機場熱點區域的無線局域網信號干擾分析

齊凱歌+施淳+許暉

【摘要】隨著無線局域網的廣泛應用，機場、候車廳等人員密集的地方成為各大運營商爭相部署無線局域網的熱點區域。通過對國內某機場WLAN的實際測試，得出該機場的AP數量、信道占用及信號覆蓋等無線局域網部署情況，并以此為基礎重點分析了該機場WLAN信號干擾等問題，為國內其他機場及相關熱點區域在進行無線局域網建設初期的網絡規劃方面提供參考。

【關鍵詞】信號干擾無線局域網機場

中圖分類號：TN929.53文獻標識碼：B文章編號：1006-1010(2014)-09-0030-04

1 引言

據相關報道，截至2013年年底全國預計有24家機場年旅客吞吐量達到1 000萬人次以上，其中首都國際機場旅客吞吐量在2012年達到8 192.9萬人次，位居全球第二。

機場作為典型的熱點區域，其潛在的高端用戶需求，可觀的業務收入使其成為各電信運營商爭相部署AP熱點、拓展WLAN市場的重點區域。然而，由于WLAN中AP基本工作在相同頻段，隨著中國移動、中國聯通、中國電信等運營商在某機場部署的AP不斷增加，用戶不斷反映在該機場1、2號候機樓等區域存在網絡速率低、上網體驗較差等問題。

本文通過在該機場不同區域WLAN信號進行實地測試，獲得該機場具體的無線局域網規劃情況，并對其信號干擾等問題加以分析，為其他機場的WLAN規劃提供參考。

2 現場測試

2.1測試區域

本次測試范圍主要包含室內和室外兩個區域。室內測試區域為T1、T2（雙層）航站樓的大廳和登機橋，室外測試區域主要集中在機場服務車道、近機位和遠機位。在全面測試上述區域后，筆者在T1、T2航站樓及服務車道等區域選擇了多個測試點用以分析該機場WLAN信號干擾情況。

2.2測試方法

本次測試使用了專業的第三方測試設備和工具開展現場測試。為確保獲取所有既存的射頻數據，所采用的方法如下：

（1）利用整套設備進行被動的勘測從而獲取射頻數據，包括信號強度、噪聲電平、信噪比、無線網絡名稱和設備的MAC地址；

（2）利用整套設備進行主動的測試，用于測試Wi-Fi網絡的性能、漫游和連接能力。

3 信號干擾計算方法

相關文獻表明，當特定區域內的AP信號受到干擾時會出現設備利用率低、忙時用戶上網時延大和用戶帶寬不穩定[5]等諸多問題。由于機場射頻環境比較復雜，機場內AP都會受到不同程度的干擾。其干擾主要來自兩個方面：首先，工作在同一頻段的其他高頻無線設備如藍牙、微波爐等容易對AP造成較強的干擾，因此在部署WLAN時，應遠離這些設備。其次，當機場部分區域無線局域網規劃不合理時，如某些區域部署的AP比較密集，由于頻譜資源受限加之無線介質本身的特性，系統容量并不會隨著AP數目的增加而增大[3]，反之AP之間容易產生較強烈的同、鄰頻干擾[4]。

考慮到AP間干擾的復雜性及對無線局域網規劃的重要意義，本文將重點分析該機場AP間的同、鄰頻干擾。

（1）同頻干擾

假設有n個AP工作在某一區域的同一頻點，則其第i個AP對臨近AP干擾程度[6]為：

Ii=(90+Ai)*100/60 （1）

其中Ai為該AP的信號強度。

則該AP在該區域受到的同頻干擾百分比為：

（2）

（2）鄰頻干擾

在計算相鄰或不同信道間的干擾時，為了使計算更加準確，首先必須對信號強度值做一些調整（adjustment）。調整值的大小取決于兩信道的間隔。間隔數為1、2、3、4時，相應的信號調整值為-2、-5、 -9、-15。當信道間隔超過4時，不存在信道干擾。

假設在某個AP周圍有多個AP工作在其他相鄰頻點，其中工作在頻點間隔為1的AP數目為N1，間隔為2的數目為N2，以此類推間隔為4的AP數目為N4,則這些AP中第i個AP對該AP信號的干擾程度為：

Ii=(90+Ai+Ml)*100/60（3）

其中Ai為第i個AP的信號強度，M為兩個AP頻點間隔的信道調整值，l為與之對應的頻點間隔。

則該AP受到的總的鄰頻干擾百分比為：

（4）

4 測試結果

4.1AP分布

在實際測試中發現，機場各個區域都分布有大量AP，其中航站樓大廳和機場服務車道（靠近大廳和登機橋）因為來往人員比較密集，用戶連接網絡需求較大[2]，因此部署的AP較多，達到1 326個，占到整個機場AP數量的90%以上。而近機位與遠機位由于人員密集度較低，且無線信號容易對客機與地面的通信造成干擾，因此總體部署的AP較少。

機場無線網絡部署比較復雜，國內移動、聯通和電信三大運營商都在該機場部署了自己的無線局域網，其AP總數占到機場全部AP數量的50%。此外，還有其他類型的無線網絡，如機場為用戶提供的免費Wi-Fi、機場自身專用無線網絡和某些移動設備共享的無線網絡，這些無線信號混雜在一起共同構成了機場復雜的射頻環境。

4.2信道占用

根據IEEE及國家相關標準規定[1]，IEEE 802.11b/g工作頻段為2.4—2.483 5GHz，劃分為13個子信道。13個子信道相互重疊，其中只有1、6、11三個子信道之間相互沒有重疊。通過實測發現，除部分專用無線網絡的AP工作在5.0GHz頻段之外，機場的AP主要工作在2.4GHz公用頻段的1、6、11頻點，少量AP工作在其他頻點。機場AP信道占用情況如圖1所示：

圖1機場無線網絡信道占用情況

4.31號航站樓測試點檢測結果

1號航站樓大廳內AP信號強度分布曲線如圖2所示，從曲線中可以看出，該航站樓大廳內超過六成的AP信號強度達到-60dBm以上，信號強度較強完全達到正常需求標準。在該航站樓大廳內選定的測試點檢測到的部分AP信息如表1所示，限于篇幅部分信號強度較弱的AP未列入其中。

由表1可知，在該測試點附近存在較多AP，這些AP信號較強且大多工作在同一頻點，彼此之間產生較強的干擾。少部分AP工作在互不干擾的6、11頻點，因此在該測試點幾乎不存在信道間干擾。

4.4實驗室測試結果

1號航站樓大廳測試點的測試結果表明，由于三大運營商在該測試點附近部署了較多的AP，這些AP信號強度較強且工作在同一頻點，使得彼此之間產生嚴重的同頻干擾。此外，除部分測試點可以檢測到微弱的鄰頻干擾外，其他各個測試點的測試結果與之類似，不再贅述。

為了分析同頻干擾對無線網絡性能的影響，筆者在實驗室搭建了一個測試環境以模擬機場的實際射頻環境。選用了3個相同品牌的無線路由器作為AP連接到同一個交換機上以搭建一個無線局域網，這三個AP彼此相距10m構成一個等邊三角形。并選用3臺筆記本分別與三個路由器相連作為用戶等待接收數據。在配置無線路由器時，首先將路由器工作頻點分別設置為1、6、11三個互不干擾的頻點，另選一臺PC與交換機相連作為服務器，并使用iperf工具進行網絡性能測試。首先，對比了不同數量用戶同時進行網絡性能測試時用戶1的傳輸速率變化情況，結果表明在三種配置條件下，用戶1的數據傳輸速率幾乎沒有差別，相應的測試結果如圖3所示。

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其次，將三個無線路由器重新配置成相同的工作頻點，三個用戶分別重新接入無線網絡，并重復之前的測試，測試結果表明，隨著用戶數量的增加，用戶1的數據傳輸速率有較大幅度的下降，相應的測試結果如圖4所示。

圖4相同頻點下數據傳輸速率變化情況

5 結論

上述實驗結果表明，當同一區域有多個AP工作在相同頻點時，彼此之間會產生嚴重的同頻干擾，從而導致數據傳輸速率明顯下降，進而嚴重影響無線局域網的性能。為了在機場等熱點區域搶占市場，國內多家運營商展開了激烈的競爭，由于缺乏統一的網絡規劃部署，在網絡擴容階段又缺乏溝通機制，使得像機場等熱點地區出現了較為嚴重的同頻干擾情況，從而出現機場多處區域雖然信號強度很強，單用戶上網體驗依然較差的現象。

一方面，由于無線局域網使用非授權無線頻譜，網絡建設成本較低，使得網絡建設過程中較易產生干擾現象。另一方面，由于無線局域網具有較低資費的優勢，用戶群龐大。為了提高網絡性能，提供更好的用戶體驗，建議相關主管部門出臺指導性文件，網絡建設單位在網絡建設初期統一規劃，在運營過程中不斷優化配置，從而保證所建設部署的無線網絡始終保持較高的性能。

參考文獻：

[1] Bianchi G. Performance Analysis of the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function[J]. IEEE Journal on selected Areas in Comm, 2000,18(3): 535-547.

[2] IEEE 802.11. Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications[S]. 2007.

[3] Banginwar R, Gorbatov E, Gibraltar. Application and Network Aware Adaptive Power Management for IEEE 802.11, Wireless On-demand Network Systems and Services 2005(WONS 2005)[C]. Second Annual Conference, 2005: 98-100.

[4] 陳國先. 無線局域網室內信號干擾因素分析及處理[J]. 湖南工業大學學報, 2011(5).

[5] 張國棟,李壽鵬. WLAN網絡中同頻AP互相干擾的研究[J]. 電信工程技術與標準化, 2011(1).

[6] 劉昆漢,張雋輝,趙建軍. WLAN 校園業務密集區域頻率規劃研究[J]. 數據通信, 2011(5).★

作者簡介

齊凱歌：碩士就讀于安徽大學，主要研究方向為城市典型地域通信網絡覆蓋測試及MIMO無線信道建模等。

施淳：學士，現就職于上海無線通信研究中心測試服務部，研究領域包括新一代無線移動通信系統的新業務驗證、無線新技術測試驗證平臺開發、無線測試驗證外場環境開發等工作。

許暉：碩士，中科院微系統與信息技術研究所高級工程師，現任上海無線通信研究中心測試服務部副部長，研究領域包括新一代無線移動通信系統原型驗證、無線新技術測試驗證平臺開發、無線測試驗證外場環境開發等。

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其次，將三個無線路由器重新配置成相同的工作頻點，三個用戶分別重新接入無線網絡，并重復之前的測試，測試結果表明，隨著用戶數量的增加，用戶1的數據傳輸速率有較大幅度的下降，相應的測試結果如圖4所示。

圖4相同頻點下數據傳輸速率變化情況

5 結論

上述實驗結果表明，當同一區域有多個AP工作在相同頻點時，彼此之間會產生嚴重的同頻干擾，從而導致數據傳輸速率明顯下降，進而嚴重影響無線局域網的性能。為了在機場等熱點區域搶占市場，國內多家運營商展開了激烈的競爭，由于缺乏統一的網絡規劃部署，在網絡擴容階段又缺乏溝通機制，使得像機場等熱點地區出現了較為嚴重的同頻干擾情況，從而出現機場多處區域雖然信號強度很強，單用戶上網體驗依然較差的現象。

一方面，由于無線局域網使用非授權無線頻譜，網絡建設成本較低，使得網絡建設過程中較易產生干擾現象。另一方面，由于無線局域網具有較低資費的優勢，用戶群龐大。為了提高網絡性能，提供更好的用戶體驗，建議相關主管部門出臺指導性文件，網絡建設單位在網絡建設初期統一規劃，在運營過程中不斷優化配置，從而保證所建設部署的無線網絡始終保持較高的性能。

參考文獻：

[1] Bianchi G. Performance Analysis of the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function[J]. IEEE Journal on selected Areas in Comm, 2000,18(3): 535-547.

[2] IEEE 802.11. Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications[S]. 2007.

[3] Banginwar R, Gorbatov E, Gibraltar. Application and Network Aware Adaptive Power Management for IEEE 802.11, Wireless On-demand Network Systems and Services 2005(WONS 2005)[C]. Second Annual Conference, 2005: 98-100.

[4] 陳國先. 無線局域網室內信號干擾因素分析及處理[J]. 湖南工業大學學報, 2011(5).

[5] 張國棟,李壽鵬. WLAN網絡中同頻AP互相干擾的研究[J]. 電信工程技術與標準化, 2011(1).

[6] 劉昆漢,張雋輝,趙建軍. WLAN 校園業務密集區域頻率規劃研究[J]. 數據通信, 2011(5).★

作者簡介

齊凱歌：碩士就讀于安徽大學，主要研究方向為城市典型地域通信網絡覆蓋測試及MIMO無線信道建模等。

施淳：學士，現就職于上海無線通信研究中心測試服務部，研究領域包括新一代無線移動通信系統的新業務驗證、無線新技術測試驗證平臺開發、無線測試驗證外場環境開發等工作。

許暉：碩士，中科院微系統與信息技術研究所高級工程師，現任上海無線通信研究中心測試服務部副部長，研究領域包括新一代無線移動通信系統原型驗證、無線新技術測試驗證平臺開發、無線測試驗證外場環境開發等。

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其次，將三個無線路由器重新配置成相同的工作頻點，三個用戶分別重新接入無線網絡，并重復之前的測試，測試結果表明，隨著用戶數量的增加，用戶1的數據傳輸速率有較大幅度的下降，相應的測試結果如圖4所示。

圖4相同頻點下數據傳輸速率變化情況

5 結論

上述實驗結果表明，當同一區域有多個AP工作在相同頻點時，彼此之間會產生嚴重的同頻干擾，從而導致數據傳輸速率明顯下降，進而嚴重影響無線局域網的性能。為了在機場等熱點區域搶占市場，國內多家運營商展開了激烈的競爭，由于缺乏統一的網絡規劃部署，在網絡擴容階段又缺乏溝通機制，使得像機場等熱點地區出現了較為嚴重的同頻干擾情況，從而出現機場多處區域雖然信號強度很強，單用戶上網體驗依然較差的現象。

一方面，由于無線局域網使用非授權無線頻譜，網絡建設成本較低，使得網絡建設過程中較易產生干擾現象。另一方面，由于無線局域網具有較低資費的優勢，用戶群龐大。為了提高網絡性能，提供更好的用戶體驗，建議相關主管部門出臺指導性文件，網絡建設單位在網絡建設初期統一規劃，在運營過程中不斷優化配置，從而保證所建設部署的無線網絡始終保持較高的性能。

參考文獻：

[1] Bianchi G. Performance Analysis of the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function[J]. IEEE Journal on selected Areas in Comm, 2000,18(3): 535-547.

[2] IEEE 802.11. Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications[S]. 2007.

[3] Banginwar R, Gorbatov E, Gibraltar. Application and Network Aware Adaptive Power Management for IEEE 802.11, Wireless On-demand Network Systems and Services 2005(WONS 2005)[C]. Second Annual Conference, 2005: 98-100.

[4] 陳國先. 無線局域網室內信號干擾因素分析及處理[J]. 湖南工業大學學報, 2011(5).

[5] 張國棟,李壽鵬. WLAN網絡中同頻AP互相干擾的研究[J]. 電信工程技術與標準化, 2011(1).

[6] 劉昆漢,張雋輝,趙建軍. WLAN 校園業務密集區域頻率規劃研究[J]. 數據通信, 2011(5).★

作者簡介

齊凱歌：碩士就讀于安徽大學，主要研究方向為城市典型地域通信網絡覆蓋測試及MIMO無線信道建模等。

施淳：學士，現就職于上海無線通信研究中心測試服務部，研究領域包括新一代無線移動通信系統的新業務驗證、無線新技術測試驗證平臺開發、無線測試驗證外場環境開發等工作。

許暉：碩士，中科院微系統與信息技術研究所高級工程師，現任上海無線通信研究中心測試服務部副部長，研究領域包括新一代無線移動通信系統原型驗證、無線新技術測試驗證平臺開發、無線測試驗證外場環境開發等。

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