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无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

2018-06-27 10:39    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。

  对于无线接入点形成的覆盖蜂窝,评估其性能好坏的最关键指标是信道利用率(Channel Utilization)。信道利用率反映了射频频谱的繁忙程度和无线接入点信道的整体可用性。信道利用率一般用百分比表示,百分比数值越大代表信道越繁忙。无线网络的一个重要最佳实践是保持信道利用率在40%-50%以下。对于高信道利用率,我们需要警惕并详细分析其成因。

  之所以说信道利用率重要,是因为信道利用率体现了同频干扰、邻频干扰(邻居无线接入点对信道利用率的影响)和非WiFi干扰对无线接入点自身工作信道的影响,反映了信道内空气介质竞争(客户端竞争对信道利用率的影响)的激烈程度和数据传输情况。

  那么谁贡献了信道利用率?

  首先正常的客户端空气介质竞争和数据发送会占用信道时间。

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

  上图是我在一个用户处看到的情况,一些无线接入点的信道利用率高达100%,但是没有任何干扰介入,此时点击左侧绿色柱体进入该无线接入点查看,发现连接的客户端数量也不多,是什么原因造成了信道利用率居高不下呢?查看该无线接入点连接的客户端发送的应用流量发现,个别用户在使用BitTorrent应用下载电影。在无线控制器上配置应用可视化和控制,对滥用的应用进行限速或者丢弃,无线接入点信道利用率恢复正常。(注,所有这些操作均由手机端的Cisco Wireless App操作完成!)

  如下图所示,要发送的数据包越大,发送端占用信道的时间越长,发送速率越慢,发送端占用信道的时间越长。当客户端远离无线接入点时(处于蜂窝覆盖边缘),为补偿信号强度下降,数据连接速率会下降到一个较低的值。虽然这有助于提高数据包传递的可靠性,但是会降低设备的吞吐量并导致设备所用的无线传播时间变长。占用更长的无线传播时间会导致蜂窝中可用于其他设备的总体时间减少。

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

  因此,如果您希望改善信道利用率,需要做的就是让客户端和无线接入点之间建立较高的数据连接速率。

  其次,随着无线网络部署对于高容量的需求,网络中无线接入点数量的增加,无线接入点工作信道宽度的增加和客户端设备数量的极速增长,同频干扰、邻频干扰也在不断地增加。

  同频干扰简单来说就是如果在特定信道上部署无线接入点,则该无线接入点与其收听范围内相同信道的任何其他无线接入点(和客户端)将竞争对信道的使用权。相比邻频干扰,同频干扰至少是可管理的。

  在理想的部署中,我们希望部署的每个无线接入点被分配到唯一的信道并且在射频角度被充分隔离,使得它不能“听到”在相同信道上的任何其他无线接入点。在这种理想情况下,我们部署的无线接入点将不必与任何其他无线接入点竞争接入信道。因此,它将能够在客户端和无线接入点标准支持的限制内,用理论上可用的所有带宽(空口时间)为其相关联的客户端提供服务。

  在现实部署中这是不可能的,来自相邻网络的无线接入点或我们自己部署的网络上的无线接入点将在特定无线接入点的相同信道上操作。在相同信道上的无线接入点可以“听到”彼此的信号,并且将必须通过竞争(即共享空气介质)来使用信道。这大大限制了每个无线接入点可以提供的潜在数据吞吐量。我们要做的是通过合理的规划设计确保它们之间的信号影响处于足够低的水平,使得它们不会影响无线接入点的无干扰信道评估(CCA)过程。

  网络中非法设备造成的邻频干扰会极大的影响信道利用率。

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

  下图显示了当信道4(红色),信道6(绿色)和信道5(蓝色)上的无线接入点同时都处于活动状态时的情景。由于这些无线接入点中的一个尝试与其客户端通信,其传输对于另外两个无线接入点的传输而言就是乱码(噪音)。邻频干扰无法通过规划设计被无线网络“管理”,因此无线网络需要具备有效地手段来识别、分类、定位和排除非法设备。

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

  邻频干扰一般发生在2.4Ghz频谱上,因为历史原因,2.4Ghz频谱上的连续信道是部分重叠的。

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

  在5Ghz频谱上也会在不同宽度的信道间发生邻频干扰。

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

  第三,非Wi-Fi干扰源包括蓝牙设备、微波炉、数字增强无绳通信(DECT)电话、监控摄像头)或其他任何与 Wi-Fi 信道使用相同射频频率但不使用802.11 协议的设备也会大幅增加信道利用率。

  如何评估信道利用率

  一个负责任的无线网络系统应该可以为你提供实时的和历史的信道利用率数据,并且应该告诉你造成信道繁忙的原因。

  从思科PrimeInfrastrucure上可以查看无线接入点信道利用率的历史信息:

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

  对于思科统一无线网络,可在无线控制器一侧查看具体某个无线接入点无线的实时信道利用率,选择Minitor菜单,导航到AccessPoints > Radios > 802.11x/y/z > AP Name:

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

  详细分析同频干扰和邻频干扰情况:

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  对非WiFi干扰进行详细分析:

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  也可以查看一组无线接入点的实时信道利用率:

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  评估信道利用率的另一个好方法是使用思科的WLC配置分析(WLCCA)工具。该工具为思科免费提供的Windows应用程序(下载地址:https://supportforums.cisco.com/document/7711/wlc-config-analyzer),提供对WLC配置的分析。 您只需从无线控制器 CLI中加载showrun-config命令,将输出结果导入到WLCCA工具就可以得到每个无线接入点2.4和5GHz信道的信道利用率信息,而且还支持图形化列表:

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

  如果你更喜欢从CLI看这个信息。您可以使用命令提取相同的信息:

  show ap auto-rf 802.11b <ap name> 或者show ap auto-rf 802.11a <ap name>

  运行上述命令将得到类似于以下输出的输出。下面示例中用红色文本突出显示了信道利用率信息:

  Number OfSlots.................................. 2

  APName.......................................... AP2600

  MACAddress...................................... 44:2b:03:9a:xx:xx

  SlotID........................................ 0

  RadioType..................................... RADIO_TYPE_80211b/g

  Sub-bandType.................................. All

  Noise Information

  NoiseProfile................................ PASSED

  Channel1.................................... -95 dBm

  Channel2.................................... -94 dBm

  Channel3.................................... -76 dBm

  Channel4.................................... -85 dBm

  Channel 5.................................... -93 dBm

  Channel6.................................... -78 dBm

  Channel7.................................... -88 dBm

  Channel8.................................... -91 dBm

  Channel9.................................... -92 dBm

  Channel10................................... -93 dBm

  Channel11................................... -93 dBm

  Channel12................................... -92 dBm

  Channel13................................... -92 dBm

  Interference Information

  InterferenceProfile......................... PASSED

  Channel1.................................... -77 dBm @ 7 % busy

  Channel2.................................... -128 dBm @ 0 % busy

  Channel 3....................................-128 dBm @ 0 % busy

  Channel4.................................... -128 dBm @ 0 % busy

  Channel5.................................... -128 dBm @ 0 % busy

  Channel6.................................... -83 dBm @ 2 % busy

  Channel7.................................... -81 dBm @ 7 % busy

  Channel8.................................... -128 dBm @ 0 % busy

  Channel9.................................... -128 dBm @ 0 % busy

  Channel10................................... -128 dBm @ 0 % busy

  Channel11................................... -128 dBm @ 0 % busy

  Channel12................................... -128 dBm @ 0 % busy

  Channel13................................... -128 dBm @ 0 % busy

  Load Information

  LoadProfile................................. PASSED

  ReceiveUtilization.......................... 0 %

  TransmitUtilization......................... 4 %

  ChannelUtilization.......................... 66 %

  AttachedClients............................. 0 clients

  对于思科Meraki用户,可以通过仪表板界面查看:

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

  还有一些软件工具可以查看,例如Wi-Fi Explorer App(付费)

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

  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)查看信道利用率,例如NetScout的 AirCheck G2。

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  通过信道菜单直接查看所有信道得信道利用率数据:

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

  通过自动测试,观察当前连接信道的性能,包括信道利用率及其组成,同频干扰和邻频干扰信息。

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  最后,还是要注意,如果无线网络系统自身无法准确提供信道利用率的信息,那您在网络维护和故障排查上将面临极大挑战!

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  如何改善(降低)高信道利用率

  无线网络要获得最佳应用性能就必须关注和改善信道利用率。平均而言,当利用率在 40% 到 50% 之间时,无线网络容量通常会达到饱和。对于对延迟敏感的应用和实时应用(例如,VoWLAN),信道利用率在超过 30% 时就可能会影响最终用户体验。

  ● 降低SSID数量&降低管理帧开销

  无线网络中每增加一个SSID都会带来不小的空口开销,例如在一个无线接入点上启用一个SSID,他的信标等管理帧占用信道的开销在1Mbps数据连接速率是约为3%。而一个无线接入点启用了3个SSID,占用信道的开销在1Mbps数据连接速率就升高到了约为9%。当你在连续覆盖组网时,该无线接入点如果与同信道无线接入点处于一个竞争域内,此时信道利用率会高达27%。

  备注:另外一个降低SSID数量的原因是很多客户端由于自身能力的限制,无法应付大量的SSID信息,这些终端会由于检测到大量SSID而被锁定、重启甚至无法关联无线网络。

  减少SSID的数量可以通过合并类似用途的SSID来实现,例如

  1.利用802.1x/EAP将连接同一SSID的客户端动态分配到不同VLAN

  2.启用BYOD,单一SSID完成客户端报道和接入

  3.启用FastLane协议,不论客户端是否支持802.11r均可关联同一SSID

  ● 关闭低数据速率

  本文前面提到,当客户端远离无线接入点时(处于蜂窝覆盖边缘),数据连接速率会下降到一个较低的值,从而导致设备所用的无线传播时间变长。关闭地数据速率,强制无线客户端与无线接入点之间以高数据速率通信是改善信道利用率的手段之一。其次数据速率决定了信标等管理帧占用信道的开销,例如1Mbps数据连接速率的信道开销是约为3%,如果关闭6Mbps以下的数据连接速率,此时信道开销约为0.6%,如果关闭12Mbps以下的数据连接速率,此时信道开销约为0.3.%

  下图是在用户实际部署现场看到的情况,低数据连接速率和多SSID共同造成了高信道利用率的恶果。

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

  在实际的部署优化中,通过关闭低数据连接速率和减少SSID数量,用户可以获得信道利用率的极大改善。

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践三

  ● 控制客户端数量和客户端应用的行为

  另外高信道利用率也体现了客户端数量和客户端应用的行为,无线接入点上关联的客户端数量多少会间接的反映到信道利用率上,关联客户端多的无线接入点的信道一般比少的繁忙。此时如果有必要,可以通过系统级的客户端负载均衡手段来改善无线接入点的信道利用率。如果客户端传输的是实时视频,那么他比浏览简单网页的应用要更多占用信道。通过应用可视化和控制(AVC)手段,管理员可以禁用客户端的无关应用来改善信道利用率。

  ● 调节无线接入点蜂窝覆盖尺寸

  ● 合理规划信道复用

  上述两点关于同频干扰的管理,请见之前的文章。

  ● 排除非法设备(无线接入点和连接在其上的客户端)

  邻频干扰无法通过规划设计被无线网络“管理”,因此无线网络需要具备有效地手段来识别、分类、定位和排除非法设备。

  ● 其它方法

  最后降低信道利用率水平并提高无线网络性能的措施包括但是并不仅限于上述方法。我们没有办法在短短的一篇文章中全部阐述。

  例如, 优化漫游的802.11k 标准允许客户端请求报告来获取与作为漫游候选的已知邻居无线接入点相关的信息。这种请求采用 802.11 管理帧的形式,无线接入点将回应相同 WLAN 上邻居无线接入点的列表以及它们的 Wi-Fi 信道号。利用来自无线接入点的802.11k 响应帧,客户端可以在下一次漫游前知道应扫描的最佳候选信道。掌握了这个方便的邻居列表后,客户端在接近下一个漫游位置之前,可以先在战略角度检测这些报告的信道,从而缩短扫描时间并加快无线接入点漫游目标的决策速度。

  在思科无线网络基础设施中,802.11k算法使用 RRM 确定与客户端关联的无线接入点的邻居、检查哪些无线接入点能够听到客户端,然后无线接入点将包含 6 个最佳无线接入点的列表传回给客户端。得到邻居列表信息后,支持 11k 的客户端在寻找可漫游到的无线接入点时,将无需再扫描所有信道从而减少管理帧的开销,节省信道上的无线传输时间,从而降低信道利用率。

  还有一些非技术手段也能大幅减少管理帧开销,如果您的无线网络中存在大量访客客户端,由于他们并不能提前知道您的访客SSID,那么他们在联网前会发送大量的探测请求管理帧,此时空口将充斥管理帧而无法腾出时间为真正的数据帧传输。所以,通过一些提前通知的方法,尽量让客户端直接连接上来,否则他们发的探测管理帧(probe)会将频谱资源大量占用,造成信道利用率居高不下,客户端连接网络以后发送探测管理帧的频度将大大下降。

标签: 无线接入点 , Wi-Fi , ssid
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