機場熱點區(qū)域的無線局域網(wǎng)信號干擾分析

齊凱歌+施淳+許暉

【摘要】隨著無線局域網(wǎng)的廣泛應用，機場、候車廳等人員密集的地方成為各大運營商爭相部署無線局域網(wǎng)的熱點區(qū)域。通過對國內某機場WLAN的實際測試，得出該機場的AP數(shù)量、信道占用及信號覆蓋等無線局域網(wǎng)部署情況，并以此為基礎重點分析了該機場WLAN信號干擾等問題，為國內其他機場及相關熱點區(qū)域在進行無線局域網(wǎng)建設初期的網(wǎng)絡規(guī)劃方面提供參考。

【關鍵詞】信號干擾無線局域網(wǎng)機場

中圖分類號：TN929.53文獻標識碼：B文章編號：1006-1010(2014)-09-0030-04

1 引言

據(jù)相關報道，截至2013年年底全國預計有24家機場年旅客吞吐量達到1 000萬人次以上，其中首都國際機場旅客吞吐量在2012年達到8 192.9萬人次，位居全球第二。

機場作為典型的熱點區(qū)域，其潛在的高端用戶需求，可觀的業(yè)務收入使其成為各電信運營商爭相部署AP熱點、拓展WLAN市場的重點區(qū)域。然而，由于WLAN中AP基本工作在相同頻段，隨著中國移動、中國聯(lián)通、中國電信等運營商在某機場部署的AP不斷增加，用戶不斷反映在該機場1、2號候機樓等區(qū)域存在網(wǎng)絡速率低、上網(wǎng)體驗較差等問題。

本文通過在該機場不同區(qū)域WLAN信號進行實地測試，獲得該機場具體的無線局域網(wǎng)規(guī)劃情況，并對其信號干擾等問題加以分析，為其他機場的WLAN規(guī)劃提供參考。

2 現(xiàn)場測試

2.1測試區(qū)域

本次測試范圍主要包含室內和室外兩個區(qū)域。室內測試區(qū)域為T1、T2（雙層）航站樓的大廳和登機橋，室外測試區(qū)域主要集中在機場服務車道、近機位和遠機位。在全面測試上述區(qū)域后，筆者在T1、T2航站樓及服務車道等區(qū)域選擇了多個測試點用以分析該機場WLAN信號干擾情況。

2.2測試方法

本次測試使用了專業(yè)的第三方測試設備和工具開展現(xiàn)場測試。為確保獲取所有既存的射頻數(shù)據(jù)，所采用的方法如下：

（1）利用整套設備進行被動的勘測從而獲取射頻數(shù)據(jù)，包括信號強度、噪聲電平、信噪比、無線網(wǎng)絡名稱和設備的MAC地址；

（2）利用整套設備進行主動的測試，用于測試Wi-Fi網(wǎng)絡的性能、漫游和連接能力。

3 信號干擾計算方法

相關文獻表明，當特定區(qū)域內的AP信號受到干擾時會出現(xiàn)設備利用率低、忙時用戶上網(wǎng)時延大和用戶帶寬不穩(wěn)定[5]等諸多問題。由于機場射頻環(huán)境比較復雜，機場內AP都會受到不同程度的干擾。其干擾主要來自兩個方面：首先，工作在同一頻段的其他高頻無線設備如藍牙、微波爐等容易對AP造成較強的干擾，因此在部署WLAN時，應遠離這些設備。其次，當機場部分區(qū)域無線局域網(wǎng)規(guī)劃不合理時，如某些區(qū)域部署的AP比較密集，由于頻譜資源受限加之無線介質本身的特性，系統(tǒng)容量并不會隨著AP數(shù)目的增加而增大[3]，反之AP之間容易產(chǎn)生較強烈的同、鄰頻干擾[4]。

考慮到AP間干擾的復雜性及對無線局域網(wǎng)規(guī)劃的重要意義，本文將重點分析該機場AP間的同、鄰頻干擾。

（1）同頻干擾

假設有n個AP工作在某一區(qū)域的同一頻點，則其第i個AP對臨近AP干擾程度[6]為：

Ii=(90+Ai)*100/60 （1）

其中Ai為該AP的信號強度。

則該AP在該區(qū)域受到的同頻干擾百分比為：

（2）

（2）鄰頻干擾

在計算相鄰或不同信道間的干擾時，為了使計算更加準確，首先必須對信號強度值做一些調整（adjustment）。調整值的大小取決于兩信道的間隔。間隔數(shù)為1、2、3、4時，相應的信號調整值為-2、-5、 -9、-15。當信道間隔超過4時，不存在信道干擾。

假設在某個AP周圍有多個AP工作在其他相鄰頻點，其中工作在頻點間隔為1的AP數(shù)目為N1，間隔為2的數(shù)目為N2，以此類推間隔為4的AP數(shù)目為N4,則這些AP中第i個AP對該AP信號的干擾程度為：

Ii=(90+Ai+Ml)*100/60（3）

其中Ai為第i個AP的信號強度，M為兩個AP頻點間隔的信道調整值，l為與之對應的頻點間隔。

則該AP受到的總的鄰頻干擾百分比為：

（4）

4 測試結果

4.1AP分布

在實際測試中發(fā)現(xiàn)，機場各個區(qū)域都分布有大量AP，其中航站樓大廳和機場服務車道（靠近大廳和登機橋）因為來往人員比較密集，用戶連接網(wǎng)絡需求較大[2]，因此部署的AP較多，達到1 326個，占到整個機場AP數(shù)量的90%以上。而近機位與遠機位由于人員密集度較低，且無線信號容易對客機與地面的通信造成干擾，因此總體部署的AP較少。

機場無線網(wǎng)絡部署比較復雜，國內移動、聯(lián)通和電信三大運營商都在該機場部署了自己的無線局域網(wǎng)，其AP總數(shù)占到機場全部AP數(shù)量的50%。此外，還有其他類型的無線網(wǎng)絡，如機場為用戶提供的免費Wi-Fi、機場自身專用無線網(wǎng)絡和某些移動設備共享的無線網(wǎng)絡，這些無線信號混雜在一起共同構成了機場復雜的射頻環(huán)境。

4.2信道占用

根據(jù)IEEE及國家相關標準規(guī)定[1]，IEEE 802.11b/g工作頻段為2.4—2.483 5GHz，劃分為13個子信道。13個子信道相互重疊，其中只有1、6、11三個子信道之間相互沒有重疊。通過實測發(fā)現(xiàn)，除部分專用無線網(wǎng)絡的AP工作在5.0GHz頻段之外，機場的AP主要工作在2.4GHz公用頻段的1、6、11頻點，少量AP工作在其他頻點。機場AP信道占用情況如圖1所示：

圖1機場無線網(wǎng)絡信道占用情況

4.31號航站樓測試點檢測結果

1號航站樓大廳內AP信號強度分布曲線如圖2所示，從曲線中可以看出，該航站樓大廳內超過六成的AP信號強度達到-60dBm以上，信號強度較強完全達到正常需求標準。在該航站樓大廳內選定的測試點檢測到的部分AP信息如表1所示，限于篇幅部分信號強度較弱的AP未列入其中。

由表1可知，在該測試點附近存在較多AP，這些AP信號較強且大多工作在同一頻點，彼此之間產(chǎn)生較強的干擾。少部分AP工作在互不干擾的6、11頻點，因此在該測試點幾乎不存在信道間干擾。

4.4實驗室測試結果

1號航站樓大廳測試點的測試結果表明，由于三大運營商在該測試點附近部署了較多的AP，這些AP信號強度較強且工作在同一頻點，使得彼此之間產(chǎn)生嚴重的同頻干擾。此外，除部分測試點可以檢測到微弱的鄰頻干擾外，其他各個測試點的測試結果與之類似，不再贅述。

為了分析同頻干擾對無線網(wǎng)絡性能的影響，筆者在實驗室搭建了一個測試環(huán)境以模擬機場的實際射頻環(huán)境。選用了3個相同品牌的無線路由器作為AP連接到同一個交換機上以搭建一個無線局域網(wǎng)，這三個AP彼此相距10m構成一個等邊三角形。并選用3臺筆記本分別與三個路由器相連作為用戶等待接收數(shù)據(jù)。在配置無線路由器時，首先將路由器工作頻點分別設置為1、6、11三個互不干擾的頻點，另選一臺PC與交換機相連作為服務器，并使用iperf工具進行網(wǎng)絡性能測試。首先，對比了不同數(shù)量用戶同時進行網(wǎng)絡性能測試時用戶1的傳輸速率變化情況，結果表明在三種配置條件下，用戶1的數(shù)據(jù)傳輸速率幾乎沒有差別，相應的測試結果如圖3所示。

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其次，將三個無線路由器重新配置成相同的工作頻點，三個用戶分別重新接入無線網(wǎng)絡，并重復之前的測試，測試結果表明，隨著用戶數(shù)量的增加，用戶1的數(shù)據(jù)傳輸速率有較大幅度的下降，相應的測試結果如圖4所示。

圖4相同頻點下數(shù)據(jù)傳輸速率變化情況

5 結論

上述實驗結果表明，當同一區(qū)域有多個AP工作在相同頻點時，彼此之間會產(chǎn)生嚴重的同頻干擾，從而導致數(shù)據(jù)傳輸速率明顯下降，進而嚴重影響無線局域網(wǎng)的性能。為了在機場等熱點區(qū)域搶占市場，國內多家運營商展開了激烈的競爭，由于缺乏統(tǒng)一的網(wǎng)絡規(guī)劃部署，在網(wǎng)絡擴容階段又缺乏溝通機制，使得像機場等熱點地區(qū)出現(xiàn)了較為嚴重的同頻干擾情況，從而出現(xiàn)機場多處區(qū)域雖然信號強度很強，單用戶上網(wǎng)體驗依然較差的現(xiàn)象。

一方面，由于無線局域網(wǎng)使用非授權無線頻譜，網(wǎng)絡建設成本較低，使得網(wǎng)絡建設過程中較易產(chǎn)生干擾現(xiàn)象。另一方面，由于無線局域網(wǎng)具有較低資費的優(yōu)勢，用戶群龐大。為了提高網(wǎng)絡性能，提供更好的用戶體驗，建議相關主管部門出臺指導性文件，網(wǎng)絡建設單位在網(wǎng)絡建設初期統(tǒng)一規(guī)劃，在運營過程中不斷優(yōu)化配置，從而保證所建設部署的無線網(wǎng)絡始終保持較高的性能。

參考文獻：

[1] Bianchi G. Performance Analysis of the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function[J]. IEEE Journal on selected Areas in Comm, 2000,18(3): 535-547.

[2] IEEE 802.11. Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications[S]. 2007.

[3] Banginwar R, Gorbatov E, Gibraltar. Application and Network Aware Adaptive Power Management for IEEE 802.11, Wireless On-demand Network Systems and Services 2005(WONS 2005)[C]. Second Annual Conference, 2005: 98-100.

[4] 陳國先. 無線局域網(wǎng)室內信號干擾因素分析及處理[J]. 湖南工業(yè)大學學報, 2011(5).

[5] 張國棟,李壽鵬. WLAN網(wǎng)絡中同頻AP互相干擾的研究[J]. 電信工程技術與標準化, 2011(1).

[6] 劉昆漢,張雋輝,趙建軍. WLAN 校園業(yè)務密集區(qū)域頻率規(guī)劃研究[J]. 數(shù)據(jù)通信, 2011(5).★

作者簡介

齊凱歌：碩士就讀于安徽大學，主要研究方向為城市典型地域通信網(wǎng)絡覆蓋測試及MIMO無線信道建模等。

施淳：學士，現(xiàn)就職于上海無線通信研究中心測試服務部，研究領域包括新一代無線移動通信系統(tǒng)的新業(yè)務驗證、無線新技術測試驗證平臺開發(fā)、無線測試驗證外場環(huán)境開發(fā)等工作。

許暉：碩士，中科院微系統(tǒng)與信息技術研究所高級工程師，現(xiàn)任上海無線通信研究中心測試服務部副部長，研究領域包括新一代無線移動通信系統(tǒng)原型驗證、無線新技術測試驗證平臺開發(fā)、無線測試驗證外場環(huán)境開發(fā)等。

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其次，將三個無線路由器重新配置成相同的工作頻點，三個用戶分別重新接入無線網(wǎng)絡，并重復之前的測試，測試結果表明，隨著用戶數(shù)量的增加，用戶1的數(shù)據(jù)傳輸速率有較大幅度的下降，相應的測試結果如圖4所示。

圖4相同頻點下數(shù)據(jù)傳輸速率變化情況

5 結論

上述實驗結果表明，當同一區(qū)域有多個AP工作在相同頻點時，彼此之間會產(chǎn)生嚴重的同頻干擾，從而導致數(shù)據(jù)傳輸速率明顯下降，進而嚴重影響無線局域網(wǎng)的性能。為了在機場等熱點區(qū)域搶占市場，國內多家運營商展開了激烈的競爭，由于缺乏統(tǒng)一的網(wǎng)絡規(guī)劃部署，在網(wǎng)絡擴容階段又缺乏溝通機制，使得像機場等熱點地區(qū)出現(xiàn)了較為嚴重的同頻干擾情況，從而出現(xiàn)機場多處區(qū)域雖然信號強度很強，單用戶上網(wǎng)體驗依然較差的現(xiàn)象。

一方面，由于無線局域網(wǎng)使用非授權無線頻譜，網(wǎng)絡建設成本較低，使得網(wǎng)絡建設過程中較易產(chǎn)生干擾現(xiàn)象。另一方面，由于無線局域網(wǎng)具有較低資費的優(yōu)勢，用戶群龐大。為了提高網(wǎng)絡性能，提供更好的用戶體驗，建議相關主管部門出臺指導性文件，網(wǎng)絡建設單位在網(wǎng)絡建設初期統(tǒng)一規(guī)劃，在運營過程中不斷優(yōu)化配置，從而保證所建設部署的無線網(wǎng)絡始終保持較高的性能。

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[2] IEEE 802.11. Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications[S]. 2007.

[3] Banginwar R, Gorbatov E, Gibraltar. Application and Network Aware Adaptive Power Management for IEEE 802.11, Wireless On-demand Network Systems and Services 2005(WONS 2005)[C]. Second Annual Conference, 2005: 98-100.

[4] 陳國先. 無線局域網(wǎng)室內信號干擾因素分析及處理[J]. 湖南工業(yè)大學學報, 2011(5).

[5] 張國棟,李壽鵬. WLAN網(wǎng)絡中同頻AP互相干擾的研究[J]. 電信工程技術與標準化, 2011(1).

[6] 劉昆漢,張雋輝,趙建軍. WLAN 校園業(yè)務密集區(qū)域頻率規(guī)劃研究[J]. 數(shù)據(jù)通信, 2011(5).★

作者簡介

齊凱歌：碩士就讀于安徽大學，主要研究方向為城市典型地域通信網(wǎng)絡覆蓋測試及MIMO無線信道建模等。

施淳：學士，現(xiàn)就職于上海無線通信研究中心測試服務部，研究領域包括新一代無線移動通信系統(tǒng)的新業(yè)務驗證、無線新技術測試驗證平臺開發(fā)、無線測試驗證外場環(huán)境開發(fā)等工作。

許暉：碩士，中科院微系統(tǒng)與信息技術研究所高級工程師，現(xiàn)任上海無線通信研究中心測試服務部副部長，研究領域包括新一代無線移動通信系統(tǒng)原型驗證、無線新技術測試驗證平臺開發(fā)、無線測試驗證外場環(huán)境開發(fā)等。

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其次，將三個無線路由器重新配置成相同的工作頻點，三個用戶分別重新接入無線網(wǎng)絡，并重復之前的測試，測試結果表明，隨著用戶數(shù)量的增加，用戶1的數(shù)據(jù)傳輸速率有較大幅度的下降，相應的測試結果如圖4所示。

圖4相同頻點下數(shù)據(jù)傳輸速率變化情況

5 結論

上述實驗結果表明，當同一區(qū)域有多個AP工作在相同頻點時，彼此之間會產(chǎn)生嚴重的同頻干擾，從而導致數(shù)據(jù)傳輸速率明顯下降，進而嚴重影響無線局域網(wǎng)的性能。為了在機場等熱點區(qū)域搶占市場，國內多家運營商展開了激烈的競爭，由于缺乏統(tǒng)一的網(wǎng)絡規(guī)劃部署，在網(wǎng)絡擴容階段又缺乏溝通機制，使得像機場等熱點地區(qū)出現(xiàn)了較為嚴重的同頻干擾情況，從而出現(xiàn)機場多處區(qū)域雖然信號強度很強，單用戶上網(wǎng)體驗依然較差的現(xiàn)象。

一方面，由于無線局域網(wǎng)使用非授權無線頻譜，網(wǎng)絡建設成本較低，使得網(wǎng)絡建設過程中較易產(chǎn)生干擾現(xiàn)象。另一方面，由于無線局域網(wǎng)具有較低資費的優(yōu)勢，用戶群龐大。為了提高網(wǎng)絡性能，提供更好的用戶體驗，建議相關主管部門出臺指導性文件，網(wǎng)絡建設單位在網(wǎng)絡建設初期統(tǒng)一規(guī)劃，在運營過程中不斷優(yōu)化配置，從而保證所建設部署的無線網(wǎng)絡始終保持較高的性能。

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[1] Bianchi G. Performance Analysis of the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function[J]. IEEE Journal on selected Areas in Comm, 2000,18(3): 535-547.

[2] IEEE 802.11. Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications[S]. 2007.

[3] Banginwar R, Gorbatov E, Gibraltar. Application and Network Aware Adaptive Power Management for IEEE 802.11, Wireless On-demand Network Systems and Services 2005(WONS 2005)[C]. Second Annual Conference, 2005: 98-100.

[4] 陳國先. 無線局域網(wǎng)室內信號干擾因素分析及處理[J]. 湖南工業(yè)大學學報, 2011(5).

[5] 張國棟,李壽鵬. WLAN網(wǎng)絡中同頻AP互相干擾的研究[J]. 電信工程技術與標準化, 2011(1).

[6] 劉昆漢,張雋輝,趙建軍. WLAN 校園業(yè)務密集區(qū)域頻率規(guī)劃研究[J]. 數(shù)據(jù)通信, 2011(5).★

作者簡介

齊凱歌：碩士就讀于安徽大學，主要研究方向為城市典型地域通信網(wǎng)絡覆蓋測試及MIMO無線信道建模等。

施淳：學士，現(xiàn)就職于上海無線通信研究中心測試服務部，研究領域包括新一代無線移動通信系統(tǒng)的新業(yè)務驗證、無線新技術測試驗證平臺開發(fā)、無線測試驗證外場環(huán)境開發(fā)等工作。

許暉：碩士，中科院微系統(tǒng)與信息技術研究所高級工程師，現(xiàn)任上海無線通信研究中心測試服務部副部長，研究領域包括新一代無線移動通信系統(tǒng)原型驗證、無線新技術測試驗證平臺開發(fā)、無線測試驗證外場環(huán)境開發(fā)等。

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