體育館高密度Wi-Fi覆蓋解決方案

傅東東

FU Dong-dong

（廣州市設計院）

（Guangzhou Design Institute）

體育館高密度Wi-Fi覆蓋解決方案

傅東東

FU Dong-dong

（廣州市設計院）

（Guangzhou Design Institute）

近年來，隨著各類移動互聯(lián)網(wǎng)應用的日趨廣泛，視頻、數(shù)據(jù)、共享、VOIP、M2M 5項應用將成為數(shù)據(jù)流量的主要增長點。體育場館、會展中心等場所如何應對其高密度、龐大的用戶群對無線接入和移動辦公的迫切需求，成為管理方關注的重點。論文主要從需求、難點分析、AP規(guī)劃、信道分配、網(wǎng)絡優(yōu)化策略等方面，介紹體育館高密度Wi-Fi覆蓋的設計及建議。

體育館；無線接入；超高密度

1 引言

自2007年iPhone重新定義移動互聯(lián)網(wǎng)的體驗后，移動互聯(lián)網(wǎng)從早期的音樂、閱讀、WAP網(wǎng)站為主的消費結構，向游戲、娛樂、商務等業(yè)務轉(zhuǎn)變。Wi-Fi突破了空間束縛，能夠隨時隨地為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入，增強用戶體驗。

從數(shù)據(jù)流量的方式來看，帶寬增長和移動性增強是全球數(shù)據(jù)服務的兩大趨勢，移動網(wǎng)絡作為兩者的綜合解決方案，成為最佳選擇。同時部分區(qū)域原有固定網(wǎng)絡建設程度不能滿足用戶需求，隨著用戶對數(shù)據(jù)服務流量需求的增長，移動網(wǎng)絡將作為固定網(wǎng)絡的廉價替代品。

從數(shù)據(jù)流量的消費主體來看，由于智能手機和平板電腦的爆發(fā)式增長，筆記本、智能手機和平板電腦已經(jīng)成為用戶最常使用的上網(wǎng)平臺，推動移動互聯(lián)網(wǎng)流量的快速增長。

隨著用戶對于社交媒體共享需求越

來越高，如今去球場看球，不單是享受看比賽的樂趣，更重要的是即時分享激情時刻，通過特定的Apps，實現(xiàn)視頻回放、多角度觀賞、 在小賣部預定球票等功能。

通過這些設備和Apps帶來的數(shù)據(jù)流量，需要通過Wi-Fi擴張移動網(wǎng)絡(3G/4G) ，去為客戶提供更好的寬帶體驗。全球各個地方的體育場館都開始配備有Wi-Fi的設施，以滿足新一代觀眾對連通性的需求[1]。

2 Wi-Fi部署的難點

Wi-Fi網(wǎng)絡的部署要比一般人想象的復雜，AP的簡單疊加并不能使帶寬就直接增加，反而會由于AP之間的競爭而降低網(wǎng)絡帶寬性能。本項目Wi-Fi部署主要有以下難點。

1)接入類型及接入需求復雜：包括普通觀眾、VIP觀眾、管理人員、技術設備等的無線接入需求；

2)AP需求分析及AP規(guī)劃困難，每人攜帶多個終端，密度高；

3)不可控制的多終端混合使用，包括不同的操作系統(tǒng)、網(wǎng)卡驅(qū)動、射頻類型；

4)省電行為(Power save )增加控制層的負載：大量的智能終端采用節(jié)電模式，導致頻繁的上線、下線行為；

5)大多數(shù)智能終端僅支持2.4 GHz頻段和1×1:1 HT20模式；

6)突發(fā)的接入需求和上行、下行流量增加了網(wǎng)絡控制層和地址空間的負載，提高了網(wǎng)絡控制、優(yōu)化的難度；

7)無線帶寬的需求量大，同時有大量的觀眾進行視頻拍攝及互聯(lián)網(wǎng)分享。

3 需求分析

某體育館內(nèi)觀眾坐席數(shù)量超過5000個，計劃在1層中心球館、2層看臺、3層看臺等區(qū)域（見圖1）提供超高密度及高性能的無線接入。

首先從場地大小和人數(shù)、分布等方面，需要對于網(wǎng)絡的規(guī)模和部署有大致的估計。由于智能手機和平板的普及，手機和筆記本或者平板電腦有可能同時接入網(wǎng)絡的需求，同時考慮部分群體可能沒有網(wǎng)絡接入需求或直接通過運營商網(wǎng)絡接入無線網(wǎng)絡，一般來講要為每個人規(guī)劃不低于0.6～1個客戶端設備。

帶寬估計：要保證參與者能正常使用比較輕量級的互聯(lián)網(wǎng)應用，每個設備最基本要分配500kbps的可用帶寬。在這個基礎上要考慮大型活動的特點，會有很多人上傳視頻到社交媒體，帶寬分配需要重新考慮，每個設備應保證1Mbps的可用帶寬。表1是一些典型應用通常需要的帶寬。

根據(jù)以上內(nèi)容就可以算出每個區(qū)域的帶寬需求。

圖1 體育館座席平面示意圖

表1 典型應用所需要的帶寬

4 AP規(guī)劃

支持802.11g的無線接入設備，標稱帶寬達到54Mbps，實際可用的最多只有25Mbps，也就是說最多能保證50個設備同時瀏覽網(wǎng)頁（在這個情況下由于客戶端相互競爭，用戶體驗已經(jīng)很差了，一般只有25個設備可以同時使用）。11n標準對于大部分手機只能保證35Mbps，對于筆記本電腦等支持MIMO的設備可以保證達到70Mbps以上。按照這個原則相應地在圖上標出每個AP應該覆蓋的區(qū)域。為了保證通信質(zhì)量，實際上應該控制每個AP接入的設備不超過剛才計算出的數(shù)目的一半。

針對體育館不同區(qū)域的建筑結構特點，對各高密度接入?yún)^(qū)域采用不同的Wi-Fi覆蓋策略（見圖2、圖3、圖4）。

1）AP吸頂安裝在體育館的過道、VIP室內(nèi)、會議室、大廳、休息區(qū)等覆蓋區(qū)域。

圖2 AP向下覆蓋范圍示意

2）在地板下方或者地板上安裝AP，并采用向上覆蓋的方式，本次被應用在中心球館及看臺區(qū)域的無線部署。

圖3 AP向上覆蓋范圍示意

3）AP墻面安裝方式不重復利用信道資源，被預留在本次無線的應急預案中，為VIP接入?yún)^(qū)域進行預留。

圖4 AP側向覆蓋范圍示意

5 信道分配

信道帶寬，是指限定了允許通過該信道的信號下限頻率和上限頻率，也就是限定了1個頻率通帶。

802.11 n支持20MHz和20MHz/40MHz通道；而以前的標準中（11a、11b和11g）使用的是20MHz的帶寬[3]。

任何Wi-Fi設備檢測到802.11幀對信道的占用時，必須等待信道被釋放之后才能發(fā)送數(shù)據(jù)；因此AP之間的同頻干擾會導致WLAN性能嚴重降低。以2.4GHz為例，其頻段范圍為2.4～2.483GHz，按照頻點規(guī)劃，只有1,6,11三個不互相干擾的信道，每個信道帶寬20MHz。如果在2.4GHz頻帶使用40MHz信道，則只有1個非重疊信道可用，導致2.4GHz頻道的鄰近信道干擾機率增加[2]（見圖5）。

5GHz頻帶將802.11n用戶從嚴格的2.4GHz頻帶限制中解放了出來，其允許使用11個非重疊40MHz信道。5GHz頻帶的大量非重疊40MHz信道使802.11n部署能夠充分利用其性能優(yōu)勢，因此高性能WLAN網(wǎng)絡使用這種部署策略。

同時為了應對頻率使用失衡的狀況，AP設備本身頻譜導航的功能可以對單頻和雙頻網(wǎng)卡進行自動識別，通過AP上的算法，強制讓雙頻網(wǎng)卡優(yōu)先接入5G信道，使其確確實實地工作在5GHz上。開啟Band Steering/Band Select功能，將大部分同時具有802.11a/g或802.11a/g/n的用戶從2.4GHz頻段移動到5GHz頻段，可以大大降低無線信道的擁塞程度（見圖6）。

圖5 信道規(guī)劃——2.4GHz總圖

圖6 信道規(guī)劃——5.8GHz總圖

6 大型活動時無線網(wǎng)絡測試及優(yōu)化策略

6.1 大型活動時現(xiàn)場測試情況

50%以上的終端為android ，通過整體的設計加充分的無線信號覆蓋，將場內(nèi)超過80%以上的終端都引導到5.8G信道使用，并且使用順暢。

在場內(nèi)發(fā)現(xiàn)有較多無線接入信號為2.4G，這樣容易對接入在2.4G的用戶造成信道占用與干擾。發(fā)現(xiàn)在場內(nèi)有微波機制的設備對2.4G無線設備造成影響。

無線應用均以分享型APP應用為主，80%的用戶都在進行照片、視頻上傳、下載等應用，且文件較大。

6.2 無線網(wǎng)絡優(yōu)化策略

1）信道優(yōu)化

無線射頻中，設計了較多5.8G信道，并開啟了5.2G信道，總計可用不重疊信道有13個。

2）信噪比的優(yōu)化

控制器AP的發(fā)射功率，2.4G頻段的發(fā)射，5.8G頻段的發(fā)射，ClientMatch功能開啟，開啟802.11k功能。

3）Airtime 資源的優(yōu)化

頻段指引，Beacon rate、basic rate、tx rate優(yōu)化，MPDU啟用，廣播優(yōu)化，空口流量整形。

7 結束語

根據(jù)實踐經(jīng)驗，對于體育館高密度Wi-Fi覆蓋設計施工，在初期做網(wǎng)絡覆蓋規(guī)劃的時候，需要最大化降低鋼結構對信號的影響，精準把握覆蓋、干擾和容量的平衡，通過規(guī)劃工具，進行信號強度的可視化仿真，讓各接入點各就其位，各盡其職。

[1]張茁.無線Wi-Fi技術應用現(xiàn)狀及發(fā)展分析[J].數(shù)字技術與應用,2014(6).

[2]802.11n無線技術概述 Cisco無線技術概述,http://wenku.baidu.com/view/ e6507ed7c1c708a1284a4433.html.

[3]一文讓你了解Wi-Fi技術 Jimmy,http:// www.elecfans.com/monijishu/wuxian_ chuangan/430522_a.html

High Density Wi-Fi Coverage Solution for Gymnasium

In recent years, along with the extensive application of all kinds of mobile internet applications, video, data, sharing, VOIP, M2M will become the main growth of data traffic. For exhibition centers, sports venues, and other places, to deal with its high density, large user base on wireless access and mobile office urgent demand has become the focus of management. This paper mainly introduces the design and suggestion of high-density WI-FI coverage in the gymnasium from the aspects of demand, difficulty analysis, AP programming, channel allocation and network optimization.

gymnasium; wireless access; high-density