當前移動互聯迅猛發展，統計顯示，目前平均每人有至少有2-3個無線終端被同時使用（以筆記本、PAD、手機、智能穿戴設備為主）。用戶享受著移動支付、移動社交、移動營銷帶來的便利，廠商則需要滿足無線信號隨時、隨地的獲得。這其中涉及到一個難題：如何解決在高人口密度下的WLAN覆蓋？

一、認識高密覆蓋

現實的高密場景的終端使用密度之大遠遠超出正常的想象。它既非幾個人在一間會議室里開會，也不是一些人在咖啡廳中，看視頻、刷微博、聊微信。我們所謂的高密覆蓋場景通常是指類似圖1的應用場景。

等候大廳類的高密場景特點是：部署難度大、空間大，用戶流動性大，信道質量差，業務類型復雜。

相比而言，大型會議類的高密應用部署靈活、相對封閉，用戶相對穩定；信道質量良好，可協調，業務類型可控。根據H3C部署實踐來看，目前針對大型會議類的WLAN高密覆蓋場景已有相對成熟可靠的方案，例如360互聯網安全大會的規模是3000多人，H3C用戶大會、渠道大會人數規模都在千人以上，現場接入都獲得了良好的無線體驗。

高密場景的部署難度大主要與兩大因素有關，第一個是802.11的協議本身存在缺陷，第二個是無線的頻譜資源匱乏原因。具體說明如下：

●載波偵聽多路訪問／沖突避免（CSMA/CA）

IEEE 802.11標準使用一種名為載波偵聽多路訪問／沖突避免（CSMA/CA）的方法來避免沖突。

為實現沖突避免，要求所有工作站在傳輸每幀前進行偵聽，當工作站有幀需要發送時，面臨的將是下列情況之一：

○沒有其他設備在傳輸數據，工作站可立刻傳輸其幀，接收工作站必須發送一個確認幀，確認原始幀已在沒有發生沖突的情況下到達。

○另一臺設備正在傳輸，工作站必須等待，等到當前幀傳輸完畢后，它再等待一段隨機時間，然后傳輸自己的幀。

也就是說，每個AP在同一時刻只能與一個終端進行通信。當終端數量較多的時候需要部署大規模的AP來承載業務流量。在未來802.11ac協議中，這一缺陷會得到改善，單AP在同一時刻最多可跟4個終端同時通信，大大提高了通信效率。在一定程度上會對高密覆蓋難度有所緩解。

●同頻干擾

大規模部署AP最大困難是如何做好頻率規劃和功率控制。我們根據最大用戶數量接入的需求和網絡業務的最低帶寬要求，在有限的空間里部署足夠數量的AP。但問題的核心在于如何解決同頻干擾。

02.11 b/g/n工作在2.4GHz頻段。2.4GHz頻段范圍是2.4GHz-2.483GHz，按照我國規定的頻點規劃，只有1,6,11三個不互相干擾的信道，每個信道帶寬20MHz。所以在過去的2.4GHz頻段WLAN覆蓋方案中，使用3臺以內AP進行覆蓋可以完全避免干擾的產生。當AP數大于3時，必然會存在頻率相互干擾的問題，用戶數量越多，需要的AP數也越多，同頻干擾更加嚴重，造成整個網絡無線資源枯竭（如圖2所示）。

二、解決高密覆蓋的關鍵技術

高密度覆蓋解決方案不是一兩項技術能夠解決的，而是需要融合數十種無線接入優化技術形成。其中也涉及到廠商自己根據實踐進行的創新技術，比如逐包功率控制技術，是由H3C研發并申請了國家專利。下文具體分析高密覆蓋的關鍵主流技術。

●大容量AP

通常廠家公布的AP所帶的最大終端數是根據MAC地址表項所寫的參數而來。并沒有考慮在實際使用中用戶的流量大小，按照每用戶4Mbps的流量來測試，很多廠家單AP的最大用戶數最大只能到30個用戶（H3C的AP在經過嚴格的實驗室模擬測試后，每臺AP在高密部署的最大可支持100個用戶同時在線）。

●智能多振子天線系統和選擇算法

陣列天線由多個天線形成陣列，在工作時，通過不同天線的組合工作，形成不同的天線波瓣，實現多種方向、角度、增益都不相同的"虛擬天線"，以適應不同工作環境、不同用戶的位置以及避免不必要的干擾。自適應陣列天線在工作時通過對工作環境的判斷以及用戶位置的感知，經過內部芯片處理，能夠迅速計算出最佳的天線組合方式，達到想覆蓋哪里，就覆蓋哪里的目的。無線接入設備可通過不同天線的組合，形成最多4096種不同的波瓣模式，可以輕松的適應各種室內環境，增加覆蓋范圍，達到穩定網絡質量之目的（如圖3所示）。

●信道重用技術

如前文所述，在高密環境下部署WLAN網絡應該盡量降低AP間的可見度。在該問題的解決上，可以通過AP的信道重用技術，通過對AP的射頻參數進行調整，可以過濾掉鄰近的同頻弱信號的干擾，減少沖突域和提高吞吐量（如圖4所示）。
●空口報文抑制

影響覆蓋的最大因素還是空口利用率。如果在沒有部署前空口利用率就已經達到60％或以上，那么WLAN 覆蓋就幾乎沒有效果了?？湛诶寐食脩羰褂玫谋嚷室酝?，主要來自以下幾個方面：

●其他Wi-Fi信號占用，如個人自建的Wi-Fi熱點；

●非Wi-Fi信號或者由于噪聲增高導致空口不可用部分，如藍牙、微波爐；

●關聯和非關聯用戶數據無關報文對空口的占用。

根據實踐經驗總結，其他Wi-Fi信號通常都要占用15％左右，非Wi-Fi信號對信道要占用12％左右。前兩點是我們自身設備無法調節、改變的，因此需要對第三點做了非常精細的優化。如圖5所示，H3C空口報文抑制功能，可對空口中存在的數據幀、管理幀和控制幀進行獨立管理。

用戶數據無關報文對空口的占用不要超過33%。即使有剩余的40％可供AP 使用，考慮到同信道干擾和數據重傳對空口利用率的損耗，估計也只有15％到20％可用而已了，所以其他部分對信道利用率占用越低，AP 間同信道干擾越小，可供用戶同時上網的帶寬才能越高。

我們來看一個例子。如圖6所示，假設一個終端STA，每30s會掃描一次，一個AP會收到3個probe報文。假設一個AP帶60個用戶。

那么，每30s中一個AP的覆蓋范圍內會有：

60*3+60*3*3（probe response，假設需要重傳2次）=720個probe報文，
每秒就是24個probe報文，

再加上鄰近所帶終端對自身的影響，則為24*5=120個probe報文。

如果每個AP只響應一個probe request報文，

那么每秒鐘就會少發送（60*3*3-60*1）/30=16個probe報文，

再考慮鄰近的影響，則為16*5=80個probe報文，

按照1Mbps的物理速率來算，節省時間為80*350Bytes*8/1Mbps=0.224s，

相對節省22.4%的空口利用率。

● 頻譜導航技術

5GHz頻段做為WLAN覆蓋的重要頻譜資源，尤其在802.11ac的時代，5GHz頻段將成為無線覆蓋的主要頻段，我國之前已經開放149,153,157,161和165頻段，在去年工信部又開放了5.15GHz-5.35GHz頻段。目前已經有13個獨立的20M信道可供使用，完全解決了2.4G頻段無線資源匱乏的問題。

但目前絕大多數終端雖然支持5GHz頻段的WLAN接入，但仍然優先關聯2.4GHz，5GHz頻段的資源被白白浪費掉。可以通過頻譜導航技術讓無線AP在用戶終端關聯時優先判斷用戶終端是否支持5GHz頻段接入，一旦掃描出用戶可使用5GHz頻段，會引導用戶優先連入5G信號（如圖7所示）。

該技術可成倍的提高AP的用戶容量，同時被引導到5G信道的終端，由于信道更加純凈，所以速率更快，體驗更好。

●混合接入公平調度

在任何場景，不可避免會有一些信號不好終端或者網卡比較老的終端，比如只支持802.11b/g的終端。傳統的AP對這些低速率的終端不做任何處理，當一個低速率終端開始傳輸數據的時候其他高速率終端必須要等待，就像在一條馬路上，前方有一輛面包車開的很慢，這時后面的所有的跑車都要跟在面包車的后邊，使得道路使用效率大幅降低。無線終端也是一樣，在有限的空口資源中，我們不想被低速率終端占用過多的資源，但又不能不讓它進行通信，所有就需要專門對此情景做了優化。把關聯上來的終端均勻的分配數據傳輸時長，如果低速率終端在單位時間內沒有傳輸完數據，也要等到下次繼續傳輸，這樣把更多的空口資源留給高速率終端，提升單AP的吞吐量（如圖8所示）。

在高密覆蓋場景中，除以上功能特性外，現場AP的部署方式也起到了至關重要的作用。

三、高密場景下AP部署指導

高密場景通常存在四個方面的主要難點：

○ 如果用戶可感知的信號范圍內終端數量超過一定值，會導致空口一直處于競爭狀態而無法使用，尤其是用戶特別密集的時候。

○ 用戶數量多，推高了噪聲。

○ 用戶終端不斷掃描，以及其他干擾AP 的因素存在，導致空口一部分時間被浪費而不能使用。

○ 需要覆蓋的用戶多，但整個場景內都是相互可見的，導致AP 之間存在干擾，無更多的信道能被利用。

○ 針對這些難點，結合H3C具體實踐經驗，筆者總結以下的AP的部署經驗：

○ AP 部署在盡量靠近用戶的地方。部署AP時，應該盡量降低AP之間的可見度，同時增加AP與STA之間的信號強度。有些場景（如火車站）的建筑物高度比較高，經常超過10 米，所以AP安裝在頂部是不合適的。一方面AP 之間的可見度比STA 到AP 的信號還高，另一方面AP 到達STA 的信號強度會差一些。AP應盡量部署在較低的地方，全部壁掛在兩側的墻壁是最后的一種選擇。

○ 盡量利用場景中的小型建筑物體隔離AP，提高空間重用率。如在大型的會議場景中，人體是最好的隔離信號遮擋物，可將AP布放在座椅的下方，即可滿足周邊小規模人群的無線接入，又可降低對周邊AP的干擾。

○ 如果場景中沒有內部建筑物體隔離空間，用戶所在區域之間都是空曠的，無遮擋的，則需要使用定向天線來提高AP 隔離度，也能提高AP和STA之間的信號強度，增強抗干擾性。天線安裝位置盡量靠近要覆蓋的目標人群，盡量不要安裝在地面上，因為人群對信號的遮擋和干擾很大。

○ 不要試圖覆蓋所有區域，保證人群主要活動區域能夠正常使用就好，因為更多的AP 意味著信道之間干擾也越大。

2013年9月份，奇虎360在國家會議中心舉辦中國互聯網安全大會(ISC)。會場規模約3000人。

此次WLAN網絡部署不僅僅承擔了所有在場人員的無線上網業務，同時還提供了現場人員的APP下載，渠道人員簽到，演講者與總部員工的視頻互動演示，以及最后的抽獎環節。根據H3C iMC網管統計數據顯示，當天全網峰值現場同時接入用戶人數高達2200個以上。一天內所有AP的終端關聯次數總計20萬次，AP關聯成功率達到92%。