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擺脫Wi-Fi信號干擾的對策

2010/08/04

　　在過去十年里，802.11技術(shù)取得了長足的進(jìn)步----更快、更強(qiáng)、更具擴(kuò)展性。但是有一個問題依在困擾著Wi-Fi：可靠性。

　　對于網(wǎng)絡(luò)管理員來說，最讓他們沮喪的莫過于用戶抱怨Wi-Fi性能不佳，覆蓋范圍不穩(wěn)定，經(jīng)常掉線。應(yīng)對一個你無法看到并且經(jīng)常發(fā)生變化的Wi-Fi環(huán)境是一個棘手的難題。這一問題的元兇就是無線電頻率干擾。

　　幾乎所有發(fā)射電磁信號的設(shè)備都會產(chǎn)生無線電頻率干擾。這些設(shè)備包括無繩電話、藍(lán)牙設(shè)備、微波爐，甚至還有智能電表。大多數(shù)公司并沒有意識到Wi-Fi干擾的一個最大干擾源是他們自己的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。

　　與經(jīng)授權(quán)的無線電頻譜不同，Wi-Fi是一個共享的媒介，其在2.4GHz和5GHz之間，無需無線電頻率授權(quán)。

　　當(dāng)一部802.11客戶端設(shè)備聽到了其它的信號，無論這一信號是否是Wi-Fi信號，它都會遞延傳輸，直到該信號消失。傳輸中發(fā)生了干擾還會導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失，迫使Wi-Fi重新傳輸。這些重新傳輸將使得吞吐速度放緩，導(dǎo)致共享同一個接入點(diǎn)(AP)的用戶出現(xiàn)大幅延遲。

　　盡管一些AP已經(jīng)整合了頻譜分析工具，以幫助IT人員看到和識別Wi-Fi干擾，但是如果不真正解決干擾問題，那么這些舉措根本沒有什么用處。

　　新的802.11n標(biāo)準(zhǔn)使得無線電干擾問題進(jìn)一步惡化。為了能夠向不同方向同時傳輸多個Wi-Fi流以取得更快的連接性，802.11n通常在一個AP上使用多個發(fā)射設(shè)備。

　　同樣，錯誤也翻了兩倍。如果這些信號中只有一個出現(xiàn)了干擾，802.11n的兩個基礎(chǔ)技術(shù)--空間多路傳輸或是綁定信道的性能都會出現(xiàn)下降。

　　解決干擾的常用辦法

　　目前有三個解決無線電干擾的常用辦法，其中包括降低物理數(shù)據(jù)傳輸率，減少受干擾AP的傳輸功率和調(diào)整AP的信道分配。在特定情況下，上述三種方法每一種都很管用，但是這三種方法沒有一種能夠從根本上解決無線電干擾這一問題。

　　如今市場上銷售的AP絕大部分使用的是的全向偶極天線。這些天線在所有方向上的發(fā)射和接收速率相當(dāng)。由于在任何情況下這些天線的傳輸和接收速度相同，因此當(dāng)出現(xiàn)了干擾，這些設(shè)備唯一的選擇就是與干擾進(jìn)行對抗。它們必須要降低物理數(shù)據(jù)傳輸速率，直到數(shù)據(jù)包丟失率達(dá)到一個可接受的水平。

　　然而降低AP的數(shù)據(jù)傳輸速率并不能達(dá)到預(yù)期的效果。數(shù)據(jù)包滯空時間變得更長，這意味著需要花費(fèi)更多的時間進(jìn)行接收，因此掉包的機(jī)率更大。這反而讓它們對周期性干擾更為敏感。這一解決辦法基本上沒有什么效果，這導(dǎo)致所有共用這一AP的用戶都受到了影響。

　　另一個方法是降低AP傳輸功率以更好的使用有限的信道。這需要減少共用同一個AP的設(shè)備的數(shù)量，這樣做可以提高性能。但是降低了傳輸功率也會降低信號的接收強(qiáng)度。這就變成了降低數(shù)據(jù)傳輸率，同時Wi-Fi覆蓋將出現(xiàn)漏洞。這些漏洞需要使用更多的AP進(jìn)行填補(bǔ)�？梢韵胂�，增加AP的數(shù)量將會導(dǎo)致更多的干擾。

　　請不要改變信道

　　最后，多數(shù)WLAN廠商會讓你相信解決Wi-Fi干擾的最佳辦法是“改變信道”。但是當(dāng)無線電干擾增加后，可供AP自動選擇的“干凈”信道又在哪里呢?

　　盡管在應(yīng)對特定頻率上出現(xiàn)持續(xù)干擾時改變信道是一種有用技術(shù)，但是干擾通常都具有間歇性和變化無常的特點(diǎn)。由于可供改變的信道數(shù)量有限，這一種技術(shù)反而會帶來更多的問題。

　　在Wi-Fi 使用最為廣泛多的2.4GHz頻段上，僅有三個互不干擾的信道。即使是在5GHz頻段上，在排除了動態(tài)頻率選擇后，也僅有4個互不重疊的40MHz寬的信道。
802.11在5GHz頻譜范圍的可用信道

802.11在5GHz頻譜范圍的可用信道

　　AP改變信道需要連接的客戶端斷開連接，重新進(jìn)行連接，這會導(dǎo)致音頻和視頻應(yīng)用出現(xiàn)中斷。改變信道還會產(chǎn)生多米諾效應(yīng)，因?yàn)猷徑腁P也需要隨之改變信道以避免同信道干擾。
　　在設(shè)備使用相同的信道或是無線電頻率傳輸和接收Wi-Fi信號時，這些設(shè)備會彼此干擾，這種干擾稱為同信道干擾。為了最大程度的降低同信道干擾，網(wǎng)絡(luò)管理員在架設(shè)網(wǎng)絡(luò)時會讓這些AP相隔足夠遠(yuǎn)，以確保它們無法彼此聽到或是干擾對方。然而Wi-Fi信號不會僅僅限于這些網(wǎng)絡(luò)中，它們會四處發(fā)散。

　　改變信道也不能被認(rèn)為是最適合用戶的一種方法。在這些場景中，干擾是由那些處于優(yōu)勢位置的AP所決定的�？蛻艨吹搅耸裁茨�?轉(zhuǎn)向一個干凈的信道真的對用戶有用嗎?

　　希望：更強(qiáng)的信號和更少的干擾

　　預(yù)測Wi-Fi系統(tǒng)性能如何的通用單位是信噪比(SNR)。SNR顯示了接收信號的強(qiáng)度與底噪的差值。通常在高SNR的情況下，極少出現(xiàn)誤碼，吞吐量也較高。但是隨著干擾的出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)管理員還需要考慮信號與干擾和噪聲比(SINR)。

　　SINR是信號與干擾之間的差值。由于能夠顯示出無線電干擾對用戶吞吐量帶來的負(fù)面影響，SINR成為了衡量Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)性能的有效指示器。高SINR意味碰上更高的數(shù)據(jù)傳輸率和更強(qiáng)的頻譜性能。

　　為了取得高SINR值，Wi-Fi系統(tǒng)必須要增加信號增益或是減少干擾。問題是通常的Wi-Fi系統(tǒng)只是通過增加功率或是連接高增益定向天線來增加信號強(qiáng)度。在自適應(yīng)天線陣列領(lǐng)域內(nèi)的最新Wi-Fi創(chuàng)新可以讓網(wǎng)絡(luò)管理員在不增加AP數(shù)量的情況下通過定向天線優(yōu)勢獲得增益與信道。

　　用智能天線減少干擾

　　Wi-Fi解決干擾的良方是擁有將Wi-Fi信號直接定向一名用戶并監(jiān)視該信號確保以最高吞吐率傳輸，同時經(jīng)常性的重新定向Wi-Fi傳輸?shù)男盘柭窂�，在不改變信道的情況下使用干凈的信號路徑。

　　結(jié)合了動態(tài)波束成型和微型化智能天線陣型的新Wi-Fi技術(shù)成為了最佳解決方案。

　　基于天線的動態(tài)波束成型是一種新技術(shù)，其可以改變來自AP的射頻能量的形態(tài)與方向。動態(tài)波束成型能夠調(diào)節(jié)Wi-Fi信號，當(dāng)發(fā)生干擾后自動“駕馭”它們避開干擾。

　　對于每一個客戶來說，這些系統(tǒng)使用的是不同的天線，當(dāng)出現(xiàn)問題后它們會調(diào)整天線。比如說，當(dāng)出現(xiàn)干擾，智能天線會在干擾方向選擇帶有衰變的信號模式，以此來增加SINR和避免降低物理數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　波束成型使用了大量的定向天線以在AP和用戶間創(chuàng)建數(shù)千種天線模式。由于射頻能量能以最佳路徑傳輸，因此可以帶來最高的數(shù)據(jù)傳輸速度和最低的掉包率。

　　標(biāo)準(zhǔn)的Wi-Fi媒體訪問控制(MAC)客戶端回執(zhí)能夠監(jiān)視和確定所選擇路徑的信號強(qiáng)度、吞吐速率和誤包率。這確保了AP能夠準(zhǔn)確知道用戶的體驗(yàn)，如果發(fā)生了干擾，AP能夠自動調(diào)整以找到最佳路徑。智能天線陣列也對于抵御干擾有著積極的作用。
支持波束成形的自動抗干擾

支持波束成形的自動抗干擾

　　或許這種新技術(shù)的最大好處是在運(yùn)作中免去了人工操作或是人為的介入。

　　對于網(wǎng)絡(luò)管理員來說，隨著大批的Wi-Fi設(shè)備進(jìn)入到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，減少無線電干擾正變得越來越重要。與此同時，用戶對能夠支持流多媒體應(yīng)用的高可靠性Wi-Fi連接的期望也越來越高。

　　解決無線電干擾的一個關(guān)鍵是解決企業(yè)發(fā)展中出現(xiàn)的這方面弊端。這也意味著采取更為智能的自適應(yīng)方法以應(yīng)對推動控制的無線電頻率，因?yàn)闊o線電頻率失控是這些問題產(chǎn)生的根源。
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