wifi双频优选

应用背景

在数字通信领域,单位时间的有效数据传输率是衡量一个公司的产品性能的重要指标。在Wi-Fi网络中,2.4GHz频段只有3个未重复的信道,而5GHz频段拥有较多个未重复的信道。

因此,在“热点”区域内,2.4GHz频段的 信道资源会非常紧俏,当在同一信道上的接入用户数量过多时,会导致无线空口竞争加剧,使得网络传输性能下降。

同时,在密集部署情况下,AP间的覆盖范围和 信道常常产生重叠,由此带来的同频干扰也会严重影响无线网络质量。

当“热点”区域同时位于两个AP的覆盖范围内,所有的用户都指向连接同一个AP时,此 时,在一个AP下可能的接入用户量已经接近饱和,而另一个AP下可能只有少量用户,这种不均衡的负载分布同样会导致网络传输性能的下降。因此在这种情况下,SRM应运而生。

术语解释

BandSteering:接入信道引导。
LoadBalance:负载均衡。
AutoChannel &Power Management:自动频率功率管理。

应用场景

BandSteering应用场景

BandSteering应用场景-部分只支持2.4G
如上图所示,当前AP1下的用户,有部分用户只支持2.4GHz,而其余用户同时支持2.4GHz和5GHz。

在此场景下,当没有Band Steering功能时,由于不能引导用户接入5GHz网络,可能所有或大部分用户都使用2.4GHz接入,造成2.4GHz信道繁忙,而5GHz信道空闲,如下图:
BandSteering应用场景-未开启BandSteering功能

开启Band Streeing功能后,支持5GHz接入的用户将被引导优先接入5GHz,以保证只支持2.4GHz的用户能在此时加入网络,如下图:
BandSteering应用场景-开启BandSteering功能

Load Balance base on User应用场景

Load Balance on user应用场景-部分用户同时处于2.4G和5G覆盖范围
如上图所示,有部分用户同时处在AP1和AP2的覆盖下,这部分用户连接到哪个AP将直接影响到AP的负载能力和用户的接入速率。

在此场景下,当没有Load Balance功能时,User7到User10有可能同时接入到AP1,导致AP1下用户数量远远大于AP2,使得AP1负载过高同时降低用户的流量,如图:
Load Balance on user应用场景-部分用户同时处于2.4G和5G覆盖范围2

在开启Load Balance后,User7到User10将会被引导接入到AP2中,使得AP1和AP2的负载能均衡分布,如下图:
Load Balance on user应用场景-部分用户同时处于2.4G和5G覆盖范围3

Load Balance base on Traffic应用场景

除了基于用户的负载均衡外,还有一种基于流量的负载均衡。该种情况发生在,某一个AP下的某些终端的数据流量要求很高,导致无法满足其余用户的数据流量要求。当使用Load Balance功能后,其余用户将接入到另一个接入点,以满足这些用户的流量要求,如图:
Load Balance on traffic应用场景-部分用户处于2个ap覆盖范围内

AutoChannel and Power management的应用场景

Auto Channel and Power MGMT-AP密集部署
如上图所示,2.4GHz只有3个无重复的信道,所有的AP均只能在这三个信道中选择,而物理相邻的AP之间的信道必须不同。

5GHz信道虽然多余 2.4GHz的信道,但同样需要妥善处理相邻AP之间的信道和功率关系。在没有实现该功能的情况下,必须由网络管理员手动对每一个AP所处的信道和功率进行配置,配置过程不但繁复,而且因为空口信号质量与周围环境息息相关,因此可能导致下雨天或挪动家具后,已经配置好的AP的信道和功率不再满足使用要求。

在这种情况下,为了简化网络管理员的配置过程,一个统揽全局的自动频道及功率调整就显得尤为重要。

实现方式及其特点

Band Steering的实现思路

带宽均衡。带宽均衡功能的提出是在双频AP的5G频谱未被完全利用的情况下。
在这种部署中,BandSteering通过以下方式,鼓励用户弃用拥挤的2.4GHz信道而选用5GHz信道:

  1. 强制5GHz(Force5GHz)
  2. 5GHz优先(Prefer5GHz)
  3. 带宽均衡(BalanceBands)

当启用强制5GHz功能后,AP将在以下情况下隐藏自己的2.4GHz频带(通过不回复Proberequests的方式):

  • 用户已经探测了5GHz信道,并且已知5GHz可用。
  • 此时用户在2.4GHz上没有开展会话。
  • 此时当前信道的频谱负载均衡可用。

5GHz优先是传统的带宽引导功能:将可以使用5GHz的用户引导使用5GHz的频段。当启用5GHz优先功能后,AP将在以下情况下隐藏自己的2.4GHz频带:

  • 用户已经探测了5GHz信道,并且已知5GHz可用。
  • 此时用户在2.4GHz上没有开展会话。
  • 此时当前信道的频谱负载均衡可用。
  • 用户在最近10秒内已经发送了至少8次探测报文。

在带宽均衡模式下,AP会试着去平衡两个Radio下的用户。AP会一直检测用户在11a和11g下的会话情况。

对于每一个在11g频率上会话的用户,AP会考虑在11a频率下的用户数量的”Band_Factor”,并使用该值去运算在2.4GHz和5GHz下,各个频道下的用户数量是否处于一种平衡状 态,并根据结果去控制之后接入的用户。

LoadBalance的实现思路

负载均衡的目的是让用户在AP间均匀分布,以提高每个AP下的用户带宽。其实现的思路是:

  • 确定“RFneighborhood”,或者说一组邻近的AP,用户们可以再他们之间任意选择连接。
  • 确定在“RFneighborhood”中负载过载的AP。
  • 转移视图连接到当前负载过载的AP的用户到邻近的AP中。

计算“RF neighborhood”的方法

  1. AP支持扫描周围信道信息,用于寻找邻近AP。
  2. 找到邻近AP后,则可以定义AP2是AP1的“RFneighborhood”,则用户可以同时连接AP1和AP2。
  3. AP记录接收到的每一个用户的探测(Probe),并使用RSSI来权衡“用户密度”,同时,记录接收到的邻近AP的信息(Beacon)。
  4. AC通过各个AP上报的Probe、Beacon以及“用户密度”来综合判断是否需要引导用户切换到其他AP上。

Auto Channel and PowerManagement的实现思路

  1. AC向AP下发信道监控配置参数
  2. AP进行信道监控,包括对各信道(包括工作信道)的测量,收集各相邻AP的发送功率。
  3. AP通过RF算法,确认是否需要信道跳转和发射功率调整。
  4. AP向AC上报预调整信道参数和发射功率。
  5. AC裁决AP预调整参数是否接受,并配合AP执行。

在AP进行信道监控的过程中,主要需要AP检测一下参数

Coverage Index: 覆盖指数,perchannel,用于指明该信道的覆盖情况,用于判断该信道是否被AP(不区分敌我)覆盖,以及覆盖程度(轻度覆盖/过份覆盖)。

该指标 为AP监听到的工作在该信道上所有AP(可包括监听AP本身,如果该信道为该监听AP的工作信道)的SNR值总和。

Interference Index: 干扰指数,perchannel,用于指明该信道的同信道干扰情况。
该指标为AP监听到的所有AP(不包括监听AP本身)的SNR的总和。

Co-channel InterferenceIndex: 邻频干扰指数,perchannel,用于指明该信道的邻频干扰情况。
该指标为AP监听到的相邻频段的AP的SNR的总和。各AP按照起工作信道与该目标信道的间隔x进行加权统计。

AP将根据以下原因进行信道变更预调

  1. 雷达规避。
  2. 信道误码率高。
  3. 非法信道(不符合国家码规则)。
  4. 非法AP检测。
  5. 信道优化选择。

结论

通过Band Steering、Load Balance和AutoChannel and Power Management三种SRM管理功能,能有效的优化Wi-Fi无线网络并提高用户的使用流量。