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擺脫Wi-Fi信號干擾的對策

2010/08/04

　　在過(guò)去十年里，802.11技術(shù)取得了長(cháng)足的進(jìn)步----更快、更強、更具擴展性。但是有一個(gè)問(wèn)題依在困擾著(zhù)Wi-Fi：可靠性。

　　對于網(wǎng)絡(luò )管理員來(lái)說(shuō)，最讓他們沮喪的莫過(guò)于用戶(hù)抱怨Wi-Fi性能不佳，覆蓋范圍不穩定，經(jīng)常掉線(xiàn)。應對一個(gè)你無(wú)法看到并且經(jīng)常發(fā)生變化的Wi-Fi環(huán)境是一個(gè)棘手的難題。這一問(wèn)題的元兇就是無(wú)線(xiàn)電頻率干擾。

　　幾乎所有發(fā)射電磁信號的設備都會(huì )產(chǎn)生無(wú)線(xiàn)電頻率干擾。這些設備包括無(wú)繩電話(huà)、藍牙設備、微波爐，甚至還有智能電表。大多數公司并沒(méi)有意識到Wi-Fi干擾的一個(gè)最大干擾源是他們自己的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )。

　　與經(jīng)授權的無(wú)線(xiàn)電頻譜不同，Wi-Fi是一個(gè)共享的媒介，其在2.4GHz和5GHz之間，無(wú)需無(wú)線(xiàn)電頻率授權。

　　當一部802.11客戶(hù)端設備聽(tīng)到了其它的信號，無(wú)論這一信號是否是Wi-Fi信號，它都會(huì )遞延傳輸，直到該信號消失。傳輸中發(fā)生了干擾還會(huì )導致數據包丟失，迫使Wi-Fi重新傳輸。這些重新傳輸將使得吞吐速度放緩，導致共享同一個(gè)接入點(diǎn)(AP)的用戶(hù)出現大幅延遲。

　　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(wèn)題，那么這些舉措根本沒(méi)有什么用處。

　　新的802.11n標準使得無(wú)線(xiàn)電干擾問(wèn)題進(jìn)一步惡化。為了能夠向不同方向同時(shí)傳輸多個(gè)Wi-Fi流以取得更快的連接性，802.11n通常在一個(gè)AP上使用多個(gè)發(fā)射設備。

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

　　解決干擾的常用辦法

　　目前有三個(gè)解決無(wú)線(xiàn)電干擾的常用辦法，其中包括降低物理數據傳輸率，減少受干擾AP的傳輸功率和調整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(méi)有一種能夠從根本上解決無(wú)線(xiàn)電干擾這一問(wèn)題。

　　如今市場(chǎng)上銷(xiāo)售的AP絕大部分使用的是的全向偶極天線(xiàn)。這些天線(xiàn)在所有方向上的發(fā)射和接收速率相當。由于在任何情況下這些天線(xiàn)的傳輸和接收速度相同，因此當出現了干擾，這些設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據傳輸速率，直到數據包丟失率達到一個(gè)可接受的水平。

　　然而降低AP的數據傳輸速率并不能達到預期的效果。數據包滯空時(shí)間變得更長(cháng)，這意味著(zhù)需要花費更多的時(shí)間進(jìn)行接收，因此掉包的機率更大。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(méi)有什么效果，這導致所有共用這一AP的用戶(hù)都受到了影響。

　　另一個(gè)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(gè)AP的設備的數量，這樣做可以提高性能。但是降低了傳輸功率也會(huì )降低信號的接收強度。這就變成了降低數據傳輸率，同時(shí)Wi-Fi覆蓋將出現漏洞。這些漏洞需要使用更多的AP進(jìn)行填補。可以想象，增加AP的數量將會(huì )導致更多的干擾。

　　請不要改變信道

　　最后，多數WLAN廠(chǎng)商會(huì )讓你相信解決Wi-Fi干擾的最佳辦法是“改變信道”。但是當無(wú)線(xiàn)電干擾增加后，可供AP自動(dòng)選擇的“干凈”信道又在哪里呢?

　　盡管在應對特定頻率上出現持續干擾時(shí)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(wú)常的特點(diǎn)。由于可供改變的信道數量有限，這一種技術(shù)反而會(huì )帶來(lái)更多的問(wèn)題。

　　在Wi-Fi 使用最為廣泛多的2.4GHz頻段上，僅有三個(gè)互不干擾的信道。即使是在5GHz頻段上，在排除了動(dòng)態(tài)頻率選擇后，也僅有4個(gè)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(hù)端斷開(kāi)連接，重新進(jìn)行連接，這會(huì )導致音頻和視頻應用出現中斷。改變信道還會(huì )產(chǎn)生多米諾效應，因為鄰近的AP也需要隨之改變信道以避免同信道干擾。
　　在設備使用相同的信道或是無(wú)線(xiàn)電頻率傳輸和接收Wi-Fi信號時(shí)，這些設備會(huì )彼此干擾，這種干擾稱(chēng)為同信道干擾。為了最大程度的降低同信道干擾，網(wǎng)絡(luò )管理員在架設網(wǎng)絡(luò )時(shí)會(huì )讓這些AP相隔足夠遠，以確保它們無(wú)法彼此聽(tīng)到或是干擾對方。然而Wi-Fi信號不會(huì )僅僅限于這些網(wǎng)絡(luò )中，它們會(huì )四處發(fā)散。

　　改變信道也不能被認為是最適合用戶(hù)的一種方法。在這些場(chǎng)景中，干擾是由那些處于優(yōu)勢位置的AP所決定的。客戶(hù)看到了什么呢?轉向一個(gè)干凈的信道真的對用戶(hù)有用嗎?

　　希望：更強的信號和更少的干擾

　　預測Wi-Fi系統性能如何的通用單位是信噪比(SNR)。SNR顯示了接收信號的強度與底噪的差值。通常在高SNR的情況下，極少出現誤碼，吞吐量也較高。但是隨著(zhù)干擾的出現，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(wú)線(xiàn)電干擾對用戶(hù)吞吐量帶來(lái)的負面影響，SINR成為了衡量Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )性能的有效指示器。高SINR意味碰上更高的數據傳輸率和更強的頻譜性能。

　　為了取得高SINR值，Wi-Fi系統必須要增加信號增益或是減少干擾。問(wèn)題是通常的Wi-Fi系統只是通過(guò)增加功率或是連接高增益定向天線(xiàn)來(lái)增加信號強度。在自適應天線(xiàn)陣列領(lǐng)域內的最新Wi-Fi創(chuàng )新可以讓網(wǎng)絡(luò )管理員在不增加AP數量的情況下通過(guò)定向天線(xiàn)優(yōu)勢獲得增益與信道。

　　用智能天線(xiàn)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(hù)并監視該信號確保以最高吞吐率傳輸，同時(shí)經(jīng)常性的重新定向Wi-Fi傳輸的信號路徑，在不改變信道的情況下使用干凈的信號路徑。

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

　　基于天線(xiàn)的動(dòng)態(tài)波束成型是一種新技術(shù)，其可以改變來(lái)自AP的射頻能量的形態(tài)與方向。動(dòng)態(tài)波束成型能夠調節Wi-Fi信號，當發(fā)生干擾后自動(dòng)“駕馭”它們避開(kāi)干擾。

　　對于每一個(gè)客戶(hù)來(lái)說(shuō)，這些系統使用的是不同的天線(xiàn)，當出現問(wèn)題后它們會(huì )調整天線(xiàn)。比如說(shuō)，當出現干擾，智能天線(xiàn)會(huì )在干擾方向選擇帶有衰變的信號模式，以此來(lái)增加SINR和避免降低物理數據傳輸速率。

　　波束成型使用了大量的定向天線(xiàn)以在A(yíng)P和用戶(hù)間創(chuàng )建數千種天線(xiàn)模式。由于射頻能量能以最佳路徑傳輸，因此可以帶來(lái)最高的數據傳輸速度和最低的掉包率。

　　標準的Wi-Fi媒體訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)客戶(hù)端回執能夠監視和確定所選擇路徑的信號強度、吞吐速率和誤包率。這確保了AP能夠準確知道用戶(hù)的體驗，如果發(fā)生了干擾，AP能夠自動(dòng)調整以找到最佳路徑。智能天線(xiàn)陣列也對于抵御干擾有著(zhù)積極的作用。
支持波束成形的自動(dòng)抗干擾

支持波束成形的自動(dòng)抗干擾
　　或許這種新技術(shù)的最大好處是在運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(lái)說(shuō)，隨著(zhù)大批的Wi-Fi設備進(jìn)入到企業(yè)網(wǎng)絡(luò )中，減少無(wú)線(xiàn)電干擾正變得越來(lái)越重要。與此同時(shí)，用戶(hù)對能夠支持流多媒體應用的高可靠性Wi-Fi連接的期望也越來(lái)越高。

　　解決無(wú)線(xiàn)電干擾的一個(gè)關(guān)鍵是解決企業(yè)發(fā)展中出現的這方面弊端。這也意味著(zhù)采取更為智能的自適應方法以應對推動(dòng)控制的無(wú)線(xiàn)電頻率，因為無(wú)線(xiàn)電頻率失控是這些問(wèn)題產(chǎn)生的根源。

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