摘要：在構(gòu)建大型無線局域網(wǎng)的時候，僅僅將設(shè)備連接起來，或者只考慮單個設(shè)備對于網(wǎng)絡(luò)性能的影響還是不夠的。通過以上所說的各種測試手段，獲得的各種數(shù)據(jù)，我們可以分析該無線局域網(wǎng)的性能是否滿足了用戶的需求。如不能，則要查明原因，找出影響無線局域網(wǎng)性能的原因。本文主要探討無線局域網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題。

關(guān)鍵詞：無線局域網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；性能

中圖分類號：TN925.93 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 (2012) 10-0000-02

通常計算機組網(wǎng)的傳輸介質(zhì)主要是銅纜或光纜，以構(gòu)成有線局域網(wǎng)。但有線網(wǎng)絡(luò)有很多缺點，在某些場合要受到布線的限制，例如，布線、改線工作量大，線路容易損壞，網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點不可移動等。特別是在要把距離較遠的節(jié)點連接起來時，敷設(shè)專用通信線路的布線施工難度大、費用高、耗時長，對正在迅速擴大的組網(wǎng)需求形成了嚴重的瓶頸阻塞。于是人們開發(fā)出無線局域網(wǎng)(wireless local area network，WLAN)，可以有效地解決這些問題。

一、無線局域網(wǎng)的發(fā)展

（一）無線局域網(wǎng)概述

無線局域網(wǎng)(MLAN)是利用無線信道，采用無線連接的方式所形成的局域網(wǎng)，是移動通信領(lǐng)域最具發(fā)展前景的方向之一，它既可以解決公用移動通信網(wǎng)傳輸速率低，又能避免固定傳輸網(wǎng)絡(luò)的不靈活性，因而在近幾年獲得了巨大的發(fā)展。這類研究計劃的突出特點是傳輸速率高，支持移動或多點接入，支持低速或者靜止用戶，在高度信息化的小區(qū)實現(xiàn)靈活的網(wǎng)絡(luò)配置。作為蜂窩技術(shù)的補充，它通過微蜂窩、微微蜂窩和極小蜂窩的結(jié)構(gòu)填補特殊的區(qū)域，完成人們對移動電話通信多層次的需要，并提高有限頻率譜的利用率。無線局域網(wǎng)的發(fā)展速度相當快，往往只需幾年的時間，有線通信網(wǎng)的傳輸速度就能夠在無線局域網(wǎng)上得以實現(xiàn)。

（二）無線局域網(wǎng)的發(fā)展

目前，支持2Mbit/s以上用戶傳輸速率的系統(tǒng)已經(jīng)相當成熟；速率在40Mbit/s甚至80Mbit/s的系統(tǒng)實驗已經(jīng)在加拿大、美國、歐洲、日本等國家的專門實驗室展開。研究的范圍從無線電設(shè)計、物理層實現(xiàn)、媒體接入控制(Media Access Control，MAC)技術(shù)直至網(wǎng)絡(luò)對無線多媒體業(yè)務(wù)的支持。根據(jù)技術(shù)發(fā)展趨勢和研究情況，在未來10年左右的時間里，為用戶提供高達1Gbit/s速率的系統(tǒng)也是可能的(覆蓋區(qū)域可能很小或波束很窄)。正是這樣的發(fā)展速度刺激了今天無線網(wǎng)絡(luò)快速的發(fā)展和應(yīng)用。將來的高速MLAN的應(yīng)用范圍就如同今天的有線局域網(wǎng)一樣相當廣泛。然而無線網(wǎng)的靈活性是有線網(wǎng)所不能相比的；而且，有線LAN在升級和維護方面的費用比起無線網(wǎng)來是驚人的高，一旦用戶需要在原網(wǎng)絡(luò)上添加、減少或者做任何改變，特別是涉及到重新布線的時候，用戶不光要付出經(jīng)濟上的代價，實施起來也相當?shù)牟蝗菀?。因此，在鋼筋混凝土類建筑、寫字樓、博物館、制造場地、會議廳、許多短期網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用項目、流動工作支持項目等業(yè)務(wù)、地點和場所，都成為MLAN的重要應(yīng)用領(lǐng)域。目前，為支持無線高速局域網(wǎng)的發(fā)展，已經(jīng)有兩個標準在積極的制定和完善之中，它們是IEEE802.1l和HIPERLAN。我國作為移動電話通信應(yīng)用的大國，應(yīng)該有志于成為移動電話通信研究和設(shè)備制造的大國。為此目標，建立自己的無線高速局域網(wǎng)(WGJ)的標準是非常重要的?？梢灶A計，無線高速局域網(wǎng)的市場價值有可能超過移動通信公眾網(wǎng)，并成為整個全球網(wǎng)的最重要的組成部分之一。

二、無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的要求

無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展成為世界范圍內(nèi)人們?nèi)粘Ｉ钪凶钪匾耐ㄐ呕A(chǔ)設(shè)施。在過去的十幾年內(nèi)，蜂窩移動電話的使用獲得空前普及。在不少國家，移動電話的滲透率接近飽和。隨著各個管理部門在行業(yè)中強行引入競爭，無線服務(wù)成本大量下降，已經(jīng)成為了一種商品服務(wù)。當前，由于電信運營商需要提高每用戶平均收益(ARPU)，或者至少維持現(xiàn)有水平，廉價的無線通話時長穩(wěn)步增長。此外，新業(yè)務(wù)不斷引入，其中不少業(yè)務(wù)要求較高的吞吐量，這些都增加了網(wǎng)絡(luò)負載。雖然無線通信網(wǎng)絡(luò)越來越成熟，但是鑒于以下原因，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的工作量反而不一定減少：

持續(xù)地要求改善網(wǎng)絡(luò)性能的驅(qū)動力：隨著無線業(yè)務(wù)在多種場合不斷替代有線業(yè)務(wù)，用戶正期待獲得與有線業(yè)務(wù)一樣的覆蓋(尤其室內(nèi))和連接質(zhì)量。

用戶行為的改變：新業(yè)務(wù)的引入給電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施帶來了額外的壓力，要求付出更多的優(yōu)化努力。

節(jié)約成本：通信價格的不斷下降迫使電信運營商降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本(CAPEX)和運維成本(OPEX)，這包括網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施投入和人工開支兩個方面。如此這樣，就可以理解為使用更少的優(yōu)化工程師或者更少的合格人才。

受規(guī)章制度和管理許可的影響：在大多數(shù)國家中，越來越限制蜂窩基站的站址位置和發(fā)射功率；通常，基站只能部署在城市的周邊，這就增加了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的復雜性，尤其是基于CDMA技術(shù)的無線通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

多種無線接入技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)：諸如UMTS/GSM/GPRS的多種無線接入技術(shù)網(wǎng)絡(luò)在很多地方已經(jīng)比較常見，這也增加了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化的復雜度。在不遠的將來，服務(wù)提供商也許會提供諸如WiFi、WiMAX等其他無線接入技術(shù)，這會進一步增加優(yōu)化的復雜程度。

傳播環(huán)境的改變：與GSM網(wǎng)絡(luò)相比，UMTS網(wǎng)絡(luò)分配了更高的頻帶，這要求部署比2G網(wǎng)絡(luò)更多的基站，而且其中大多數(shù)都位于城區(qū)，這增加了小區(qū)間的干擾。幸運的是，現(xiàn)在越來越容易以合理的成本獲得計算機、軟件等高性能技術(shù)工具，例如，3D建模庫的成本在過去的幾年內(nèi)急劇下降，而同時精度不斷提高。此外，與2G網(wǎng)絡(luò)相比，3G網(wǎng)絡(luò)的復雜度相對高得多；有非常多的參數(shù)需要優(yōu)化。這些參數(shù)不再僅受限于基本的RF要求，例如覆蓋要求，同時與數(shù)據(jù)傳輸性能以及其他新的網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵性能指標(Key Performance Indicator，KPI)互相作用和影響。這些因素綜合起來就導致對網(wǎng)絡(luò)自動優(yōu)化過程的需求不斷增加。另外，也包括來自市場對優(yōu)化產(chǎn)品的強烈需求，這些優(yōu)化產(chǎn)品力圖滿足網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化領(lǐng)域的商業(yè)公司和學術(shù)機構(gòu)的要求。

三、無線局域網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

一般來說，影響無線局域網(wǎng)性能的因素包括傳輸功率、天線類型和方向、噪聲和干擾、建筑物結(jié)構(gòu)和無線接入點AP擺放的位置。

（一）網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化

網(wǎng)絡(luò)性能包括傳輸速率和吞吐量。對于無線局域網(wǎng)的性能是基于許多因素的，無線局域網(wǎng)設(shè)備因為采用的標準不同、硬件結(jié)構(gòu)和軟件功能不同，會具有不同的網(wǎng)絡(luò)性能。在相同的環(huán)境下，采用遵循802．119標準的產(chǎn)品構(gòu)建的無線局域網(wǎng)的性能肯定要好于遵循802．1lb標準?；蛘咴谝粋€802．11b的設(shè)備混合使用的環(huán)境下，數(shù)據(jù)的傳輸速率可能不會高于2Mbps，實際上吞吐量將更小——大約為1Mbps。如果額外的安全解決方案被實施，例如有線等效加密(WEP)，加密和解密數(shù)據(jù)的額外開銷也可能導致吞吐量的下降。使用VPN隧道對于一個應(yīng)用同樣也要增加無線局域網(wǎng)系統(tǒng)的額外開銷。其他無線局域網(wǎng)中影響網(wǎng)絡(luò)性能的因素包括數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議(CSMA/CA，RTS/CTS等)、分裂的使用(要求再次組裝數(shù)據(jù)包)和數(shù)據(jù)包的尺寸等。無線局域網(wǎng)構(gòu)建的結(jié)構(gòu)不同，也會影響網(wǎng)絡(luò)的性能，比如，在無線接入點AP和無線客戶端之間距離太大將導致吞吐量的下降，因為錯誤數(shù)量的增加(誤碼率)將產(chǎn)生一個對于再次傳輸?shù)木薮笮枨蟆＿€是以802.1lb的環(huán)境為例。它支持速率的動態(tài)變化，在這樣的環(huán)境中，無線局域網(wǎng)設(shè)備被配制成為對于特定的數(shù)據(jù)傳輸速率不連續(xù)的跳躍，如果11Mbps不能被維持，那么將下降到5.5Mbps。由于一個無線局域網(wǎng)中的吞吐量大約是50%的數(shù)據(jù)速率，改變數(shù)據(jù)速率將明顯地影響吞吐量[3]。除了以上所說的問題能夠影響無線局域網(wǎng)的性能以外，在網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化過程中，還可能遇到的四個問題是：協(xié)調(diào)定位、遠近效應(yīng)、隱蔽站點和網(wǎng)間漫游。這四類問題只有在大規(guī)模構(gòu)建無線局域網(wǎng)中才會遇到，對于一般的小型無線局域網(wǎng)(如家庭應(yīng)用)，雖然也會遇到這些問題，但根本不需要考慮如何去解決它。

（二）協(xié)調(diào)定位

協(xié)調(diào)定位是一個常用的無線局域網(wǎng)優(yōu)化實施技術(shù)，它能夠使我們有效合理地布建多個無線接入點的環(huán)境，為覆蓋區(qū)域的用戶提供更多的帶寬和吞吐量。協(xié)調(diào)定位的意義在于：一是保證無線局域網(wǎng)的傳輸速率和均衡負載；二是規(guī)避鄰近信道和相同信道的干擾。在這里介紹無線局域網(wǎng)中的協(xié)調(diào)定位問題主要是為了避免可能存在的鄰近信道和相同信道干擾。通過使用混合的802.11a和802.11b設(shè)備，更多的系統(tǒng)能夠被協(xié)調(diào)定位在同一個空間里，而不必擔心產(chǎn)生鄰近信道干擾。

（三）遠近效應(yīng)

在無線局域網(wǎng)環(huán)境中經(jīng)常出現(xiàn)“遠近效應(yīng)”問題。在各無線客戶端均以相同的功率發(fā)射信號時，無線接入點接收到的近處無線客戶端發(fā)射的信號功率將遠大于遠處無線客戶端發(fā)射的信號功率，就是近處的信號強和遠處的信號弱。遠近效應(yīng)是指近處大功率信號對遠處小功率信號產(chǎn)生很強的干擾，或者說是信號強的設(shè)備抑制信號弱的設(shè)備，使之無法正常通信。遠近效應(yīng)實際上類似于一群人所有的尖叫同時進入麥克風。當一群人在麥克風附近大聲尖叫時，遠處的人的聲音將不能到達麥克風。即使這個麥克風足夠靈敏，能夠在靜默的環(huán)境下獲取極小的聲音。但是在高功率近距離的交談已經(jīng)有效地提高了噪聲底線，使這一點低振幅的輸入不被聽到。

解決遠近效應(yīng)問題的下一步是通過無線接入點AP發(fā)現(xiàn)不被監(jiān)聽的無線客戶端問題的方法沿著AP周圍移動，尋找一個與無線接入點AP附近信號弱一點的無線客戶端。盡管遠近效應(yīng)問題能夠衰減那些射頻信號掩沒的無線客戶端，但是遠近效應(yīng)在絕大部分環(huán)境中還是容易克服的[4]。如果一個無線客戶端能夠聽到其他無線客戶端的傳輸，將停止自己的傳輸，遵循CSMA/CA的共享介質(zhì)的訪問規(guī)則。然而，如果由于任何原因，遠近效應(yīng)問題仍然存在于無線局域網(wǎng)中。

（四）網(wǎng)間漫游

當在建筑物中任何區(qū)域超過一個無線接入點的接收范圍，需要小區(qū)的重疊實現(xiàn)區(qū)域的覆蓋。重疊的覆蓋區(qū)域是無線局域網(wǎng)設(shè)置的重要屬性，因為在重疊的區(qū)域之間能夠進行無縫漫游。漫游允許用戶使用移動的無線客戶端在重疊的小區(qū)進行自由移動，連續(xù)地保持他們的網(wǎng)絡(luò)連接。漫游是一個無線客戶端在沒有丟失網(wǎng)絡(luò)連接的情況下，從一個小區(qū)(或BBS)無縫地移動到另外一個區(qū)域，包括基本漫游和擴展漫游?；韭问侵笩o線客戶端的移動僅局限在一個擴展服務(wù)區(qū)內(nèi)部。擴展漫游指無線客戶端從一個擴展服務(wù)區(qū)中的一個基本服務(wù)集(BSS)移動到另一個擴展服務(wù)區(qū)的一個基本服務(wù)集(BSS)，IEEE802.11并不保證這種漫游的上層連接，上層的協(xié)議技術(shù)常常用到的是采用移動IP(Mobile IP)或DHCP Server。通過這種對于無線客戶端來說是一種透明的方式，無線接入點使無線客戶端從一個區(qū)域到另一個區(qū)域，確保不中斷連接。無線客戶端1從無線接入點A的覆蓋區(qū)域漫游到無線接入點B的覆蓋區(qū)域。

802．11標準中沒有定義應(yīng)該如何執(zhí)行漫游，但是定義了與漫游相關(guān)的基本模塊。這些基本模塊包括主動和被動的掃描和一個重新關(guān)聯(lián)的過程。當一個無線客戶端從一個無線接入點漫游到另外一個無線接入點時，重新關(guān)聯(lián)的過程發(fā)生，接入一個新的無線接入點。802．11標準允許一個無線客戶端工作在相同信道或不同信道的多個無線接入點之間進行漫游。例如，每100ms一個無線接入點可能傳輸一個信標，包括一個無線客戶端同步的時間標志，一個通信的指示圖，一個被支持速率的標識和其他參數(shù)。漫游的無線客戶端使用信息測量已經(jīng)存在連接的無線接入點的信號強度。如果連接是虛弱的，漫游的無線客戶端可能試圖接入到一個新的無線接入點。802.11標準必須有一個連接下降的容忍度和再次建立連接。這個標準試圖確保對數(shù)據(jù)傳輸最小的破壞。并且可以為在多個基本服務(wù)集(BSS)之間隱蔽和推進信息提供一些功能[5]。因為無線客戶端已經(jīng)遠離初始的無線接入點，導致信道變?nèi)酰P(guān)聯(lián)和重新關(guān)聯(lián)僅僅是應(yīng)用不同。一旦定位了新的無線接入點，工作站隨即發(fā)射重新連接請求給新的無線接入點，新的無線接入點將該工作站的重新連接請求通知分布式系統(tǒng)(DS)，DS隨即改變該工作站與無線接入點的映射關(guān)系，并通知原無線接入點，不再與該工作站關(guān)聯(lián)，新的無線接入點向工作站發(fā)射重新連接響應(yīng)，完成漫游過程。

參考文獻：

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