關(guān)于802.11n規(guī)劃所遭遇的種種障礙進(jìn)行分析與討論

無線局域網(wǎng)領(lǐng)域正在轉(zhuǎn)變

隨著802.11n的到來，無線局域網(wǎng)（WLAN）領(lǐng)域正在發(fā)生根本性的轉(zhuǎn)變，而這場轉(zhuǎn)變正如無線局域網(wǎng)的誕生一樣引人矚目。802.11n最終標(biāo)準(zhǔn)的極高數(shù)據(jù)速率為實(shí)現(xiàn)全無線企業(yè)網(wǎng)絡(luò)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。豐富的多媒體應(yīng)用將無縫部署于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，其卓越性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此前的802.11a/b/g技術(shù)。

但問題仍然存在，“如何規(guī)劃高性能的802.11n網(wǎng)絡(luò)？”雖然802.11n的優(yōu)勢(shì)得到了WLAN設(shè)備廠商的持續(xù)重視，也在業(yè)界引起了大規(guī)模的討論，但至今仍沒有人能夠解釋清楚802.11n網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是如何發(fā)揮作用的，或者更重要的是，它會(huì)在什么情況下發(fā)生故障！“怎樣才能從徹底清除式802.11n部署實(shí)施項(xiàng)目中獲益？”“為了將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)遷移至802.11n平臺(tái)，如果我只是淘汰并替換接入點(diǎn)（AP），結(jié)果會(huì)怎樣？”“怎樣才能更好地完成分階段遷移至802.11n的工作？”本文將解釋解決這些問題所必須具備的802.11n的基本知識(shí)，并幫助您選擇適合您所在組織的最佳策略。

802.11n會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的“3C”產(chǎn)生怎樣的影響

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃應(yīng)注意三個(gè)方面的因素：背景（Context）、覆蓋（Coverage）與容量（Capacity），合稱網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的“3C”。802.11n標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)進(jìn)步使這三種因素都受到了影響。就背景而言，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者必須考慮新的40MHz信道干擾以及與特定現(xiàn)場復(fù)雜情況相關(guān)的多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)對(duì)信道規(guī)劃和接入點(diǎn)設(shè)置的影響。就覆蓋范圍而言，設(shè)計(jì)者應(yīng)了解802.11n與傳統(tǒng)系統(tǒng)在覆蓋上的區(qū)別，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求對(duì)覆蓋要求做出正確定義。最后，802.11n標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸速度和MAC層效率都得到了提高，因此網(wǎng)絡(luò)容量也會(huì)增加；但是，只有對(duì)網(wǎng)絡(luò)客戶分布進(jìn)行正確的規(guī)劃才能使增加的容量得到充分利用。

背景

部署無線局域網(wǎng)的背景環(huán)境非常重要。鄰近的接入點(diǎn)或利用同一頻帶進(jìn)行傳播的其他無線發(fā)射器都可能會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成干擾。這種形式的無線擁塞將導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失、網(wǎng)絡(luò)速度變慢以及網(wǎng)絡(luò)容量減少。除了傳統(tǒng)的同頻和近頻干擾，802.11n5GHz頻帶部署還應(yīng)考慮來自雷達(dá)系統(tǒng)的潛在干擾。背景環(huán)境還包括與現(xiàn)場結(jié)構(gòu)有關(guān)的無線局域網(wǎng)環(huán)境，這種環(huán)境將對(duì)802.11n的MIMO技術(shù)性能產(chǎn)生極大的影響。

干擾與信道規(guī)劃

與傳統(tǒng)802.11a/b/g使用的20MHz頻帶相比，802.11n的40MHz信道的數(shù)據(jù)速度提高了兩倍以上，是高性能無線網(wǎng)絡(luò)的必備技術(shù)。不過，信道規(guī)模的增加也意味著潛在干擾的增加以及信息規(guī)劃的頻譜范圍縮小。

在美國，如果在2.4GHz頻帶使用40MHz信道，則只有一個(gè)非重疊的20MHz信道可用，導(dǎo)致2.4GHz頻道的鄰近信道干擾機(jī)率增加。由于僅有三個(gè)非重疊信道可用，對(duì)2.4GHz信道進(jìn)行規(guī)劃已經(jīng)非常困難，因此不推薦利用802.11n的2.4GHz部署使用40MHz信道。

幸運(yùn)的是，5GHz頻帶將802.11n用戶從嚴(yán)格的2.4GHz頻帶限制中解放了出來。在美國，如果接入點(diǎn)完全兼容動(dòng)態(tài)頻率選擇（DFS）（下一節(jié)將詳細(xì)介紹DFS），5GHz頻帶便允許使用11個(gè)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(shì)，因此我們推薦高性能WLAN網(wǎng)絡(luò)使用這種部署策略。見表3列出的802.11n信道重疊。

雷達(dá)規(guī)避對(duì)5GHz頻帶信道規(guī)劃的影響（DFS）

如上文所述，為使5GHz頻帶上非重疊40MHz信道數(shù)量達(dá)到最大化，接入點(diǎn)必須完全兼容DFS。根據(jù)FCC（美國聯(lián)邦通信委員會(huì)）規(guī)則和規(guī)定第15節(jié)的定義（47CFR§15），這就意味著如果設(shè)備檢測(cè)到附近雷達(dá)系統(tǒng)的帶內(nèi)干擾，則所有在該頻帶內(nèi)的傳輸活動(dòng)必須立即停止達(dá)三十分鐘，并轉(zhuǎn)至其他非干擾信道。顯然，這一聯(lián)邦規(guī)定要求接入點(diǎn)信道進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化，這必然會(huì)對(duì)5GHz信道規(guī)劃產(chǎn)生影響。

雖然將DFS包括在5GHz802.11n部署項(xiàng)目之內(nèi)可能會(huì)產(chǎn)生一些問題，不過DFS頻帶（5.25-5.35GHz以及5.47-5.725GHz）的最佳規(guī)劃與非DFS頻帶規(guī)劃相比變化不大。部署流程的第一步是進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，以確定部署環(huán)境中是否存在雷達(dá)干擾。其次應(yīng)制定網(wǎng)絡(luò)信道計(jì)劃，以避免使用已經(jīng)探測(cè)到DFS的信道。最后，由于DFS標(biāo)準(zhǔn)要求運(yùn)營信道在遭到干擾的情況下進(jìn)行動(dòng)態(tài)改變，所以應(yīng)提供探測(cè)到雷達(dá)干擾的情況后使用的空信道。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在非DFS頻帶內(nèi)最好提供至少一個(gè)空閑信道。

MIMO的特定場景相關(guān)效應(yīng)

MIMO本質(zhì)上具有特定場景相關(guān)（site-specific）特點(diǎn)

在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，傳輸信號(hào)的反射與衍射（稱為多路）造成的干擾被看作干擾系統(tǒng)性能的主要因素之一，為了解決這個(gè)問題，人們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)中加入大量衰耗余量（fademargins），以期在多路干擾比較嚴(yán)重的區(qū)域提高信號(hào)質(zhì)量。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相反的是，在MIMO系統(tǒng)中，多路竟然可以作為提高系統(tǒng)性能的基石！利用復(fù)信號(hào)處理，MIMO系統(tǒng)能夠同時(shí)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)流。這就意味著僅根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）已經(jīng)無法有效地預(yù)測(cè)系統(tǒng)性能。考慮到MIMO系統(tǒng)與特點(diǎn)場景相關(guān)的特點(diǎn)，摩托羅拉強(qiáng)烈建議用戶針對(duì)802.11n網(wǎng)絡(luò)采用與特定場景相關(guān)的規(guī)劃與管理工具。

MIMO在密集辦公（denseoffice）與長廊（longhallway）環(huán)境下的性能對(duì)比

MIMO在什么樣的環(huán)境下才能發(fā)揮最佳性能？用專業(yè)術(shù)語來描述，多路豐富環(huán)境（multipathrichenvironments）是取得最佳MIMO性能的理想環(huán)境。在多路豐富環(huán)境下，接收到的信號(hào)被平均分配到從發(fā)射器到接收器之間的多個(gè)不同路徑中。個(gè)體路徑的差異數(shù)量是多路豐富程度的基本度量標(biāo)準(zhǔn)。為了更好地理解這個(gè)概念，摩托羅拉建議考慮兩種常見的部署場景，即一座綜合性辦公大樓和一條又長又直的走廊。

在辦公大樓中，接入點(diǎn)通常集中部署于規(guī)劃的覆蓋區(qū)域。帶有接入點(diǎn)的房間通常被其他房間所包圍，彼此通過比較短的回廊相連。在一般情況下，這種環(huán)境充滿了干擾信號(hào)通路的阻礙（一般為墻壁），而且，除了安裝接入點(diǎn)的房間之外，其他區(qū)域很少有或基本沒有視距（LOS）接收路徑。這種環(huán)境的復(fù)雜性產(chǎn)生了許多不同的信號(hào)發(fā)射路徑，因此MIMO系統(tǒng)的性能將得到較好發(fā)揮，堪稱理想的MIMO部署場景。

在長直走廊的場景中，接收信號(hào)的主要路徑大多為視距（LOS）路徑，多路主要來自信息沿走廊墻壁的反射。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者可以預(yù)見，在這種環(huán)境下，MIMO系統(tǒng)的性能將顯著下降，因?yàn)榻尤朦c(diǎn)和接收器之間的距離沿走廊不斷延長。這種場景中的多路構(gòu)成都極為相似，因此不屬于多路豐富環(huán)境，其MIMO性能增益（如果仍然存在）也要遜于綜合性辦公場景。此時(shí)可利用傳統(tǒng)硬件，在走廊中增加一個(gè)接入點(diǎn)，以擴(kuò)大視距的覆蓋范圍；不過，這樣做會(huì)削弱802.11n的性能，因此不推薦使用這種部署場景。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與802.11n網(wǎng)絡(luò)的覆蓋變化

表1：802.11n網(wǎng)絡(luò)較之802.11a/b/g網(wǎng)絡(luò)在覆蓋范圍上的改進(jìn)

覆蓋

對(duì)于傳統(tǒng)的802.11a/b/g系統(tǒng)與新型802.11n部署之間的覆蓋差異，目前仍存在許多認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)。為了正確評(píng)估802.11a/b/g和802.11n硬件在覆蓋上的差異，必須對(duì)覆蓋（coverage）這個(gè)術(shù)語有明確的定義。本文對(duì)“覆蓋”的定義是“在特定地點(diǎn)以指定的最小傳統(tǒng)速率所進(jìn)行的通信（Communicationataspecified minimum transmit data rate at a given location）”?！胺秶保≧ange）一詞的定義是“在指定地點(diǎn)以支持的最小接入點(diǎn)傳輸速率進(jìn)行的通信”（Communication at the minimum supported transmit data rate for an AP at a given location）。下文討論了802.11n覆蓋的實(shí)質(zhì)差異，并在表1中作了總結(jié)。

從根本上說，802.11n無線通信仍受與802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)相同的功率輸出方面的政府規(guī)定（有效等向輻射功率，即EIRP）限制。這就意味著，如果進(jìn)行對(duì)等比較，802.11n接入點(diǎn)發(fā)射的信號(hào)并不比傳統(tǒng)硬件發(fā)射的信號(hào)傳輸?shù)酶h(yuǎn)。雖然范圍并未擴(kuò)展，但802.11n實(shí)施仍可利用802.11n接入點(diǎn)增加的天線分極來擴(kuò)大增益（diversitygains）。這樣，接入點(diǎn)就能接收到微弱的信號(hào)并有效擴(kuò)大“可見”覆蓋范圍，從而減少隱藏節(jié)點(diǎn)問題。

802.11n接入點(diǎn)發(fā)射信號(hào)與傳統(tǒng)接入點(diǎn)發(fā)射信號(hào)的傳輸范圍相同，因此給定RSSI的數(shù)據(jù)傳輸速率會(huì)成為造成802.11n和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋差異的關(guān)鍵因素。傳輸數(shù)據(jù)速率代表個(gè)體數(shù)據(jù)包的無線傳輸速度。談到802.11n和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋差異，應(yīng)該注意的是802.11n在54Mpbs傳輸速率下的覆蓋區(qū)域大于802.11a/g在54Mbps傳輸速率下的覆蓋區(qū)域。注意到這一差別，再考慮到802.11n的范圍并無實(shí)質(zhì)性改進(jìn)，可以基本概括出802.11n與802.11a/b/g在覆蓋上的真正區(qū)別。特別要注意的是，數(shù)據(jù)傳輸速率越高，覆蓋改進(jìn)程度越大；傳輸速率越低，改進(jìn)程度越小。此外，還應(yīng)注意到，使用40MHz信道將進(jìn)一步增加802.11n接入點(diǎn)在高數(shù)據(jù)速率下的覆蓋區(qū)域，但仍不會(huì)增加802.11n設(shè)備的傳輸范圍。

容量

由于802.11n標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸速率增加，因此802.11n接入點(diǎn)的容量可能大于傳統(tǒng)接入點(diǎn)。但是，這種改進(jìn)只有在11n客戶連接至11n接入點(diǎn)、且位于802.11n標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸速率覆蓋區(qū)域之內(nèi)時(shí)才能夠?qū)崿F(xiàn)。由于網(wǎng)絡(luò)中的傳統(tǒng)客戶有可能使總體系統(tǒng)性能下降，因此客戶分布規(guī)劃就成為實(shí)現(xiàn)高性能802.11n部署的關(guān)鍵因素。

混合網(wǎng)絡(luò)

802.11n完全向后兼容802.11a/b/g網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備，這是802.11n最重要的特性之一。利用這個(gè)特性，用戶能夠?qū)F(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)順利遷移至802.11n平臺(tái)，但這也意味著當(dāng)傳統(tǒng)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)射信號(hào)時(shí)，802.11n網(wǎng)絡(luò)必須犧牲部分性能。表2列出了客戶分布及其對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響。

為減少傳統(tǒng)客戶對(duì)高性能802.11n網(wǎng)絡(luò)的影響，必須注意到802.11n能夠在2.4GHz和5GHz頻帶下工作的特點(diǎn)。由于802.11a網(wǎng)絡(luò)使用率不高，因此5GHz頻帶長期以來較為空閑，可以用作新802.11n標(biāo)準(zhǔn)的理想環(huán)境。由于5GHz頻帶僅有少量802.11a用戶，在此空間內(nèi)可以較為輕松地實(shí)現(xiàn)“僅限n”的部署環(huán)境，且無需擔(dān)心網(wǎng)絡(luò)性能因傳統(tǒng)客戶的存在而削弱。因此我們推薦在5GHz頻帶部署“僅限802.11n”的高性能無線局域網(wǎng)。

各種客戶分布情況下的802.11n網(wǎng)絡(luò)性能

表2：802.11n網(wǎng)絡(luò)在各種客戶分布情況下的相對(duì)流量性能

11n中使用20或40MHz信道帶寬的非重疊信道數(shù)量

表3：802.11n信道重疊