一看到題目,相信很多人都會以為只有運動場、展覽館、大學、酒店、車站、機場等一些特殊的場地才會使用高密度Wi-Fi網絡。實際上,高密度Wi-Fi終端的場地非常普遍,其中包括公司辦公室、會議室、培訓室。現在一般的上班族身上可能就有3個使用Wi-Fi的移動終端 (手機、iPAD、筆記型電腦)。

那麼,假設有20個人開會的會議室便有多達60個移動終端在連接Wi-Fi網絡。以往,Wi-Fi網絡的設計只注重覆蓋範圍。診斷Wi-Fi網絡的手段也集中在不同的位置測量信號強度 (RSSI) 和信噪比。儘管信號覆蓋和信噪比很重要,但提供足夠的輸送量也同樣重要。假如忽略頻寬容量,當連接的終端逐漸增多,種種問題便會出現。如網速緩慢、連接不上Wi-Fi或者經常被踢出網絡等。這些情況非常普遍,其主要原因是在組建 Wi-Fi 網絡前沒有做好規劃設計工作。因此,我們接下來討論一下“設計高密度 Wi-Fi 網絡的基本常識”。

在設計Wi-Fi網絡時,一定要掌握的重點

  1. 高峰時間有多少Wi-Fi終端連線(不是人數,而是終端的總數 — 1個人可以有多台 Wi-Fi 終端的)
  2. 這些終端和提供Wi-Fi服務的接入點 (AP) 的射頻能力 — MIMO、支援的頻道、頻道頻寬
  3. 運行應用所需要的輸送量 — 每使用者/終端類型
  4. 預計需要多少台AP才足夠應付需求

Wi-Fi網絡環境如何計算終端佔用空口資源

因為 Wi-Fi 的通訊其實就是各終端在共用頻道上的空口(airtime)資源。共用空口資源的終端越多,每台終端所佔用的空口資源便會越少,從而影響整體的輸送量。那麼到底Wi-Fi網絡環境如何計算終端佔用空口資源呢?我們用一個簡單的例子來說明:

假如一個房間只有1台AP而只有一台筆記型電腦連線

筆記型電腦最大的TCP/IP傳輸速率為220Mbps。由於沒有其他設備連接AP,該台筆記型電腦可以獨佔100%的空口資源。因此,要達到220Mbps的TCP/IP傳輸速率應該沒有問題。那麼我們再有一台iPad連接該AP。iPad的TCP/IP的傳輸速率為70Mbps。現在由於有2台終端設備連接上AP,因此每台終端設備需要共用空口資源(各占50%)。這樣一來,原先的TCP/IP的傳輸速率會減半,筆記本220Mbps降至110Mbps ; iPad的TCP/IP傳輸速率從原來的70Mbps降至35Mbps。而整體的Wi-Fi網絡輸送量也從只有筆記本連接時的220 Mbps降至145Mbps。由此可見,終端數目的增加對Wi-Fi網絡輸送量所造成的影響。

以上的例子我們是假設頻道利用率可以達到 100%,但在現實的情況頻道利用率一般只能達到 80% 左右。那麼如果我們要估算在某一個環境,到底需要多少台 AP 才能保證用戶能獲得能滿足其應用的傳輸速率,我們需要些什麼參數呢?

首先,每台終端所需要的 TCP/IP 頻寬 (Min. Bandwidth required by client) – 這主要是看終端在跑什麼應用 (網頁流覽、視頻流、語音…)

其次,每台終端的最高的TCP/IP 傳輸速率 (Raw Bandwidth of client)

最後,終端的數量 (number of clients)

 

關於這些參數的獲得有如下計算公式:

(終端需要的頻寬 / 終端的最高 TCP/IP 傳輸速率) x 100% = 空口百分比

(空口百分比 x 終端的數量) / 0.8 = 需要的射頻數目

 

需要的射頻數目並不等於所需要的 AP 數目, 因為 1 AP 可以支持多個射頻的。同樣,我們舉個例子來說明以上公式幫助大家理解。

 

會議室最高峰的時候會有20人同時使用平板電腦觀看視頻流(假設流量為 2 Mbps),而每台平板電腦的最高 TCP/IP 傳輸速率為 30 Mbps。我們需要估算會議室需要多少台 AP 才能保證有足夠的頻寬連接。

 

每台平板電腦使用的空口百分比 = (2 Mbps / 30 Mbps) x  100% = 6.7%

20 台平板電腦需要的射頻數目 = (6.7% x 20) / 0.8 = 1.675 ≈ 2

故需要的射頻數目為 2假如使用雙射頻的 AP,1 台便可滿足需要了。

 

又如大會議室人員同時使用200 台 筆記型電腦(最高 TCP/IP 傳輸速率為 150 Mbps) ,200 台 平板電腦(最高 TCP/IP 傳輸速率為 30 Mbps),終端設備用作普通網頁流覽,需要頻寬為1Mbps,那麼         我們需要估算要多少台 AP 才能滿足同時使用這 400 台終端設備用作網頁流覽的需求?

 

每台筆記型電腦使用的空口百分比 = (1 Mbps / 150 Mbps) x  100% = 0.66%

每台平板電腦使用的空口百分比 = (1 Mbps / 30 Mbps) x  100% = 3.33%

400 台終端需要的射頻數目 = [(0.66% x 200) / 0.8] + [(3.33% x 200) / 0.8] = 9.975 ≈ 10

需要的射頻數目為 10假如使用雙射頻的 AP,5 台便可滿足需要了。

如何優化無線資源的分配

然而要設計一個成功的高密度Wi-Fi網絡,單靠準備足夠的AP是不夠的,還需要明確如何優化無線資源的分配

擴寬頻道頻帶是增加傳輸率的一項重要手段,因此引申出通道捆綁技術 (channel bundling)。其做法就是捆綁2個或以上頻道把原有20 MHz 頻寬的頻道擴展到 40 MHz、80 MHz甚至是160 MHz。由於受到可用頻道的限制,在2.4 GHz Wi-Fi 進行頻道捆綁是不現實的。目前頻道捆綁主要應用在5GHz Wi-Fi。有一點需要注意的是不同國家5 GHz 的開放頻道會有差異。例如在中國,目前應該是不開放 U-NII-2e 頻段 (頻道 100-144)。而在美國是可以使用U-NII-2e 頻段的 (但需要使用動態頻段選擇技術 DFS)。捆綁頻道後,可用的頻道會大為減少。我們的建議是使用20 MHz 頻寬頻道為主,在適合的情況下才使用頻道捆綁技術 (例如頻道充足,不會做成頻道重複使用)。

上面所說的頻道捆綁技術,主要適用於5 GHz Wi-Fi,那麼許多2.4 GHz Wi-Fi的用戶就坐蠟了。其實2.4 GHz Wi-Fi網絡環境下同樣有辦法優化無線資源配置,例如注意重複使用頻道有時候是無可避免的。尤其是 2.4 GHz Wi-Fi 環境下,只有3個頻道可用 (1、6、11)。一般來說,如果兩台 AP 使用相同頻道的話,我們需要把它們的信號分隔,讓它們接受不到對方的信號。最佳的做法是進行現場勘查,測量不同位置 AP 的信號覆蓋及信噪比。在確保信號夠強以及高信噪比的同時,也要避免使用相同頻道的 AP 發出的信號相互干擾。為了確保這點,我們有時候可能需要採取以下手段:首先調低 AP 的發射功率使其覆蓋範圍降低,其次利用現場環境衰減 AP 發出的信號 (在人多的地方把 AP 安裝在較低的位置,利用人體作為信號衰減器)

 

當然,除了以上所介紹的,也可以使用一些技術來優化無線資源的分配:

  1. 無線資源佔用公平性 (Airtime Fairness): 在一般情形下,傳輸速率較慢的終端會佔用較多的無線資源。這項功能可以確保所有連接的用戶端均能獲得相同的無線資源佔用時長。
  2. 頻段引導 (band Steering)- 無線系統監視環境中的所有用戶端,跟蹤它們是單頻段還是雙頻段,以及哪些類型的接入點在其附近。當雙頻段設備嘗試通過4 GHz 連接時,接入點會將其引導至更清潔、更高容量的 5 GHz 頻段。
NETSCOUT掌上型有線及無線工具

在Wi-Fi網絡運維的整個生命週期(規劃、部署及認證、故障排查)中,似乎排除故障更為使用者所熟悉,在瞭解了以上的基本知識後,那麼網絡設計之初的規劃部署亦顯得尤為重要。NETSCOUT Systems, Inc.是即時服務保障、網絡安全解決方案及測試工具的市場領導者,為要求苛刻的服務提供者、企業和政府網絡提供服務,推出了眾多掌上型有線及無線解決方案,可滿足不同階段的需求,其中包括可用於設計、部署及優化802.11 a/b/g/n/ac無線局域網以獲得最佳性能的AirMagnet網絡工具可用於 WLAN 的整個生命週期,從規劃和部署,一直到日常網絡故障診斷,堪稱業界最精確的工具。此外還有無線接入網認證及故障排查神器——AirCheck G2,LinkSprinter 、LinkRunner AT網絡自動測試儀及OneTouch AT 10G故障診斷工具。都能夠在很短的時間內準確識別並排除故障,真正一解您的後顧之憂。

benny
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