當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)迅猛發(fā)展，統(tǒng)計(jì)顯示，目前平均每人有至少有2-3個(gè)無(wú)線終端被同時(shí)使用(以筆記本、PAD、手機(jī)、智能穿戴設(shè)備為主)。用戶(hù)享受著移動(dòng)支付、移動(dòng)社交、移動(dòng)營(yíng)銷(xiāo)帶來(lái)的便利，廠商則需要滿(mǎn)足無(wú)線信號(hào)隨時(shí)、隨地的獲得。這其中涉及到一個(gè)難題：如何解決在高人口密度下的WLAN覆蓋?

一、認(rèn)識(shí)高密覆蓋

現(xiàn)實(shí)的高密場(chǎng)景的終端使用密度之大遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常的想象。它既非幾個(gè)人在一間會(huì)議室里開(kāi)會(huì)，也不是一些人在咖啡廳中，看視頻、刷微博、聊微信。我們所謂的高密覆蓋場(chǎng)景通常是指類(lèi)似下圖的應(yīng)用場(chǎng)景。

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等候大廳類(lèi)的高密場(chǎng)景特點(diǎn)是：部署難度大、空間大，用戶(hù)流動(dòng)性大，信道質(zhì)量差，業(yè)務(wù)類(lèi)型復(fù)雜。

相比而言，大型會(huì)議類(lèi)的高密應(yīng)用部署靈活、相對(duì)封閉，用戶(hù)相對(duì)穩(wěn)定;信道質(zhì)量良好，可協(xié)調(diào)，業(yè)務(wù)類(lèi)型可控。根據(jù)部署實(shí)踐來(lái)看，目前針對(duì)大型會(huì)議類(lèi)的WLAN高密覆蓋場(chǎng)景已有相對(duì)成熟可靠的方案，例如互聯(lián)網(wǎng)安全大會(huì)的規(guī)模是3000多人，許多大會(huì)人數(shù)規(guī)模都在千人以上，現(xiàn)場(chǎng)接入都獲得了良好的無(wú)線體驗(yàn)。

高密場(chǎng)景的部署難度大主要與兩大因素有關(guān)，***個(gè)是802.11的協(xié)議本身存在缺陷，第二個(gè)是無(wú)線的頻譜資源匱乏原因。具體說(shuō)明如下：

●載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突避免(CSMA/CA)

IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)使用一種名為載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突避免(CSMA/CA)的方法來(lái)避免沖突。

為實(shí)現(xiàn)沖突避免，要求所有工作站在傳輸每幀前進(jìn)行偵聽(tīng)，當(dāng)工作站有幀需要發(fā)送時(shí)，面臨的將是下列情況之一：

○沒(méi)有其他設(shè)備在傳輸數(shù)據(jù)，工作站可立刻傳輸其幀，接收工作站必須發(fā)送一個(gè)確認(rèn)幀，確認(rèn)原始幀已在沒(méi)有發(fā)生沖突的情況下到達(dá)。

○另一臺(tái)設(shè)備正在傳輸，工作站必須等待，等到當(dāng)前幀傳輸完畢后，它再等待一段隨機(jī)時(shí)間，然后傳輸自己的幀。

也就是說(shuō)，每個(gè)AP在同一時(shí)刻只能與一個(gè)終端進(jìn)行通信。當(dāng)終端數(shù)量較多的時(shí)候需要部署大規(guī)模的AP來(lái)承載業(yè)務(wù)流量。在未來(lái)802.11ac協(xié)議中，這一缺陷會(huì)得到改善，單AP在同一時(shí)刻最多可跟4個(gè)終端同時(shí)通信，大大提高了通信效率。在一定程度上會(huì)對(duì)高密覆蓋難度有所緩解。

●同頻干擾

大規(guī)模部署AP***困難是如何做好頻率規(guī)劃和功率控制。我們根據(jù)***用戶(hù)數(shù)量接入的需求和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的***帶寬要求，在有限的空間里部署足夠數(shù)量的AP。但問(wèn)題的核心在于如何解決同頻干擾。

02.11 b/g/n工作在2.4GHz頻段。2.4GHz頻段范圍是2.4GHz-2.483GHz，按照我國(guó)規(guī)定的頻點(diǎn)規(guī)劃，只有1,6,11三個(gè)不互相干擾的信道，每個(gè)信道帶寬20MHz。所以在過(guò)去的2.4GHz頻段WLAN覆蓋方案中，使用3臺(tái)以?xún)?nèi)AP進(jìn)行覆蓋可以完全避免干擾的產(chǎn)生。當(dāng)AP數(shù)大于3時(shí)，必然會(huì)存在頻率相互干擾的問(wèn)題，用戶(hù)數(shù)量越多，需要的AP數(shù)也越多，同頻干擾更加嚴(yán)重，造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源枯竭。

二、解決高密覆蓋的關(guān)鍵技術(shù)

高密度覆蓋解決方案不是一兩項(xiàng)技術(shù)能夠解決的，而是需要融合數(shù)十種無(wú)線接入優(yōu)化技術(shù)形成。其中也涉及到廠商自己根據(jù)實(shí)踐進(jìn)行的創(chuàng)新技術(shù)，比如逐包功率控制技術(shù)，是由H3C研發(fā)并申請(qǐng)了國(guó)家專(zhuān)利。下文具體分析高密覆蓋的關(guān)鍵主流技術(shù)。

●大容量AP

通常廠家公布的AP所帶的***終端數(shù)是根據(jù)MAC地址表項(xiàng)所寫(xiě)的參數(shù)而來(lái)。并沒(méi)有考慮在實(shí)際使用中用戶(hù)的流量大小，按照每用戶(hù)4Mbps的流量來(lái)測(cè)試，很多廠家單AP的***用戶(hù)數(shù)***只能到30個(gè)用戶(hù)(H3C的AP在經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試后，每臺(tái)AP在高密部署的***可支持100個(gè)用戶(hù)同時(shí)在線)。

●智能多振子天線系統(tǒng)和選擇算法

陣列天線由多個(gè)天線形成陣列，在工作時(shí)，通過(guò)不同天線的組合工作，形成不同的天線波瓣，實(shí)現(xiàn)多種方向、角度、增益都不相同的"虛擬天線"，以適應(yīng)不同工作環(huán)境、不同用戶(hù)的位置以及避免不必要的干擾。自適應(yīng)陣列天線在工作時(shí)通過(guò)對(duì)工作環(huán)境的判斷以及用戶(hù)位置的感知，經(jīng)過(guò)內(nèi)部芯片處理，能夠迅速計(jì)算出***的天線組合方式，達(dá)到想覆蓋哪里，就覆蓋哪里的目的。無(wú)線接入設(shè)備可通過(guò)不同天線的組合，形成最多4096種不同的波瓣模式，可以輕松的適應(yīng)各種室內(nèi)環(huán)境，增加覆蓋范圍，達(dá)到穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量之目的。

●信道重用技術(shù)

如前文所述，在高密環(huán)境下部署WLAN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該盡量降低AP間的可見(jiàn)度。在該問(wèn)題的解決上，可以通過(guò)AP的信道重用技術(shù)，通過(guò)對(duì)AP的射頻參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可以過(guò)濾掉鄰近的同頻弱信號(hào)的干擾，減少?zèng)_突域和提高吞吐量。

●空口報(bào)文抑制

影響覆蓋的***因素還是空口利用率。如果在沒(méi)有部署前空口利用率就已經(jīng)達(dá)到60%或以上，那么WLAN 覆蓋就幾乎沒(méi)有效果了。空口利用率除用戶(hù)使用的比率以外，主要來(lái)自以下幾個(gè)方面：

●其他Wi-Fi信號(hào)占用，如個(gè)人自建的Wi-Fi熱點(diǎn);

●非Wi-Fi信號(hào)或者由于噪聲增高導(dǎo)致空口不可用部分，如藍(lán)牙、微波爐;

●關(guān)聯(lián)和非關(guān)聯(lián)用戶(hù)數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)報(bào)文對(duì)空口的占用。

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，其他Wi-Fi信號(hào)通常都要占用15%左右，非Wi-Fi信號(hào)對(duì)信道要占用12%左右。前兩點(diǎn)是我們自身設(shè)備無(wú)法調(diào)節(jié)、改變的，因此需要對(duì)第三點(diǎn)做了非常精細(xì)的優(yōu)化。空口報(bào)文抑制功能，可對(duì)空口中存在的數(shù)據(jù)幀、管理幀和控制幀進(jìn)行獨(dú)立管理。#p#

用戶(hù)數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)報(bào)文對(duì)空口的占用不要超過(guò)33%。即使有剩余的40%可供AP 使用，考慮到同信道干擾和數(shù)據(jù)重傳對(duì)空口利用率的損耗，估計(jì)也只有15%到20%可用而已了，所以其他部分對(duì)信道利用率占用越低，AP 間同信道干擾越小，可供用戶(hù)同時(shí)上網(wǎng)的帶寬才能越高。

我們來(lái)看一個(gè)例子。假設(shè)一個(gè)終端STA，每30s會(huì)掃描一次，一個(gè)AP會(huì)收到3個(gè)probe報(bào)文。假設(shè)一個(gè)AP帶60個(gè)用戶(hù)。

那么，每30s中一個(gè)AP的覆蓋范圍內(nèi)會(huì)有：

60*3+60*3*3(probe response，假設(shè)需要重傳2次)=720個(gè)probe報(bào)文，

每秒就是24個(gè)probe報(bào)文，

再加上鄰近所帶終端對(duì)自身的影響，則為24*5=120個(gè)probe報(bào)文。

如果每個(gè)AP只響應(yīng)一個(gè)probe request報(bào)文，

那么每秒鐘就會(huì)少發(fā)送(60*3*3-60*1)/30=16個(gè)probe報(bào)文，

再考慮鄰近的影響，則為16*5=80個(gè)probe報(bào)文，

按照1Mbps的物理速率來(lái)算，節(jié)省時(shí)間為80*350Bytes*8/1Mbps=0.224s，

相對(duì)節(jié)省22.4%的空口利用率。

● 頻譜導(dǎo)航技術(shù)

5GHz頻段做為WLAN覆蓋的重要頻譜資源，尤其在802.11ac的時(shí)代，5GHz頻段將成為無(wú)線覆蓋的主要頻段，我國(guó)之前已經(jīng)開(kāi)放149,153,157,161和165頻段，在去年工信部又開(kāi)放了5.15GHz-5.35GHz頻段。目前已經(jīng)有13個(gè)獨(dú)立的20M信道可供使用，完全解決了2.4G頻段無(wú)線資源匱乏的問(wèn)題。

但目前絕大多數(shù)終端雖然支持5GHz頻段的WLAN接入，但仍然優(yōu)先關(guān)聯(lián)2.4GHz，5GHz頻段的資源被白白浪費(fèi)掉。可以通過(guò)頻譜導(dǎo)航技術(shù)讓無(wú)線AP在用戶(hù)終端關(guān)聯(lián)時(shí)優(yōu)先判斷用戶(hù)終端是否支持5GHz頻段接入，一旦掃描出用戶(hù)可使用5GHz頻段，會(huì)引導(dǎo)用戶(hù)優(yōu)先連入5G信號(hào)。

該技術(shù)可成倍的提高AP的用戶(hù)容量，同時(shí)被引導(dǎo)到5G信道的終端，由于信道更加純凈，所以速率更快，體驗(yàn)更好。

●混合接入公平調(diào)度

在任何場(chǎng)景，不可避免會(huì)有一些信號(hào)不好終端或者網(wǎng)卡比較老的終端，比如只支持802.11b/g的終端。傳統(tǒng)的AP對(duì)這些低速率的終端不做任何處理，當(dāng)一個(gè)低速率終端開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候其他高速率終端必須要等待，就像在一條馬路上，前方有一輛面包車(chē)開(kāi)的很慢，這時(shí)后面的所有的跑車(chē)都要跟在面包車(chē)的后邊，使得道路使用效率大幅降低。無(wú)線終端也是一樣，在有限的空口資源中，我們不想被低速率終端占用過(guò)多的資源，但又不能不讓它進(jìn)行通信，所有就需要專(zhuān)門(mén)對(duì)此情景做了優(yōu)化。把關(guān)聯(lián)上來(lái)的終端均勻的分配數(shù)據(jù)傳輸時(shí)長(zhǎng)，如果低速率終端在單位時(shí)間內(nèi)沒(méi)有傳輸完數(shù)據(jù)，也要等到下次繼續(xù)傳輸，這樣把更多的空口資源留給高速率終端，提升單AP的吞吐量。

在高密覆蓋場(chǎng)景中，除以上功能特性外，現(xiàn)場(chǎng)AP的部署方式也起到了至關(guān)重要的作用。

三、高密場(chǎng)景下AP部署指導(dǎo)

高密場(chǎng)景通常存在四個(gè)方面的主要難點(diǎn)：

○ 如果用戶(hù)可感知的信號(hào)范圍內(nèi)終端數(shù)量超過(guò)一定值，會(huì)導(dǎo)致空口一直處于競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)而無(wú)法使用，尤其是用戶(hù)特別密集的時(shí)候。

○ 用戶(hù)數(shù)量多，推高了噪聲。

○ 用戶(hù)終端不斷掃描，以及其他干擾AP 的因素存在，導(dǎo)致空口一部分時(shí)間被浪費(fèi)而不能使用。

○ 需要覆蓋的用戶(hù)多，但整個(gè)場(chǎng)景內(nèi)都是相互可見(jiàn)的，導(dǎo)致AP 之間存在干擾，無(wú)更多的信道能被利用。

○ 針對(duì)這些難點(diǎn)，筆者總結(jié)以下的AP的部署經(jīng)驗(yàn)：

○ AP 部署在盡量靠近用戶(hù)的地方。部署AP時(shí)，應(yīng)該盡量降低AP之間的可見(jiàn)度，同時(shí)增加AP與STA之間的信號(hào)強(qiáng)度。有些場(chǎng)景(如火車(chē)站)的建筑物高度比較高，經(jīng)常超過(guò)10 米，所以AP安裝在頂部是不合適的。一方面AP 之間的可見(jiàn)度比STA 到AP 的信號(hào)還高，另一方面AP 到達(dá)STA 的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)差一些。AP應(yīng)盡量部署在較低的地方，全部壁掛在兩側(cè)的墻壁是***的一種選擇。

○ 盡量利用場(chǎng)景中的小型建筑物體隔離AP，提高空間重用率。如在大型的會(huì)議場(chǎng)景中，人體是***的隔離信號(hào)遮擋物，可將AP布放在座椅的下方，即可滿(mǎn)足周邊小規(guī)模人群的無(wú)線接入，又可降低對(duì)周邊AP的干擾。

○ 如果場(chǎng)景中沒(méi)有內(nèi)部建筑物體隔離空間，用戶(hù)所在區(qū)域之間都是空曠的，無(wú)遮擋的，則需要使用定向天線來(lái)提高AP 隔離度，也能提高AP和STA之間的信號(hào)強(qiáng)度，增強(qiáng)抗干擾性。天線安裝位置盡量靠近要覆蓋的目標(biāo)人群，盡量不要安裝在地面上，因?yàn)槿巳簩?duì)信號(hào)的遮擋和干擾很大。

○ 不要試圖覆蓋所有區(qū)域，保證人群主要活動(dòng)區(qū)域能夠正常使用就好，因?yàn)楦嗟腁P 意味著信道之間干擾也越大。