陳 楠，劉 鵬

(天津泰達(dá)有線電視網(wǎng)絡(luò)有線公司 天津300457)

公寓無線網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化研究

陳 楠，劉 鵬

(天津泰達(dá)有線電視網(wǎng)絡(luò)有線公司 天津300457)

天津開發(fā)區(qū)公寓無線網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目采用AC＋FIT AP的組網(wǎng)模式，鏈路、設(shè)備、部件級(jí)冗余的解決方案，組成全面的無線網(wǎng)絡(luò)支撐系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)園區(qū)有線、無線的統(tǒng)一管理。從無線網(wǎng)絡(luò)的整體架構(gòu)、設(shè)備安裝方式、信道的設(shè)計(jì)分布、無線業(yè)務(wù)需求等方面探討無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題，確保系統(tǒng)能夠合理配置和利用資源，避免資源浪費(fèi)。

無線控制器 AP 802.11協(xié)議 信道 CAPWAP隧道

1 項(xiàng)目概述

某項(xiàng)目通過建設(shè)一套獨(dú)立的無線承載網(wǎng)絡(luò)以及無線 AP來實(shí)現(xiàn)園區(qū)網(wǎng)無線 WiFi信號(hào)的全覆蓋；建筑物內(nèi)無線覆蓋采用放裝型AP方案。整網(wǎng)有線側(cè)選用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)的 TCP/IP協(xié)議族，可無縫兼容其他遵循 TCP/IP協(xié)議族的產(chǎn)品；在無線側(cè)，采用標(biāo)準(zhǔn)的 CAPWAP隧道機(jī)制；在射頻側(cè)，選用設(shè)備遵從 802.11協(xié)議族，2.4,G支持工作在 802.11,b/g/n模式，5.8,G支持工作在802.11,a/n/ac模式，可無縫兼容支持以上協(xié)議的終端設(shè)備。集中轉(zhuǎn)發(fā)方面無線 AP與無線AC通過CAPWAP建立連接，將802.11的無線數(shù)據(jù)在隧道中封裝，轉(zhuǎn)發(fā)到 AC上，AC經(jīng)過802.11～802.3數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成可以在以太網(wǎng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀格式。分布轉(zhuǎn)發(fā)方面，無線 AP根據(jù)數(shù)據(jù)包的SSID和VLAN等信息，自動(dòng)區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包，在AP本地進(jìn)行 802.11～802.3數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，特定 SSID的數(shù)據(jù)不再經(jīng)過AC統(tǒng)一集中轉(zhuǎn)發(fā)。

如圖1所示，項(xiàng)目整網(wǎng)由無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心和園區(qū)側(cè)組成，數(shù)據(jù)中心側(cè)主要包含核心交換、無線控制器以及認(rèn)證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；園區(qū)側(cè)主要由園區(qū)匯聚交換、公寓匯聚交換、接入POE交換以及無線AP組成；核心層采用的是兩臺(tái) CLOS架構(gòu)核心交換機(jī)虛擬化成1臺(tái)邏輯交換機(jī)；考慮到無線網(wǎng)絡(luò)管理的冗余性以及避免流量繞行，無線控制器采用串行在核心交換與園區(qū)匯聚交換之間，單臺(tái)機(jī)框?qū)崿F(xiàn)無線控制器板卡2＋1冗余，兩臺(tái) 4＋2冗余，伴隨模塊化無線控制器邏輯成的虛擬化組，無線控制器板一同虛擬化，真正形成無線控制器資源池。核心交換與無線控制器分別對(duì)互聯(lián)端口配置為端口聚合組，實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)；無線控制器通過 PTN網(wǎng)絡(luò)與園區(qū)匯聚交換連接；認(rèn)證及網(wǎng)管系統(tǒng)服務(wù)通過千兆雙絞線旁掛于核心交換機(jī)。

園區(qū)匯聚交換部署在園區(qū)內(nèi)部，公寓匯聚部署在公寓內(nèi)部，在無線的獨(dú)立承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中接入層采用24口POE交換機(jī)，無線AP通過千兆雙絞線上聯(lián)至接入 POE交換機(jī)，最終形成核心層、園區(qū)匯聚層、公寓匯聚層、接入層4層核心主干網(wǎng)。

圖1 無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DFig.1 Wireless network topology

2 優(yōu)化方案

天津開發(fā)區(qū)公寓免費(fèi)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋項(xiàng)目在公寓區(qū)內(nèi)采用放裝部署模式，難以避免同頻干擾、隱藏節(jié)點(diǎn)等問題，因此就項(xiàng)目特點(diǎn)提出一些針對(duì)性優(yōu)化方案。

2.1 信道規(guī)劃

現(xiàn)大部分無線接入點(diǎn)都具有雙頻功能，雙頻STA同時(shí)支持2.4,G頻段和5,G頻段，但由于用戶本身的專業(yè)知識(shí)比較薄弱，而且大部分無線接入服務(wù)供應(yīng)商也沒有進(jìn)行有效的引導(dǎo)，再加上 802.11,b/g比802.11,a的應(yīng)用更為廣泛，最終很多的雙頻STA使用2.4,G頻段，造成 2.4,G頻段的擁擠和 5,G頻段的浪費(fèi)。實(shí)際上，5,G頻段擁有更高的接入容量，2.4,G頻段最多只能有3個(gè)不重疊的通訊信道，而5,G頻段卻能夠提供5個(gè)不重疊信道。2.4 G與5,G現(xiàn)場(chǎng)信道測(cè)試圖如圖2所示。

圖2 信號(hào)強(qiáng)度及信道圖Fig.2 Signal strength and signal channels

IEEE規(guī)定了802.11,b/g/n協(xié)議，2.4～2.483,5,GHz之間的頻段定義了 142個(gè)信道，每個(gè)頻道為22,MHz，兩個(gè)信道中心頻道之間為 5,MHz，如圖 3所示。

圖3 2.4,G信道分布圖Fig.3 2.4 G channel distribution

在 5,GHz頻段以 5,M 步進(jìn)劃分信道，工作在5.725～5.850,GHz頻段的5個(gè)信道，在部署時(shí)采用蜂窩式覆蓋，如圖 4所示。任意相鄰區(qū)域使用無頻率交叉的頻道，適當(dāng)調(diào)整發(fā)射功率，避免跨區(qū)域同頻干擾。

在信道設(shè)置時(shí)不能只考慮單層水平方向的蜂窩式覆蓋，還應(yīng)考慮垂直方向的蜂窩式覆蓋，如 1樓從左到右信道分別是 1/6/11，2樓則為 11/1/6，3樓為6/11/1，做到三維空間的無頻率交叉干擾。

圖4 信道蜂窩式覆蓋圖Fig.4 Channel cellular overlays

2.2 功率調(diào)整

根據(jù)公寓的實(shí)際物理結(jié)構(gòu)，各物體對(duì)信號(hào)的衰減、AP的安放位置進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。首先需要對(duì)各棟公寓樓天線下、房間內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，同一樓層寢室數(shù)量較多、用戶數(shù)量較多時(shí)，AP部署在室內(nèi)，1個(gè)AP覆蓋3個(gè)房間；同一樓層寢室數(shù)量較少時(shí)將AP部署在樓道，覆蓋兩側(cè) 3～4個(gè)房間，AP安放如圖5所示：

圖5 樓宇A(yù)P放置圖Fig.5 AP building placement

功率調(diào)整主要根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)情況而定。無線傳輸?shù)慕邮侦`敏度類似于人們溝通交談時(shí)的聽力，即STA或AP解調(diào)出信號(hào)所要求的最低信號(hào)強(qiáng)度。一般來說，AP的接收靈敏度為-85,dBm，甚至達(dá)到-105,dBm，而 STA的接收靈敏度一般在-75,dBm，WLAN的底噪即環(huán)境噪聲為-95,dBm，因此信號(hào)強(qiáng)度如果低于-95,dBm，這樣的信號(hào)就等同于噪聲。所以在保證網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量的前提下，盡量讓 AP信號(hào)值在-75,dBm 以下，以提高網(wǎng)絡(luò)性能。經(jīng)測(cè)試(見圖 6)，AP功率在 17,dBm時(shí)，所在房間測(cè)試信號(hào)強(qiáng)度為-58,dbm左右。

圖6 WiFi信號(hào)功率測(cè)試圖Fig.6 Signal power test pattern

2.3 關(guān)閉低速率

無線WLAN網(wǎng)絡(luò)中不是使用固定的速率發(fā)送所有的報(bào)文，而是使用一個(gè)速率集中進(jìn)行報(bào)文發(fā)送，實(shí)際無線網(wǎng)卡或者 AP在發(fā)送報(bào)文的時(shí)候會(huì)動(dòng)態(tài)地在這些速率中選擇一個(gè)速率進(jìn)行發(fā)送。通常提到的802.11,n可以達(dá)到的速率主要指所有的報(bào)文采用300,M速率進(jìn)行發(fā)送的情況，而且是指一個(gè)空口信道的能力，實(shí)際上大量的廣播報(bào)文和無線的管理報(bào)文都使用最低速率 1,Mbps進(jìn)行發(fā)送，所以會(huì)消耗一定的空口資源。在大樓公寓網(wǎng)絡(luò)中信號(hào)傳輸?shù)木嚯x不是問題，所以考慮將1、2、5速率禁用(見圖 7)，這樣整體上減少廣播報(bào)文和管理報(bào)文對(duì)空口資源的占用。

圖7 禁用低速率Fig.7 Disable the low rates

信號(hào)較弱的終端，或者距離比較遠(yuǎn)的 STA，可能會(huì)出現(xiàn)丟包現(xiàn)象，可以通過控制 AP廣播 Beacon幀的范圍，配置管理幀發(fā)送功率值，小于此值的遠(yuǎn)距離無線用戶無法接入網(wǎng)絡(luò)。其次可以通過限制無線用戶的 RSSI接收信號(hào)強(qiáng)度指示的最小值，當(dāng)接收到無線用戶的請(qǐng)求幀的 RSSI值小于這個(gè)值時(shí)，則不允許該用戶的無線用戶接入；若是屬于高密覆蓋，信號(hào)強(qiáng)度能夠得到保證，則該應(yīng)用的影響可以忽略。

2.4 無線用戶的基本限速

公寓樓網(wǎng)絡(luò)訪問英特網(wǎng)的帶寬已經(jīng)超過了空口信道的傳輸能力，如果個(gè)別無線用戶通過 WLAN使用網(wǎng)絡(luò)工具下載文件，可能產(chǎn)生非常大的流量，直接耗盡當(dāng)前空間媒質(zhì)，造成其他無線用戶訪問網(wǎng)絡(luò)慢、ping抖動(dòng)丟包等問題。為保障公寓樓WLAN網(wǎng)絡(luò)后續(xù)的穩(wěn)定運(yùn)行，可以在AC上對(duì)無線用戶執(zhí)行限速操作，如圖8所示。

以上優(yōu)化措施都是在對(duì)網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，后期還需要對(duì)項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行情況及出現(xiàn)的問題不斷進(jìn)行分析和優(yōu)化，然后逐步建立一個(gè)完善的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化規(guī)范。

圖8 無線限速配置圖Fig.8 The speed limit configuration

3 結(jié) 語

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是在有限的資源設(shè)備下，提高資源利用率，提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能，使用戶獲得滿意的服務(wù)質(zhì)量，消除網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃存在的不一致性。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作是一個(gè)復(fù)雜且長期的過程，它貫穿于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、工程建設(shè)及日常維護(hù)等各項(xiàng)工作中。天津開發(fā)區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，涉及的有線和無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備比較多，通過對(duì) WLAN系統(tǒng)運(yùn)行狀況的預(yù)測(cè)分析，有利于整體系統(tǒng)的組建和降低運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)?！?/p>

［1］ Coleman D D，Westcott D A. CWNA官方學(xué)習(xí)指南[M]. 3版，北京：清華大學(xué)出版社，2014.

［2］ Ergen M. IEEE 802. 11 Tutorial[M]. Berkeley：Department of Electrical Engineering and Computer Science University of California Berkeley，2002.

［3］ 蒙軍，于全. IEEE 802. 11,n標(biāo)準(zhǔn)及其關(guān)鍵技術(shù)[J]. 電視技術(shù)，2004(8)：27-30.

［4］ Gast M. 802. 11 Wireless Networks The Definitive Guide[M]. Sebastopol：O’Reilly，2005.

Performance Optimization for Apartment Wireless Network

CHEN Nan，LIU Peng
(Tianjin TEDA Cable TV Network Co.，Ltd.，Tianjin 300457，China)

TEDA apartment wireless network project uses a solution of AC＋FIT AP network model to form a comprehensive wireless network support system and realize the unified management of wired and wireless networks in the area．However，the solution is characterized by redundant link level，equipment and parts．The optimization of wireless network was discussed from the aspects of overall architecture of the wireless network，design of equipment installation，channel distribution and wireless business requirements to ensure that resources be reasonably allocated and utilized to avoid the waste of resources.

wireless access point controller；Access Point(AP)；802.11 protocol；channel；CAPWAP tunnel

TN915.65

A

1006-8945(2016)07-0047-03

2016-06-03