典型办公区域Wi-Fi性能的优化

魏仁乐

（中共开封市委党校 科技创新与网络发展教研室，河南 开封 475001）

0 引言

近年来，基于IEEE 802.11通信协议［1］的Wi－Fi设备被广泛地应用于室内环境.为了切实提升行政效率，本文把某单位作为调研对象，采用咨询、技术数据取样等方法，对其办公区域的Wi－Fi性能进行考察，对所得数据进行整理与分析，得到有关Wi－Fi性能的结论，然后给出了具体改善建议.由于该单位的办公环境具有典型性，所以本文所得到的结论和提出的改善建议具有一般性.

1 背景知识介绍

在 IEEE 802.11b／g 标准中，Wi－Fi工作在 2.4GHz 频段； 在 IEEE 802.11a／ac 标准中，Wi－Fi工作在5GHz频段；在 IEEE 802.11n／ax 标准中，Wi－Fi工作在 2.4GHz或 5GHz频段［2－7］.现今，IEEE 802.11ax 的无线接入点设备刚开始在消费市场铺开，IEEE 802.11n和IEEE 802.11ac的无线接入点设备仍然是市场的主导产品，支持2.4GHz和5GHz工作频段的Wi－Fi随处可见.由于仅支持2.4GHz频段的无线接入点设备的价格明显低于支持5GHz频段的无线接入点设备，所以对价格比较敏感的单位和个人更倾向于购买和使用2.4GHz频段的无线接入点设备.

信道也称为频道，是指传输无线电信号的通道［8］.2.4GHz频率段被划分成14个信道，分别编号信道1、信道2、信道3……信道14.一个国家会根据自身相关的法律法规和实际需求，划定某个范围的信道供公众使用.中国在2.4GHz频段开放信道1—信道13供民用，它们即为民用信道.

5GHz频率段被划分为25个信道，分别编号信道36、信道40、信道44、信道48……信道149、信道153、信道157、信道161、信道165.其中，信道52、信道56……信道141为动态频率选择信道.动态频率选择（Dynamic Frequency Selection，DFS）信道是特殊的5GHz频段信道，这些信道一般很少被使用，受干扰较小，但可能与军用、气象观测用雷达所使用的信道有重叠.接入点设备一旦侦测到军事与气象雷达信号，就会自动切换到其他信道，以免干扰军事雷达和气象雷达的运作.在5GHz频段信道开放方面，国家与国家之间的差异性较大.当前，中国允许使用信道 36、信道 40、信道 44、信道 48、信道 52（DFS信道）、信道 56（DFS信道）、信道 60（DFS信道）、信道 64（DFS信道）、信道 149、信道 153、信道 157、信道 161和信道 165.

频宽是频道带宽的简称，是指信道能通过的最高频率与最低频率的差值.802.11b／g／n标准支持20MHz和 40MHz两种频宽，而 802.11ac 和 802.11ax 标准支持 20MHz、40MHz、80MHz和 160MHz四种频宽.频宽越大，网络传输速度的峰值越高，但也越有可能受到来自附近信道的干扰.就是说，在无线接入点密集的场所，选择较大的频宽并不能改善无线网络质量，反而有可能使无线网络变得不稳定，降低整体网络体验效果.

2.4GHz频段每个信道的可用频宽均为20MHz，但实际频宽为22MHz，其中，2MHz为阻隔频带.2.4GHz频段的信道分布如图1所示.

图1 工作频段2.4GHz的信道分布

图1中，（a）为20MHz频宽的信道分布状况.由图可知，在20MHz频宽下，2.4GHz频率段中互不干扰的信道只有信道1、信道6、信道11.在信道12和信道13开放的国家，互不干扰的信道还有信道2、信道7、信道12以及信道3、信道8、信道13.（b）为40MHz频宽的信道分布状况.40MHz频带是两个相邻的20MHz频带合并而成的.由图可知，在40MHz频宽下，2.4GHz频率段中互不干扰的信道只有信道3、信道11.

5GHz频段的每个信道均是独立的20MHz频带，它们互不干扰.5GHz频段的信道分布如图2所示.

图2 工作频段5GHz的信道分布

图2中，（a）为20MHz频宽的信道分布，（b）为40MHz频宽的信道分布，（c）为80MHz频宽的信道分布.

由于5GHz频率段没有重叠信道，所以从理论上说，其各信道受到干扰的可能性和受干扰程度都会小于2.4GHz频率段.

2 咨询与数据收集

我们对调研单位的职工进行了咨询.结果显示，60%的职工认为办公环境中Wi－Fi网络的性能存在提升空间，其中20%的职工认为无线网络速度较慢，影响了他们工作效率的提升.

为了从技术维度对职工的反馈结果作进一步的验证，我们对该单位办公区域的Wi－Fi技术数据进行了调查取样，共得到68个有效样本.

按照无线接入点的工作频段来划分.结果显示，在这些样本中，2.4GHz的Wi－Fi接入点共59个，5GHz的Wi－Fi接入点共 9个.由图 3可知，2.4GHz的 Wi－Fi接入点的数量远超 5GHz的 Wi－Fi接入点的数量.

图3 不同频段的无线接入点的数量统计

按照无线接入点的信道来划分.如图4所示，约五分之一的Wi－Fi接入点的无线信道编号为1，约五分之一的Wi－Fi接入点的无线信道编号为6，约五分之一的Wi－Fi接入点的无线信道编号为11，约四分之一的Wi－Fi接入点位于其他2.4GHz信道，其余的Wi－Fi接入点均匀分布于5GHz高频段信道.从图中可知，2.4GHz工作频段中，大多数无线接入点占用了1、6、11这三个无重叠信道，且基本上呈交叉配置的蜂窝网状结构，这种设置避免了相邻的办公室使用相同的无重叠信道.

图4 接入点无线信道占用情况统计

按照无线接入点的频宽划分.约70%的2.4GHz频段的Wi－Fi接入点的频宽为20MHz，约30%的2.4GHz频段的Wi－Fi接入点的频宽为40MHz，如图5所示；约25%的5GHz频段的Wi－Fi接入点的频宽为40MHz，约75%的5GHz频段的Wi－Fi接入点的频宽为80MHz，如图6所示.

图5 无线电干扰实验信号强度衰减情况

图6 无线电干扰实验信号强度样本方差

另外，调查显示，几乎所有的桌面式无线接入点或无线路由器均置于桌缝中、桌面下、柜子中或其他障碍物较密集之处.人们没有考虑信号源的位置对无线网络传输质量的影响，信号源位置不合适有可能降低无线网络传输的质量.

3 分析与结论

1）在调研单位办公区域使用了大量的2.4GHz无线Wi－Fi接入点设备作为主流的无线网络设备.因2.4GHz频段的各个信道之间存在大量干扰，且其他设备如蓝牙、大功率电器等有可能对2.4GHz频段造成额外干扰，所以该单位办公区域无线网络的性能有可能产生较大的波动；

2）因信道布局较为合理，故目前调研单位办公区域的整体网络环境可以基本满足办公需求；

3）因无线Wi－Fi接入点设备的放置点存在较密集的障碍物，故接入点的Wi－Fi覆盖范围会缩小，传输会受到较大影响，若客户端距离接入点稍远一些，则无线网络速度会急剧下降.

综上所述，调研单位办公区域的Wi－Fi性能目前可以基本满足办公需求，但仍有较大的提升空间.

4 改善建议

1）在对无线Wi－Fi性能要求较高的办公室，更换无线Wi－Fi接入点设备为支持802.11ax协议或802.11ac协议的双频无线Wi－Fi接入点设备.若办公室所有的客户端设备均支持5GHz频段，则可以考虑关闭双频无线Wi－Fi接入点的2.4GHz频段，使设备仅工作在5GHz频段；

2）对2.4GHz的无线Wi－Fi接入点设备进行配置，使其锁定于20MHz的频宽，并以交叉配置的方式固定工作信道（固定于 1、6、11三个信道之一，或 2、7、12三个信道之一，或 3、8、13三个信道之一），并呈蜂窝网状结构；

3）对5GHz的无线Wi－Fi接入点设备进行配置.若周边环境中有较多其他的5GHz无线Wi－Fi接入点设备，则使其锁定于40MHz的频宽，否则锁定于80MHz或160MHz的频宽，并尽量拉远无线信道，鼓励使用低频段5GHz信道.若接入点支持，则可以考虑使用DFS信道，并使之符合蜂窝网状结构要求；

4）重新放置无线接入点设备或无线路由器，使其位置的安排符合不遮挡、靠中心、就高不就低的原则.