WLAN双频组网性能测试研究与分析

江 敏，陈文婷，贺利娜

(重庆电子工程职业学院通信技术教研室，重庆 401331)

无线局域网 (Wireless Local Area Network，WLAN)［1］以其低成本、高带宽、终端普及率高、热点覆盖快速简单、充分利用承载网资源等得天独厚的优点，已经成为2G/3G移动网络补充的必然。对新技术应用与产业发展而言，作为资源先行的频率规划尤为重要。在这方面，WLAN规划了3个频段［2］:1)2400～2483.5 GHz ISM频段。该频段目前广泛应用为短距离蓝牙、室内WLAN及无绳电话等无线自动数据采集识别等无执照业务。2)5725～5850 MHz的5.8 GHz ISM频段。该频段最近几年引起重视，进入产品研发领域，可以作为点对点或点对多点高速无线局域网、蓝牙技术设备等使用频段。3)5 GHz频段W(R)LAN，共计455 MHz。为WLAN的各类应用，尤其是高速率W(R)LAN的应用提供频率补充资源。

WLAN的出现虽然在一定程度上解决了用户对移动宽带的渴求，但是容量和干扰等因素在校园覆盖场景下，日益成为WLAN发展的瓶颈，严重影响了客户对移动宽带的业务体验。如何减轻干扰，提高网络性能［3］，增加系统用户的容量，日益成为运营者所思考的问题。相对2.4 GHz的公共无线频段，5.8 GHz的频段更具优势，高带宽、低干扰所带来的优越业务体验已经得宽带运营的重视和青睐。本文旨在研究各种双频组网场景下WLAN 802.11n设备性能，为双频组网即(2.4 GHz和5.8 GHz混合组网)的研究与实现提供数据支持，掌握802.11n新技术特点对网络规划的影响，指导工程建设中根据不同场景、不同的频率及带宽情况合理布放AP，为实际网络建设积累经验。

1 组网原理

随着各类终端的日渐普及，无线接入网络逐渐越来越庞大，已经发展成覆盖大面积区域为用户提供随时随地无线接入。全国多个省市运营商结合自己的实际情况和建设经验，推出了大规模可运营的解决方案并组建了相应的网络。运营系统［4］主要由用户站设备，多个无线AP，多个AC和局端后台管理设备、认证计费中心等组成。具体组网原理示意图［5］如图1所示。

图1 双频试点原理组网示意图

1)用户站点设备:PCMCIA/PCI/USB。

2)接入点设备:无线AP作为用户站的接入设备，在特点地区合理布放AP，达到合理的规划，降低投资。

3)接入控制器AC:可以有效地控制用户的接入，实现用户的认证，并且为每个用户提供安全的数据接入通道。

4)局端后台管理设备、认证计费中心:无线用户的管理，系统的见空，并对用户进行人证和计费。

2 测试流程及方案设计

WLAN的网络已经成型［6］，但是由于2.4 GHz频段干扰较大，WLAN网络用户容量一直是其发展的瓶颈。伴随着5.8 GHz的推广和应用，解决现行网络用户容量问题，获得双频组网的第一手数据，首要任务是进行数据测试。测试的具体工作流程［5］:在测试之前，必须明确本次测试的需求，实地考察，现场选点，再制定详细的测试方案，方案评审通过后，到现场进行逐一内容的测试，最后汇总测试数据，总结并攥写测试报告。在整个环节中，测试内容和测试方法的设计尤其重要，必须从多角度反映数据的有效性。在设计的时候，以用户容量和下载速度为主要考核指标来进行性能比较，具体设计内容和方法如表1所示。

3 数据分析及验证

为研究双频组网可行性，本文的所有原始数据均直接来自校园运行的WLAN设备测试，数据真实可靠。测试现场，采用直放吊顶方式安装AP，AP采用W812nAP设备。具体结果如下文所述。

3.1 802.11n对802.11g容量的提升测试结果分析

802.11 n对802.11g容量的提升测试数据如图2所示。在测试过程中，2.4 GHz单频g Only模式下，用户数12时，还能基本保证业务的正常下载，但随着用户数的进一步攀升，达到14时，下载速度快速下降，已经不能满足业务要求。当开启AP的g/n混合工作模式，用户数增加到16甚至是19时，下载速度仍然较高，此时还可以继续支持用户的接入。这说明802.11n模式的开启对AP容量有较为显著的提升，但是随着用户数的进一步加大，单频g/n模式下用户数达到26用户时，下载速度已经开始下降，达到802.11n模式的极限用户容量。

图2 802.11n对802.11g容量的提升测试(截图)

通过测试对比802.11g、802.11n的用户容量，验证得出802.11n模式的启用，对AP容量有着极大的提升作用，且在高用户量情况下，仍能保证业务顺利进行，其可靠性和正确性得到充分的验证。

3.2 2.4 GHz和5.8 GHz频段信号强度与下载速率测试结果分析

2.4 GHz和5.8 GHz频段信号强度与下载速率测试结果如图3所示。在相同场强覆盖下，5.8 GHz频段的下载速度普遍要优于2.4 GHz频段。根据802.11无线信道分配采用CSMA/CA方式，在现场存在干扰情况下，会极大影响实际的业务速率。由于2.4 GHz频段作为公众开放频段，其无线环境干扰严重，因此业务受影响较大。相比之下，5.8 GHz频段纯净，干扰较少，业务优势突出。在5.8 GHz与2.4 GHz场强基本一致的情况下，5.8 GHz频段要优于2.4 GHz频段，其可靠性和正确性得到充分的验证。

3.3 双频混合模式下下载对比测试

图3 2.4 GHz和5.8 GHz信号强度与下载速率比较(截图)

双频混合模式下下载对比测试下载场强对比数据如图4所示。在设置目标用户数20的时候，分别测试到2.4 GHz的下载速度为64.9 kbyte/s，5.8 GHz的下载速度为88 kbyte/s。在高业务量情况下，5.8 GHz频段凭借低干扰、高带宽的优点，在下载速度上得到体现，其明显优于2.4 GHz频段。同样为20用户压力测试下，且5.8 GHz场强均比2.4 GHz弱30 dB，但5.8 GHz的下载速度均值远高于2.4 GHz的下载速度。

图4 测试场强对比图(截图)

3.4 单频及双频情况下用户容量测试分析

单频及双频情况下用户容量测试数据比较结果如图5所示。在单频18用户情况下，2.4 GHz下载速度均值两者相差不太大，性能都很优越。但需要注意的是5.8 GHz频段的场强比2.4 GHz频段要低10 dB以上，这更验证了5.8 GHz频段低干扰、高带宽的优势。即便在场强较的情况下，下载速度仍然可以优于2.4 GHz频段。在双频模式下，当用户数达到26时，2.4 GHz用户下载均值呈现明显下降趋势，而5.8 GHz用户下载均值却微微有所增加。随着用户数进一步增加到38台终端同时下载，双频下用户下载速度也仍然保持在有效范围以上，完全能够满足用户业务要求。双频模式对AP容量的提升巨大，其可靠性和正确性得到充分的验证。

图5 两种混合组网性能比较

4 小结

802.11 n模式对传统的802.11g模式在用户容量上有极大的提升，而随着5.8 GHz的开启，用户容量可以得到更大的提升。在整个体验测试过程中，2.4 GHz和5.8 GHz各项指标相比，5.8 GHz在用户体验上更具有优势。尽管2.4 GHz在各项成功率方面与5.8 GHz保持一致，全为100%，但时延明显比5.8 GHz要长，而且在业务下载和页面加载测试中，5.8 GHz也更优于2.4 GHz频段，尤其在双频混合模式下，对AP容量的提升巨大。但是测试数据显示，在双频混合模式下，当用户数达到38时，已经呈现下载速度明显下降趋势，这说明了即使开启双频模式，也无法达到单AP容量的2倍，与理论值的1.7～1.8倍较为吻合。

［1］高峰，高泽华，文柳.无线城市电信级WiFi网络建设与运营［M］.北京:人民邮电出版社，2011.

［2］阙鋆淑，谢葳，黄帮明.高校WLAN优化方案研究［J］.电视技术，2012，36(5):70-72.

［3］盛敏，李建东，史淡.IEEE802.11无线局域网络性能分析［J］.电子学报，2004(12):148-152.

［4］张喜云.宽带接入网技术［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2009.

［5］陈文婷.WLAN网络后续演进探讨［J］.企业文化，2012(5):127-128.

［6］吕迪波，王琼.基于混合WLAN网络的吞吐量特性研究［J］.电视技术，2008，32(12):65-67.