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无线网络规划设计和部署维护之误区与实践六

2018-06-27 15:07    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。

  正确认识 802.11ac 的作用

  第二代802.11ac正在大踏步的走向主流,大家平时看到的关于802.11ac的技术描述全都在讲他对于速度也就是数据连接速率的提升,我们在前面的文章提到过合理规划无线局域网的重要一步是在单一信道的覆盖蜂窝内提升空口效率,即让客户端和无线接入点之间建立较高的数据连接速率。802.11ac技术不正是在这方面实现了这个目标吗?

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践六

  但现实是在实际设计和部署中,简单的提升速度不是万能药,只靠802.11ac技术本身是无法解决我们面临的规划设计和部署问题的。

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践六

  要正确的理解802.11ac的作用我们先来看看802.11ac对于连接速度的提升主要通过什么手段,在空间流数量不变的情况下,主要是以下两个手段实现:

  ● 更多的信道带宽,从802.11n的最大40MHz增加到如今的80 MHz甚至160MHz(分别达到117%或者333%的增速)

  ● 更密集的调制模式,从802.11n的64阶正交调幅(QAM)到如今的256阶正交调幅(QAM)(在小范围内达到33%的增速,覆盖范围仍然不变)

无线网络规划设计和部署维护之误区与实践六

  先说说调制方式的变化

  无线信号在空气介质中传输会受到多种因素影响,这些因素会破坏射频信号,尤其是射频干扰,因此必须采取措施将数据损坏的可能性降至最低。为此,每个数据比特被首先编码为多个比特再进行传输,这种为数据增加冗余信息的方式可以提高系统抵抗数据损坏的能力,我们称之为编码。数据编码后,无线电发射机对数据进行调制以产生载波信号,调制方式可以按照象限、频率、振幅方式进行,802.11n/ac采用更复杂的调制方式 - QAM。

  通俗的说,你可以将不同的调制方式视为不同的语言。调制程度越高,语言越复杂,对周围环境的要求就越高。当你逐渐远离Wi-Fi无线电时,复杂的语言由于周围嘈杂的环境变得难以理解。此时使用复杂性降低的语言,你还可以保持通信,但是只能以较低的数据速率来进行。这就是低信号质量通常等于较慢的速度。

  802.11n的最密集调制方式称为64-QAM。802.11ac采用了一种新的方案256-QAM,比64-QAM多包含33%的数据到信号中。

  256-QAM对应两个新的数据连接速率(MCS 8和MCS 9),其在相同的空中时间内实现比MCS 7最高的数据连接速率。但是256-QAM需要更灵敏的设备来检测调制中的不同相位和振幅。因此他:

  ● 对环境中的射频噪声更敏感。

  ● 需要在客户端和无线接入点之间的信号更干净,信噪比更高。

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  在实际部署中,往往需要在无线接入点和客户端之间的为视距,且距离不超过10米才有可能建立MCS 8或MCS 9数据连接速率。否则将下降到下一个较低的数据连接速率,即使用64-QAM调制的MCS 7,这与802.11n相比已经没有什么不同了。

  再来看增加信道宽度

  进行信道捆绑实现更宽的信道本身并没有什么问题,就像道路通行能力,一条道路原来只有一条车道,单位时间内的车流量有限,当你把道路拓宽为2车道、4车道、8车道时,单位时间内的车流量将成倍增长,但是这一切有个前提就是你有足够的土地资源去拓展道路。

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  基于宽带通信技术的无线局域网原理一样,可用于载波的带宽越大,传输的数据就越多。但是对于无线网络而言,赖以工作的频谱资源十分有限,2.4GHz就不提了,对于频谱资源相对充裕的5GHz频谱,信道宽度决定了你能在道路上修几个车道。

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  从上图看到,目前在国内使用5GHz信道:

  ◆ 20MHz信道 13个可用

  ◆ 40MHz信道 6个可用

  ◆ 80MHz信道 3个可用

  ◆ 160MHz信道 1个可用

  因此,在规划设计和部署中使用更宽的信道在真实环境中并不现实:

  ● 实现更宽信道需要频谱资源极为干净,也就是说对信噪比要求极高。

  ● 更宽的信道使得信道重用减少,同频干扰增加,之前的文章已经详细讲过这里不再赘述。

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  ● 更宽的信道还会增加邻频干扰几率

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  ● 客户端不支持造成网络使用效率降低

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  上图是我们在某大型机场候机楼内通过wireshark抓包进行的数据分析,在每天不同的的时间段采用wireshark抓包12次,每次连续10分钟。你可以看到,无线接入点即使只使用了40MHz信道,在客户端不支持的情况下启用 40 MHz 信道完全是浪费频谱。

  关于空间流

  另外需要指出的是,虽然从标准上而言802.11ac能够达到8个空间流(相比802.11n标准的四个空间流,理论上可以达到100%的增速)。但是在把标准转换为产品时,没有任何一个厂商去实现,原因不外乎是成本太高了,要协同8个发射和接收无线的一起工作付出的代价及其巨大!即使做出产品来,能有多少用户能够购买呢?现实是从无线基础架构一侧看,3到4个空间流是主流产品,从客户端一侧看,1(智能手机)到2(平板、主流笔记本)个空间流是主流产品。

  多用户多输入多输出(MU-MIMO)

  另外重要的一点需要理解,第二代802.11ac产品引入的多用户多输入多输出(MU-MIMO)不是用来提升连接速度,而是传输效率!

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  同时,我们没有必要神话MU-MIMO,他在实际使用部署中确实对于提升蜂窝整体效率有帮助,但是帮助有多大要看下面的条件满足多少:

  ◆ MU-MIMO需要无线接入点和无线客户端都支持才能工作,下面的组合不能利用MU-MIMO

  ◆ 第一代11ac无线接入点和第二代11ac无线客户端

  ◆ 第二代11ac无线接入点和第一代11ac无线客户端

  ◆ 不可否认,支持MU-MIMO的无线客户端会越来越多,但是全部客户端都更新到支持第二代802.11ac是不可能的,就像11a/g向11n的演进以及11n到11ac的演进一样,您面临的最终部署环境一定还是一个混合客户端类型的场景。

  ◆ MU-MIMO只作用于下行数据流量,未来的802.11ax技术会考虑上行方向的MU-MIMO。

  ◆ 因为要用冗余的天线进行波束成型,同时进行MU-MIMO操作的客户端数量小于无线接入点天线的数量,如果你看到某厂商说我的4x4:4 802.11ac 无线接入点可以支持 4x4:4 MU-MIMO,请一笑置之。

  ◆ 客户端位置需要在空间上分离

  ◆ 为了组合客户端的传输,一些客户端反而需要降低数据速率

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  综上所述,在当今的实际部署环境中,以高容量接入为目标,无线接入点之间的距离远远比从前以覆盖为目的的方式近,频谱资源的有限造成信道复用的效率不会很高。

  我们在前文说过进行合理的规划设计要减少介质的竞争和减少射频干扰,即高效信道复用以最小化无线接入点之间的空口共享。这是前提,然后才是在单一信道的覆盖蜂窝内增加空口利用效率,即让客户端和无线接入点之间建立较高的数据连接速率。在前提无法实现的情况下,单纯改善后者没有任何意义!

  您在实际部署中最常见到的数据连接速率往往是,1、2个空间流(主流客户端)基于11n的数据连接速率。

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  最后,送上思科对于802.11ac无线网络的最佳部署实践以供参考。

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标签: 802.11ac , Wi-Fi
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