掃清高密Wi-Fi部署兩大“攔路虎”
作者：佚名
科幻電影《星球大戰：原力覺醒》熱播后，“May the force be with you（愿原力與你同在）”這句經典臺詞再度風靡起來；其實在當前Wi-Fi席卷全球的背景下，對于“Wi-Fi控”的一員來說，可能“May the Wi-Fi be with you”這句才更為中意。人們早已習慣用手機/PAD來看視頻/新聞、刷微信/微博，因此，相比“原力”我們更需要Wi-Fi。
在政府、運營商和企業各方共同推動下，Wi-Fi現在已遍布我們所處城市的各個角落，無論是在商場和餐館，還是在酒店和車站，又或是在展覽館和會議廳，打開手機很快你就能查找到Wi-Fi網絡。但在實際使用時，在一些用戶密集的場所，例如展覽館、會議廳和大型商場等，Wi-Fi卻并不如家里或辦公室那么好用，經常出現連不上網或網絡連接速度很慢的情況——打開網頁要等上好幾秒，視頻緩沖也非常明顯。到底原因何在？
高密場景體驗不佳：性能與規劃非主因
很多人把這個問題歸結于AP性能不佳或是網絡規劃不精準，但是究其根本卻未必完全如此。在過去的數年間，AP的基礎性能已經十分成熟，在辦公室之類的普通環境下單AP承載30多個用戶同時上網已經不成問題；同時，網絡規劃方案也逐漸成熟，一些基本的干擾問題已不難解決。那么問題來了，有了強悍的AP和成熟的網絡規劃方案，為什么還會出現網絡體驗不佳的現象呢？依靠軟件特性是否可以從根本上解決這類問題？
這要從基礎方案開始分析，業界應對室內高密度接入的主流方案莫過于AP蜂窩式部署。此類方案通常使用內置全向天線的AP，易于采購也易于部署。然而其缺點也十分明顯，全向天線的覆蓋范圍類似于一個蘋果，形狀十分飽滿，覆蓋范圍也很廣。這在半開放的室內辦公環境等對覆蓋范圍要求較高的場景十分適用。
可以把蘋果想象成一個全向AP的覆蓋范圍
但是在車站和會議廳等全開放環境，此類覆蓋方式使得AP間十分容易互相干擾，造成無線性能呈幾何級數下降。如果把一個AP的信號覆蓋模擬想象成兒童球池里面的氣球，夸張點說，很多車站和機場的無線環境與下面這張圖沒什么兩樣。即使請技術專家進行優化，其手段也比較有限，無非是降低發射功率，借助障礙物縮減覆蓋范圍等，對解決根本問題可說是杯水車薪。
開放式公共環境信號覆蓋假想圖
更悲催的是，因為無線信號不可見且難以定位，在遇到體驗不佳的情況時，大多數運營商和商業Wi-Fi公司都寄希望于用擴大AP數量的方法來解決問題；再加上有些商家或企業為了招攬顧客會自行動手增設AP來改善網速過慢的問題，其結果就變得更加糟糕了。因為這往往會加重干擾，就好象在同樣的空間中增加新的氣球，空間將變得更加擁擠，無線網絡的性能也會進一步下降。
高密小角度天線：掃清信號干擾效果佳
其實發生問題的關鍵點已經基本清晰了，那就是干擾，這是一個十分常見且古老的話題，原因就在于其難以解決。但近年來，一種簡單且行之有效的解決方案已經在一些大型的體育場館和車站開始大規模部署。
“2015年北京世界田徑錦標賽”就是其中的典型應用案例。賽事期間，現場觀眾通過免費的Wi-Fi網絡在社交媒體上發布觀賽感受、分享精彩瞬間，為大賽增添了別樣的精彩。據統計，在短短8天內，國家體育場的Wi-Fi網絡就共計承載了68萬人次的觀眾接入，累計產生了16.4TB的網絡流量，相當于傳送了860萬張數碼照片，或是產生了16億次社交媒體信息互動。
為此提供支撐的幕后英雄是鳥巢現場使用的一種高密小角度天線部署方案，其效果相比傳統方案提升明顯，同時這種方案在設備選材上也十分廣泛、易于獲得。
2015年鳥巢田徑世錦賽使用的華為室外高密部署方案
在類似國家體育場這樣的室外高密場景中，這類方案在最終覆蓋效果上確實具備明顯優勢，但當將其移植到室內環境時，卻并不是理想的選擇——施工和人工成本的增加以及安裝對環境的破壞成為了新的問題，這些問題的核心來源于天線。由于天線和AP需要分開安裝，所以安裝成本和時間幾乎是室內AP方案的兩倍左右；同時，由于定向天線尺寸遠大于1臺iPad Air，其還會對安裝地點的外觀造成較大破壞。
智能天線小型化：室內高密困擾終得解
這個問題困擾了業界多年之后，最終隨著華為面向室內高密場景定制的AP4050DN-HD產品的推出而不復存在。
AP4050DN-HD內置智能高密天線，其信號覆蓋精準，可有效降低高密場景下AP間的信號干擾，提升無線網絡的性能和用戶接入體驗，非常適用于室內場館、禮堂和超市等眾多高密場景的Wi-Fi覆蓋；同時，AP尺寸只有PAD大小、整機重量不到1Kg，以及單臺AP安裝和調試只需要30分鐘，這些都有效節省了設備采購、安裝和部署的成本；此外，AP4050DN-HD還支持PoE out功能，可用于AP級聯以擴大部署和安裝的范圍，節省50%的PoE交換機端口占用。
用戶超高并發：高密場景的***“攔路虎”
干擾并非是高密場景Wi-Fi部署的唯一困擾，在一些無線環境干凈、不存在信號干擾的場景中，還可能隱藏著另一個更大的“攔路虎”，那就是終端高并發率。一般而言，在車站、商場和球場等這類高密場景，雖然人數很多，但并非人人都有聯網需求，因此終端并發率通常會維持在30%左右；但在多媒體教室和電子課堂這類特殊場景，由于電子書包等業務的出現，幾乎所有人都需要同時接入網絡，這會將終端并發率提高到接近100%。在AP性能相同的情況下，用戶在這兩類不同場景中的業務體驗將會產生很大差異。
我們以電子書包業務場景為例，使用一臺***性能為900Mbps的 AP（3空間流）和總計60臺PAD終端（單空間流）進行測試，當終端并發率為30%時，并發終端數為18臺，單終端平均可用帶寬為6Mbps左右，整體吞吐量為110Mbps；當終端并發率為100%時，并發終端數為60臺，單終端平均可用帶寬為1.2Mbps左右，整體吞吐量只有72Mbps。
上述的測試環境中并不存在嚴重的干擾，為什么AP的并發用戶數從18增長到60后，對應的整體吞吐量會從110Mbps下降到72Mbps呢？這還要從Wi-Fi的數據處理機制談起。在Wi-Fi的信道使用上采用的是競爭機制，即所有終端競爭一個傳輸通道，終端數量越多，彼此發生沖突的概率也就越大，簡而言之就是千軍萬馬過獨木橋。對于并發率達到100%的高密接入場景，AP所承擔的壓力將達到一般情況下的3倍多，可以說這是高密場景中最難應付的情況。
所以說，Wi-Fi的空口機制本身已經決定了AP射頻的多用戶性能，從單個射頻芯片的角度來看，一塊2.4GHz或5GHz射頻在30個用戶并發時，只能提供1.2Mbps左右的平均可用帶寬。那么這1.2Mbps帶寬用在電子書包這樣的業務場景中會帶來什么樣的體驗效果呢？老師在進行屏幕共享、自動教材翻頁和課堂畫板等操作時，所有PAD終端的平均時延將達1秒；在推送480P分辨率視頻時，所有PAD終端完成視頻緩沖并開始同步播放的時間將需要10秒左右，甚至更長。
目前，高分辨率的教學視頻下載與播放已成為學生的普遍需求，因此，構建優質的教室無線網絡，為終端提供更高的業務能力，以有效支撐各類教學活動的開展已成為教育行業的重點話題之一。
AP增加射頻數量：很接地氣的解決方案
如何解決高并發場景下用戶體驗變差的問題？很多人首先想到的就是增加AP數量，這當然可以滿足電子課堂業務的終端帶寬要求，但也會帶來如下兩個現實問題：
網絡部署成本翻番：一個教室部署兩臺AP，相比單臺AP，其設備采購成本、施工成本和配套傳輸/供電成本都將翻番，從而帶來了較大的成本壓力；
管理運維難度增加：AP數量翻番后，管理節點數量和工作量也同步翻番，對于學校本已捉襟見肘的網絡運維力量提出了更高要求。
那么有沒有更優的解決方案？回到Wi-Fi的空口機制，AP射頻的整體性能隨著并發終端數的增加而逐漸下降，那么減少單射頻下的并發終端數就應該可以減少終端的沖突概率，進而減少沖突導致的空口開銷，從而提升AP射頻的整體性能和單終端性能。例如電子書包業務，可選用支持3射頻的AP，然后將單射頻并發用戶數從30減少到20，如此單終端平均可用帶寬將從1.2Mbps提升到2.5Mbps以上（具體數據與AP能力和現場環境相關）。相比單教室部署兩個雙頻AP的方案，3射頻AP覆蓋單教室方案可節省設備采購、安裝和配套的成本（包括交換機端口數以及功耗等），并簡化網絡和設備的日常運維與管理。
華為推出的AP4030TN就采用了2.4GHz/5GHz+2.4GHz/5GHz+5GHz的3射頻設計，其中兩個射頻支持SDR（軟件定義射頻）技術，可實現射頻工作頻段從2.4GHz到5GHz的靈活切換。3個射頻同時進行業務覆蓋，提升了多用戶并發處理能力和單用戶業務性能，單臺AP可***支持100個用戶并發，單用戶平均可用帶寬為4Mbps，完全可以滿足同時向100個用戶進行高分辨率視頻的推送和視頻點播的要求（包括720P和1080P等高清視頻）。借助SDR技術，AP可滿足不同終端類型的場景需求，并可靈活適應終端變化；同時通過提供多個5GHz射頻的業務接入，還可以充分發揮5GHz頻段可用信道多、信號干擾低和業務帶寬高等突出優勢。
責任編輯：潤月
來源：
51CTO
