掃清高密Wi-Fi部署兩大“攔路虎”

科幻電影《星球大戰(zhàn)：原力覺醒》熱播后，“May the force be with you（愿原力與你同在）”這句經(jīng)典臺(tái)詞再度風(fēng)靡起來；其實(shí)在當(dāng)前Wi-Fi席卷全球的背景下，對(duì)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?cè)缫蚜?xí)慣用手機(jī)/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(yùn)營(yíng)商和企業(yè)各方共同推動(dòng)下，Wi-Fi現(xiàn)在已遍布我們所處城市的各個(gè)角落，無論是在商場(chǎng)和餐館，還是在酒店和車站，又或是在展覽館和會(huì)議廳，打開手機(jī)很快你就能查找到Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。但在實(shí)際使用時(shí)，在一些用戶密集的場(chǎng)所，例如展覽館、會(huì)議廳和大型商場(chǎng)等，Wi-Fi卻并不如家里或辦公室那么好用，經(jīng)常出現(xiàn)連不上網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)連接速度很慢的情況——打開網(wǎng)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(chǎng)景體驗(yàn)不佳：性能與規(guī)劃非主因

很多人把這個(gè)問題歸結(jié)于AP性能不佳或是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃不精準(zhǔn)，但是究其根本卻未必完全如此。在過去的數(shù)年間，AP的基礎(chǔ)性能已經(jīng)十分成熟，在辦公室之類的普通環(huán)境下單AP承載30多個(gè)用戶同時(shí)上網(wǎng)已經(jīng)不成問題；同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)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(qiáng)悍的AP和成熟的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案，為什么還會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)不佳的現(xiàn)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(chǔ)方案開始分析，業(yè)界應(yīng)對(duì)室內(nèi)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(nèi)置全向天線的AP，易于采購也易于部署。然而其缺點(diǎn)也十分明顯，全向天線的覆蓋范圍類似于一個(gè)蘋果，形狀十分飽滿，覆蓋范圍也很廣。這在半開放的室內(nèi)辦公環(huán)境等對(duì)覆蓋范圍要求較高的場(chǎng)景十分適用。

可以把蘋果想象成一個(gè)全向AP的覆蓋范圍

但是在車站和會(huì)議廳等全開放環(huán)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(jí)數(shù)下降。如果把一個(gè)AP的信號(hào)覆蓋模擬想象成兒童球池里面的氣球，夸張點(diǎn)說，很多車站和機(jī)場(chǎng)的無線環(huán)境與下面這張圖沒什么兩樣。即使請(qǐng)技術(shù)專家進(jìn)行優(yōu)化，其手段也比較有限，無非是降低發(fā)射功率，借助障礙物縮減覆蓋范圍等，對(duì)解決根本問題可說是杯水車薪。

開放式公共環(huán)境信號(hào)覆蓋假想圖

更悲催的是，因?yàn)闊o線信號(hào)不可見且難以定位，在遇到體驗(yàn)不佳的情況時(shí)，大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商和商業(yè)Wi-Fi公司都寄希望于用擴(kuò)大AP數(shù)量的方法來解決問題；再加上有些商家或企業(yè)為了招攬顧客會(huì)自行動(dòng)手增設(shè)AP來改善網(wǎng)速過慢的問題，其結(jié)果就變得更加糟糕了。因?yàn)檫@往往會(huì)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(wǎng)絡(luò)的性能也會(huì)進(jìn)一步下降。

高密小角度天線：掃清信號(hào)干擾效果佳

其實(shí)發(fā)生問題的關(guān)鍵點(diǎn)已經(jīng)基本清晰了，那就是干擾，這是一個(gè)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(jiǎn)單且行之有效的解決方案已經(jīng)在一些大型的體育場(chǎng)館和車站開始大規(guī)模部署。

“2015年北京世界田徑錦標(biāo)賽”就是其中的典型應(yīng)用案例。賽事期間，現(xiàn)場(chǎng)觀眾通過免費(fèi)的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)在社交媒體上發(fā)布觀賽感受、分享精彩瞬間，為大賽增添了別樣的精彩。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在短短8天內(nèi)，國(guó)家體育場(chǎng)的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)就共計(jì)承載了68萬人次的觀眾接入，累計(jì)產(chǎn)生了16.4TB的網(wǎng)絡(luò)流量，相當(dāng)于傳送了860萬張數(shù)碼照片，或是產(chǎn)生了16億次社交媒體信息互動(dòng)。

為此提供支撐的幕后英雄是鳥巢現(xiàn)場(chǎng)使用的一種高密小角度天線部署方案，其效果相比傳統(tǒng)方案提升明顯，同時(shí)這種方案在設(shè)備選材上也十分廣泛、易于獲得。

2015年田徑世錦賽鳥巢使用的華為室外高密部署方案

在類似國(guó)家體育場(chǎng)這樣的室外高密場(chǎng)景中，這類方案在最終覆蓋效果上確實(shí)具備明顯優(yōu)勢(shì)，但當(dāng)將其移植到室內(nèi)環(huán)境時(shí)，卻并不是理想的選擇——施工和人工成本的增加以及安裝對(duì)環(huán)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(shí)間幾乎是室內(nèi)AP方案的兩倍左右；同時(shí)，由于定向天線尺寸遠(yuǎn)大于1臺(tái)iPad Air，其還會(huì)對(duì)安裝地點(diǎn)的外觀造成較大破壞。

智能天線小型化：室內(nèi)高密困擾終得解

這個(gè)問題困擾了業(yè)界多年之后，最終隨著華為面向室內(nèi)高密場(chǎng)景定制的AP4050DN-HD產(chǎn)品的推出而不復(fù)存在。

AP4050DN-HD內(nèi)置智能高密天線，其信號(hào)覆蓋精準(zhǔn)，可有效降低高密場(chǎng)景下AP間的信號(hào)干擾，提升無線網(wǎng)絡(luò)的性能和用戶接入體驗(yàn)，非常適用于室內(nèi)場(chǎng)館、禮堂和超市等眾多高密場(chǎng)景的Wi-Fi覆蓋；同時(shí)，AP尺寸只有PAD大小、整機(jī)重量不到1Kg，以及單臺(tái)AP安裝和調(diào)試只需要30分鐘，這些都有效節(jié)省了設(shè)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(jí)聯(lián)以擴(kuò)大部署和安裝的范圍，節(jié)省50%的PoE交換機(jī)端口占用。

用戶超高并發(fā)：高密場(chǎng)景最大“攔路虎”

干擾并非是高密場(chǎng)景Wi-Fi部署的唯一困擾，在一些無線環(huán)境干凈、不存在信號(hào)干擾的場(chǎng)景中，還可能隱藏著另一個(gè)更大的“攔路虎”，那就是終端高并發(fā)率。一般而言，在車站、商場(chǎng)和球場(chǎng)等這類高密場(chǎng)景，雖然人數(shù)很多，但并非人人都有聯(lián)網(wǎng)需求，因此終端并發(fā)率通常會(huì)維持在30%左右；但在多媒體教室和電子課堂這類特殊場(chǎng)景，由于電子書包等業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，幾乎所有人都需要同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)，這會(huì)將終端并發(fā)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(chǎng)景中的業(yè)務(wù)體驗(yàn)將會(huì)產(chǎn)生很大差異。

電子書包業(yè)務(wù)場(chǎng)景終端并發(fā)率可接近100%

我們以電子書包業(yè)務(wù)場(chǎng)景為例，使用一臺(tái)最高性能為900Mbps的 AP（3空間流）和總計(jì)60臺(tái)PAD終端（單空間流）進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)終端并發(fā)率為30%時(shí)，并發(fā)終端數(shù)為18臺(tái)，單終端平均可用帶寬為6Mbps左右，整體吞吐量為110Mbps；當(dāng)終端并發(fā)率為100%時(shí)，并發(fā)終端數(shù)為60臺(tái)，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(cè)試環(huán)境中并不存在嚴(yán)重的干擾，為什么AP的并發(fā)用戶數(shù)從18增長(zhǎng)到60后，對(duì)應(yīng)的整體吞吐量會(huì)從110Mbps下降到72Mbps呢？這還要從Wi-Fi的數(shù)據(jù)處理機(jī)制談起。在Wi-Fi的信道使用上采用的是競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，即所有終端競(jìng)爭(zhēng)一個(gè)傳輸通道，終端數(shù)量越多，彼此發(fā)生沖突的概率也就越大，簡(jiǎn)而言之就是千軍萬馬過獨(dú)木橋。對(duì)于并發(fā)率達(dá)到100%的高密接入場(chǎng)景，AP所承擔(dān)的壓力將達(dá)到一般情況下的3倍多，可以說這是高密場(chǎng)景中最難應(yīng)付的情況。

所以說，Wi-Fi的空口機(jī)制本身已經(jīng)決定了AP射頻的多用戶性能，從單個(gè)射頻芯片的角度來看，一塊2.4GHz或5GHz射頻在30個(gè)用戶并發(fā)時(shí)，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(yè)務(wù)場(chǎng)景中會(huì)帶來什么樣的體驗(yàn)效果呢？老師在進(jìn)行屏幕共享、自動(dòng)教材翻頁和課堂畫板等操作時(shí)，所有PAD終端的平均時(shí)延將達(dá)1秒；在推送480P分辨率視頻時(shí)，所有PAD終端完成視頻緩沖并開始同步播放的時(shí)間將需要10秒左右，甚至更長(zhǎng)。

目前，高分辨率的教學(xué)視頻下載與播放已成為學(xué)生的普遍需求，因此，構(gòu)建優(yōu)質(zhì)的教室無線網(wǎng)絡(luò)，為終端提供更高的業(yè)務(wù)能力，以有效支撐各類教學(xué)活動(dòng)的開展已成為教育行業(yè)的重點(diǎn)話題之一。

多射頻AP：高并發(fā)場(chǎng)景解決之道

如何解決高并發(fā)場(chǎng)景下用戶體驗(yàn)變差的問題？很多人首先想到的就是增加AP數(shù)量，這當(dāng)然可以滿足電子課堂業(yè)務(wù)的終端帶寬要求，但也會(huì)帶來如下兩個(gè)現(xiàn)實(shí)問題：

• 網(wǎng)絡(luò)部署成本翻番：一個(gè)教室部署兩臺(tái)AP，相比單臺(tái)AP，其設(shè)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(yùn)維難度增加：AP數(shù)量翻番后，管理節(jié)點(diǎn)數(shù)量和工作量也同步翻番，對(duì)于學(xué)校本已捉襟見肘的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維力量提出了更高要求。

那么有沒有更優(yōu)的解決方案？回到Wi-Fi的空口機(jī)制，AP射頻的整體性能隨著并發(fā)終端數(shù)的增加而逐漸下降，那么減少單射頻下的并發(fā)終端數(shù)就應(yīng)該可以減少終端的沖突概率，進(jìn)而減少?zèng)_突導(dǎo)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(yè)務(wù)，可選用支持3射頻的AP，然后將單射頻并發(fā)用戶數(shù)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(shù)據(jù)與AP能力和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相關(guān)）。相比單教室部署兩個(gè)雙頻AP的方案，3射頻AP覆蓋單教室方案可節(jié)省設(shè)備采購、安裝和配套的成本（包括交換機(jī)端口數(shù)以及功耗等），并簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的日常運(yùn)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(shè)計(jì)，其中兩個(gè)射頻支持SDR（軟件定義射頻）技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)射頻工作頻段從2.4GHz到5GHz的靈活切換。3個(gè)射頻同時(shí)進(jìn)行業(yè)務(wù)覆蓋，提升了多用戶并發(fā)處理能力和單用戶業(yè)務(wù)性能，單臺(tái)AP可最大支持100個(gè)用戶并發(fā)，單用戶平均可用帶寬為4Mbps，完全可以滿足同時(shí)向100個(gè)用戶進(jìn)行高分辨率視頻的推送和視頻點(diǎn)播的要求（包括720P和1080P等高清視頻）。借助SDR技術(shù)，AP可滿足不同終端類型的場(chǎng)景需求，并可靈活適應(yīng)終端變化；同時(shí)通過提供多個(gè)5GHz射頻的業(yè)務(wù)接入，還可以充分發(fā)揮5GHz頻段可用信道多、信號(hào)干擾低和業(yè)務(wù)帶寬高等突出優(yōu)勢(shì)。