中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)無(wú)線校園網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化實(shí)踐

朱文智 中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)信息管理部

中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)無(wú)線校園網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化實(shí)踐

朱文智 中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)信息管理部

中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)校園無(wú)線網(wǎng)從2012年開始建設(shè)，逐步完成了全校范圍的雙頻無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。但在使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)用戶反饋無(wú)線網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)較差。通過(guò)問(wèn)題收集整理，對(duì)該區(qū)域的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)首先進(jìn)行評(píng)估和數(shù)據(jù)采集、分析和定位原因，最終確定優(yōu)化整改方案和調(diào)優(yōu)實(shí)施，提升了該區(qū)域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，為下一步全校的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作展開提供了經(jīng)驗(yàn)積累和樣本參考。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò) AP 優(yōu)化 信道 功率 SSID

1 引言

中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)無(wú)線校園網(wǎng)從2012年至2014年分為三期建設(shè)，共部署1800余顆室內(nèi)AP、90余顆室外AP，完成了兩校區(qū)大部分教學(xué)樓、辦公樓及部分公共區(qū)域（體育館、圖書館、食堂）的無(wú)線覆蓋。前兩期采用的802．11n協(xié)議的AP，在2014年802．11ac協(xié)議AP出現(xiàn)后，進(jìn)行了大規(guī)模的802．11ac協(xié)議AP部署，完成了兩個(gè)校區(qū)大部分教學(xué)樓、辦公樓及公共區(qū)域的雙頻無(wú)線覆蓋，目前高峰期同時(shí)在線15000人，為全校師生提供了便捷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，進(jìn)一步提升了信息化水平。

2 存在的問(wèn)題

在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)大面積建成后，陸續(xù)收到部分教學(xué)樓無(wú)線網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)較差的反饋。對(duì)問(wèn)題出現(xiàn)點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘查與測(cè)試，從整體業(yè)務(wù)表現(xiàn)來(lái)看，網(wǎng)頁(yè)瀏覽、FTP下載和在線視頻等應(yīng)用較為緩慢，即時(shí)通信、Ping操作等對(duì)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性要求高的應(yīng)用表現(xiàn)欠佳，尤其在人員密集情況下整體體驗(yàn)較差。

3 評(píng)估與數(shù)據(jù)采集

首先我們對(duì)問(wèn)題反饋較多的教學(xué)樓進(jìn)行了評(píng)估與數(shù)據(jù)采集，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域的信號(hào)覆蓋狀況：以每層樓為視圖對(duì)象，呈現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度分布、信噪比分布狀況、干擾分布狀況。

評(píng)估網(wǎng)絡(luò)部署狀況：評(píng)估設(shè)備部署方式、安裝規(guī)范、信道規(guī)劃、SSID規(guī)劃等方面的合理狀況。

抽樣位置點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)：選擇典型位置點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)測(cè)試，呈現(xiàn)終端收到的信號(hào)狀況、協(xié)商速率以及空口狀況。

抽樣位置點(diǎn)的業(yè)務(wù)體驗(yàn)數(shù)據(jù)：同樣典型位置點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)終端網(wǎng)頁(yè)瀏覽和FTP下載測(cè)速、關(guān)聯(lián)成功率測(cè)試、ping延時(shí)測(cè)試等。

空口數(shù)據(jù)分析：對(duì)空口質(zhì)量、信道利用率、AP協(xié)商速率、干擾、空口其他私接AP等進(jìn)行分析。

設(shè)備端無(wú)線特征數(shù)據(jù)分析：通過(guò)工具進(jìn)行設(shè)備端（AP與AC）內(nèi)部信息的收集統(tǒng)計(jì)，分析呈現(xiàn)無(wú)線特征性數(shù)據(jù)。

4 分析與定位原因

通過(guò)以上評(píng)估與信息采集工作，發(fā)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)存在以下的主要問(wèn)題：

4.1 信道未合理規(guī)劃

原來(lái)的無(wú)線信道劃分采用手動(dòng)劃分方式，手動(dòng)劃分信道需前期做大量實(shí)地勘測(cè)并進(jìn)行信道規(guī)劃、細(xì)分工作，做到相鄰AP信道錯(cuò)開。但從實(shí)際情況看，2．4G的信道分布存在較嚴(yán)重的重疊現(xiàn)象，且5G頻段只使用5．8G，沒有將5．1G（5150MHz-5350MHz）信道規(guī)劃其中，浪費(fèi)了空口資源。

4.2 未開啟頻譜導(dǎo)航

2．4G和5G兩個(gè)頻段分 別使 用znufe-wifi和znufewifi5．8G兩個(gè)SSID，便于用戶自行選擇接入。但由于用戶對(duì)無(wú)線認(rèn)識(shí)度匱乏、學(xué)校無(wú)線知識(shí)普及力度不夠，80%的用戶都自行選擇2．4G頻段的SSID接入，即便終端支持5G頻段。這樣導(dǎo)致2．4G射頻接入用戶量過(guò)大，空口利用率高，體驗(yàn)效果差，而5G射頻比較空閑，未合理分配空口和射頻資源。

4.3 信號(hào)干擾嚴(yán)重

在無(wú)線部署設(shè)計(jì)上，采用的小教室1個(gè)AP、大教室2個(gè)AP、階梯教室3-4個(gè)AP的密度進(jìn)行部署，利用專業(yè)工具進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度、信噪比、干擾等信息采集，發(fā)現(xiàn)教室無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度可觀，整體信噪比正常。教室AP以壁掛式安裝，但部分AP未采用“W”或“N”的形態(tài)部署，這造成了AP之間的可見度高，干擾嚴(yán)重。且覆蓋區(qū)域內(nèi)有私設(shè)的360隨身WIFI以及TP-LINK等家用路由器，大量使用低速率發(fā)送管理和數(shù)據(jù)報(bào)文，導(dǎo)致信號(hào)出現(xiàn)嚴(yán)重干擾、空口利用率過(guò)高的問(wèn)題，部分區(qū)域的非法AP信號(hào)強(qiáng)度甚至超過(guò)了校園無(wú)線的信號(hào)強(qiáng)度。并且這些私接的AP未按照學(xué)校無(wú)線的信道規(guī)劃部署，導(dǎo)致信道沖突、占用空口資源，使得無(wú)線空口環(huán)境更加惡劣。

4.4 未做負(fù)載均衡

部分AP共上線50多個(gè)終端，而旁邊的AP上只有不到10個(gè)終端，導(dǎo)致個(gè)別AP上并發(fā)數(shù)量大，體驗(yàn)效果差。

4.5 未對(duì)終端進(jìn)行限速

大部分終端集中接入2．4G頻段，且沒有對(duì)終端進(jìn)行限速，當(dāng)有終端看視頻或下載速度較高時(shí)導(dǎo)致空口利用率達(dá)到90%以上，致使其他接入該AP2．4G頻段的終端體驗(yàn)效果極差。

5 無(wú)線優(yōu)化實(shí)施

基于前期的評(píng)估和數(shù)據(jù)采集、分析和定位原因，為提高整體無(wú)線網(wǎng)體驗(yàn)效果，確定優(yōu)化整改方案后著手調(diào)優(yōu)實(shí)施。優(yōu)化實(shí)施除AP位置調(diào)整、清除私接AP干擾源等硬件優(yōu)化外，同時(shí)從軟件優(yōu)化方面進(jìn)行。

5.1 信道重新進(jìn)行規(guī)劃

對(duì)部分樓層和辦公區(qū)域進(jìn)行信道重新規(guī)劃，2．4G頻段盡量減少重疊，隨著支持5G頻段的終端普及，在教學(xué)樓AP密集的位置，以錯(cuò)開的方式關(guān)閉部分AP的2．4G頻段。5G頻段劃分為5．1G和5．8G頻段，充分利用5G頻段的高帶寬資源。

5.2 開啟頻譜導(dǎo)航

將znufe-wifi與znufe-wifi5．8G兩個(gè)SSID合并為一個(gè)SSID，同時(shí)開啟頻譜導(dǎo)航，使支持5G的終端自動(dòng)優(yōu)先接入5G，不支持5G終端接入到2．4G頻段。

5.3 開啟負(fù)載均衡

開啟負(fù)載均衡，使終端能夠負(fù)載到每個(gè)AP上，部分無(wú)線區(qū)域限制radio接入的最大用戶數(shù)，確保接入AP的移動(dòng)終端的體驗(yàn)效果。

5.4 功率調(diào)整

在AP比較密集且2．4G頻段的信道無(wú)法完全錯(cuò)開的情況下，相鄰的AP使用相同的信道會(huì)產(chǎn)生干擾。適當(dāng)減小AP功率，降低AP間的可見度，從而減小干擾。

5.5 關(guān)閉低速率應(yīng)用

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不是使用固定的速率發(fā)送所有的報(bào)文，而是使用一個(gè)速率集進(jìn)行報(bào)文發(fā)送，移動(dòng)終端或者AP在發(fā)送報(bào)文的時(shí)候會(huì)動(dòng)態(tài)的在這些速率中選擇一個(gè)速率進(jìn)行發(fā)送。通常提到的11g可以達(dá)到的速率主要指所有報(bào)文都采用54M速率進(jìn)行發(fā)送的情況，而且是指的一個(gè)空口信道的能力。而實(shí)際上大量的廣播報(bào)文和無(wú)線的管理報(bào)文都使用最低速率1Mbps進(jìn)行發(fā)送，所以會(huì)消耗一定的空口資源。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中信號(hào)傳輸距離較短情況下，將1M、2M、6M和9Mbps速率禁用，整體上減少?gòu)V播報(bào)文和管理報(bào)文對(duì)空口資源的占用。

5.6 無(wú)線用戶限速

WLAN網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)AP提供的可用帶寬有限，且由接入的移動(dòng)終端共享，如果個(gè)別的無(wú)線用戶通過(guò)WLAN使用網(wǎng)絡(luò)工具高速下載文件會(huì)耗盡當(dāng)前AP共享帶寬，造成同AP其他用戶訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)慢、ping抖動(dòng)丟包等問(wèn)題。開啟用戶限速功能，限制部分終端對(duì)帶寬的過(guò)多消耗，保證所有終端均能正常使用網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。

5.7 主動(dòng)觸發(fā)客戶端重關(guān)聯(lián)功能

在實(shí)際無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，某些終端主動(dòng)漫游能力弱，在信號(hào)明顯變化的情況下仍然沒有及時(shí)切換AP，導(dǎo)致使用感知差。因此，通過(guò)設(shè)備側(cè)做了一定策略來(lái)幫助終端及時(shí)漫游到最合適的AP上。AP在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)隨時(shí)更新一個(gè)終端的信號(hào)強(qiáng)度，在AP設(shè)備感知到移動(dòng)終端的信號(hào)強(qiáng)度低于指定的信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，主動(dòng)向移動(dòng)終端發(fā)送解除認(rèn)證幀報(bào)文，給移動(dòng)終端重新連接或者漫游的機(jī)會(huì)。同時(shí)啟用signal-check功能，系統(tǒng)會(huì)判斷信號(hào)強(qiáng)度的變化，只有發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)變?nèi)?db之后才會(huì)啟用該功能，避免對(duì)弱信號(hào)終端的反復(fù)踢除。

5.8 基于連接狀態(tài)的流量整形

在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，由于AP覆蓋的范圍比較大，移動(dòng)終端因?yàn)榕cAP的距離遠(yuǎn)近不同會(huì)出現(xiàn)無(wú)線信號(hào)強(qiáng)弱的區(qū)別。由于無(wú)線信號(hào)弱的移動(dòng)終端通常使用較低的速率發(fā)送報(bào)文，會(huì)較長(zhǎng)時(shí)間的占用信道資源，進(jìn)而影響到信號(hào)質(zhì)量好的移動(dòng)終端網(wǎng)絡(luò)使用。開啟基于連接狀態(tài)的流量整形功能，可以配置對(duì)鏈路狀況（例如信號(hào)強(qiáng)弱、丟包率等）較差的移動(dòng)終端進(jìn)行發(fā)送報(bào)文的流量整形處理，動(dòng)態(tài)控制此類移動(dòng)終端發(fā)送報(bào)文的相對(duì)比例，避免過(guò)多的消耗射頻資源。AP在循環(huán)向多個(gè)移動(dòng)終端發(fā)送報(bào)文時(shí)，會(huì)根據(jù)每一個(gè)移動(dòng)終端的控制比例確定向客戶端的發(fā)送順序。例如客戶端1發(fā)送控制為50%，而客戶端2發(fā)送控制為100%，則AP向客戶端2發(fā)送2個(gè)報(bào)文后，才會(huì)向客戶端1發(fā)送1個(gè)報(bào)文。

5.9 拒絕弱信號(hào)接入

當(dāng)有終端低速率接入后，協(xié)商速率低造成發(fā)送和接受報(bào)文的效率也低，造成當(dāng)前AP的發(fā)送性能也會(huì)降低，并占用了寶貴的空口資源。因此部分區(qū)域開啟拒絕弱信號(hào)接入的功能。

6.0 調(diào)整Beacon幀間隔

默認(rèn)情況下，射頻卡radio上的每個(gè)SSID每100ms就會(huì)發(fā)送一個(gè)Beacon信標(biāo)報(bào)文，在部分區(qū)域內(nèi)2．4G終端多，空口資源匱乏，減少發(fā)送Beacon數(shù)目可減少空口資源開銷，因此將部分區(qū)域的Beacon間隔時(shí)間調(diào)整為200ms。

6 總結(jié)

“三分建設(shè)，七分運(yùn)維”，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維優(yōu)化是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，它貫穿于整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的生命周期。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化手段繁多，但并非所有優(yōu)化手段都適用所有場(chǎng)景，需根據(jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀具體分析，隨無(wú)線技術(shù)、用戶、業(yè)務(wù)、環(huán)境等諸多因素的影響和發(fā)展來(lái)進(jìn)行評(píng)估和實(shí)施落地，對(duì)癥下藥，才能逐步解決無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中存在的問(wèn)題，為師生提供更高效的學(xué)習(xí)和工作網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。