段瓊
(中國移動通信集團河南有限公司,鄭州 450000)
中國移動WLAN網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過幾輪快速規(guī)模化的建設(shè),其網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、網(wǎng)絡(luò)容量已躍居幾大運營商之首,給廣大用戶提供了高速優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)體驗。然而隨著用戶數(shù)量迅速攀升,用戶對數(shù)據(jù)速率的更高要求,尤其是一些數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高密度區(qū)域,部分WLAN網(wǎng)絡(luò)容易出現(xiàn)高負(fù)荷過載和服務(wù)質(zhì)量下降的情況,采用合理有效地手段持續(xù)地對WLAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)和優(yōu)化,已成為當(dāng)前必要的工作重點。
理論上,無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是WLAN網(wǎng)絡(luò)生命周期的重要環(huán)節(jié)。在實踐中,無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化通??梢宰畲蠡睦矛F(xiàn)有資源并有效提高用戶體驗,真正使WLAN成為可運營、可管理、可持續(xù)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)。后評估便是由集團以引導(dǎo)設(shè)備廠家有計劃地解決網(wǎng)絡(luò)運行存在的設(shè)備問題,同時完善廠商的技術(shù)及服務(wù)支持體系,以及制定提高用戶滿意度為目標(biāo)而推出的規(guī)范性指導(dǎo)。
在既定的標(biāo)準(zhǔn)下,通常WLAN的優(yōu)化主要分為射頻優(yōu)化和數(shù)據(jù)優(yōu)化。優(yōu)化思路和手段主要是關(guān)注Wi-Fi整體覆蓋方式的合理部署,并通過信號側(cè)和數(shù)據(jù)側(cè)的優(yōu)化方法最大限度削弱無線干擾帶來的影響,保證最終用戶的使用效果和用戶體驗。本文主要結(jié)合著運營及后評估中常見問題和難點問題就WLAN網(wǎng)優(yōu)提出自己的思路,重點放在以下幾個方面。
關(guān)聯(lián)成功率是通過統(tǒng)計AP下無法接入的用戶數(shù)以及接入用戶的總量來衡量該AP下可用性的參考。AP關(guān)聯(lián)是WLAN服務(wù)使用的第一步。AP關(guān)聯(lián)失敗,用戶最直接的感知就是終端能接收到移動的Wi-Fi信號,但是連接不上,導(dǎo)致用戶體驗變差。因此,保障及提升AP關(guān)聯(lián)成功率是運維的一項重要內(nèi)容,同時也是集團公司考核的一項重要指標(biāo)。
顯然的,關(guān)聯(lián)成功率通常跟RF相關(guān),因此,針對關(guān)聯(lián)成功率的優(yōu)化,我們要把重點放到信號側(cè)的優(yōu)化方面。
除了大家熟知的信道、功率調(diào)整外,結(jié)合著802.11協(xié)議,我們還應(yīng)該從以下方面入手來進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化:
通過限制用戶的接入速率來提升WLAN設(shè)備的整體吞吐量和使用率。因低速率用戶占空時間較高速率用戶比重大,極大的限制了WLAN設(shè)備整體的運行情況。默認(rèn)情況下,無線網(wǎng)絡(luò)中大量的廣播報文和管理報文都是采用最低發(fā)送速率1Mbit/s,嚴(yán)重消耗了空口資源,一些覆蓋區(qū)域,信號強度已經(jīng)不是問題,可以將1、2、6、9等低速率禁用,提高廣播和管理報文發(fā)送速率,降低空口資源消耗。另外,通過禁用速率可以達(dá)到拒絕11b終端接入的效果。
按照802.11協(xié)議規(guī)定,AP會在空口廣播同一個二層內(nèi)的廣播分組,而這樣的廣播分組在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的可能性較大,便占用了用戶有效報文的空中資源,造成資源浪費。無線網(wǎng)絡(luò)中,廣播/多播報文會使用最低速率發(fā)送廣播報文,所以當(dāng)廣播報文比較多時,會相對較多地消耗信道空間帶寬,從而影響到整個網(wǎng)絡(luò)性能和應(yīng)用。大部分的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò),主要為無線客戶端提供便捷的隨時隨地的上網(wǎng)應(yīng)用,而對無線客戶端互相訪問需求不高。二層隔離功能開啟后,來自無線客戶端的廣播/多播報文只會向有線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一份,而不會再向其他無線客戶端都發(fā)送,可以極大地減少空口信道的廣播和多播報文流量,從而提高Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的整體性能和應(yīng)用感受,同時也為提升AP關(guān)聯(lián)成功率打好基礎(chǔ)。
用戶自主選擇接入造成AP負(fù)載不均衡,特別是在會議室、室內(nèi)體育場館等用戶集中、覆蓋密集的區(qū)域,開啟基于用戶的負(fù)載功能,可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源分布,提升高密覆蓋的能力。
AP應(yīng)該具備根據(jù)用戶比例,動態(tài)調(diào)整競爭窗口的大小,以改善多用戶并發(fā)下的AP性能。
客戶端支持被動Beacon和主動Probe發(fā)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的功能。所有的無線客戶端都會定期發(fā)送廣播Probe request探測,即使一個無線客戶端已經(jīng)成功接入到Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中,它也會定期在每一個信道發(fā)送兩個Probe request報文,第一個為攜帶鏈接SSID的Probe,另外一個為廣播的Probe(ssid長度為0)。這樣在無線用戶比較多的網(wǎng)絡(luò)中,可能會出現(xiàn)一定量的Probe response報文,而且這些報文都是使用低速率進(jìn)行發(fā)送,會消耗一定的空間資源。如果網(wǎng)絡(luò)條件允許可以考慮關(guān)閉廣播Probe探測功能以節(jié)約空口資源,當(dāng)用戶關(guān)聯(lián)時AP不至于沒有足夠的資源來完成對station的正常response。
對于信號強度比較弱的無線客戶端,雖然可以接入到Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中,但是所能夠獲取的性能也要比信號強度好的無線客戶端差很多。如果這個弱信號的終端還在大量地下載數(shù)據(jù),會占用大量信道,給該信道的其它設(shè)備留下的空間非常小,最終必然對其他的客戶端造成很大的影響。
利用類似的實現(xiàn)可以直接控制拒絕信號強度低于指定門限的無線客戶端接入到Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中,即可以避免低信號客戶端本身不好帶來的麻煩,也同時減少了這種終端對其他客戶端的影響,提高整個Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用效果和關(guān)聯(lián)成功率。
該特性主要考慮弱信號的終端發(fā)送報文通常使用比較低的速率發(fā)送,相對于信號強的終端會消耗比較多的信道,在信道資源分配上對信號強的終端不公平,為了達(dá)到各個終端在信道占用上盡量公平,可以對弱信號的AP發(fā)送報文的比例進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?。建議結(jié)合時間公平調(diào)度算法使用,在公平調(diào)度的基礎(chǔ)上,AC能動態(tài)的根據(jù)AP發(fā)送給無線客戶端的報文發(fā)送速率情況對客戶端的發(fā)送控制比例進(jìn)行計算。
運營級的無線寬帶網(wǎng)絡(luò)需要關(guān)注與用戶體驗相關(guān)的各項指標(biāo),如 Portal 推送成功率、認(rèn)證成功率等,這些指標(biāo)是否能夠達(dá)到要求也是一個優(yōu)化重點。且該項指標(biāo)只體現(xiàn)集團后臺Portal Server和RADIUS Server等認(rèn)證服務(wù)器的數(shù)據(jù)認(rèn)證成功率,通常該值出現(xiàn)異常,涉及的組件包括AC(Portal Client/NAS)、Portal Server、RADIUS Server 3部分,因此,認(rèn)證成功率的優(yōu)化主要是數(shù)據(jù)側(cè)的優(yōu)化。我們下面主要從AC方面來進(jìn)行相關(guān)分析。
在整個的認(rèn)證體系中,AC同時作為Portal Client和NAS的角色而存在,其主要作用是通過后臺的Daemon來和Portal Server以及RADIUS交互,根據(jù)集團規(guī)定的規(guī)范完成整個的認(rèn)證?;谶\維的相關(guān)經(jīng)驗,認(rèn)證成功率異常時,可從以下的原因入手進(jìn)行分析和處理:
業(yè)務(wù)高峰時段,由于過多的用戶并發(fā)接入或者軟件配置參數(shù)設(shè)置不合理,可能會導(dǎo)致AC的CPU或者RAM被某些進(jìn)程過度占用,在這種前提下,會因為高優(yōu)先級任務(wù)(如中斷、收分組等)長時間占用CPU而使得認(rèn)證相關(guān)模塊得不到調(diào)度,導(dǎo)致認(rèn)證業(yè)務(wù)處理時延變大,而認(rèn)證功能屬于時延敏感業(yè)務(wù),從而導(dǎo)致AC與認(rèn)證服務(wù)器之間的交互出現(xiàn)超時導(dǎo)致認(rèn)證失敗率高,目前大部分的認(rèn)證功率異常跟此原因相關(guān),因此,需要要求廠家對核心的、關(guān)鍵的模塊提供靜態(tài)或者動態(tài)的調(diào)整方法,確保這些時延敏感的、核心的守護(hù)進(jìn)程總是能夠通過快速的較高的優(yōu)先級調(diào)度得到足夠的資源。
通常此類問題可以結(jié)合著統(tǒng)一網(wǎng)管的trap告警以及現(xiàn)場的實際測試來進(jìn)行驗證。另外,我們也需要重點監(jiān)控下行鏈路的利用情況,因為在下行鏈路上設(shè)計到了CAPWAP或者是CAPWAP DTLS封裝,如果配置不當(dāng)會出現(xiàn)大量用戶業(yè)務(wù)流AC分片、重組或者重傳的情況,會對鏈路的有效資源做過多消耗。同時,也要做好廣播域的隔離工作,合理的規(guī)劃VLAN。在無線網(wǎng)絡(luò)中,廣播/多播報文會使用最低速率發(fā)送廣播報文,所以當(dāng)廣播報文比較多時,會相對較多地消耗信道空間帶寬,從而影響到整個網(wǎng)絡(luò)性能和應(yīng)用。特別一個廣播報文通常會向VLAN內(nèi)的所有的AP發(fā)送,同時消耗所有AP的資源。
所以在構(gòu)建Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的時候,在條件允許的情況下,一定為無線業(yè)務(wù)創(chuàng)建獨立的VLAN,而不要和有線網(wǎng)絡(luò)使用相同的VLAN,這樣既可以避免大量的廣播/多播報文的影響,又可以避免不必要的攻擊,以節(jié)約寶貴的空口和上行資源。
在AC上可以配置主備RADIUS地址,當(dāng)主用RADIUS出現(xiàn)問題時,AC自動連接備用RADIUS完成認(rèn)證、計費工作,并同時監(jiān)測主RADIUS的工作狀態(tài),當(dāng)主RADIUS恢復(fù)后,自動切換回主RADIUS,此種方式可一定程度保障認(rèn)證、計費的可靠性。
導(dǎo)致AP退出服務(wù)的可能原因很多,比如AP死機、AC故障、交換機故障、通信故障都可能引起AP退服,通常需要根據(jù)收集的信息做進(jìn)一步的分析。以傲天動聯(lián)公司設(shè)備為例,我們可以按照圖1的思路進(jìn)行分析。
然后我們可以根據(jù)收集的信息進(jìn)行分析,然后根據(jù)分析結(jié)果有針對性的進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
除了上述分析思路外,在移動現(xiàn)有的瘦AP模式下,AP和AC之間通過CAPWAP隧道進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)交互,AP和AC側(cè)都有相關(guān)的Daemon來建立、維護(hù)、拆除隧道,除了keepalive機制的優(yōu)化外,建議廠商對相關(guān)后臺進(jìn)程的優(yōu)先級做動態(tài)調(diào)度,確保CAPWAP的守護(hù)進(jìn)程總是能夠通過動態(tài)的較高的優(yōu)先級調(diào)度得到足夠的資源,這可有效的防止AP掉線、退服故障。
圖1 AP下線率/退服率
節(jié)電模式通常是被很多網(wǎng)優(yōu)人員忽視的一個項目。關(guān)于STA的節(jié)電模式,當(dāng)前AP通常是維護(hù)一個節(jié)電緩存隊列,該隊列是將STA處于節(jié)電狀態(tài)時AP要發(fā)送給STA的報文緩存到一個特定的隊列中,等待STA變?yōu)榉枪?jié)電時將緩存隊列中的報文發(fā)送到STA。這里有一個隊列深度的問題,隊列深度就關(guān)系到在STA節(jié)電時可以緩存的最大分組數(shù)及對AP性能的影響,通常節(jié)電模式因軟件設(shè)計原因會對性能和穩(wěn)定性造成較大的影響。AP需要暫存處于休眠狀態(tài)的STA的幀,因此暫存空間的大小設(shè)計(隊列深度)便變得尤為重要。對于AP來說,暫存空間(buffer memory)是一項有限的資源,802.11標(biāo)準(zhǔn)要求AP必須使用某種老化功能,通過判斷數(shù)據(jù)幀的暫存時長,超過某一時限的幀,將被丟棄。標(biāo)準(zhǔn)并沒有對具體時限進(jìn)行定義,但規(guī)定了在listen interval時間內(nèi),AP不得丟棄暫存數(shù)據(jù)。因此一般情況下,AP為終端暫存數(shù)據(jù)的時間至少大于listen interval所指定的時間。而PAD、手機終端設(shè)備,由于設(shè)備較小,電池續(xù)航能力較弱,尤其在使用WLAN網(wǎng)絡(luò)時,對電量的消耗會加劇,因此許多廠商會將其產(chǎn)品設(shè)計成經(jīng)常性進(jìn)入休眠模式,這會導(dǎo)致AP因暫存隊列的維護(hù)和狀態(tài)機的更新帶來額外的不確定性。由于節(jié)電模式改變了報文802.11協(xié)議的報文傳輸機制,因此也會帶來種種奇怪故障。特別是隨著Wi-Fi終端種類增加,由節(jié)電模式引起的問題也越來越多。因此在出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障或者性能較低的時候,建議對listen interval或者老化機制進(jìn)行調(diào)整,以便于得到最適合當(dāng)前環(huán)境的值,或者暫存時建議廠商能夠根據(jù)STA的數(shù)量和狀態(tài)對隊列深度進(jìn)行動態(tài)調(diào)整,在STA取回時能夠設(shè)定相關(guān)的發(fā)送優(yōu)先級以確保其它重要數(shù)據(jù)優(yōu)先發(fā)送。
通過以上個人運維工作中的實際體驗心得,希望能為WLAN網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和優(yōu)化提供一些有價值的實際經(jīng)驗。同時,個人建議在優(yōu)化實施階段必須建立詳細(xì)而完整的優(yōu)化日志,這對整理優(yōu)化的思路,結(jié)合統(tǒng)計數(shù)據(jù),分析評估每項工作的效果,將會有極大的幫助,應(yīng)該在優(yōu)化中予以充分重視。