WLAN網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提升研究

段瓊

（中國移動通信集團(tuán)河南有限公司，鄭州 450000）

中國移動WLAN網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過幾輪快速規(guī)?；慕ㄔO(shè)，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、網(wǎng)絡(luò)容量已躍居幾大運(yùn)營商之首，給廣大用戶提供了高速優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)體驗(yàn)。然而隨著用戶數(shù)量迅速攀升，用戶對數(shù)據(jù)速率的更高要求，尤其是一些數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高密度區(qū)域，部分WLAN網(wǎng)絡(luò)容易出現(xiàn)高負(fù)荷過載和服務(wù)質(zhì)量下降的情況，采用合理有效地手段持續(xù)地對WLAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)和優(yōu)化，已成為當(dāng)前必要的工作重點(diǎn)。

理論上，無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是WLAN網(wǎng)絡(luò)生命周期的重要環(huán)節(jié)。在實(shí)踐中，無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化通?？梢宰畲蠡睦矛F(xiàn)有資源并有效提高用戶體驗(yàn)，真正使WLAN成為可運(yùn)營、可管理、可持續(xù)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)。后評估便是由集團(tuán)以引導(dǎo)設(shè)備廠家有計(jì)劃地解決網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行存在的設(shè)備問題，同時完善廠商的技術(shù)及服務(wù)支持體系，以及制定提高用戶滿意度為目標(biāo)而推出的規(guī)范性指導(dǎo)。

在既定的標(biāo)準(zhǔn)下，通常WLAN的優(yōu)化主要分為射頻優(yōu)化和數(shù)據(jù)優(yōu)化。優(yōu)化思路和手段主要是關(guān)注Wi-Fi整體覆蓋方式的合理部署，并通過信號側(cè)和數(shù)據(jù)側(cè)的優(yōu)化方法最大限度削弱無線干擾帶來的影響，保證最終用戶的使用效果和用戶體驗(yàn)。本文主要結(jié)合著運(yùn)營及后評估中常見問題和難點(diǎn)問題就WLAN網(wǎng)優(yōu)提出自己的思路，重點(diǎn)放在以下幾個方面。

1 關(guān)聯(lián)成功率

關(guān)聯(lián)成功率是通過統(tǒng)計(jì)AP下無法接入的用戶數(shù)以及接入用戶的總量來衡量該AP下可用性的參考。AP關(guān)聯(lián)是WLAN服務(wù)使用的第一步。AP關(guān)聯(lián)失敗，用戶最直接的感知就是終端能接收到移動的Wi-Fi信號，但是連接不上，導(dǎo)致用戶體驗(yàn)變差。因此，保障及提升AP關(guān)聯(lián)成功率是運(yùn)維的一項(xiàng)重要內(nèi)容，同時也是集團(tuán)公司考核的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

顯然的，關(guān)聯(lián)成功率通常跟RF相關(guān)，因此，針對關(guān)聯(lián)成功率的優(yōu)化，我們要把重點(diǎn)放到信號側(cè)的優(yōu)化方面。

除了大家熟知的信道、功率調(diào)整外，結(jié)合著802.11協(xié)議，我們還應(yīng)該從以下方面入手來進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化：

1.1 限制低速率用戶接入

通過限制用戶的接入速率來提升WLAN設(shè)備的整體吞吐量和使用率。因低速率用戶占空時間較高速率用戶比重大，極大的限制了WLAN設(shè)備整體的運(yùn)行情況。默認(rèn)情況下，無線網(wǎng)絡(luò)中大量的廣播報文和管理報文都是采用最低發(fā)送速率1Mbit/s，嚴(yán)重消耗了空口資源，一些覆蓋區(qū)域，信號強(qiáng)度已經(jīng)不是問題，可以將1、2、6、9等低速率禁用，提高廣播和管理報文發(fā)送速率，降低空口資源消耗。另外，通過禁用速率可以達(dá)到拒絕11b終端接入的效果。

1.2 無線用戶二層隔離

按照802.11協(xié)議規(guī)定，AP會在空口廣播同一個二層內(nèi)的廣播分組，而這樣的廣播分組在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的可能性較大，便占用了用戶有效報文的空中資源，造成資源浪費(fèi)。無線網(wǎng)絡(luò)中，廣播/多播報文會使用最低速率發(fā)送廣播報文，所以當(dāng)廣播報文比較多時，會相對較多地消耗信道空間帶寬，從而影響到整個網(wǎng)絡(luò)性能和應(yīng)用。大部分的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，主要為無線客戶端提供便捷的隨時隨地的上網(wǎng)應(yīng)用，而對無線客戶端互相訪問需求不高。二層隔離功能開啟后，來自無線客戶端的廣播/多播報文只會向有線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一份，而不會再向其他無線客戶端都發(fā)送，可以極大地減少空口信道的廣播和多播報文流量，從而提高Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的整體性能和應(yīng)用感受，同時也為提升AP關(guān)聯(lián)成功率打好基礎(chǔ)。

1.3 基于用戶的負(fù)載均衡

用戶自主選擇接入造成AP負(fù)載不均衡，特別是在會議室、室內(nèi)體育場館等用戶集中、覆蓋密集的區(qū)域，開啟基于用戶的負(fù)載功能，可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源分布，提升高密覆蓋的能力。

1.4 利用競爭窗口和退避算法的改進(jìn)體改AP接入信道的優(yōu)先級

AP應(yīng)該具備根據(jù)用戶比例，動態(tài)調(diào)整競爭窗口的大小，以改善多用戶并發(fā)下的AP性能。

1.5 關(guān)閉廣播Probe探測功能

客戶端支持被動Beacon和主動Probe發(fā)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的功能。所有的無線客戶端都會定期發(fā)送廣播Probe request探測，即使一個無線客戶端已經(jīng)成功接入到Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中，它也會定期在每一個信道發(fā)送兩個Probe request報文，第一個為攜帶鏈接SSID的Probe，另外一個為廣播的Probe（ssid長度為0）。這樣在無線用戶比較多的網(wǎng)絡(luò)中，可能會出現(xiàn)一定量的Probe response報文，而且這些報文都是使用低速率進(jìn)行發(fā)送，會消耗一定的空間資源。如果網(wǎng)絡(luò)條件允許可以考慮關(guān)閉廣播Probe探測功能以節(jié)約空口資源，當(dāng)用戶關(guān)聯(lián)時AP不至于沒有足夠的資源來完成對station的正常response。

1.6 限制低電平用戶接入

對于信號強(qiáng)度比較弱的無線客戶端，雖然可以接入到Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中，但是所能夠獲取的性能也要比信號強(qiáng)度好的無線客戶端差很多。如果這個弱信號的終端還在大量地下載數(shù)據(jù)，會占用大量信道，給該信道的其它設(shè)備留下的空間非常小，最終必然對其他的客戶端造成很大的影響。

利用類似的實(shí)現(xiàn)可以直接控制拒絕信號強(qiáng)度低于指定門限的無線客戶端接入到Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中，即可以避免低信號客戶端本身不好帶來的麻煩，也同時減少了這種終端對其他客戶端的影響，提高整個Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用效果和關(guān)聯(lián)成功率。

1.7 基于客戶端鏈路狀況的流量整形

該特性主要考慮弱信號的終端發(fā)送報文通常使用比較低的速率發(fā)送，相對于信號強(qiáng)的終端會消耗比較多的信道，在信道資源分配上對信號強(qiáng)的終端不公平，為了達(dá)到各個終端在信道占用上盡量公平，可以對弱信號的AP發(fā)送報文的比例進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?。建議結(jié)合時間公平調(diào)度算法使用，在公平調(diào)度的基礎(chǔ)上，AC能動態(tài)的根據(jù)AP發(fā)送給無線客戶端的報文發(fā)送速率情況對客戶端的發(fā)送控制比例進(jìn)行計(jì)算。

2 認(rèn)證成功率

運(yùn)營級的無線寬帶網(wǎng)絡(luò)需要關(guān)注與用戶體驗(yàn)相關(guān)的各項(xiàng)指標(biāo)，如 Portal 推送成功率、認(rèn)證成功率等，這些指標(biāo)是否能夠達(dá)到要求也是一個優(yōu)化重點(diǎn)。且該項(xiàng)指標(biāo)只體現(xiàn)集團(tuán)后臺Portal Server和RADIUS Server等認(rèn)證服務(wù)器的數(shù)據(jù)認(rèn)證成功率，通常該值出現(xiàn)異常，涉及的組件包括AC（Portal Client/NAS）、Portal Server、RADIUS Server 3部分，因此，認(rèn)證成功率的優(yōu)化主要是數(shù)據(jù)側(cè)的優(yōu)化。我們下面主要從AC方面來進(jìn)行相關(guān)分析。

在整個的認(rèn)證體系中，AC同時作為Portal Client和NAS的角色而存在，其主要作用是通過后臺的Daemon來和Portal Server以及RADIUS交互，根據(jù)集團(tuán)規(guī)定的規(guī)范完成整個的認(rèn)證。基于運(yùn)維的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)證成功率異常時，可從以下的原因入手進(jìn)行分析和處理：

2.1 AC處于重負(fù)載下，沒有足夠的資源來對相關(guān)報文做處理

業(yè)務(wù)高峰時段，由于過多的用戶并發(fā)接入或者軟件配置參數(shù)設(shè)置不合理，可能會導(dǎo)致AC的CPU或者RAM被某些進(jìn)程過度占用，在這種前提下，會因?yàn)楦邇?yōu)先級任務(wù)（如中斷、收分組等）長時間占用CPU而使得認(rèn)證相關(guān)模塊得不到調(diào)度，導(dǎo)致認(rèn)證業(yè)務(wù)處理時延變大，而認(rèn)證功能屬于時延敏感業(yè)務(wù)，從而導(dǎo)致AC與認(rèn)證服務(wù)器之間的交互出現(xiàn)超時導(dǎo)致認(rèn)證失敗率高，目前大部分的認(rèn)證功率異常跟此原因相關(guān)，因此，需要要求廠家對核心的、關(guān)鍵的模塊提供靜態(tài)或者動態(tài)的調(diào)整方法，確保這些時延敏感的、核心的守護(hù)進(jìn)程總是能夠通過快速的較高的優(yōu)先級調(diào)度得到足夠的資源。

2.2 鏈路或者是集團(tuán)Portal Server/RADIUS異常

通常此類問題可以結(jié)合著統(tǒng)一網(wǎng)管的trap告警以及現(xiàn)場的實(shí)際測試來進(jìn)行驗(yàn)證。另外，我們也需要重點(diǎn)監(jiān)控下行鏈路的利用情況，因?yàn)樵谙滦墟溌飞显O(shè)計(jì)到了CAPWAP或者是CAPWAP DTLS封裝，如果配置不當(dāng)會出現(xiàn)大量用戶業(yè)務(wù)流AC分片、重組或者重傳的情況，會對鏈路的有效資源做過多消耗。同時，也要做好廣播域的隔離工作，合理的規(guī)劃VLAN。在無線網(wǎng)絡(luò)中，廣播/多播報文會使用最低速率發(fā)送廣播報文，所以當(dāng)廣播報文比較多時，會相對較多地消耗信道空間帶寬，從而影響到整個網(wǎng)絡(luò)性能和應(yīng)用。特別一個廣播報文通常會向VLAN內(nèi)的所有的AP發(fā)送，同時消耗所有AP的資源。

所以在構(gòu)建Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的時候，在條件允許的情況下，一定為無線業(yè)務(wù)創(chuàng)建獨(dú)立的VLAN，而不要和有線網(wǎng)絡(luò)使用相同的VLAN，這樣既可以避免大量的廣播/多播報文的影響，又可以避免不必要的攻擊，以節(jié)約寶貴的空口和上行資源。

2.3 主備RADIUS

在AC上可以配置主備RADIUS地址，當(dāng)主用RADIUS出現(xiàn)問題時，AC自動連接備用RADIUS完成認(rèn)證、計(jì)費(fèi)工作，并同時監(jiān)測主RADIUS的工作狀態(tài)，當(dāng)主RADIUS恢復(fù)后，自動切換回主RADIUS，此種方式可一定程度保障認(rèn)證、計(jì)費(fèi)的可靠性。

3 AP下線率/退服率

導(dǎo)致AP退出服務(wù)的可能原因很多，比如AP死機(jī)、AC故障、交換機(jī)故障、通信故障都可能引起AP退服，通常需要根據(jù)收集的信息做進(jìn)一步的分析。以傲天動聯(lián)公司設(shè)備為例，我們可以按照圖1的思路進(jìn)行分析。

然后我們可以根據(jù)收集的信息進(jìn)行分析，然后根據(jù)分析結(jié)果有針對性的進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

除了上述分析思路外，在移動現(xiàn)有的瘦AP模式下，AP和AC之間通過CAPWAP隧道進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)交互，AP和AC側(cè)都有相關(guān)的Daemon來建立、維護(hù)、拆除隧道，除了keepalive機(jī)制的優(yōu)化外，建議廠商對相關(guān)后臺進(jìn)程的優(yōu)先級做動態(tài)調(diào)度，確保CAPWAP的守護(hù)進(jìn)程總是能夠通過動態(tài)的較高的優(yōu)先級調(diào)度得到足夠的資源，這可有效的防止AP掉線、退服故障。

圖1 AP下線率/退服率

4 節(jié)電優(yōu)化

節(jié)電模式通常是被很多網(wǎng)優(yōu)人員忽視的一個項(xiàng)目。關(guān)于STA的節(jié)電模式，當(dāng)前AP通常是維護(hù)一個節(jié)電緩存隊(duì)列，該隊(duì)列是將STA處于節(jié)電狀態(tài)時AP要發(fā)送給STA的報文緩存到一個特定的隊(duì)列中，等待STA變?yōu)榉枪?jié)電時將緩存隊(duì)列中的報文發(fā)送到STA。這里有一個隊(duì)列深度的問題，隊(duì)列深度就關(guān)系到在STA節(jié)電時可以緩存的最大分組數(shù)及對AP性能的影響，通常節(jié)電模式因軟件設(shè)計(jì)原因會對性能和穩(wěn)定性造成較大的影響。AP需要暫存處于休眠狀態(tài)的STA的幀，因此暫存空間的大小設(shè)計(jì)（隊(duì)列深度）便變得尤為重要。對于AP來說，暫存空間（buffer memory）是一項(xiàng)有限的資源，802.11標(biāo)準(zhǔn)要求AP必須使用某種老化功能，通過判斷數(shù)據(jù)幀的暫存時長，超過某一時限的幀，將被丟棄。標(biāo)準(zhǔn)并沒有對具體時限進(jìn)行定義，但規(guī)定了在listen interval時間內(nèi)，AP不得丟棄暫存數(shù)據(jù)。因此一般情況下，AP為終端暫存數(shù)據(jù)的時間至少大于listen interval所指定的時間。而PAD、手機(jī)終端設(shè)備，由于設(shè)備較小，電池續(xù)航能力較弱，尤其在使用WLAN網(wǎng)絡(luò)時，對電量的消耗會加劇，因此許多廠商會將其產(chǎn)品設(shè)計(jì)成經(jīng)常性進(jìn)入休眠模式，這會導(dǎo)致AP因暫存隊(duì)列的維護(hù)和狀態(tài)機(jī)的更新帶來額外的不確定性。由于節(jié)電模式改變了報文802.11協(xié)議的報文傳輸機(jī)制，因此也會帶來種種奇怪故障。特別是隨著Wi-Fi終端種類增加，由節(jié)電模式引起的問題也越來越多。因此在出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障或者性能較低的時候，建議對listen interval或者老化機(jī)制進(jìn)行調(diào)整，以便于得到最適合當(dāng)前環(huán)境的值，或者暫存時建議廠商能夠根據(jù)STA的數(shù)量和狀態(tài)對隊(duì)列深度進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，在STA取回時能夠設(shè)定相關(guān)的發(fā)送優(yōu)先級以確保其它重要數(shù)據(jù)優(yōu)先發(fā)送。

5 總結(jié)

通過以上個人運(yùn)維工作中的實(shí)際體驗(yàn)心得，希望能為WLAN網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和優(yōu)化提供一些有價值的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。同時，個人建議在優(yōu)化實(shí)施階段必須建立詳細(xì)而完整的優(yōu)化日志，這對整理優(yōu)化的思路，結(jié)合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析評估每項(xiàng)工作的效果，將會有極大的幫助，應(yīng)該在優(yōu)化中予以充分重視。