公寓無線網絡性能優化研究

陳 楠，劉 鵬

(天津泰達有線電視網絡有線公司 天津300457)

公寓無線網絡性能優化研究

陳 楠，劉 鵬

(天津泰達有線電視網絡有線公司 天津300457)

天津開發區公寓無線網絡項目采用AC＋FIT AP的組網模式，鏈路、設備、部件級冗余的解決方案，組成全面的無線網絡支撐系統，實現園區有線、無線的統一管理。從無線網絡的整體架構、設備安裝方式、信道的設計分布、無線業務需求等方面探討無線網絡優化問題，確保系統能夠合理配置和利用資源，避免資源浪費。

無線控制器 AP 802.11協議 信道 CAPWAP隧道

1 項目概述

某項目通過建設一套獨立的無線承載網絡以及無線 AP來實現園區網無線 WiFi信號的全覆蓋；建筑物內無線覆蓋采用放裝型AP方案。整網有線側選用網絡設備嚴格遵循標準的 TCP/IP協議族，可無縫兼容其他遵循 TCP/IP協議族的產品；在無線側，采用標準的 CAPWAP隧道機制；在射頻側，選用設備遵從 802.11協議族，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議的終端設備。集中轉發方面無線 AP與無線AC通過CAPWAP建立連接，將802.11的無線數據在隧道中封裝，轉發到 AC上，AC經過802.11～802.3數據包轉換成可以在以太網中傳輸的數據幀格式。分布轉發方面，無線 AP根據數據包的SSID和VLAN等信息，自動區分數據包，在AP本地進行 802.11～802.3數據包的轉發，特定 SSID的數據不再經過AC統一集中轉發。

如圖1所示，項目整網由無線網絡數據中心和園區側組成，數據中心側主要包含核心交換、無線控制器以及認證網絡系統；園區側主要由園區匯聚交換、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 CLOS架構核心交換機虛擬化成1臺邏輯交換機；考慮到無線網絡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匯聚交換之間，單臺機框實現無線控制器板卡2＋1冗余，兩臺 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互聯端口配置為端口聚合組，實現負載分擔；無線控制器通過 PTN網絡與園區匯聚交換連接；認證及網管系統服務通過千兆雙絞線旁掛于核心交換機。

園區匯聚交換部署在園區內部，公寓匯聚部署在公寓內部，在無線的獨立承載網絡設計中接入層采用24口POE交換機，無線AP通過千兆雙絞線上聯至接入 POE交換機，最終形成核心層、園區匯聚層、公寓匯聚層、接入層4層核心主干網。

圖1 無線網絡拓撲圖Fig.1 Wireless network topology

2 優化方案

天津開發區公寓免費無線網絡覆蓋項目在公寓區內采用放裝部署模式，難以避免同頻干擾、隱藏節點等問題，因此就項目特點提出一些針對性優化方案。

2.1 信道規劃

現大部分無線接入點都具有雙頻功能，雙頻STA同時支持2.4,G頻段和5,G頻段，但由于用戶本身的專業知識比較薄弱，而且大部分無線接入服務供應商也沒有進行有效的引導，再加上 802.11,b/g比802.11,a的應用更為廣泛，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。實際上，5,G頻段擁有更高的接入容量，2.4,G頻段最多只能有3個不重疊的通訊信道，而5,G頻段卻能夠提供5個不重疊信道。2.4 G與5,G現場信道測試圖如圖2所示。

圖2 信號強度及信道圖Fig.2 Signal strength and signal channels

IEEE規定了802.11,b/g/n協議，2.4～2.483,5,GHz之間的頻段定義了 142個信道，每個頻道為22,MHz，兩個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 步進劃分信道，工作在5.725～5.850,GHz頻段的5個信道，在部署時采用蜂窩式覆蓋，如圖 4所示。任意相鄰區域使用無頻率交叉的頻道，適當調整發射功率，避免跨區域同頻干擾。

在信道設置時不能只考慮單層水平方向的蜂窩式覆蓋，還應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 功率調整

根據公寓的實際物理結構，各物體對信號的衰減、AP的安放位置進行合理設計。首先需要對各棟公寓樓天線下、房間內各項數據進行測試，同一樓層寢室數量較多、用戶數量較多時，AP部署在室內，1個AP覆蓋3個房間；同一樓層寢室數量較少時將AP部署在樓道，覆蓋兩側 3～4個房間，AP安放如圖5所示：

圖5 樓宇AP放置圖Fig.5 AP building placement

功率調整主要根據實際網絡情況而定。無線傳輸的接收靈敏度類似于人們溝通交談時的聽力，即STA或AP解調出信號所要求的最低信號強度。一般來說，AP的接收靈敏度為-85,dBm，甚至達到-105,dBm，而 STA的接收靈敏度一般在-75,dBm，WLAN的底噪即環境噪聲為-95,dBm，因此信號強度如果低于-95,dBm，這樣的信號就等同于噪聲。所以在保證網絡信號質量的前提下，盡量讓 AP信號值在-75,dBm 以下，以提高網絡性能。經測試(見圖 6)，AP功率在 17,dBm時，所在房間測試信號強度為-58,dbm左右。

圖6 WiFi信號功率測試圖Fig.6 Signal power test pattern

2.3 關閉低速率

無線WLAN網絡中不是使用固定的速率發送所有的報文，而是使用一個速率集中進行報文發送，實際無線網卡或者 AP在發送報文的時候會動態地在這些速率中選擇一個速率進行發送。通常提到的802.11,n可以達到的速率主要指所有的報文采用300,M速率進行發送的情況，而且是指一個空口信道的能力，實際上大量的廣播報文和無線的管理報文都使用最低速率 1,Mbps進行發送，所以會消耗一定的空口資源。在大樓公寓網絡中信號傳輸的距離不是問題，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文和管理報文對空口資源的占用。

圖7 禁用低速率Fig.7 Disable the low rates

信號較弱的終端，或者距離比較遠的 STA，可能會出現丟包現象，可以通過控制 AP廣播 Beacon幀的范圍，配置管理幀發送功率值，小于此值的遠距離無線用戶無法接入網絡。其次可以通過限制無線用戶的 RSSI接收信號強度指示的最小值，當接收到無線用戶的請求幀的 RSSI值小于這個值時，則不允許該用戶的無線用戶接入；若是屬于高密覆蓋，信號強度能夠得到保證，則該應用的影響可以忽略。

2.4 無線用戶的基本限速

公寓樓網絡訪問英特網的帶寬已經超過了空口信道的傳輸能力，如果個別無線用戶通過 WLAN使用網絡工具下載文件，可能產生非常大的流量，直接耗盡當前空間媒質，造成其他無線用戶訪問網絡慢、ping抖動丟包等問題。為保障公寓樓WLAN網絡后續的穩定運行，可以在AC上對無線用戶執行限速操作，如圖8所示。

以上優化措施都是在對網絡可能出現的問題進行預測的基礎上進行的，后期還需要對項目的實際運行情況及出現的問題不斷進行分析和優化，然后逐步建立一個完善的網絡優化規范。

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

3 結 語

網絡優化是在有限的資源設備下，提高資源利用率，提高網絡的整體性能，使用戶獲得滿意的服務質量，消除網絡建設和網絡規劃存在的不一致性。網絡優化工作是一個復雜且長期的過程，它貫穿于網絡規劃、工程建設及日常維護等各項工作中。天津開發區無線網絡規模較大，涉及的有線和無線網絡設備比較多，通過對 WLAN系統運行狀況的預測分析，有利于整體系統的組建和降低運維風險?！?/p>

［1］ Coleman D D，Westcott D A. CWNA官方學習指南[M]. 3版，北京：清華大學出版社，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標準及其關鍵技術[J]. 電視技術，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