无线-物理层与组网方法
一. 无线网络物理层
信道速率与带宽:一个20MHz的带宽,则符号速率为40M/s每个符号携带6bit信息则信道速率为240Mbs.
WLAN的关键技术:更优的调制方式,更多的载波数量,更高的信道宽度,更多的空间流;
1.1 传输介质
RF(射频)是无线网络传输介质,IEEE 802.11b/g/n使用2.4G频段,IEEE802.11a/n/ac/ax使用5G频段.
波长:反应播在空间上的周期性,2.4G
的波长为12.5cm,5G
的波长为6cm;
振幅:指物体离开平衡位置的最大距离叫振动的振幅,振幅反应能量的强弱,与功率正比,即RSSI
;
RSSI:即接收信号强度指示,是衡量信号质量的一个值,一般较好的在-40dbm~-60dbm之间;
SNR:信噪比即信号的功率与噪音的功率的比值,衡量信号质量的另外一个值;
ISM频段:此频段主要开放给工业、科学、医院有FCC所定义,没有授权的限制;
1.2 2.4G与5G
相关点 | 2.4G | 5G |
---|---|---|
一种短距离无线传输技术 | Y | Y |
绕墙能力 | 较强 | 较弱 |
ISM频段 | 2.4-2.4835GHz | 5.150-5.350GHz 5.725-5.850GHz |
支持的协议 | 802.11b/g/n | 802.11a/n/ac/ax |
每信道频宽 | 22MHz | 20MHz |
非重叠信道 | 3信道 | 中国-13个信道 |
正常信道 | 1,6,11 | 5.8G: 149, 153, 157, 161, 165 5.2G: 36, 40, 44, 48, 52, 56, 60, 64 |
高密信道 | 1,5,9,13 | 52, 56, 60, 64可能与雷达冲突 |
1.3 IEEE 802.11 WLAN标准
1 | 802.11 | 802.11b | 802.11g | 802.11a | 802.11n | 802.11ac |
---|---|---|---|---|---|---|
发布时间 | 1997 | 1999 | 2003 | 1999 | 2009 | 2013 |
合法频宽 | 83.5MHz | 83.5MHz | 83.5MHz | 325MHz | 83.5MHz 325MHz |
83.5MHz 325MHz |
频率范围GHz | 2.4-2.4835 | 2.4-2.4835 | 2.4-2.4835 | 5.150-5.350 5.725-5.850 |
2.4-2.4835 5.150-5.350 5.725-5.850 |
5.150-5.350 5.725-5.850 |
非重叠信道 | 3 | 3 | 3 | 13(中国5个) | 2.4G 3个 5G 13 | 13个(中国5个) |
调制技术 | FHSS DSSS | CCK DSSS | CCK OFDM | OFDM | MIMO OFDM | MIMO OFDM |
速率Mbit/s | 1, 2 | 1, 2, 5.5, 11 | 1, 2, 5.5, 11, 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 | 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 64 | 6.5, 7.2, …65, 72.2, …130, 135, 144.4, 150, … 270, 300, … 600 | 293, 433, 867, 1300, 3470 |
信道带宽 | 20MHz | 20MHz | 20MHz | 20MHz | 20,40MHz | 20,40,80,160和80+80Mhz |
空间流 | - | - | - | - | 4 | 8 |
1.4 关键技术简介
MIMO与MU-MIMO
- MIMO/SU-MIMO使用空间分集及空间复用技术,通过多空间流来增加在1个信道内的传输速率;
- MU-MIMO:MIMO同一时间只有为一个User服务,而MU-MIMO可以同时服务多个用户;
CSMA/CA
时隙(Slot time):就是无线帧发送过程中的计时单位,每个标准都不一样,比如ac是9ms
- 是业界普遍使用的分布式协调功能(DCF);
- CSMA/CA的机制简单来讲就是站点在发送数据之前会先听听信道忙不忙,如果不忙就随机退避一段时间(IFS)然后如果还不忙就发送数据,如果忙就等待一段时间;
1.5 空口性能及用户体验提升
香农定理
C=B log2(1+S/N) B是信道带宽,HZ S是信号功率,W N是噪声功率,W
信道容量与信道带宽成正比,同时还取决于系统信噪比以及编码技术:
WLAN使用CSMA/CA技术来避免冲突,当用户较少时,每个用户均可访问完整带宽,基本没有冲突发生,但是随着用户的增多,冲突的概率增加;用户在发包前会随机退避一段时间,用户多了这种相同的概率就会增加,同时会出现隐藏节点导致CSMA/CA的机制失效,使整个空口性能急剧下降,所以优化WLAN性能的关键就是围绕多用户和站点间的冲突干扰来进行;
tips: Wi-Fi 6虽然 使用了权限的调度技术,但是今后很长一段时间将与Wi-Fi 5/4共存。
参考有线网络的优化方式:
-
射频调优,合理分割冲突域,调整AP的信道和发射功率,使WLAN容量最大化;
- 划分合理的信道与功率,原则上射频发射功率与终端的发射功率相等最为合理;
- 分为手工划分与自动计算,手工划分依赖经验与测量,自动计算依赖厂家的算法;
-
用户漫游与调度,合理调度用户,调制各AP的用户数量,使其均衡;
- 终端接入AP,一般由终端自己决定,这就导致用户的分布不均,粘性终端等问题;
- WLAN使用智能漫游,频谱导航和负载均衡等技术,来帮助终端调度;
- 快速漫游技术:802.11i-PMK和802.11r分别支持802.1x及wpa&802.1x;
- 辅助漫游技术:802.11k定义了一些辅助用户漫游的方式;
-
抗干扰技术,减少干扰,提高干扰场景下的业务连续性及通信质量;
- 如何避免干扰,找到干扰源是抗干扰技术的关键;
-
空口Qos,合理调度业务,提升用户的音频与视频业务体验;
- 使用ECDA将业务类型划分为4个优先级;
- 根据实时负载来灵活调整相关参数来优化业务体验;
-
天线技术,优化天线,更好的分割冲突域,减少干扰的影响;
- 智能调优+波束成形可以很好的抵抗干扰;
二. 无线的组网架构
组网架构 | 适用范围 | 特点 |
---|---|---|
FAT AP | 家庭 | 简答配置,功能单一,成本低 |
WAC+FIT AP | 大中型企业 | AP需要配合WAC使用,由WAC统一管理和配置,功能丰富; |
云管理 | 中小型企业 | AP配合云管理平台使用,由云管理平台统一管理和配置; |
Leader AP | 小微企业 | 可以管理少量ap; |
敏捷式分布 | 房间分布密集的场景 | 将AP拆分为中心AP和远程单元; |
智简园区网 | 大中型企业 | AP配合SDN控制器使用,由SDN控制器统一管理和配置; |
2.1 WAC+FIT AP的典型架构
几种常见的划分
- 根据WAC和AP的通信方式,分为二层组网和三层组网;
- 根据WAC接入位置,分为直接接入和旁挂模式;
- 根据流量转发方式,分为直接转发和中心抓发;
WAC的备份方式
- 使用VRRP进行双机热备,AP与虚拟ip通信,只能感知到一个WAC;
- 该方式只能本地部署
- 双链路双击热备,AP同时与主备WAC之间分别建立CAPWAP隧道,WAC间业务信息通过HSB主备通道同步;
- 该方式可以异地部署,切换速度较VRRP慢,需要等待CAPWAP隧道超时;
- N+1备份,多台主WAC与一台备WAC,如在各个分支只部署一台主WAC,在总部放置一台备用WAC;
- 成本较低,但是需要重新建立CAPWAP隧道和重新关联AP,切换速度慢,且由短暂终端的风险;
2.2 实际场景组网
衡量一个无线组网是否正常,可以参考一个标准,比如用户随时随地10Mbps的下载速度;
相关的KPI指标:
KPI | 推荐值 |
---|---|
用户体验速度 | > 100Mbps |
VIP区域体验速度 | > 300Mbps |
用户续航速率 | > 16Mbps |
下行平均时延 | 高优先级应用 < 10ms 低优先级应用 < 20ms |
一般覆盖区占比(上行RSSI < -65dBm | < 5% |
2.2.1 网络规划流程
整体流程:需求收集->现场工勘->网规设计->安装施工->验收测试->结束
现场工勘
使用工具确定整体环境,干扰源,材质衰减,安装方式及位置,供电走线等;
网络覆盖
信号强度 = AP发射功率 + 天线增益 - 传输距离衰减值 - 障碍物衰减值
覆盖区域 | 信号强度要求 |
---|---|
重点覆盖区域 | -40dBm ~ -65dBm |
一般覆盖区域 | >-75dBm |
特殊覆盖区域 | 根据用户需求设计 |
网络容量设计
对无线网络容量的设计大多基于实际业务需求,主要从AP性能,带宽需求,用户数和无线环境等方面出发,估算除满足业务带宽所需的AP数量。
AP布放场景
减少信号穿越障碍物的次数,保证信号穿过障碍物也是垂直穿越;
保证AP正面针对目标覆盖区域,单个正中,多个对角线;
小于50平一个AP,50-100平2个AP,100平以上的三角形布置多个AP;
与高度有关,4 ~ 6m使用全向天线,AP间距10-15m;6 ~ 10m使用小角度内置定向天线AP,AP间距10-14m;10 ~ 25m时,使用外置定向天线;