當前移動互聯(lián)迅猛發(fā)展，統(tǒng)計顯示，目前平均每人有至少有2-3個無線終端被同時使用（以筆記本、PAD、手機、智能穿戴設(shè)備為主）。用戶享受著移動支付、移動社交、移動營銷帶來的便利，廠商則需要滿足無線信號隨時、隨地的獲得。這其中涉及到一個難題：如何解決在高人口密度下的WLAN覆蓋？

一、認識高密覆蓋

現(xiàn)實的高密場景的終端使用密度之大遠遠超出正常的想象。它既非幾個人在一間會議室里開會，也不是一些人在咖啡廳中，看視頻、刷微博、聊微信。我們所謂的高密覆蓋場景通常是指類似圖1的應(yīng)用場景。

等候大廳類的高密場景特點是：部署難度大、空間大，用戶流動性大，信道質(zhì)量差，業(yè)務(wù)類型復(fù)雜。

相比而言，大型會議類的高密應(yīng)用部署靈活、相對封閉，用戶相對穩(wěn)定；信道質(zhì)量良好，可協(xié)調(diào)，業(yè)務(wù)類型可控。根據(jù)H3C部署實踐來看，目前針對大型會議類的WLAN高密覆蓋場景已有相對成熟可靠的方案，例如360互聯(lián)網(wǎng)安全大會的規(guī)模是3000多人，H3C用戶大會、渠道大會人數(shù)規(guī)模都在千人以上，現(xiàn)場接入都獲得了良好的無線體驗。

高密場景的部署難度大主要與兩大因素有關(guān)，第一個是802.11的協(xié)議本身存在缺陷，第二個是無線的頻譜資源匱乏原因。具體說明如下：

●載波偵聽多路訪問／沖突避免（CSMA/CA）

IEEE 802.11標準使用一種名為載波偵聽多路訪問／沖突避免（CSMA/CA）的方法來避免沖突。

為實現(xiàn)沖突避免，要求所有工作站在傳輸每幀前進行偵聽，當工作站有幀需要發(fā)送時，面臨的將是下列情況之一：

○沒有其他設(shè)備在傳輸數(shù)據(jù)，工作站可立刻傳輸其幀，接收工作站必須發(fā)送一個確認幀，確認原始幀已在沒有發(fā)生沖突的情況下到達。

○另一臺設(shè)備正在傳輸，工作站必須等待，等到當前幀傳輸完畢后，它再等待一段隨機時間，然后傳輸自己的幀。

也就是說，每個AP在同一時刻只能與一個終端進行通信。當終端數(shù)量較多的時候需要部署大規(guī)模的AP來承載業(yè)務(wù)流量。在未來802.11ac協(xié)議中，這一缺陷會得到改善，單AP在同一時刻最多可跟4個終端同時通信，大大提高了通信效率。在一定程度上會對高密覆蓋難度有所緩解。

●同頻干擾

大規(guī)模部署AP最大困難是如何做好頻率規(guī)劃和功率控制。我們根據(jù)最大用戶數(shù)量接入的需求和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的最低帶寬要求，在有限的空間里部署足夠數(shù)量的AP。但問題的核心在于如何解決同頻干擾。

02.11 b/g/n工作在2.4GHz頻段。2.4GHz頻段范圍是2.4GHz-2.483GHz，按照我國規(guī)定的頻點規(guī)劃，只有1,6,11三個不互相干擾的信道，每個信道帶寬20MHz。所以在過去的2.4GHz頻段WLAN覆蓋方案中，使用3臺以內(nèi)AP進行覆蓋可以完全避免干擾的產(chǎn)生。當AP數(shù)大于3時，必然會存在頻率相互干擾的問題，用戶數(shù)量越多，需要的AP數(shù)也越多，同頻干擾更加嚴重，造成整個網(wǎng)絡(luò)無線資源枯竭（如圖2所示）。

二、解決高密覆蓋的關(guān)鍵技術(shù)

高密度覆蓋解決方案不是一兩項技術(shù)能夠解決的，而是需要融合數(shù)十種無線接入優(yōu)化技術(shù)形成。其中也涉及到廠商自己根據(jù)實踐進行的創(chuàng)新技術(shù)，比如逐包功率控制技術(shù)，是由H3C研發(fā)并申請了國家專利。下文具體分析高密覆蓋的關(guān)鍵主流技術(shù)。

●大容量AP

通常廠家公布的AP所帶的最大終端數(shù)是根據(jù)MAC地址表項所寫的參數(shù)而來。并沒有考慮在實際使用中用戶的流量大小，按照每用戶4Mbps的流量來測試，很多廠家單AP的最大用戶數(shù)最大只能到30個用戶（H3C的AP在經(jīng)過嚴格的實驗室模擬測試后，每臺AP在高密部署的最大可支持100個用戶同時在線）。

●智能多振子天線系統(tǒng)和選擇算法

陣列天線由多個天線形成陣列，在工作時，通過不同天線的組合工作，形成不同的天線波瓣，實現(xiàn)多種方向、角度、增益都不相同的"虛擬天線"，以適應(yīng)不同工作環(huán)境、不同用戶的位置以及避免不必要的干擾。自適應(yīng)陣列天線在工作時通過對工作環(huán)境的判斷以及用戶位置的感知，經(jīng)過內(nèi)部芯片處理，能夠迅速計算出最佳的天線組合方式，達到想覆蓋哪里，就覆蓋哪里的目的。無線接入設(shè)備可通過不同天線的組合，形成最多4096種不同的波瓣模式，可以輕松的適應(yīng)各種室內(nèi)環(huán)境，增加覆蓋范圍，達到穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量之目的（如圖3所示）。

●信道重用技術(shù)

如前文所述，在高密環(huán)境下部署WLAN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該盡量降低AP間的可見度。在該問題的解決上，可以通過AP的信道重用技術(shù)，通過對AP的射頻參數(shù)進行調(diào)整，可以過濾掉鄰近的同頻弱信號的干擾，減少沖突域和提高吞吐量（如圖4所示）。
●空口報文抑制

影響覆蓋的最大因素還是空口利用率。如果在沒有部署前空口利用率就已經(jīng)達到60％或以上，那么WLAN 覆蓋就幾乎沒有效果了。空口利用率除用戶使用的比率以外，主要來自以下幾個方面：

●其他Wi-Fi信號占用，如個人自建的Wi-Fi熱點；

●非Wi-Fi信號或者由于噪聲增高導(dǎo)致空口不可用部分，如藍牙、微波爐；

●關(guān)聯(lián)和非關(guān)聯(lián)用戶數(shù)據(jù)無關(guān)報文對空口的占用。

根據(jù)實踐經(jīng)驗總結(jié)，其他Wi-Fi信號通常都要占用15％左右，非Wi-Fi信號對信道要占用12％左右。前兩點是我們自身設(shè)備無法調(diào)節(jié)、改變的，因此需要對第三點做了非常精細的優(yōu)化。如圖5所示，H3C空口報文抑制功能，可對空口中存在的數(shù)據(jù)幀、管理幀和控制幀進行獨立管理。

用戶數(shù)據(jù)無關(guān)報文對空口的占用不要超過33%。即使有剩余的40％可供AP 使用，考慮到同信道干擾和數(shù)據(jù)重傳對空口利用率的損耗，估計也只有15％到20％可用而已了，所以其他部分對信道利用率占用越低，AP 間同信道干擾越小，可供用戶同時上網(wǎng)的帶寬才能越高。

我們來看一個例子。如圖6所示，假設(shè)一個終端STA，每30s會掃描一次，一個AP會收到3個probe報文。假設(shè)一個AP帶60個用戶。

那么，每30s中一個AP的覆蓋范圍內(nèi)會有：

60*3+60*3*3（probe response，假設(shè)需要重傳2次）=720個probe報文，
每秒就是24個probe報文，

再加上鄰近所帶終端對自身的影響，則為24*5=120個probe報文。

如果每個AP只響應(yīng)一個probe request報文，

那么每秒鐘就會少發(fā)送（60*3*3-60*1）/30=16個probe報文，

再考慮鄰近的影響，則為16*5=80個probe報文，

按照1Mbps的物理速率來算，節(jié)省時間為80*350Bytes*8/1Mbps=0.224s，

相對節(jié)省22.4%的空口利用率。

● 頻譜導(dǎo)航技術(shù)

5GHz頻段做為WLAN覆蓋的重要頻譜資源，尤其在802.11ac的時代，5GHz頻段將成為無線覆蓋的主要頻段，我國之前已經(jīng)開放149,153,157,161和165頻段，在去年工信部又開放了5.15GHz-5.35GHz頻段。目前已經(jīng)有13個獨立的20M信道可供使用，完全解決了2.4G頻段無線資源匱乏的問題。

但目前絕大多數(shù)終端雖然支持5GHz頻段的WLAN接入，但仍然優(yōu)先關(guān)聯(lián)2.4GHz，5GHz頻段的資源被白白浪費掉?？梢酝ㄟ^頻譜導(dǎo)航技術(shù)讓無線AP在用戶終端關(guān)聯(lián)時優(yōu)先判斷用戶終端是否支持5GHz頻段接入，一旦掃描出用戶可使用5GHz頻段，會引導(dǎo)用戶優(yōu)先連入5G信號（如圖7所示）。

該技術(shù)可成倍的提高AP的用戶容量，同時被引導(dǎo)到5G信道的終端，由于信道更加純凈，所以速率更快，體驗更好。

●混合接入公平調(diào)度

在任何場景，不可避免會有一些信號不好終端或者網(wǎng)卡比較老的終端，比如只支持802.11b/g的終端。傳統(tǒng)的AP對這些低速率的終端不做任何處理，當一個低速率終端開始傳輸數(shù)據(jù)的時候其他高速率終端必須要等待，就像在一條馬路上，前方有一輛面包車開的很慢，這時后面的所有的跑車都要跟在面包車的后邊，使得道路使用效率大幅降低。無線終端也是一樣，在有限的空口資源中，我們不想被低速率終端占用過多的資源，但又不能不讓它進行通信，所有就需要專門對此情景做了優(yōu)化。把關(guān)聯(lián)上來的終端均勻的分配數(shù)據(jù)傳輸時長，如果低速率終端在單位時間內(nèi)沒有傳輸完數(shù)據(jù)，也要等到下次繼續(xù)傳輸，這樣把更多的空口資源留給高速率終端，提升單AP的吞吐量（如圖8所示）。

在高密覆蓋場景中，除以上功能特性外，現(xiàn)場AP的部署方式也起到了至關(guān)重要的作用。

三、高密場景下AP部署指導(dǎo)

高密場景通常存在四個方面的主要難點：

○ 如果用戶可感知的信號范圍內(nèi)終端數(shù)量超過一定值，會導(dǎo)致空口一直處于競爭狀態(tài)而無法使用，尤其是用戶特別密集的時候。

○ 用戶數(shù)量多，推高了噪聲。

○ 用戶終端不斷掃描，以及其他干擾AP 的因素存在，導(dǎo)致空口一部分時間被浪費而不能使用。

○ 需要覆蓋的用戶多，但整個場景內(nèi)都是相互可見的，導(dǎo)致AP 之間存在干擾，無更多的信道能被利用。

○ 針對這些難點，結(jié)合H3C具體實踐經(jīng)驗，筆者總結(jié)以下的AP的部署經(jīng)驗：

○ AP 部署在盡量靠近用戶的地方。部署AP時，應(yīng)該盡量降低AP之間的可見度，同時增加AP與STA之間的信號強度。有些場景（如火車站）的建筑物高度比較高，經(jīng)常超過10 米，所以AP安裝在頂部是不合適的。一方面AP 之間的可見度比STA 到AP 的信號還高，另一方面AP 到達STA 的信號強度會差一些。AP應(yīng)盡量部署在較低的地方，全部壁掛在兩側(cè)的墻壁是最后的一種選擇。

○ 盡量利用場景中的小型建筑物體隔離AP，提高空間重用率。如在大型的會議場景中，人體是最好的隔離信號遮擋物，可將AP布放在座椅的下方，即可滿足周邊小規(guī)模人群的無線接入，又可降低對周邊AP的干擾。

○ 如果場景中沒有內(nèi)部建筑物體隔離空間，用戶所在區(qū)域之間都是空曠的，無遮擋的，則需要使用定向天線來提高AP 隔離度，也能提高AP和STA之間的信號強度，增強抗干擾性。天線安裝位置盡量靠近要覆蓋的目標人群，盡量不要安裝在地面上，因為人群對信號的遮擋和干擾很大。

○ 不要試圖覆蓋所有區(qū)域，保證人群主要活動區(qū)域能夠正常使用就好，因為更多的AP 意味著信道之間干擾也越大。

2013年9月份，奇虎360在國家會議中心舉辦中國互聯(lián)網(wǎng)安全大會(ISC)。會場規(guī)模約3000人。

此次WLAN網(wǎng)絡(luò)部署不僅僅承擔了所有在場人員的無線上網(wǎng)業(yè)務(wù)，同時還提供了現(xiàn)場人員的APP下載，渠道人員簽到，演講者與總部員工的視頻互動演示，以及最后的抽獎環(huán)節(jié)。根據(jù)H3C iMC網(wǎng)管統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，當天全網(wǎng)峰值現(xiàn)場同時接入用戶人數(shù)高達2200個以上。一天內(nèi)所有AP的終端關(guān)聯(lián)次數(shù)總計20萬次，AP關(guān)聯(lián)成功率達到92%。