在政府、運(yùn)營商和企業(yè)各方共同推動下，Wi-Fi現(xiàn)在已遍布我們所處城市的各個角落，無論是在商場和餐館，還是在酒店和車站，又或是在展覽館和會議廳，打開手機(jī)很快你就能查找到Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。但在實(shí)際使用時，在一些用戶密集的場所，例如展覽館、會議廳和大型商場等，Wi-Fi卻并不如家里或辦公室那么好用，經(jīng)常出現(xiàn)連不上網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)連接速度很慢的情況--打開網(wǎng)頁要等上好幾秒，視頻緩沖也非常明顯。到底原因何在？
高密場景體驗(yàn)不佳：性能與規(guī)劃非主因
很多人把這個問題歸結(jié)于AP性能不佳或是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃不精準(zhǔn)，但是究其根本卻未必完全如此。在過去的數(shù)年間，AP的基礎(chǔ)性能已經(jīng)十分成熟，在辦公室之類的普通環(huán)境下單AP承載30多個用戶同時上網(wǎng)已經(jīng)不成問題；同時，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案也逐漸成熟，一些基本的干擾問題已不難解決。那么問題來了，有了強(qiáng)悍的AP和成熟的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案，為什么還會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)不佳的現(xiàn)象呢？依靠軟件特性是否可以從根本上解決這類問題？
這要從基礎(chǔ)方案開始分析，業(yè)界應(yīng)對室內(nèi)高密度接入的主流方案莫過于AP蜂窩式部署。此類方案通常使用內(nèi)置全向天線的AP，易于采購也易于部署。然而其缺點(diǎn)也十分明顯，全向天線的覆蓋范圍類似于一個蘋果，形狀十分飽滿，覆蓋范圍也很廣。這在半開放的室內(nèi)辦公環(huán)境等對覆蓋范圍要求較高的場景十分適用。
可以把蘋果想象成一個全向AP的覆蓋范圍
但是在車站和會議廳等全開放環(huán)境，此類覆蓋方式使得AP間十分容易互相干擾，造成無線性能呈幾何級數(shù)下降。如果把一個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，很多車站和機(jī)場的無線環(huán)境與下面這張圖沒什么兩樣。即使請技術(shù)專家進(jìn)行優(yōu)化，其手段也比較有限，無非是降低發(fā)射功率，借助障礙物縮減覆蓋范圍等，對解決根本問題可說是杯水車薪。
開放式公共環(huán)境信號覆蓋假想圖
更悲催的是，因?yàn)闊o線信號不可見且難以定位，在遇到體驗(yàn)不佳的情況時，大多數(shù)運(yùn)營商和商業(yè)Wi-Fi公司都寄希望于用擴(kuò)大AP數(shù)量的方法來解決問題；再加上有些商家或企業(yè)為了招攬顧客會自行動手增設(shè)AP來改善網(wǎng)速過慢的問題，其結(jié)果就變得更加糟糕了。因?yàn)檫@往往會加重干擾，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，無線網(wǎng)絡(luò)的性能也會進(jìn)一步下降。
高密小角度天線：掃清信號干擾效果佳
其實(shí)發(fā)生問題的關(guān)鍵點(diǎn)已經(jīng)基本清晰了，那就是干擾，這是一個十分常見且古老的話題，原因就在于其難以解決。但近年來，一種簡單且行之有效的解決方案已經(jīng)在一些大型的體育場館和車站開始大規(guī)模部署。
“2015年北京世界田徑錦標(biāo)賽”就是其中的典型應(yīng)用案例。賽事期間，現(xiàn)場觀眾通過免費(fèi)的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)在社交媒體上發(fā)布觀賽感受、分享精彩瞬間，為大賽增添了別樣的精彩。據(jù)統(tǒng)計，在短短8天內(nèi)，國家體育場的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)就共計承載了68萬人次的觀眾接入，累計產(chǎn)生了16.4TB的網(wǎng)絡(luò)流量，相當(dāng)于傳送了860萬張數(shù)碼照片，或是產(chǎn)生了16億次社交媒體信息互動。
為此提供支撐的幕后英雄是鳥巢現(xiàn)場使用的一種高密小角度天線部署方案，其效果相比傳統(tǒng)方案提升明顯，同時這種方案在設(shè)備選材上也十分廣泛、易于獲得。
2015年鳥巢田徑世錦賽使用的華為室外高密部署方案
在類似國家體育場這樣的室外高密場景中，這類方案在最終覆蓋效果上確實(shí)具備明顯優(yōu)勢，但當(dāng)將其移植到室內(nèi)環(huán)境時，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題，這些問題的核心來源于天線。由于天線和AP需要分開安裝，所以安裝成本和時間幾乎是室內(nèi)AP方案的兩倍左右；同時，由于定向天線尺寸遠(yuǎn)大于1臺iPad Air，其還會對安裝地點(diǎn)的外觀造成較大破壞。
智能天線小型化：室內(nèi)高密困擾終得解
這個問題困擾了業(yè)界多年之后，最終隨著華為面向室內(nèi)高密場景定制的AP4050DN-HD產(chǎn)品的推出而不復(fù)存在。
AP4050DN-HD內(nèi)置智能高密天線，其信號覆蓋精準(zhǔn)，可有效降低高密場景下AP間的信號干擾，提升無線網(wǎng)絡(luò)的性能和用戶接入體驗(yàn)，非常適用于室內(nèi)場館、禮堂和超市等眾多高密場景的Wi-Fi覆蓋；同時，AP尺寸只有PAD大小、整機(jī)重量不到1Kg，以及單臺AP安裝和調(diào)試只需要30分鐘，這些都有效節(jié)省了設(shè)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AP級聯(lián)以擴(kuò)大部署和安裝的范圍，節(jié)省50%的PoE交換機(jī)端口占用。
用戶超高并發(fā)：高密場景的最大“攔路虎”
干擾并非是高密場景Wi-Fi部署的唯一困擾，在一些無線環(huán)境干凈、不存在信號干擾的場景中，還可能隱藏著另一個更大的“攔路虎”，那就是終端高并發(fā)率。一般而言，在車站、商場和球場等這類高密場景，雖然人數(shù)很多，但并非人人都有聯(lián)網(wǎng)需求，因此終端并發(fā)率通常會維持在30%左右；但在多媒體教室和電子課堂這類特殊場景，由于電子書包等業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，幾乎所有人都需要同時接入網(wǎng)絡(luò)，這會將終端并發(fā)率提高到接近100%。在AP性能相同的情況下，用戶在這兩類不同場景中的業(yè)務(wù)體驗(yàn)將會產(chǎn)生很大差異。
我們以電子書包業(yè)務(wù)場景為例，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(dāng)終端并發(fā)率為30%時，并發(fā)終端數(shù)為18臺，單終端平均可用帶寬為6Mbps左右，整體吞吐量為110Mbps；當(dāng)終端并發(fā)率為100%時，并發(fā)終端數(shù)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(yán)重的干擾，為什么AP的并發(fā)用戶數(shù)從18增長到60后，對應(yīng)的整體吞吐量會從110Mbps下降到72Mbps呢？這還要從Wi-Fi的數(shù)據(jù)處理機(jī)制談起。在Wi-Fi的信道使用上采用的是競爭機(jī)制，即所有終端競爭一個傳輸通道，終端數(shù)量越多，彼此發(fā)生沖突的概率也就越大，簡而言之就是千軍萬馬過獨(dú)木橋。對于并發(fā)率達(dá)到100%的高密接入場景，AP所承擔(dān)的壓力將達(dá)到一般情況下的3倍多，可以說這是高密場景中最難應(yīng)付的情況。
所以說，Wi-Fi的空口機(jī)制本身已經(jīng)決定了AP射頻的多用戶性能，從單個射頻芯片的角度來看，一塊2.4GHz或5GHz射頻在30個用戶并發(fā)時，只能提供1.2Mbps左右的平均可用帶寬。那么這1.2Mbps帶寬用在電子書包這樣的業(yè)務(wù)場景中會帶來什么樣的體驗(yàn)效果呢？老師在進(jìn)行屏幕共享、自動教材翻頁和課堂畫板等操作時，所有PAD終端的平均時延將達(dá)1秒；在推送480P分辨率視頻時，所有PAD終端完成視頻緩沖并開始同步播放的時間將需要10秒左右，甚至更長。
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(gòu)建優(yōu)質(zhì)的教室無線網(wǎng)絡(luò)，為終端提供更高的業(yè)務(wù)能力，以有效支撐各類教學(xué)活動的開展已成為教育行業(yè)的重點(diǎn)話題之一。
AP增加射頻數(shù)量：很接地氣的解決方案
如何解決高并發(fā)場景下用戶體驗(yàn)變差的問題？很多人首先想到的就是增加AP數(shù)量，這當(dāng)然可以滿足電子課堂業(yè)務(wù)的終端帶寬要求，但也會帶來如下兩個現(xiàn)實(shí)問題：
網(wǎng)絡(luò)部署成本翻番：一個教室部署兩臺AP，相比單臺AP，其設(shè)備采購成本、施工成本和配套傳輸/供電成本都將翻番，從而帶來了較大的成本壓力；
管理運(yùn)維難度增加：AP數(shù)量翻番后，管理節(jié)點(diǎn)數(shù)量和工作量也同步翻番，對于學(xué)校本已捉襟見肘的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維力量提出了更高要求。
那么有沒有更優(yōu)的解決方案？回到Wi-Fi的空口機(jī)制，AP射頻的整體性能隨著并發(fā)終端數(shù)的增加而逐漸下降，那么減少單射頻下的并發(fā)終端數(shù)就應(yīng)該可以減少終端的沖突概率，進(jìn)而減少沖突導(dǎo)致的空口開銷，從而提升AP射頻的整體性能和單終端性能。例如電子書包業(yè)務(wù)，可選用支持3射頻的AP，然后將單射頻并發(fā)用戶數(shù)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(shù)據(jù)與AP能力和現(xiàn)場環(huán)境相關(guān)）。相比單教室部署兩個雙頻AP的方案，3射頻AP覆蓋單教室方案可節(jié)省設(shè)備采購、安裝和配套的成本（包括交換機(jī)端口數(shù)以及功耗等），并簡化網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的日常運(yùn)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(shè)計，其中兩個射頻支持SDR（軟件定義射頻）技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)射頻工作頻段從2.4GHz到5GHz的靈活切換。3個射頻同時進(jìn)行業(yè)務(wù)覆蓋，提升了多用戶并發(fā)處理能力和單用戶業(yè)務(wù)性能，單臺AP可最大支持100個用戶并發(fā)，單用戶平均可用帶寬為4Mbps，完全可以滿足同時向100個用戶進(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可滿足不同終端類型的場景需求，并可靈活適應(yīng)終端變化；同時通過提供多個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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