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无线网络规划设计和部署维护之误区与实践二

2018-06-26 17:23    无线CCIE的那些事儿 来源: 无线CCIE的那些事儿  作者: 谢清 编辑: 李雪薇

  【IT168 技术】本文转载自微信公众号“ 无线CCIE的那些事儿”(ID:passcciew),作者:谢清。

  无线网络已经和人们的生活、工作、娱乐、学习变得息息相关,从而无线网络的用户默认的认为无线网络应该和有线网络一样具备同等的性能乃至使用体验,不论应用运行于何种类型的无线终端,他们应该具备同等的使用体验。

  但是在性能方面,评估无线网络的性能与评估有线网络的性能是非常不同的,举个例子,如果你的笔记本电脑通过网线连接到有线网络的交换机,他们之间链路的数据连接速率为1000Mbps,那么你采用性能测试工具测试物理链路的吞吐量也基本会得到相同的结果。并且这一性能是该有线客户端独享的。

  反之,如果你的笔记本电脑通过WiFi连接到无线接入点,他们之间链路的数据连接速率为1300Mbps(假设介质条件允许),那么你采用性能测试工具测试这一物理链路的吞吐量得到结果是什么呢?差不多是1300Mbps的50%~65%。而且这一性能吞吐量只是该无线接入点的峰值吞吐量,一旦有多个客户端连接到相同的无线接入点,随着客户端数量的增加,所有客户端的汇聚吞吐量将呈不断下降趋势。造成这一现象的原因和无线网络采用空气共享介质以及802.11协议在默认介质不稳定和不可靠时所采用的工作机制相关。不论是802.11n还是802.11ac,始终要受到这一限制。

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践二

  因为空气介质会受到众多因素(繁忙程度、温度、湿度等)的影响,所以802.11协议采用和使用对讲机类似的Ack确认机制保证接收端可以接收发送端的消息,如果接收端接收到发送端发出的消息且验证没有在传输过程中损坏,那么接收端将发送一个确认消息给发送端,如果发送端没有接收到该消息,那么发送端将进行重传,直至达到重传数量上限,此时发送端将丢弃该消息。另外,空气介质是共享介质,所以无线网络中的客户端和无线接入点需要竞争介质的使用权,这都造成了系统开销的大幅增长。802.11协议实际上是用系统开销换取了数据的可靠传输。

  此外客户端的多样性也会造成系统吞吐量的巨大差异,假设您部署的是支持3个空间流的802.11ac(第一代)无线接入点,工作在80MHz信道(当然现实企业部署中谁都不会这么傻的用80Mh信道宽度),那么当同样支持3个空间流的客户端(往往是笔记本电脑)连接时,您可以获得1300Mbps的数据连接速率。而当支持单空间流的客户端(智能手机、平板电脑)连接该无线接入点时,您只能建立433Mbps的数据连接速率。显然,两者峰值吞吐量的巨大差异会影响整个系统的性能。

  最后,并不是客户端在无线接入点产生的覆盖蜂窝内的任何位置都能建立最高的数据连接速率,考虑到空气介质的不稳定特性,客户端在距离无线接入点不同的位置会动态的调整其与无线接入点建立的数据速率以适应变化的物理介质条件,距离无线接入点越远,客户端与无线接入点建立的数据速率越低,调制方式越多的考虑冗余而不是性能。

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践二

  总之,要想保证无线网络的性能和用户使用体验。其规划设计和部署维护较之有线网络区别非常大!

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践二

  既然区别大,那么我们应该主要关注哪些无线网络关键的性能和用户使用体验指标呢?是客户端关联的数据连接速率、峰值吞吐量还是无线接入点汇聚吞吐量?是客户端接收信号强度(RSSI)还是无线接入点同时关联无线客户端的数量?都不是!

  对于独立的客户端个体,评估其性能好坏的最关键指标是信噪比(SNR – Signal to Noise Ratio)。其它指标可依次关注接收信号强度、重传率。

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践二

  信噪比是信号和底噪的差值,两者相差越大,说明信号质量越好。例如如果客户端接收信号强度为-65dBm,底噪为-92dBm,信噪比为-65dBm-(-92dBm)=27dB。又如果客户端接收信号强度为-60dBm,底噪为-80dBm,信噪比为-60dBm-(-80dBm)=20dB。虽然后者的接收信号强度更强,但是信号质量反而差了。

  我们经常会遇到一个误区就是认为信号越强,信号质量越好,这是非常错误的想法。信号越强不代表噪音就弱,往往此时噪音也很强,结果就是信噪比差,信号质量差。

  信噪比决定了无线客户端和无线接入点之间可以采用什么样的信道带宽、实现多少空间流、使用何种调制方式从而决定建立多高的数据连接速率。使用80MHz信道宽度对于信噪比的要求比使用20Mhz信道宽度要苛刻的多,建立三空间流通信比建立单空间流需要的信噪比要高,复杂的调制方式对于信噪比的要求比简单的调制方式要高。对于传统的802.11a/g客户端和无线接入点要建立高数据连接速率,一般需要20dB的信噪比;对于802.11n就需要25 dB的信噪比;对于802.11ac则需要30 dB以上的信噪比。

  业界每个厂商由于使用的射频芯片和系统架构的不同,对于建立给定的数据连接速率(Data rate – 用于802.11a/b/g)和使用调制和编码方案(MCS – 用于802.11n/ac)所需的信噪比值都是不同的,甚至同一厂商的不同产品之间也存在差异性。

  对于保证无线网络的性能和应用体验,首先需要确定在网络上使用什么应用程序,从而知道您需要哪些数据连接速率来支持此类应用程序。一旦知道了网络上的客户端需要支持什么数据连接速率,您就可以确定在这些数据连接速率下操作所需的信噪比值了。

  一般来讲,您可以遵循下面的准则来判断信噪比的好坏:

  > 40 dB – 信号质量非常好, 客户端总能与无线接入点关联,可建立最高数据连接速率

  25-40 dB – 信号质量很好, 客户端总能与无线接入点关联,可建立高数据连接速率

  15-25 dB – 信号质量好, 客户端总能与无线接入点关联,可建立好的数据连接速率

  10-15 dB – 信号质量一般,客户端可与无线接入点关联,只能建立低数据连接速率

  0-10 dB – 信号质量低或无信号,客户端与无线接入点无法关联

  如何有效地实现高信噪比,从而实现客户端的高数据连接速率,以致获得高性能和好的体验呢?一味地提升无线接入点发射功率显然不是最好的办法,最有效的办法是降低噪音。

  噪音从哪里来?主要是三个方面:来自无线网络自身的同频干扰、邻频干扰和来自非WiFi设备的干扰。

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  对于来自无线网络自身的同频干扰、邻频干扰,需要通过合理的规划设计来减少。对于来自非WiFi设备的干扰,需要通过系统级别的智能频谱管理解决方案来识别、查找、移除、缓解。

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  说了这么多,如何查看客户端的信噪比呢?

  一般需要从无线网络基础架构这一侧查看,因为无线基础架构采用的射频芯片比较灵敏且经过严格校准。

  从思科Prime Infrastrucure上可以查看客户端信噪比的历史信息:

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  对于思科统一无线网络,可在无线控制器一侧查看,选择Monitor->Client,点击要查看客户端的MAC地址:

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  或者通过Cisco Wireless应用查看

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  对于思科Meraki用户,可以通过仪表板界面查看:

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  连接在Meraki无线接入点上的用户也可自行查看,使用浏览器打开网页my.meraki.com:

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  对于客户端而言,无线网络接口卡不是频谱分析仪,不是设计用于测量周围的噪声的,所以只有部分客户端可以通过软件工具看到信噪比数值,且该数值仅供参考。

  对于Mac OSX客户端,系统本身可以显示接收信号强度和噪音,您可以自行计算信噪比。将鼠标悬浮在无线信号图标上,按住Option键点击,此时信噪比为-69dBm-(-99dBm)= 30dB

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  也可以利用OSX自带的高级无线工具监视

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  也可借助第三方软件查看,例如Wi-Fi Signal

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  或者Wi-FiExplorer App(付费)

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  NetSpot(免费)

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  对于安卓客户端,需要借助第三方软件查看,例如WiFi SNR:

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  对于Windows客户端,系统本身无法显示接收信号强度和信噪比,部分终端可以借助第三方软件查看。例如WiFiInfoView:

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  或者Intel PROSet工具(客户端无线网卡为Intel):

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  对于苹果iOS客户端,只能通过AirPort Utility工具看到接收信号强度。

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  另外,可以借助专业测试仪器(芯片经过特殊设计和严格校准)查看信噪比,查看结果非常准确,例如NetScout的 AirCheck G2。

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标签: Wi-Fi
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