WiFi智能射頻技術全面解析

　　1、應用背景

　　在數字通信領域，單位時間的有效數據傳輸率是衡量一個公司的產品性能的重要 指標。在Wi-Fi網絡中，2.4GHz頻段只有3個未重復的信道，而5GHz頻段擁有較多個未重復的信道。因此，在“熱點”區域內，2.4GHz頻段的 信道資源會非常緊俏，當在同一信道上的接入用戶數量過多時，會導致無線空口競爭加劇，使得網絡傳輸性能下降。同時，在密集部署情況下，AP間的覆蓋范圍和 信道常常產生重疊，由此帶來的同頻干擾也會嚴重影響無線網絡質量。當“熱點”區域同時位于兩個AP的覆蓋范圍內，所有的用戶都指向連接同一個AP時，此 時，在一個AP下可能的接入用戶量已經接近飽和，而另一個AP下可能只有少量用戶，這種不均衡的負載分布同樣會導致網絡傳輸性能的下降。因此在這種情況 下，SRM應運而生。

　　2、術語解釋

　　BandSteering：接入信道引導。

　　LoadBalance：負載均衡。

　　AutoChannel Power Management：自動頻率功率管理。

　　3、應用場景

　　BandSteering應用場景：

　　如上圖所示，當前AP1下的用戶，有部分用戶只支持2.4GHz，而其余用戶同時支持2.4GHz和5GHz。

　　在此場景下，當沒有Band Steering功能時，由于不能引導用戶接入5GHz網絡，可能所有或大部分用戶都使用2.4GHz接入，造成2.4GHz信道繁忙，而5GHz信道空閑，如下圖：

　　開啟Band Streeing功能后，支持5GHz接入的用戶將被引導優先接入5GHz，以保證只支持2.4GHz的用戶能在此時加入網絡，如下圖：

　　Load Balance base on User應用場景：

　　如上圖所示，有部分用戶同時處在AP1和AP2的覆蓋下，這部分用戶連接到哪個AP將直接影響到AP的負載能力和用戶的接入速率。

　　在此場景下，當沒有Load Balance功能時，User7到User10有可能同時接入到AP1，導致AP1下用戶數量遠遠大于AP2，使得AP1負載過高同時降低用戶的流量，如圖：

　　在開啟Load Balance后，User7到User10將會被引導接入到AP2中，使得AP1和AP2的負載能均衡分布，如下圖：

　　Load Balance base on Traffic應用場景：

　　除了基于用戶的負載均衡外，還有一種基于流量的負載均衡。該種情況發生在，某一個AP下的某些終端的數據流量要求很高，導致無法滿足其余用戶的數據流量要求。當使用Load Balance功能后，其余用戶將接入到另一個接入點，以滿足這些用戶的流量要求，如圖：

　　AutoChannel and Power management的應用場景：

　　如 上圖所示，2.4GHz只有3個無重復的信道，所有的AP均只能在這三個信道中選擇，而物理相鄰的AP之間的信道必須不同。5GHz信道雖然多余 2.4GHz的信道，但同樣需要妥善處理相鄰AP之間的信道和功率關系。在沒有實現該功能的情況下，必須由網絡管理員手動對每一個AP所處的信道和功率進 行配置，配置過程不但繁復，而且因為空口信號質量與周圍環境息息相關，因此可能導致下雨天或挪動家具后 ，已經配置好的AP的信道和功率不再滿足使用要求。在這種情況下，為了簡化網絡管理員的配置過程，一個統攬全局的自動頻道及功率調整就顯得尤為重要。

　　4、實現方式及其特點

　　Band Steering的實現思路：帶寬均衡。帶寬均衡功能的提出是在雙頻AP的5G頻譜未被完全利用的情況下。在這種部署中，BandSteering通過以下方式，鼓勵用戶棄用擁擠的2.4GHz信道而選用5GHz信道：

　　1、強制5GHz（Force5GHz）

　　2、5GHz優先（Prefer5GHz）

　　3、帶寬均衡（BalanceBands）

　　當啟用強制5GHz功能后，AP將在以下情況下隱藏自己的2.4GHz頻帶（通過不回復Proberequests的方式）：

　　a.用戶已經探測了5GHz信道，并且已知5GHz可用。

　　b.此時用戶在2.4GHz上沒有開展會話。

　　c.此時當前信道的頻譜負載均衡可用。

　　5GHz優先是傳統的帶寬引導功能：將可以使用5GHz的用戶引導使用5GHz的頻段。當啟用5GHz優先功能后，AP將在以下情況下隱藏自己的2.4GHz頻帶：

　　a.用戶已經探測了5GHz信道，并且已知5GHz可用。

　　b.此時用戶在2.4GHz上沒有開展會話。

　　c.此時當前信道的頻譜負載均衡可用。

　　d.用戶在最近10秒內已經發送了至少8次探測報文。

　　在 帶寬均衡模式下，AP會試著去平衡兩個Radio下的用戶。AP會一直檢測用戶在11a和11g下的會話情況。對于每一個在11g頻率上會話的用戶，AP 會考慮在11a頻率下的用戶數量的”Band_Factor”，并使用該值去運算在2.4GHz和5GHz下，各個頻道下的用戶數量是否處于一種平衡狀 態，并根據結果去控制之后接入的用戶。

　　LoadBalance的實現思路：負載均衡的目的是讓用戶在AP間均勻分布，以提高每個AP下的用戶帶寬。其實現的思路是：

　　a.確定“RFneighborhood”，或者說一組鄰近的AP，用戶們可以再他們之間任意選擇連接。

　　b.確定在“RFneighborhood”中負載過載的AP。

　　c.轉移視圖連接到當前負載過載的AP的用戶到鄰近的AP中。

　　計算“RF neighborhood”的方法：

　　a.AP支持掃描周圍信道信息，用于尋找鄰近AP。

　　b.找到鄰近AP后，則可以定義AP2是AP1的“RFneighborhood”，則用戶可以同時連接AP1和AP2。

　　c.AP記錄接收到的每一個用戶的探測（Probe），并使用RSSI來權衡“用戶密度”，同時，記錄接收到的鄰近AP的信息（Beacon）。

　　d.AC通過各個AP上報的Probe、Beacon以及“用戶密度”來綜合判斷是否需要引導用戶切換到其他AP上。

　　Auto Channel and PowerManagement的實現思路總體分為五個步奏：

　　a.AC向AP下發信道監控配置參數

　　b.AP進行信道監控，包括對各信道（包括工作信道）的測量，收集各相鄰AP的發送功率。

　　c.AP通過RF算法，確認是否需要信道跳轉和發射功率調整。

　　d.AP向AC上報預調整信道參數和發射功率。

　　e.AC裁決AP預調整參數是否接受，并配合AP執行。

　　在AP進行信道監控的過程中，主要需要AP檢測一下參數：

　　Coverage Index： 覆蓋指數，perchannel，用于指明該信道的覆蓋情況，用于判斷該信道是否被AP（不區分敵我）覆蓋，以及覆蓋程度（輕度覆蓋／過份覆蓋）。該指標 為AP監聽到的工作在該信道上所有AP（可包括監聽AP本身，如果該信道為該監聽AP的工作信道）的SNR值總和。

　　Interference Index： 干擾指數，perchannel，用于指明該信道的同信道干擾情況。該指標為AP監聽到的所有AP（不包括監聽AP本身）的SNR的總和。

　　Co-channel InterferenceIndex： 鄰頻干擾指數，perchannel，用于指明該信道的鄰頻干擾情況。該指標為AP監聽到的相鄰頻段的AP的SNR的總和。各AP按照起工作信道與該目標信道的間隔x進行加權統計。

　　AP將根據以下原因進行信道變更預調：

　　a.雷達規避。

　　b.信道誤碼率高。

　　c.非法信道（不符合國家碼規則）。

　　e.非法AP檢測。

　　f.信道優化選擇。

　　5、結論

　　通過Band Steering、Load Balance和AutoChannel and Power Management三種SRM管理功能，能有效的優化Wi-Fi無線網絡并提高用戶的使用流量。