体育馆高密度Wi-Fi覆盖解决方案

傅东东

FU Dong-dong

（广州市设计院）

（Guangzhou Design Institute）

体育馆高密度Wi-Fi覆盖解决方案

傅东东

FU Dong-dong

（广州市设计院）

（Guangzhou Design Institute）

近年来，随着各类移动互联网应用的日趋广泛，视频、数据、共享、VOIP、M2M 5项应用将成为数据流量的主要增长点。体育场馆、会展中心等场所如何应对其高密度、庞大的用户群对无线接入和移动办公的迫切需求，成为管理方关注的重点。论文主要从需求、难点分析、AP规划、信道分配、网络优化策略等方面，介绍体育馆高密度Wi-Fi覆盖的设计及建议。

体育馆；无线接入；超高密度

1 引言

自2007年iPhone重新定义移动互联网的体验后，移动互联网从早期的音乐、阅读、WAP网站为主的消费结构，向游戏、娱乐、商务等业务转变。Wi-Fi突破了空间束缚，能够随时随地为用户提供互联网接入，增强用户体验。

从数据流量的方式来看，带宽增长和移动性增强是全球数据服务的两大趋势，移动网络作为两者的综合解决方案，成为最佳选择。同时部分区域原有固定网络建设程度不能满足用户需求，随着用户对数据服务流量需求的增长，移动网络将作为固定网络的廉价替代品。

从数据流量的消费主体来看，由于智能手机和平板电脑的爆发式增长，笔记本、智能手机和平板电脑已经成为用户最常使用的上网平台，推动移动互联网流量的快速增长。

随着用户对于社交媒体共享需求越

来越高，如今去球场看球，不单是享受看比赛的乐趣，更重要的是即时分享激情时刻，通过特定的Apps，实现视频回放、多角度观赏、 在小卖部预定球票等功能。

通过这些设备和Apps带来的数据流量，需要通过Wi-Fi扩张移动网络(3G/4G) ，去为客户提供更好的宽带体验。全球各个地方的体育场馆都开始配备有Wi-Fi的设施，以满足新一代观众对连通性的需求[1]。

2 Wi-Fi部署的难点

Wi-Fi网络的部署要比一般人想象的复杂，AP的简单叠加并不能使带宽就直接增加，反而会由于AP之间的竞争而降低网络带宽性能。本项目Wi-Fi部署主要有以下难点。

1)接入类型及接入需求复杂：包括普通观众、VIP观众、管理人员、技术设备等的无线接入需求；

2)AP需求分析及AP规划困难，每人携带多个终端，密度高；

3)不可控制的多终端混合使用，包括不同的操作系统、网卡驱动、射频类型；

4)省电行为(Power save )增加控制层的负载：大量的智能终端采用节电模式，导致频繁的上线、下线行为；

5)大多数智能终端仅支持2.4 GHz频段和1×1:1 HT20模式；

6)突发的接入需求和上行、下行流量增加了网络控制层和地址空间的负载，提高了网络控制、优化的难度；

7)无线带宽的需求量大，同时有大量的观众进行视频拍摄及互联网分享。

3 需求分析

某体育馆内观众坐席数量超过5000个，计划在1层中心球馆、2层看台、3层看台等区域（见图1）提供超高密度及高性能的无线接入。

首先从场地大小和人数、分布等方面，需要对于网络的规模和部署有大致的估计。由于智能手机和平板的普及，手机和笔记本或者平板电脑有可能同时接入网络的需求，同时考虑部分群体可能没有网络接入需求或直接通过运营商网络接入无线网络，一般来讲要为每个人规划不低于0.6～1个客户端设备。

带宽估计：要保证参与者能正常使用比较轻量级的互联网应用，每个设备最基本要分配500kbps的可用带宽。在这个基础上要考虑大型活动的特点，会有很多人上传视频到社交媒体，带宽分配需要重新考虑，每个设备应保证1Mbps的可用带宽。表1是一些典型应用通常需要的带宽。

根据以上内容就可以算出每个区域的带宽需求。

图1 体育馆座席平面示意图

表1 典型应用所需要的带宽

4 AP规划

支持802.11g的无线接入设备，标称带宽达到54Mbps，实际可用的最多只有25Mbps，也就是说最多能保证50个设备同时浏览网页（在这个情况下由于客户端相互竞争，用户体验已经很差了，一般只有25个设备可以同时使用）。11n标准对于大部分手机只能保证35Mbps，对于笔记本电脑等支持MIMO的设备可以保证达到70Mbps以上。按照这个原则相应地在图上标出每个AP应该覆盖的区域。为了保证通信质量，实际上应该控制每个AP接入的设备不超过刚才计算出的数目的一半。

针对体育馆不同区域的建筑结构特点，对各高密度接入区域采用不同的Wi-Fi覆盖策略（见图2、图3、图4）。

1）AP吸顶安装在体育馆的过道、VIP室内、会议室、大厅、休息区等覆盖区域。

图2 AP向下覆盖范围示意

2）在地板下方或者地板上安装AP，并采用向上覆盖的方式，本次被应用在中心球馆及看台区域的无线部署。

图3 AP向上覆盖范围示意

3）AP墙面安装方式不重复利用信道资源，被预留在本次无线的应急预案中，为VIP接入区域进行预留。

图4 AP侧向覆盖范围示意

5 信道分配

信道带宽，是指限定了允许通过该信道的信号下限频率和上限频率，也就是限定了1个频率通带。

802.11 n支持20MHz和20MHz/40MHz通道；而以前的标准中（11a、11b和11g）使用的是20MHz的带宽[3]。

任何Wi-Fi设备检测到802.11帧对信道的占用时，必须等待信道被释放之后才能发送数据；因此AP之间的同频干扰会导致WLAN性能严重降低。以2.4GHz为例，其频段范围为2.4～2.483GHz，按照频点规划，只有1,6,11三个不互相干扰的信道，每个信道带宽20MHz。如果在2.4GHz频带使用40MHz信道，则只有1个非重叠信道可用，导致2.4GHz频道的邻近信道干扰机率增加[2]（见图5）。

5GHz频带将802.11n用户从严格的2.4GHz频带限制中解放了出来，其允许使用11个非重叠40MHz信道。5GHz频带的大量非重叠40MHz信道使802.11n部署能够充分利用其性能优势，因此高性能WLAN网络使用这种部署策略。

同时为了应对频率使用失衡的状况，AP设备本身频谱导航的功能可以对单频和双频网卡进行自动识别，通过AP上的算法，强制让双频网卡优先接入5G信道，使其确确实实地工作在5GHz上。开启Band Steering/Band Select功能，将大部分同时具有802.11a/g或802.11a/g/n的用户从2.4GHz频段移动到5GHz频段，可以大大降低无线信道的拥塞程度（见图6）。

图5 信道规划——2.4GHz总图

图6 信道规划——5.8GHz总图

6 大型活动时无线网络测试及优化策略

6.1 大型活动时现场测试情况

50%以上的终端为android ，通过整体的设计加充分的无线信号覆盖，将场内超过80%以上的终端都引导到5.8G信道使用，并且使用顺畅。

在场内发现有较多无线接入信号为2.4G，这样容易对接入在2.4G的用户造成信道占用与干扰。发现在场内有微波机制的设备对2.4G无线设备造成影响。

无线应用均以分享型APP应用为主，80%的用户都在进行照片、视频上传、下载等应用，且文件较大。

6.2 无线网络优化策略

1）信道优化

无线射频中，设计了较多5.8G信道，并开启了5.2G信道，总计可用不重叠信道有13个。

2）信噪比的优化

控制器AP的发射功率，2.4G频段的发射，5.8G频段的发射，ClientMatch功能开启，开启802.11k功能。

3）Airtime 资源的优化

频段指引，Beacon rate、basic rate、tx rate优化，MPDU启用，广播优化，空口流量整形。

7 结束语

根据实践经验，对于体育馆高密度Wi-Fi覆盖设计施工，在初期做网络覆盖规划的时候，需要最大化降低钢结构对信号的影响，精准把握覆盖、干扰和容量的平衡，通过规划工具，进行信号强度的可视化仿真，让各接入点各就其位，各尽其职。

[1]张茁.无线Wi-Fi技术应用现状及发展分析[J].数字技术与应用,2014(6).

[2]802.11n无线技术概述 Cisco无线技术概述,http://wenku.baidu.com/view/ e6507ed7c1c708a1284a4433.html.

[3]一文让你了解Wi-Fi技术 Jimmy,http:// www.elecfans.com/monijishu/wuxian_ chuangan/430522_a.html

High Density Wi-Fi Coverage Solution for Gymnasium

In recent years, along with the extensive application of all kinds of mobile internet applications, video, data, sharing, VOIP, M2M will become the main growth of data traffic. For exhibition centers, sports venues, and other places, to deal with its high density, large user base on wireless access and mobile office urgent demand has become the focus of management. This paper mainly introduces the design and suggestion of high-density WI-FI coverage in the gymnasium from the aspects of demand, difficulty analysis, AP programming, channel allocation and network optimization.

gymnasium; wireless access; high-density