书馆、教学楼、实验楼及食堂等热点区域进行覆盖。无线网络主要实现两类业务，一是校园网数据业务，另一个是外网访问业务，分别对应汇聚交换机的两个出口，如图4所示。

 

图4 某学院无线网络部署

在未进行网络优化之前发现存在以下问题：

1)       某些区域信号时有时无，无线客户端无法成功连接SSID；

2)       某些区域信号强度满足要求，但无线客户端连接后很难打开Portal认证页面，ping包丢包严重（高于5％）；

3)       当用户在线时，无线网络不稳定，网游容易断线、在线视频出现停顿。

问题1和问题2主要是由信号强度不够或信号干扰严重所造成，可根据具体情况有针对性地对无线信号质量进行优化，重新规划信道、调整功率后情况即有所好转，如图5所示。

 

图5 全网信号侧优化

其中个别区域由于覆盖方式问题而造成的信号强度不够，需要调整覆盖方式。例如，在衡量墙壁等对于AP信号的穿透损耗时，需考虑AP信号入射角度。此方案中某些区域采用了信号斜射的方式，严重影响信号覆盖的效果，如图6所示。斜射时无线信号实际穿墙厚度远远大于直射时，严重影响信号质量，应避免此类方式的覆盖。对于不方便从室外直射复盖的区域或远距离室外覆盖的区域，可改为室内覆盖方式或更改AP安装位置。

 

图6信号入射角度

问题3主要集中在学生宿舍区。对学生宿舍无线流量分析后发现：BT、网游、在线视频等为主要应用，而此类流量以小包为主，严重影响信道的使用效率。同时学生网络中存在大量非法广播报文和认证前的互访流量，如在宿舍区选择一问题点AP进行数据流量分析，此分析点使用H3C WA1208E-GP设备，所有抓包信息在上行交换机的端口进行镜像后获取，分析结果见表2：

编号	抓包时间长度（分钟）	用户数	总报文数	大于1250	大于1000小于1250	大于750小于1000	大于500小于750	大于250小于500	大于100小于250	小于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%
合计			22492	5036	1350	182	971	1374	1948	11563
				22%	6%	1%	4%	6%	9%	51%

表2 问题点AP流量分析

通过表2的实际数据可以看出，在这个校园网的实际应用中，小报文的比例很高，远远超过50%。而小报文会严重影响空口的使用效率，从而降低整个WLAN网络的性能，如表3所示。

	802.11b	802.11g	802.11a
物理层最大速率	11M	54M	54M
理论最大传输速率（1500Byte报文）	5M	22M	25M
88Byte报文传输速率	1.6M	3.2M	3.5M
512Byte报文传输速率	3.5M	14M	15M
综合实际应用速率	2.77M	9.73M	10.8M
按照80%干扰计算应用速率	2.21M	7.78M	8.64M

表3 整网综合性能

【注：“综合实际应用速率”以58％88Byte、 17％512Byte、 25％1500Byte报文进行计算。】

2.  网络优化方案

针对校园网宿舍区域的上述应用特性，进行以下方面的数据优化：

• 开启空口的无线限速功能，限制每用户最大空口带宽为500kbps；
• 限制每AP的最大用户接入数量，设置每AP的最大用户接入数量为15人；
• 开启用户隔离功能，减少广播报文和用户间流量对网络的影响，同时还可以避免一些ARP***的发生，使无线网络使用起来稳定安全；
• 关闭低速率应用，以减少低速率应用对无线空口带宽的影响。

优化后，对此校园网的应用进行效果测试，结果如下：

• ping丢包率小于3％，延时小于10ms
• 下载速率稳定在200Kb/s左右（以迅雷为例测试）
• 观看在线视频，稳定流畅 （以新浪视频为例测试）

 

无线覆盖常见场景

1.  学生宿舍

A覆盖方式

图7	AP部署在楼道位置，通过功分器将天线引入某些宿舍内，注意信道划分 适用同一楼层寝室数量较多、各寝室间墙体对信号衰减较小的情况

B覆盖方式

图8	AP部署在楼道位置，通过功分器将天线引入每个宿舍内，注意信道划分 适用同一楼层寝室数量较多、各寝室间墙体对信号衰减较大的情况

C覆盖方式

图9	AP部署在某些宿舍内，注意信道划分 适用同一楼层寝室数量较多、用户数量较多的情况

2.  室外覆盖

室外区域主要指广场、草坪、户外活动区等，此类区域用户较少，流量较小，一般只要保证信号强度和丢包率满足验收标准即可，同时实施时一定严格保证室外设备安装的规范性，以保证覆盖效果。

 

图10 室外覆盖

3.  无线高密度区域

无线高密度区域，如会议中心、学术中心等可采用双波段（802.11b/g & 802.11a）无线网络覆盖的方式。

图11 双波段部署

适用于高密度集中覆盖接入需求 降低AP发射功率，实现同频重叠最小化  采用2.4G和5G混合部署，增加用户接入能力 有效的实现用户接入的均衡分担

总结

随着无线网络业务应用的日趋丰富、覆盖范围的不断扩大，如何在复杂使用环境中提供最优的无线网络，是当前无线网络项目建议与运营的关键，专业有效的网络优化不仅可以提高WLAN设备的使用效率，提升最终用户的使用满意度，还可以减少大量的维护工作，从而最大可能地发挥无线网络的最优性能，保证客户的投资回报。

 

附录：无线网络优化的常用工具

	Network Stumbler主要用于简单地查看WLAN网络信号强度；AP使用的信道、MAC地址、SSID等信息。
	AirMagnet Laptop主要用于WLAN网络性能分析与802.11报文解析。
	Ethereal主要用于802.3报文解析和数据流量分析。
	netiq主要用于链路性能，如吞吐量、丢包率、延时等指标测试与评估。
	Agilent频谱分析仪，主要用于物理层频谱分析。