傅東東

FU Dong-dong

（廣州市設(shè)計(jì)院）

（Guangzhou Design Institute）

體育館高密度Wi-Fi覆蓋解決方案

傅東東

FU Dong-dong

（廣州市設(shè)計(jì)院）

（Guangzhou Design Institute）

近年來，隨著各類移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的日趨廣泛，視頻、數(shù)據(jù)、共享、VOIP、M2M 5項(xiàng)應(yīng)用將成為數(shù)據(jù)流量的主要增長點(diǎn)。體育場館、會展中心等場所如何應(yīng)對其高密度、龐大的用戶群對無線接入和移動(dòng)辦公的迫切需求，成為管理方關(guān)注的重點(diǎn)。論文主要從需求、難點(diǎn)分析、AP規(guī)劃、信道分配、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略等方面，介紹體育館高密度Wi-Fi覆蓋的設(shè)計(jì)及建議。

體育館；無線接入；超高密度

1 引言

自2007年iPhone重新定義移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的體驗(yàn)后，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)從早期的音樂、閱讀、WAP網(wǎng)站為主的消費(fèi)結(jié)構(gòu)，向游戲、娛樂、商務(wù)等業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變。Wi-Fi突破了空間束縛，能夠隨時(shí)隨地為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。

從數(shù)據(jù)流量的方式來看，帶寬增長和移動(dòng)性增強(qiáng)是全球數(shù)據(jù)服務(wù)的兩大趨勢，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)作為兩者的綜合解決方案，成為最佳選擇。同時(shí)部分區(qū)域原有固定網(wǎng)絡(luò)建設(shè)程度不能滿足用戶需求，隨著用戶對數(shù)據(jù)服務(wù)流量需求的增長，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將作為固定網(wǎng)絡(luò)的廉價(jià)替代品。

從數(shù)據(jù)流量的消費(fèi)主體來看，由于智能手機(jī)和平板電腦的爆發(fā)式增長，筆記本、智能手機(jī)和平板電腦已經(jīng)成為用戶最常使用的上網(wǎng)平臺，推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量的快速增長。

隨著用戶對于社交媒體共享需求越

來越高，如今去球場看球，不單是享受看比賽的樂趣，更重要的是即時(shí)分享激情時(shí)刻，通過特定的Apps，實(shí)現(xiàn)視頻回放、多角度觀賞、 在小賣部預(yù)定球票等功能。

通過這些設(shè)備和Apps帶來的數(shù)據(jù)流量，需要通過Wi-Fi擴(kuò)張移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(3G/4G) ，去為客戶提供更好的寬帶體驗(yàn)。全球各個(gè)地方的體育場館都開始配備有Wi-Fi的設(shè)施，以滿足新一代觀眾對連通性的需求[1]。

2 Wi-Fi部署的難點(diǎn)

Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的部署要比一般人想象的復(fù)雜，AP的簡單疊加并不能使帶寬就直接增加，反而會由于AP之間的競爭而降低網(wǎng)絡(luò)帶寬性能。本項(xiàng)目Wi-Fi部署主要有以下難點(diǎn)。

1)接入類型及接入需求復(fù)雜：包括普通觀眾、VIP觀眾、管理人員、技術(shù)設(shè)備等的無線接入需求；

2)AP需求分析及AP規(guī)劃困難，每人攜帶多個(gè)終端，密度高；

3)不可控制的多終端混合使用，包括不同的操作系統(tǒng)、網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)、射頻類型；

4)省電行為(Power save )增加控制層的負(fù)載：大量的智能終端采用節(jié)電模式，導(dǎo)致頻繁的上線、下線行為；

5)大多數(shù)智能終端僅支持2.4 GHz頻段和1×1:1 HT20模式；

6)突發(fā)的接入需求和上行、下行流量增加了網(wǎng)絡(luò)控制層和地址空間的負(fù)載，提高了網(wǎng)絡(luò)控制、優(yōu)化的難度；

7)無線帶寬的需求量大，同時(shí)有大量的觀眾進(jìn)行視頻拍攝及互聯(lián)網(wǎng)分享。

3 需求分析

某體育館內(nèi)觀眾坐席數(shù)量超過5000個(gè)，計(jì)劃在1層中心球館、2層看臺、3層看臺等區(qū)域（見圖1）提供超高密度及高性能的無線接入。

首先從場地大小和人數(shù)、分布等方面，需要對于網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和部署有大致的估計(jì)。由于智能手機(jī)和平板的普及，手機(jī)和筆記本或者平板電腦有可能同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)的需求，同時(shí)考慮部分群體可能沒有網(wǎng)絡(luò)接入需求或直接通過運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)接入無線網(wǎng)絡(luò)，一般來講要為每個(gè)人規(guī)劃不低于0.6～1個(gè)客戶端設(shè)備。

帶寬估計(jì)：要保證參與者能正常使用比較輕量級的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，每個(gè)設(shè)備最基本要分配500kbps的可用帶寬。在這個(gè)基礎(chǔ)上要考慮大型活動(dòng)的特點(diǎn)，會有很多人上傳視頻到社交媒體，帶寬分配需要重新考慮，每個(gè)設(shè)備應(yīng)保證1Mbps的可用帶寬。表1是一些典型應(yīng)用通常需要的帶寬。

根據(jù)以上內(nèi)容就可以算出每個(gè)區(qū)域的帶寬需求。

圖1 體育館座席平面示意圖

表1 典型應(yīng)用所需要的帶寬

4 AP規(guī)劃

支持802.11g的無線接入設(shè)備，標(biāo)稱帶寬達(dá)到54Mbps，實(shí)際可用的最多只有25Mbps，也就是說最多能保證50個(gè)設(shè)備同時(shí)瀏覽網(wǎng)頁（在這個(gè)情況下由于客戶端相互競爭，用戶體驗(yàn)已經(jīng)很差了，一般只有25個(gè)設(shè)備可以同時(shí)使用）。11n標(biāo)準(zhǔn)對于大部分手機(jī)只能保證35Mbps，對于筆記本電腦等支持MIMO的設(shè)備可以保證達(dá)到70Mbps以上。按照這個(gè)原則相應(yīng)地在圖上標(biāo)出每個(gè)AP應(yīng)該覆蓋的區(qū)域。為了保證通信質(zhì)量，實(shí)際上應(yīng)該控制每個(gè)AP接入的設(shè)備不超過剛才計(jì)算出的數(shù)目的一半。

針對體育館不同區(qū)域的建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對各高密度接入?yún)^(qū)域采用不同的Wi-Fi覆蓋策略（見圖2、圖3、圖4）。

1）AP吸頂安裝在體育館的過道、VIP室內(nèi)、會議室、大廳、休息區(qū)等覆蓋區(qū)域。

圖2 AP向下覆蓋范圍示意

2）在地板下方或者地板上安裝AP，并采用向上覆蓋的方式，本次被應(yīng)用在中心球館及看臺區(qū)域的無線部署。

圖3 AP向上覆蓋范圍示意

3）AP墻面安裝方式不重復(fù)利用信道資源，被預(yù)留在本次無線的應(yīng)急預(yù)案中，為VIP接入?yún)^(qū)域進(jìn)行預(yù)留。

圖4 AP側(cè)向覆蓋范圍示意

5 信道分配

信道帶寬，是指限定了允許通過該信道的信號下限頻率和上限頻率，也就是限定了1個(gè)頻率通帶。

802.11 n支持20MHz和20MHz/40MHz通道；而以前的標(biāo)準(zhǔn)中（11a、11b和11g）使用的是20MHz的帶寬[3]。

任何Wi-Fi設(shè)備檢測到802.11幀對信道的占用時(shí)，必須等待信道被釋放之后才能發(fā)送數(shù)據(jù)；因此AP之間的同頻干擾會導(dǎo)致WLAN性能嚴(yán)重降低。以2.4GHz為例，其頻段范圍為2.4～2.483GHz，按照頻點(diǎn)規(guī)劃，只有1,6,11三個(gè)不互相干擾的信道，每個(gè)信道帶寬20MHz。如果在2.4GHz頻帶使用40MHz信道，則只有1個(gè)非重疊信道可用，導(dǎo)致2.4GHz頻道的鄰近信道干擾機(jī)率增加[2]（見圖5）。

5GHz頻帶將802.11n用戶從嚴(yán)格的2.4GHz頻帶限制中解放了出來，其允許使用11個(gè)非重疊40MHz信道。5GHz頻帶的大量非重疊40MHz信道使802.11n部署能夠充分利用其性能優(yōu)勢，因此高性能WLAN網(wǎng)絡(luò)使用這種部署策略。

同時(shí)為了應(yīng)對頻率使用失衡的狀況，AP設(shè)備本身頻譜導(dǎo)航的功能可以對單頻和雙頻網(wǎng)卡進(jìn)行自動(dòng)識別，通過AP上的算法，強(qiáng)制讓雙頻網(wǎng)卡優(yōu)先接入5G信道，使其確確實(shí)實(shí)地工作在5GHz上。開啟Band Steering/Band Select功能，將大部分同時(shí)具有802.11a/g或802.11a/g/n的用戶從2.4GHz頻段移動(dòng)到5GHz頻段，可以大大降低無線信道的擁塞程度（見圖6）。

圖5 信道規(guī)劃——2.4GHz總圖

圖6 信道規(guī)劃——5.8GHz總圖

6 大型活動(dòng)時(shí)無線網(wǎng)絡(luò)測試及優(yōu)化策略

6.1 大型活動(dòng)時(shí)現(xiàn)場測試情況

50%以上的終端為android ，通過整體的設(shè)計(jì)加充分的無線信號覆蓋，將場內(nèi)超過80%以上的終端都引導(dǎo)到5.8G信道使用，并且使用順暢。

在場內(nèi)發(fā)現(xiàn)有較多無線接入信號為2.4G，這樣容易對接入在2.4G的用戶造成信道占用與干擾。發(fā)現(xiàn)在場內(nèi)有微波機(jī)制的設(shè)備對2.4G無線設(shè)備造成影響。

無線應(yīng)用均以分享型APP應(yīng)用為主，80%的用戶都在進(jìn)行照片、視頻上傳、下載等應(yīng)用，且文件較大。

6.2 無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略

1）信道優(yōu)化

無線射頻中，設(shè)計(jì)了較多5.8G信道，并開啟了5.2G信道，總計(jì)可用不重疊信道有13個(gè)。

2）信噪比的優(yōu)化

控制器AP的發(fā)射功率，2.4G頻段的發(fā)射，5.8G頻段的發(fā)射，ClientMatch功能開啟，開啟802.11k功能。

3）Airtime 資源的優(yōu)化

頻段指引，Beacon rate、basic rate、tx rate優(yōu)化，MPDU啟用，廣播優(yōu)化，空口流量整形。

7 結(jié)束語

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對于體育館高密度Wi-Fi覆蓋設(shè)計(jì)施工，在初期做網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃的時(shí)候，需要最大化降低鋼結(jié)構(gòu)對信號的影響，精準(zhǔn)把握覆蓋、干擾和容量的平衡，通過規(guī)劃工具，進(jìn)行信號強(qiáng)度的可視化仿真，讓各接入點(diǎn)各就其位，各盡其職。

[1]張茁.無線Wi-Fi技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展分析[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2014(6).

[2]802.11n無線技術(shù)概述 Cisco無線技術(shù)概述,http://wenku.baidu.com/view/ e6507ed7c1c708a1284a4433.html.

[3]一文讓你了解Wi-Fi技術(shù) Jimmy,http:// www.elecfans.com/monijishu/wuxian_ chuangan/430522_a.html

High Density Wi-Fi Coverage Solution for Gymnasium

In recent years, along with the extensive application of all kinds of mobile internet applications, video, data, sharing, VOIP, M2M will become the main growth of data traffic. For exhibition centers, sports venues, and other places, to deal with its high density, large user base on wireless access and mobile office urgent demand has become the focus of management. This paper mainly introduces the design and suggestion of high-density WI-FI coverage in the gymnasium from the aspects of demand, difficulty analysis, AP programming, channel allocation and network optimization.

gymnasium; wireless access; high-density