密集区域无线网通信传输的研究

王建文

摘要：随着我国通信技术的不断发展和完善，无线网络的应用给我们日常生活带来了很多的便利。但对于处在不同环境下的无线网络情况，展现出各异的通信难点。该文通过分析密集区域无线Wi-Fi传输所存在的一些问题，提出几点建设性的方案。

关键词：无线技术；Wi-Fi传输；密集区域

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）13-2943-03

Research of Dense Area Wireless Communication Transmission

WANG Jian-wen

Abstract： With the continuous development of communication technology in our country and improvement of the application of wireless network bring to our daily life a lot of convenience. But for wireless networks in different environments， show a diverse communication difficulty. In this paper， by analyzing the dense area wireless Wi-Fi transmission problem， put forward some constructive solutions.

Key words： Wireless technology ； Wi-Fi Transmission； Dense Regions

1 绪论

IT和数字技术如今在不断渗透和改善着人们的生活，Wi-Fi热点的普及已成为国际化大都市的标准之一。作为实现无线网络的最主要方式，Wi-Fi将更多地融入核心网络，与2G和3G网络形成互补，减轻来自快速增长的移动设备带来的海量数据流量的压力。未来几年中，我国将有数百万新的Wi-Fi热点在各大城市建成，人们可以随时随地通过Wi-Fi热点接入互联网，享受“永远在线，始终互连”的体验。虽然Wi-Fi热点的前景一片光明，但在某些特定场合的使用体验却并不尽如人意，有限的覆盖范围和传输速率是Wi-Fi经常要面对的问题。例如在大型会展、体育赛事，林立的商场小区等设备密集的场景中，常常出现的连接失败、突然中断、速度缓慢等情况，如果需要使用视频通话等流量密集型应用，这样的情况则更加严重。接入点可连接用户数量有限，如果只是简单地增加接入点，又会出现相互干扰的问题，高密集区域的无线热点技术正面临着挑战。

2 无线网络

无线网络，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术，与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份。

无线局域网（缩写WLAN）是不使用任何导线或传输电缆连接的局域网，而使用无线电波作为数据传送的媒介，传送距离一般只有几十米。无线局域网的主干网路通常使用有线电缆，无线局域网用户通过一个或多个无线接入点接入无线局域网。无线局域网现在已经广泛的应用在商务区，大学，机场，及其他公共区域。无线局域网最通用的标准是IEEE定义的802.11系列标准。

Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟（Wi-Fi Alliance）所持有。目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网络产品之间的互通性。一般使用IEEE 802.11系列协议的局域网就称为Wi-Fi。甚至把Wi-Fi等同于无线网际网路（Wi-Fi是WLAN的重要组成部分）并作为WLAN的重要组成部分。一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP，如此便能以无线的模式，配合既有的有线架构来分享网络资源，架设费用和复杂程度远远低于传统的有线网络。如图1所示。

3 密集区域无线网络传输的探讨

随着无线局域网（WLAN）迅速发展并走向成熟，越来越多的公共场所与家庭处所开始实施无线网络，无线局域网作为一种灵活的数据通信系统得到了广泛的应用。但是，利用无线路由组建的无线网络，其数据传输率会受到信号强弱，地理位置以及障碍物的影响，当在信号微弱的时候，无线网络的数据传输率往往非常缓慢，甚至会出现无法建立连接的情况。特别是处在密集区域的无线局域网络传输，有很多方面急需完善和解决。

3.1 密集区域的传播环境

密集区域包括密集商业区、密集住宅区等。 密集商业区的典型特征是高楼林立，大多数建筑物高度在30m（10层）以上， 区域内有较多20层以上的高层建筑物，高、中、低层建筑相间其中；部分建筑物庞大，有一层或多层地下商业设施或停车场； 密集住宅区特征是多栋中高层建筑紧密相邻，建筑物内设有电梯和地下停车场，区域内有绿化带或小型山丘，道路较窄。老城区的住宅区建筑物密集，楼高一般在20m（六七层）以下，间或有一两栋10层以上的建筑，地形基本平坦，道路为老式街道。这些区域环境复杂，对于无线传输影响比较大。

3.2密集区域存在的问题

密集商业区人流量很高，由于年轻用户所占比例高，对无线网络有较高的需求，用户对网络质量很敏感，要求有稳定的信号，较快的数据传输速率，高的接通率，低的掉线率。但由于高楼密集，建筑物穿透损耗较大，每个无线局域网间距较小，并且有相互重叠的区域。就会出现比较严重的同频、邻频干扰以及用户申请的资源冲突问题，导致了设备利用率不能达到其最优的状态，设备的利用率低，也会出现用户上网时延、上网速度不稳定、无线信号无法接入的情况。而且由于建筑物自身的屏蔽和吸收，容易形成无线信号覆盖的弱场强区甚至盲区。

4 方案

4.1无线技术上的方案

基于IEEE802.11b标准的Wi-Fi技术的优势是提供11Mbit/s的高带宽，传输速率快，而且在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbit/s、2Mbit/s和1Mbit/s，带宽的自动调整，在一定程度上有效地保障了网络的稳定性和可靠性。Wi-Fi高速数据传输的特点可以弥补目前移动通信数据传输速率低的不足。目前国内移动通信运营商提供的是全覆盖、高移动性和低数据传输速率的服务，Wi-Fi技术可以实现手机终端在Wi-Fi网络与移动通信网络间的无缝切换，这样在一定程度上解决了移动通信数据传输速率低的问题。

4.2 地理位置上的方案

架设无线局域网需要考虑地理位置，以便最大效率的发送信号和用户接受信号。但是信号会受到环境等一些客观原因的影响而出现衰落，这是无法避免的。无线上网信号在传输过程中，很容易受到周围障碍物的“阻挡”，同时无线上网信号被“阻挡”的次数越多，那么上网信号的衰减幅度就越大。当无线上网环境中包含的障碍物有很多是金属物体时，那么客户端系统的无线上网效率就会受到严重影响，因为金属障碍物不仅能够对无线上网信号的传输路径进行“阻挡”，同时它还能直接将无线上网信号在传输过程中产生的电磁能量给吸收掉，同时自动生成弱电流向外直接泄掉，所以无线上网信号一旦受到金属障碍物“阻挡”之后，上网信号可能直接被衰减到零。通常情况，无线上网节点或无线路由器设备的信号覆盖范围大概为300英尺，要是我们在摆放该设备时，无线上网环境附近有障碍物的话，那么无线信号覆盖范围就会缩小；考虑到无线上网节点或无线路由器设备使用的天线往往都是全方向的，在360度范围内能够发射、广播无线信号，因此我们应该尽量将无线设备放置在局域网的中心位置处，同时确保该位置不能有太多的障碍物。不少无线上网环境中的客户端系统可能分散位于多个不同的房间中，这个时候我们在放置无线上网节点或无线路由器设备时，将它直接放置在多个不同房间的交汇位置处，这样能得到比较理想的无线上网信号。

4.3 软硬件技术的方案

1） 一般来说54M无线信号频道有11个，如果是一些特别的设备还能扩展支持到13个，依次是频道1到频道13。当有多个无线信号在使用同一个无线信号频道的话，就会出现信号干扰。由于大多数都是使用路由器默认配置时的信道，未对无线信号频道能进行修改，这样就很容易发生信道的干扰。无线信号就会受到影响。我们可以在使用无线网络前在居室走一圈同时用Network Stumbler扫描一下，看看附近都有哪些无线信号，都使用了哪个频道。即使无线信号不广播SSID号和进行WEP与WPA加密也可以通过Network Stumbler扫描出来。还有是，一个频道的无线路由信号会同时干扰与其相邻的两个频道，即频道6的信号会影响到频道5和频道7，所以我们在设置无线信道的时候，应该尽量使自己的信道离其他信号频道两个以上。

2） 利用天馈系统降低信道干扰。在家庭和办公区域使用的过程中通过安装定向天线于室内，最大程度的避免了AP间同、邻频率的干扰。

4.4 参数优化方案

在完成Wi-Fi热点覆盖精确优化后，为了进一步提升传输过程的速率。我们需要对性能作进一步的优化设计。Wi-Fi性能实际上是指一个共享的空间媒质所能支持的报文传输能力，在这个空间媒质（同信道）的所有设备都将共享空间媒质的性能，即共同抢占空间媒质。Wi-Fi通过这个机制实现了设备在空间媒质的报文的分时传输，在一定程度上会消耗空口资源，降低空口的传输能力。在多台AP，STA共享信道情况下，无线信道的碰撞进一步加剧，导致信号的破坏，即所谓的解调失败。STA通过回退机制重新竞争结果空口数据平均传输实验增加，最终导致每个AP设备的吞吐量下降。

4.4.1 空口信号干扰优化

盖补点，排查干扰，优化信道AP规划隔离度，尽量减少空口信号干扰的影响，可以用以下措施。

1）规划避免已采用的信道，进项协商错开频点部署，考虑楼层横向和纵向覆盖来规划频点，尽量避免在垂直与水平面与它网同频信号交汇，对高业务量区域根据AP和用户情况，启用5.8Ghz频段，关闭AP自动频率调节，自动功率控制开关。采用信道复用技术分配信道。

2）充分利用墙体等天然阻隔，减少信号外泄，采用调整天线方向角，避免天线主瓣对准干扰源。满足目标目标覆盖前提下，采用降低功率或定向天线，减少同频领频重叠覆盖区域。

3）打开CTS/RTS协议参数，减少隐藏节点的影响。同信道下多SSID，BEACON信号较多时适当调大BEACON发送间隔。

4）对于外部干扰，如蓝牙，无绳电话灯跳频设备，选用避开的办法，使用时远离干扰源，以达到减少干扰的目的。

4.4.2 AP设备优化

设置单台AP接入用户数，AP扩容，打开负载均衡（重叠覆盖区），打开用户限速（减少P2P行为影响）。在参数配置上，调节AP最小键入电平，避免弱信号用户接入导致易断发生，启用检查L2层交换机是否配置VLAN生成树，开启AC的VLAN Mobile功能，防止因切换引起的断线问题，采用多AP双频混合覆盖，提高覆盖边缘场强，消除覆盖死角，增加用户接入能力，降低AP发射功率，实现同频重叠最小化。

4.4.3 终端优化

在IP地址获取困难时，优化ipconfig/renew禁用后启用网卡或则重启PC，升级客户端驱动程序。如果上网速度慢，引入5.8频段。遇到掉线情况则降低终端漫游主动性。使用802.11a/n和802.11b/g/n双频设备覆盖，优先保证802.11a/n接入，提升接入密度和用户体验。

5 小结

密集区域无线传播环境复杂多变，不仅要考虑到无线传播的效率上，还应该考虑用户对于网络稳定安全的需求上。在无线网络技术不断发展的条件下，应该加快对于网络Wi-Fi热点的建设，不断的提高在密集区域信号的覆盖率以及网络的优化。对此，笔者下一步的任务是研究解决好局域网优化的问题，更好的提高通信传输高效性。

参考文献：

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