在政府、運營(yíng)商和企業(yè)各方共同推動(dòng)下，Wi-Fi現在已遍布我們所處城市的各個(gè)角落，無(wú)論是在商場(chǎng)和餐館，還是在酒店和車(chē)站，又或是在展覽館和會(huì )議廳，打開(kāi)手機很快你就能查找到Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )。但在實(shí)際使用時(shí)，在一些用戶(hù)密集的場(chǎng)所，例如展覽館、會(huì )議廳和大型商場(chǎng)等，Wi-Fi卻并不如家里或辦公室那么好用，經(jīng)常出現連不上網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò )連接速度很慢的情況--打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)要等上好幾秒，視頻緩沖也非常明顯。到底原因何在？
高密場(chǎng)景體驗不佳：性能與規劃非主因
很多人把這個(gè)問(wèn)題歸結于A(yíng)P性能不佳或是網(wǎng)絡(luò )規劃不精準，但是究其根本卻未必完全如此。在過(guò)去的數年間，AP的基礎性能已經(jīng)十分成熟，在辦公室之類(lèi)的普通環(huán)境下單AP承載30多個(gè)用戶(hù)同時(shí)上網(wǎng)已經(jīng)不成問(wèn)題；同時(shí)，網(wǎng)絡(luò )規劃方案也逐漸成熟，一些基本的干擾問(wèn)題已不難解決。那么問(wèn)題來(lái)了，有了強悍的AP和成熟的網(wǎng)絡(luò )規劃方案，為什么還會(huì )出現網(wǎng)絡(luò )體驗不佳的現象呢？依靠軟件特性是否可以從根本上解決這類(lèi)問(wèn)題？
這要從基礎方案開(kāi)始分析，業(yè)界應對室內高密度接入的主流方案莫過(guò)于A(yíng)P蜂窩式部署。此類(lèi)方案通常使用內置全向天線(xiàn)的AP，易于采購也易于部署。然而其缺點(diǎn)也十分明顯，全向天線(xiàn)的覆蓋范圍類(lèi)似于一個(gè)蘋(píng)果，形狀十分飽滿(mǎn)，覆蓋范圍也很廣。這在半開(kāi)放的室內辦公環(huán)境等對覆蓋范圍要求較高的場(chǎng)景十分適用。
可以把蘋(píng)果想象成一個(gè)全向AP的覆蓋范圍
但是在車(chē)站和會(huì )議廳等全開(kāi)放環(huán)境，此類(lèi)覆蓋方式使得AP間十分容易互相干擾，造成無(wú)線(xiàn)性能呈幾何級數下降。如果把一個(gè)AP的信號覆蓋模擬想象成兒童球池里面的氣球，夸張點(diǎn)說(shuō)，很多車(chē)站和機場(chǎng)的無(wú)線(xiàn)環(huán)境與下面這張圖沒(méi)什么兩樣。即使請技術(shù)專(zhuān)家進(jìn)行優(yōu)化，其手段也比較有限，無(wú)非是降低發(fā)射功率，借助障礙物縮減覆蓋范圍等，對解決根本問(wèn)題可說(shuō)是杯水車(chē)薪。
開(kāi)放式公共環(huán)境信號覆蓋假想圖
更悲催的是，因為無(wú)線(xiàn)信號不可見(jiàn)且難以定位，在遇到體驗不佳的情況時(shí)，大多數運營(yíng)商和商業(yè)Wi-Fi公司都寄希望于用擴大AP數量的方法來(lái)解決問(wèn)題；再加上有些商家或企業(yè)為了招攬顧客會(huì )自行動(dòng)手增設AP來(lái)改善網(wǎng)速過(guò)慢的問(wèn)題，其結果就變得更加糟糕了。因為這往往會(huì )加重干擾，就好象在同樣的空間中增加新的氣球，空間將變得更加擁擠，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的性能也會(huì )進(jìn)一步下降。
高密小角度天線(xiàn)：掃清信號干擾效果佳
其實(shí)發(fā)生問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)已經(jīng)基本清晰了，那就是干擾，這是一個(gè)十分常見(jiàn)且古老的話(huà)題，原因就在于其難以解決。但近年來(lái)，一種簡(jiǎn)單且行之有效的解決方案已經(jīng)在一些大型的體育場(chǎng)館和車(chē)站開(kāi)始大規模部署。
“2015年北京世界田徑錦標賽”就是其中的典型應用案例。賽事期間，現場(chǎng)觀(guān)眾通過(guò)免費的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )在社交媒體上發(fā)布觀(guān)賽感受、分享精彩瞬間，為大賽增添了別樣的精彩。據統計，在短短8天內，國家體育場(chǎng)的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )就共計承載了68萬(wàn)人次的觀(guān)眾接入，累計產(chǎn)生了16.4TB的網(wǎng)絡(luò )流量，相當于傳送了860萬(wàn)張數碼照片，或是產(chǎn)生了16億次社交媒體信息互動(dòng)。
為此提供支撐的幕后英雄是鳥(niǎo)巢現場(chǎng)使用的一種高密小角度天線(xiàn)部署方案，其效果相比傳統方案提升明顯，同時(shí)這種方案在設備選材上也十分廣泛、易于獲得。
2015年鳥(niǎo)巢田徑世錦賽使用的華為室外高密部署方案
在類(lèi)似國家體育場(chǎng)這樣的室外高密場(chǎng)景中，這類(lèi)方案在最終覆蓋效果上確實(shí)具備明顯優(yōu)勢，但當將其移植到室內環(huán)境時(shí)，卻并不是理想的選擇--施工和人工成本的增加以及安裝對環(huán)境的破壞成為了新的問(wèn)題，這些問(wèn)題的核心來(lái)源于天線(xiàn)。由于天線(xiàn)和AP需要分開(kāi)安裝，所以安裝成本和時(shí)間幾乎是室內AP方案的兩倍左右；同時(shí)，由于定向天線(xiàn)尺寸遠大于1臺iPad Air，其還會(huì )對安裝地點(diǎn)的外觀(guān)造成較大破壞。
智能天線(xiàn)小型化：室內高密困擾終得解
這個(gè)問(wèn)題困擾了業(yè)界多年之后，最終隨著(zhù)華為面向室內高密場(chǎng)景定制的AP4050DN-HD產(chǎn)品的推出而不復存在。
AP4050DN-HD內置智能高密天線(xiàn)，其信號覆蓋精準，可有效降低高密場(chǎng)景下AP間的信號干擾，提升無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的性能和用戶(hù)接入體驗，非常適用于室內場(chǎng)館、禮堂和超市等眾多高密場(chǎng)景的Wi-Fi覆蓋；同時(shí)，AP尺寸只有PAD大小、整機重量不到1Kg，以及單臺AP安裝和調試只需要30分鐘，這些都有效節省了設備采購、安裝和部署的成本；此外，AP4050DN-HD還支持PoE out功能，可用于A(yíng)P級聯(lián)以擴大部署和安裝的范圍，節省50%的PoE交換機端口占用。
用戶(hù)超高并發(fā)：高密場(chǎng)景的最大“攔路虎”
干擾并非是高密場(chǎng)景Wi-Fi部署的唯一困擾，在一些無(wú)線(xiàn)環(huán)境干凈、不存在信號干擾的場(chǎng)景中，還可能隱藏著(zhù)另一個(gè)更大的“攔路虎”，那就是終端高并發(fā)率。一般而言，在車(chē)站、商場(chǎng)和球場(chǎng)等這類(lèi)高密場(chǎng)景，雖然人數很多，但并非人人都有聯(lián)網(wǎng)需求，因此終端并發(fā)率通常會(huì )維持在30%左右；但在多媒體教室和電子課堂這類(lèi)特殊場(chǎng)景，由于電子書(shū)包等業(yè)務(wù)的出現，幾乎所有人都需要同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò )，這會(huì )將終端并發(fā)率提高到接近100%。在A(yíng)P性能相同的情況下，用戶(hù)在這兩類(lèi)不同場(chǎng)景中的業(yè)務(wù)體驗將會(huì )產(chǎn)生很大差異。
我們以電子書(shū)包業(yè)務(wù)場(chǎng)景為例，使用一臺最高性能為900Mbps的 AP（3空間流）和總計60臺PAD終端（單空間流）進(jìn)行測試，當終端并發(fā)率為30%時(shí)，并發(fā)終端數為18臺，單終端平均可用帶寬為6Mbps左右，整體吞吐量為110Mbps；當終端并發(fā)率為100%時(shí)，并發(fā)終端數為60臺，單終端平均可用帶寬為1.2Mbps左右，整體吞吐量只有72Mbps。
上述的測試環(huán)境中并不存在嚴重的干擾，為什么AP的并發(fā)用戶(hù)數從18增長(cháng)到60后，對應的整體吞吐量會(huì )從110Mbps下降到72Mbps呢？這還要從Wi-Fi的數據處理機制談起。在Wi-Fi的信道使用上采用的是競爭機制，即所有終端競爭一個(gè)傳輸通道，終端數量越多，彼此發(fā)生沖突的概率也就越大，簡(jiǎn)而言之就是千軍萬(wàn)馬過(guò)獨木橋。對于并發(fā)率達到100%的高密接入場(chǎng)景，AP所承擔的壓力將達到一般情況下的3倍多，可以說(shuō)這是高密場(chǎng)景中最難應付的情況。
所以說(shuō)，Wi-Fi的空口機制本身已經(jīng)決定了AP射頻的多用戶(hù)性能，從單個(gè)射頻芯片的角度來(lái)看，一塊2.4GHz或5GHz射頻在30個(gè)用戶(hù)并發(fā)時(shí)，只能提供1.2Mbps左右的平均可用帶寬。那么這1.2Mbps帶寬用在電子書(shū)包這樣的業(yè)務(wù)場(chǎng)景中會(huì )帶來(lái)什么樣的體驗效果呢？老師在進(jìn)行屏幕共享、自動(dòng)教材翻頁(yè)和課堂畫(huà)板等操作時(shí)，所有PAD終端的平均時(shí)延將達1秒；在推送480P分辨率視頻時(shí)，所有PAD終端完成視頻緩沖并開(kāi)始同步播放的時(shí)間將需要10秒左右，甚至更長(cháng)。
目前，高分辨率的教學(xué)視頻下載與播放已成為學(xué)生的普遍需求，因此，構建優(yōu)質(zhì)的教室無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，為終端提供更高的業(yè)務(wù)能力，以有效支撐各類(lèi)教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展已成為教育行業(yè)的重點(diǎn)話(huà)題之一。
AP增加射頻數量：很接地氣的解決方案
如何解決高并發(fā)場(chǎng)景下用戶(hù)體驗變差的問(wèn)題？很多人首先想到的就是增加AP數量，這當然可以滿(mǎn)足電子課堂業(yè)務(wù)的終端帶寬要求，但也會(huì )帶來(lái)如下兩個(gè)現實(shí)問(wèn)題：
網(wǎng)絡(luò )部署成本翻番：一個(gè)教室部署兩臺AP，相比單臺AP，其設備采購成本、施工成本和配套傳輸/供電成本都將翻番，從而帶來(lái)了較大的成本壓力；
管理運維難度增加：AP數量翻番后，管理節點(diǎn)數量和工作量也同步翻番，對于學(xué)校本已捉襟見(jiàn)肘的網(wǎng)絡(luò )運維力量提出了更高要求。
那么有沒(méi)有更優(yōu)的解決方案？回到Wi-Fi的空口機制，AP射頻的整體性能隨著(zhù)并發(fā)終端數的增加而逐漸下降，那么減少單射頻下的并發(fā)終端數就應該可以減少終端的沖突概率，進(jìn)而減少沖突導致的空口開(kāi)銷(xiāo)，從而提升AP射頻的整體性能和單終端性能。例如電子書(shū)包業(yè)務(wù)，可選用支持3射頻的AP，然后將單射頻并發(fā)用戶(hù)數從30減少到20，如此單終端平均可用帶寬將從1.2Mbps提升到2.5Mbps以上（具體數據與AP能力和現場(chǎng)環(huán)境相關(guān)）。相比單教室部署兩個(gè)雙頻AP的方案，3射頻AP覆蓋單教室方案可節省設備采購、安裝和配套的成本（包括交換機端口數以及功耗等），并簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )和設備的日常運維與管理。
華為推出的AP4030TN就采用了2.4GHz/5GHz+2.4GHz/5GHz+5GHz的3射頻設計，其中兩個(gè)射頻支持SDR（軟件定義射頻）技術(shù)，可實(shí)現射頻工作頻段從2.4GHz到5GHz的靈活切換。3個(gè)射頻同時(shí)進(jìn)行業(yè)務(wù)覆蓋，提升了多用戶(hù)并發(fā)處理能力和單用戶(hù)業(yè)務(wù)性能，單臺AP可最大支持100個(gè)用戶(hù)并發(fā)，單用戶(hù)平均可用帶寬為4Mbps，完全可以滿(mǎn)足同時(shí)向100個(gè)用戶(hù)進(jìn)行高分辨率視頻的推送和視頻點(diǎn)播的要求（包括720P和1080P等高清視頻）。借助SDR技術(shù)，AP可滿(mǎn)足不同終端類(lèi)型的場(chǎng)景需求，并可靈活適應終端變化；同時(shí)通過(guò)提供多個(gè)5GHz射頻的業(yè)務(wù)接入，還可以充分發(fā)揮5GHz頻段可用信道多、信號干擾低和業(yè)務(wù)帶寬高等突出優(yōu)勢。
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