校園無線網(wǎng)優(yōu)化實踐

文/王曉震　金培莉

校園無線網(wǎng)優(yōu)化實踐

文/王曉震金培莉

通過對校園無線網(wǎng)常見問題的匯總及原因分析，我們提出了WLAN優(yōu)化方案。使得優(yōu)化區(qū)域信號強度能夠符合接收的要求，同頻AP間的可見性減小，并具有足夠承擔(dān)預(yù)期負(fù)載的能力。

目前眾多高校已經(jīng)完成校園無線網(wǎng)建設(shè)，校園內(nèi)辦公區(qū)、教學(xué)區(qū)、宿舍區(qū)和室外都覆蓋了無線信號，師生隨處可接入校園網(wǎng)，方便快捷。根據(jù)教育部科技發(fā)展中心組織發(fā)起的“高等院校信息化建設(shè)與應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)查”采集的數(shù)據(jù)顯示，2007年由學(xué)校統(tǒng)一部署的無線AP數(shù)量全國高校平均為23個，而2011年這個數(shù)據(jù)迅速攀升到了238個。高校師生對無線網(wǎng)應(yīng)用的訴求也越發(fā)強烈，移動學(xué)習(xí)、社交網(wǎng)絡(luò)、微博等多種大數(shù)據(jù)量復(fù)雜的應(yīng)用逐漸考驗著無線網(wǎng)的可用性與穩(wěn)定性。如何在用戶應(yīng)用、終端數(shù)目、終端類型等影響因素不能完全控制的基礎(chǔ)上，通過無線設(shè)備自身的調(diào)整，創(chuàng)造一個資源利用高效的無線環(huán)境，是高校網(wǎng)管人員面臨的問題，也是高校校園網(wǎng)的優(yōu)化問題。

本文以北京聯(lián)合大學(xué)無線網(wǎng)建設(shè)及使用情況為例，分析使用中存在的問題，研究并提出優(yōu)化方案，最后將優(yōu)化方案在工作中付諸實踐，收到了良好的效果。

表1　無線網(wǎng)常見問題

無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀

北京聯(lián)合大學(xué)下轄14個校區(qū)，分布在北京多個城區(qū)，全校師生近4萬人。各校區(qū)采用MPLS—VPN或者裸光纖全部互聯(lián)互通，形成一主十三輔架構(gòu)的“城域級校園網(wǎng)”。學(xué)校從2008年開始有計劃、分區(qū)域、分階段建設(shè)校園無線網(wǎng)絡(luò)。一期工程歷時一年多，完成了北四環(huán)、外館斜街、紅領(lǐng)巾橋三個校區(qū)的教學(xué)區(qū)、辦公區(qū)的全部和操場等公共區(qū)域的部分無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，共部署無線AP 310個。2009年開展二期工程建設(shè)，實現(xiàn)了對北四環(huán)校區(qū)的學(xué)生宿舍，學(xué)院路、海淀百亭園、昌平、白家莊、垡頭等校區(qū)的教學(xué)區(qū)、辦公區(qū)和室外無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。從2010年至2013年，一是對已經(jīng)完成無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的校區(qū)提高AP覆蓋密度，提高無線網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)；同時對未覆蓋的其他校區(qū)加大建設(shè)力度，實現(xiàn)了所有校區(qū)的全部覆蓋，共部署AP數(shù)量1500余個，全校的師生可以使用具有無線連接功能的終端隨時隨地接入學(xué)校校園網(wǎng)，特別是學(xué)生宿舍，取消了有線網(wǎng)絡(luò)，使用全無線上網(wǎng)。

無線網(wǎng)的部署給師生上網(wǎng)提供方便快捷的接入條件，但也出現(xiàn)了不少問題。除去無線網(wǎng)卡設(shè)置、操作系統(tǒng)等終端自身原因外，我們接到用戶報修或檢測到的常見問題歸結(jié)如表1所示。

這些問題嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，是我們需要重點關(guān)注的幾種問題，也是無線網(wǎng)優(yōu)化的目標(biāo)。

原因分析

信號干擾問題

表1中對于第1個問題和第3、4個問題，都是信號強度較好，但不能連接或連接后網(wǎng)速很慢，由于信號強度好，那么產(chǎn)生的原因排除AP部署稀疏、建筑結(jié)構(gòu)阻隔等問題，可以從信號干擾等方面找原因，于是引出“AP同頻干擾”和“隱藏節(jié)點”問題。

1. AP同頻干擾問題

圖1　某樓內(nèi)無線AP信道的分配圖

在一個立體空間內(nèi)進(jìn)行高密度的無線AP部署時無線AP間的可見性對用戶連接的穩(wěn)定性有很大的影響，如圖1是某樓宇內(nèi)無線AP信道的分配圖。

從圖1可以看到，對某個AP來說，其同頻AP可以分為以下幾種位置：垂直隔層、斜向鄰層、斜向隔AP、斜向隔層、同層隔兩AP。經(jīng)過對AP間互見的信號強度進(jìn)行統(tǒng)計，對AP間影響較大的是斜向鄰層和同層隔兩AP。經(jīng)過現(xiàn)場實測斜向鄰接AP的信號強度有一半以上在-75～-70db之間，同層隔兩AP大部分在-73～-66db之間，這說明在同位置點會接收到來自信號強度相近的多個AP的信號。

首先，這樣的信號強度在終端進(jìn)行接入AP的選擇時會出現(xiàn)很大的不確定性，很難保證規(guī)劃覆蓋范圍內(nèi)的終端用戶只連接到自己范圍內(nèi)的AP，即使終端連接到了一個正確的AP也會因為AP間信號相近而產(chǎn)生終端連接的不穩(wěn)定。

其次，同頻AP之間如果互相可見性比較強，則根據(jù)CSMA/ CA機制，當(dāng)有一個AP在發(fā)送數(shù)據(jù)時，其他AP聽到后會進(jìn)行退避，從而大家之間共享信道。從觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，AP的下行流量一般是上行流量的2倍。也就是說在整個通信過程中，多數(shù)流量是由AP發(fā)出的。這種情況下同頻AP之間的退避會使得信道的整體利用率大大降低，且同頻鄰居的流量越大信道利用率降低越嚴(yán)重。

最后，由于AP將太多的時間用于退避時，其能用于服務(wù)客戶端的時間就會大大地減少。但這時客戶端可能位于宿舍內(nèi)，由于墻壁等障礙物的阻隔，客戶端并不知道是自己所連接的AP是因為退避而沒有做出響應(yīng)，所以不會與AP也步調(diào)一致地退避同頻AP，依然會主動向自己的AP發(fā)送數(shù)據(jù)包，于是客戶端與同頻AP的信號相互干擾造成丟包。因些這些同頻可見AP用戶的增加會使丟包率大幅增加，進(jìn)而大幅增加重傳率，導(dǎo)致傳輸速率降低，響應(yīng)時間變長。

2. 隱藏節(jié)點問題

隱藏節(jié)點是指同時連接到同一個AP的兩個或兩個以上的終端相互不可見，則稱這些節(jié)點互為隱藏節(jié)點。在無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中應(yīng)該盡量避免或減少隱藏節(jié)點的出現(xiàn)，隱藏節(jié)點直接造成沖突的增加，導(dǎo)致吞吐量的下降，反應(yīng)到用戶層面則為信號很強，但不能正常進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)測試在宿舍中隱藏節(jié)點數(shù)量，隱藏節(jié)點形成如圖2所示。

從圖2中可以看出，A和B兩個終端同時連接到AP上，但終端A和B相互之間并不在對方的無線信號覆蓋范圍內(nèi)，也就是說終端A發(fā)送的信號不能被終端B接收到，同理終端B發(fā)送的信號也不能被終端A接收到。所以當(dāng)終端A正在與AP進(jìn)行通信的時候終端B并不知道，根據(jù)CSMA/CA機制，終端B認(rèn)為當(dāng)前信道處于空閑狀態(tài)，則終端B就會向AP發(fā)送數(shù)據(jù)包，當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)AP時會與終端A發(fā)送的數(shù)據(jù)包沖突造成丟包，終端A、B檢測到丟包后根據(jù)退避機制進(jìn)行重傳。

上述兩種信號干擾問題都會導(dǎo)致用戶端看到無線信號很好，但無法連接或者網(wǎng)速極慢。當(dāng)然，信號受到干擾還會有其他一些原因，比如附近有較大功率其他無線信號或較強磁場等，在優(yōu)化方案范疇內(nèi)，我們先不予以討論。

信號屏蔽問題

表1中第2個問題“終端不能檢測到無線信號或無線信號很弱，無法連接或者網(wǎng)速極慢”，這個問題很可能是無線信號被屏蔽引起的。學(xué)校的辦公室、宿舍、會議室等地，很多采用“鋼混墻壁+防盜門+無窗設(shè)計”。有些高校近些年搞“抗震加固”工程，宿舍內(nèi)墻加裝金屬支撐網(wǎng)，更是將樓道內(nèi)放裝的AP信號大大削弱，基本穿不了墻。還有些辦公室或宿舍，擺放了鐵皮文件柜或鐵皮衣柜甚至是鐵皮床，恰好阻擋了樓道內(nèi)的AP信號。這些問題很多都發(fā)生在無線網(wǎng)部署之后，是最初工程無法預(yù)料的，因此更需要在管理過程中優(yōu)化。

圖2　隱藏節(jié)點形成

2.4GHZ電磁波對各種建筑材質(zhì)的穿透損耗的經(jīng)驗值如下：

隔墻的阻擋（磚墻厚度100-300mm）：20～40dB；

樓層的阻擋：30dB以上；

木制家具、門和其他木板隔墻的阻擋：2～15dB；

厚玻璃（12mm）：10dB。

根據(jù)這些經(jīng)驗值，我們可以大致估算信號衰減情況，并制定優(yōu)化方案。

優(yōu)化方案

基于上述原因分析，我們設(shè)計了優(yōu)化方案，來改善無線網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量。針對信號屏蔽問題，主要從降低同頻AP之間的可見性、減少隱藏節(jié)點等方面著手；針對信號屏蔽問題，對于“室分”的AP主要從調(diào)整AP位置、增加AP密度等方面著手；如果條件允許，還可以部署智分AP。優(yōu)化方案總體思路如下：

1.優(yōu)化部署：充分利用建筑結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶需求，構(gòu)建良好物理基礎(chǔ)；

2.降低功率：從AP自身做起，主動減少對他人影響；

3.信道錯開：AP與鄰居之間進(jìn)行信道隔離，盡量規(guī)避同頻干擾；

4.過濾干擾：工作聚焦，提高AP免疫力；

5.負(fù)載均衡：鄰里互助，分擔(dān)壓力。

具體方案為：

1.在用戶密集區(qū)，增加AP數(shù)量，調(diào)整AP位置，減少單個AP負(fù)載 ；

用戶密集區(qū)，比如宿舍、圖書館，每個無線AP上所承載的用戶數(shù)量過大，造成在高峰時期每個用戶所獲得的帶寬過小，上網(wǎng)體驗差。可以在優(yōu)化方案中增加AP數(shù)量，并將AP由走廊移至房間內(nèi)。盡量使高峰時期每個AP承載7人左右，極端情況下每AP所承載的用戶也不超過15人，這個數(shù)字在AP所能承載的合理范圍內(nèi)。

2.調(diào)整AP發(fā)射功率，解決同頻AP之間的可見性問題；

同一樓層，若AP部署在房間之內(nèi)，AP間有墻壁的阻隔，可見性大大降低，則可以達(dá)到預(yù)期效果。對于斜向鄰層AP，因墻壁對無線信號的阻隔作用不理想，則要采取減小無線AP發(fā)射功率的方法。根據(jù)測試將無線AP的輸出功率調(diào)小至13dbm，在所要覆蓋的目標(biāo)區(qū)域以外相鄰房間接收到信號在-75dbm以下，同頻AP可見性降低，有效提高帶寬利用率。

3.啟用RTS/CTS協(xié)議，避免隱藏節(jié)點的出現(xiàn)；

在調(diào)小了無線AP的輸出功率減少覆蓋范圍后，無線AP的覆蓋范圍與終端節(jié)點的覆蓋范圍幾乎相當(dāng)，則很大程度上避免隱藏節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)的影響。為進(jìn)一步避免隱藏節(jié)點問題在AP上啟用RTS/CTS ( Request To Send/Clear To Send)設(shè)置。RTS/CTS協(xié)議即請求發(fā)送/允許發(fā)送協(xié)議，相當(dāng)于一種握手協(xié)議，主要用來解決“隱藏終端”問題。

4.部署“智分AP”，提高信號覆蓋范圍；

由于墻體、房間結(jié)構(gòu)等原因，傳統(tǒng)“室分”模式部署的AP信號總是有不能覆蓋到的死角或者不能穿透的墻體甚至是家居。那么在條件允許的情況下，可以部署“智分AP”。這種無線網(wǎng)絡(luò)解決方案，專門用于改善物理環(huán)境復(fù)雜、性能要求高的類環(huán)境中的無線訪問體驗。部署智分AP時，AP仍然放置在樓道頂端，其饋線延伸至周邊房間內(nèi)，如圖3所示。

在優(yōu)化過程中，我們也在部分宿舍選用這種部署方式，效果較好。智分AP采用雙路射頻卡，每路工作在SISO模式下理論速率為150Mbps，雙路為300Mbps；每路可工作在1個信道，干擾小；就實際效果而言，智分系統(tǒng)的干擾程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于放裝部署；實現(xiàn)了房間內(nèi)信號無死角高質(zhì)量覆蓋，保證了無線網(wǎng)絡(luò)的真正可用；節(jié)約了寶貴的信道資源，為其他無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)預(yù)留。

圖3　智分AP部署方式

5. 減少廣播流量，提高 WLAN的整體性能。

現(xiàn)場測試時，我們發(fā)現(xiàn)在WLAN中存在大量廣播報文，每一個廣播報文都會向所有連接用戶的AP上廣播一份，而且在空間媒質(zhì)中發(fā)送廣播報文的時候通常會使用最低速率發(fā)送廣播報文，所以當(dāng)廣播報文比較多時，會占用較多的空間帶寬，從而在一定程度上影響到整個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。于是我們在AC、AP或二層交換機上啟用隔離功能，從而控制用戶只能訪問網(wǎng)關(guān)設(shè)備，而不能互相訪問，這樣可以大量減少 WLAN 內(nèi)部的廣播流量，提高 WLAN的整體性能。

通過對校園無線網(wǎng)常見問題的匯總及原因分析，我們提出了WLAN優(yōu)化方案。使得優(yōu)化區(qū)域信號強度能夠符合接收的要求，同頻AP間的可見性減小，并具有足夠承擔(dān)預(yù)期負(fù)載的能力。隨著用戶對無線網(wǎng)需求的日益增加，無線網(wǎng)優(yōu)化工作任重而道遠(yuǎn)。我們的優(yōu)化方案也應(yīng)不斷調(diào)整，最終達(dá)到提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的效果。

(作者單位為北京聯(lián)合大學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)中心)

移動聯(lián)通狂降價　血戰(zhàn)虛擬運營商

隨著虛擬運營商的加入，通信領(lǐng)域中國移動、中國電信、中國電信“三國殺”的場景將逐漸成為歷史。虛擬運營商高喊著資費低廉、流量不清零、套餐自由組合甚至免費試圖打破三家巨頭之間的格局，而三家傳統(tǒng)運營商也并不示弱，紛紛在近期來了一次資費下調(diào)的實際行動。

如同鯰魚一般，虛擬運營商一下攪亂了電信業(yè)的“平靜”。但如今，“鯰魚”們并未“如魚得水”。

在虛擬運營商高喊著資費低廉、流量不清零、套餐自由組合甚至免費的時候，傳統(tǒng)運營商則來了一次實際行動。近日，中國移動宣布將4G新資費門檻降低為58元，流量單價最高降幅達(dá)五成。中國聯(lián)通則推出網(wǎng)上專售的自由組合套餐，并在電信日期間對資費進(jìn)行八折促銷。

反觀虛擬運營商，則讓用戶有些失望，已經(jīng)公布套餐資費的虛擬運營商并沒有如之前承諾的一樣，在資費上有多大的優(yōu)惠。

“鯰魚”性價比有限

5月15日，京東和國美兩家公司同時宣布啟動虛擬運營商業(yè)務(wù)。京東宣布，正式推出虛擬運營商業(yè)務(wù)“京東通信”，主打“無套餐、無合約、無最低消費”的簡單資費套餐。

但記者發(fā)現(xiàn)，京東通信公布的資費性價比并不比傳統(tǒng)運營商的資費高出多少。如果用戶每月使用500分鐘通話和500M流量，按照京東通信的資費標(biāo)準(zhǔn)需要150元，而按照傳統(tǒng)運營商公布的新的自由組合套餐資費，同樣的通話和流量大約只需要100～120元。

此前，另一家虛擬運營商話機世界也公布了9檔套餐，最低29.9元/月，含80M數(shù)據(jù)流量和80分鐘語音通話，最高399.9元/月含3500M流量和 1000分鐘語音。其中59.9元檔套餐包含260M流量和100分鐘語音通信，與中國移動58元4G上網(wǎng)套餐500M流量和50分鐘通話相比，優(yōu)勢也不明顯。

在業(yè)內(nèi)人士看來，這與工信部要求套餐資費設(shè)計提高透明度、不得片面夸大資費優(yōu)惠幅度或做容易引起用戶誤解的虛假宣傳的要求不相符。

（來源：IT之家）

點評

經(jīng)過前一段爭眼球的階段，虛擬運營商開始進(jìn)入爭用戶的階段，但無論是產(chǎn)品和服務(wù)，還是品牌和售后都需要時間讓用戶去認(rèn)可。

智能眼鏡的下一步：眼球追蹤

專門從事眼球追蹤技術(shù)研發(fā)的技術(shù)公司Tobii日前發(fā)布了一款頭戴式眼球追蹤系統(tǒng)，名為 Glasses 2眼動儀。這款設(shè)備將眼球追蹤軟件技術(shù)置身于一部眼鏡當(dāng)中，并帶來了先進(jìn)的眼球追蹤分析功能。

Glasses 2眼動儀旨在“獲取現(xiàn)實世界中的實時眼動追蹤數(shù)據(jù)”，其重量只有45克，佩戴不會礙事，但可以捕捉到1080p高清分辨率的眼動追蹤數(shù)據(jù)。其整套系統(tǒng)包含眼球追蹤眼鏡、小型的錄像組件以及Tobii Glasses Controller軟件。

雖然這并非是Tobii第一次推出眼球追蹤眼鏡，但Glasses 2在設(shè)計上要比以往的產(chǎn)品更加優(yōu)雅。由于搭載了升級版本的軟件，Glasses 2也具備了一些新功能，其提供的實時視角可以向研究者展示佩帶者所看到的畫面。此外，一個名為“真實視域（True View）”的高清系統(tǒng)可以在回放當(dāng)中模仿佩帶者的眼球動作。

對于產(chǎn)品研發(fā)和廣告等領(lǐng)域的從業(yè)者來說，這款設(shè)備可以帶來無比重要的價值。在許多圖表設(shè)計方向的眾多軟件和硬件類產(chǎn)品當(dāng)中，眼球追蹤都極富價值。

在介紹頁面當(dāng)中，Tobii也列出了這款產(chǎn)品的一些應(yīng)用方向，包括店內(nèi)購物行為研究、戶外廣告及電視廣告研究、移動設(shè)備測試、模擬器/控制臺/培訓(xùn)效果評估等等。

需要注意的是，Glasses 2眼動儀是一款商業(yè)技術(shù)產(chǎn)品，受眾并非是普通消費者，因此其價格也非常高昂。據(jù)悉，Glasses 2的售價在1.5～3萬美元之間，分析包費用另付。Tobii目前已經(jīng)開放預(yù)定，發(fā)貨日期定于今年10月。

（來源：搜狐科技）

點評

雖然眼球追蹤在某些領(lǐng)域極富價值，但其1.5～3萬美元的高昂售價，Glasses 2眼動儀看來只有土豪玩得起啊！