公寓无线网络性能优化研究

陈 楠，刘 鹏

(天津泰达有线电视网络有线公司 天津300457)

公寓无线网络性能优化研究

陈 楠，刘 鹏

(天津泰达有线电视网络有线公司 天津300457)

天津开发区公寓无线网络项目采用AC＋FIT AP的组网模式，链路、设备、部件级冗余的解决方案，组成全面的无线网络支撑系统，实现园区有线、无线的统一管理。从无线网络的整体架构、设备安装方式、信道的设计分布、无线业务需求等方面探讨无线网络优化问题，确保系统能够合理配置和利用资源，避免资源浪费。

无线控制器 AP 802.11协议 信道 CAPWAP隧道

1 项目概述

某项目通过建设一套独立的无线承载网络以及无线 AP来实现园区网无线 WiFi信号的全覆盖；建筑物内无线覆盖采用放装型AP方案。整网有线侧选用网络设备严格遵循标准的 TCP/IP协议族，可无缝兼容其他遵循 TCP/IP协议族的产品；在无线侧，采用标准的 CAPWAP隧道机制；在射频侧，选用设备遵从 802.11协议族，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，可无缝兼容支持以上协议的终端设备。集中转发方面无线 AP与无线AC通过CAPWAP建立连接，将802.11的无线数据在隧道中封装，转发到 AC上，AC经过802.11～802.3数据包转换成可以在以太网中传输的数据帧格式。分布转发方面，无线 AP根据数据包的SSID和VLAN等信息，自动区分数据包，在AP本地进行 802.11～802.3数据包的转发，特定 SSID的数据不再经过AC统一集中转发。

如图1所示，项目整网由无线网络数据中心和园区侧组成，数据中心侧主要包含核心交换、无线控制器以及认证网络系统；园区侧主要由园区汇聚交换、公寓汇聚交换、接入POE交换以及无线AP组成；核心层采用的是两台 CLOS架构核心交换机虚拟化成1台逻辑交换机；考虑到无线网络管理的冗余性以及避免流量绕行，无线控制器采用串行在核心交换与园区汇聚交换之间，单台机框实现无线控制器板卡2＋1冗余，两台 4＋2冗余，伴随模块化无线控制器逻辑成的虚拟化组，无线控制器板一同虚拟化，真正形成无线控制器资源池。核心交换与无线控制器分别对互联端口配置为端口聚合组，实现负载分担；无线控制器通过 PTN网络与园区汇聚交换连接；认证及网管系统服务通过千兆双绞线旁挂于核心交换机。

园区汇聚交换部署在园区内部，公寓汇聚部署在公寓内部，在无线的独立承载网络设计中接入层采用24口POE交换机，无线AP通过千兆双绞线上联至接入 POE交换机，最终形成核心层、园区汇聚层、公寓汇聚层、接入层4层核心主干网。

图1 无线网络拓扑图Fig.1 Wireless network topology

2 优化方案

天津开发区公寓免费无线网络覆盖项目在公寓区内采用放装部署模式，难以避免同频干扰、隐藏节点等问题，因此就项目特点提出一些针对性优化方案。

2.1 信道规划

现大部分无线接入点都具有双频功能，双频STA同时支持2.4,G频段和5,G频段，但由于用户本身的专业知识比较薄弱，而且大部分无线接入服务供应商也没有进行有效的引导，再加上 802.11,b/g比802.11,a的应用更为广泛，最终很多的双频STA使用2.4,G频段，造成 2.4,G频段的拥挤和 5,G频段的浪费。实际上，5,G频段拥有更高的接入容量，2.4,G频段最多只能有3个不重叠的通讯信道，而5,G频段却能够提供5个不重叠信道。2.4 G与5,G现场信道测试图如图2所示。

图2 信号强度及信道图Fig.2 Signal strength and signal channels

IEEE规定了802.11,b/g/n协议，2.4～2.483,5,GHz之间的频段定义了 142个信道，每个频道为22,MHz，两个信道中心频道之间为 5,MHz，如图 3所示。

图3 2.4,G信道分布图Fig.3 2.4 G channel distribution

在 5,GHz频段以 5,M 步进划分信道，工作在5.725～5.850,GHz频段的5个信道，在部署时采用蜂窝式覆盖，如图 4所示。任意相邻区域使用无频率交叉的频道，适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰。

在信道设置时不能只考虑单层水平方向的蜂窝式覆盖，还应考虑垂直方向的蜂窝式覆盖，如 1楼从左到右信道分别是 1/6/11，2楼则为 11/1/6，3楼为6/11/1，做到三维空间的无频率交叉干扰。

图4 信道蜂窝式覆盖图Fig.4 Channel cellular overlays

2.2 功率调整

根据公寓的实际物理结构，各物体对信号的衰减、AP的安放位置进行合理设计。首先需要对各栋公寓楼天线下、房间内各项数据进行测试，同一楼层寝室数量较多、用户数量较多时，AP部署在室内，1个AP覆盖3个房间；同一楼层寝室数量较少时将AP部署在楼道，覆盖两侧 3～4个房间，AP安放如图5所示：

图5 楼宇AP放置图Fig.5 AP building placement

功率调整主要根据实际网络情况而定。无线传输的接收灵敏度类似于人们沟通交谈时的听力，即STA或AP解调出信号所要求的最低信号强度。一般来说，AP的接收灵敏度为-85,dBm，甚至达到-105,dBm，而 STA的接收灵敏度一般在-75,dBm，WLAN的底噪即环境噪声为-95,dBm，因此信号强度如果低于-95,dBm，这样的信号就等同于噪声。所以在保证网络信号质量的前提下，尽量让 AP信号值在-75,dBm 以下，以提高网络性能。经测试(见图 6)，AP功率在 17,dBm时，所在房间测试信号强度为-58,dbm左右。

图6 WiFi信号功率测试图Fig.6 Signal power test pattern

2.3 关闭低速率

无线WLAN网络中不是使用固定的速率发送所有的报文，而是使用一个速率集中进行报文发送，实际无线网卡或者 AP在发送报文的时候会动态地在这些速率中选择一个速率进行发送。通常提到的802.11,n可以达到的速率主要指所有的报文采用300,M速率进行发送的情况，而且是指一个空口信道的能力，实际上大量的广播报文和无线的管理报文都使用最低速率 1,Mbps进行发送，所以会消耗一定的空口资源。在大楼公寓网络中信号传输的距离不是问题，所以考虑将1、2、5速率禁用(见图 7)，这样整体上减少广播报文和管理报文对空口资源的占用。

图7 禁用低速率Fig.7 Disable the low rates

信号较弱的终端，或者距离比较远的 STA，可能会出现丢包现象，可以通过控制 AP广播 Beacon帧的范围，配置管理帧发送功率值，小于此值的远距离无线用户无法接入网络。其次可以通过限制无线用户的 RSSI接收信号强度指示的最小值，当接收到无线用户的请求帧的 RSSI值小于这个值时，则不允许该用户的无线用户接入；若是属于高密覆盖，信号强度能够得到保证，则该应用的影响可以忽略。

2.4 无线用户的基本限速

公寓楼网络访问英特网的带宽已经超过了空口信道的传输能力，如果个别无线用户通过 WLAN使用网络工具下载文件，可能产生非常大的流量，直接耗尽当前空间媒质，造成其他无线用户访问网络慢、ping抖动丢包等问题。为保障公寓楼WLAN网络后续的稳定运行，可以在AC上对无线用户执行限速操作，如图8所示。

以上优化措施都是在对网络可能出现的问题进行预测的基础上进行的，后期还需要对项目的实际运行情况及出现的问题不断进行分析和优化，然后逐步建立一个完善的网络优化规范。

图8 无线限速配置图Fig.8 The speed limit configuration

3 结 语

网络优化是在有限的资源设备下，提高资源利用率，提高网络的整体性能，使用户获得满意的服务质量，消除网络建设和网络规划存在的不一致性。网络优化工作是一个复杂且长期的过程，它贯穿于网络规划、工程建设及日常维护等各项工作中。天津开发区无线网络规模较大，涉及的有线和无线网络设备比较多，通过对 WLAN系统运行状况的预测分析，有利于整体系统的组建和降低运维风险。■

［1］ Coleman D D，Westcott D A. CWNA官方学习指南[M]. 3版，北京：清华大学出版社，2014.

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

［3］ 蒙军，于全. IEEE 802. 11,n标准及其关键技术[J]. 电视技术，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