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如何为顶级网络性能配置Wi-Fi信道

  了解Wi-Fi频段和信道的工作是打造一个可靠的无线网络,并将干扰降至最小的关键。

  对于您企业的Wi-Fi网络性能而言,没有什么比您的无线接入点(AP)所使用的信道更重要的了。您可以采用最新的AP,并将其安置在最有利的地点,以打造您企业的Wi-Fi网络覆盖一整幢办公楼。但是如果他们没有被设置在Wi-Fi频段的最佳信道,您企业的无线网络也是失效的。

  您企业需要尽量避免同信道干扰,这是当AP彼此都在相同或重叠的信道范围内的时候。您企业还必须规避来自无绳电话、蓝牙耳机等设备发出的非Wi-Fi无线信号的干扰,甚至是办公室的微波炉的电磁干扰。这两种类型的干扰均可以通过选择更好的Wi-Fi信道而减少。

  这就是说,想要完全排除一切干扰几乎是不可能的,因为某些干扰可能来自您企业不知情的工作人员,比如那些自己安装了无线路由器或启用了他们智能手机或平板电脑的Wi-Fi热点,以及来自邻近办公大楼的网络,您企业是没法控制的。当工作人员们拿着他们的设备进入或离开该办公区域,打开或他们的Wi-Fi热点时,这些干扰分分钟都可能改变。而这就是为什么说定期检查干扰是至关重要的。

  现如今,几乎所有的AP都有一个自动选择信道的功能,可以让AP启动时自动选择最佳的信道,某些AP甚至还具有动态信道的功能,并持续扫描电波(连续地或基于设定的时间间隔或次数/天),并转换到具有最佳信号的信道。但是,传感和精度水平则在AP之间有所不同,所以您企业应该始终在部署后立即并周期性的手动验证自动信道分配。不过,想要正确分析信道,您需要了解频率波段和信道。

  有两个射频(RF)指定为Wi-Fi的使用频段:2.4GHz和5GHz。两个频段使用未经许可的无线电频谱,意味着Wi-Fi装置无法独占对那些电波的访问,而必须与其他无线设备共享该电波,包括无绳电话、无线安全照相机、微波炉、蓝牙和Zigbee设备、雷达系统等等。使用较旧的802.11b和802.11g标准的Wi-Fi设备只能够使用2.4GHz频段,而较新的802.11n和802.11ac标准的设备则可以利用两个频段。

  您会发现,2.4GHz频段是非常拥挤的,其重叠的频道设计,限制了可用信道的数量。虽然该频段真的没有足够大到能够让Wi-Fi网络独享,但与与其他一些非授权无线技术共享的事实则会使事情变得更糟。5GHz频段则大得多,使得其较不容易拥塞,但对于其使用也有一些规定,限制在频段的可用信道的数量。

  了解2.4GHz频段

  2.4GHz频段针对Wi-Fi共有14个信道,但在实际应用中,通常最多只有3个信道。为什么?首先,不是所有地区都支持14个信道。在北美,只有1 - 11信道是完全支持的,而大多数其他地区则支持多达13个信道。在日本,所有的信道都是可用的,但14信道被限制于旧的802.11b的标准。

  如下图所描述的,信道的重叠将导致可用信道的数目极大地降低地。当AP或其它Wi-Fi设备在给定的信道发送时,其实际上传播的信号是通过大约四个信道价值空间的,其要么是20MHz,要么是22MHz,这取决于所使用的无线标准。该装置的信道数对应中心频率。

  在2.4GHz频段的Wi-Fi信道的宽度造成了它们的重叠。

  如图中所示,如果您设置了您AP到信道1,信号会传播到信道3。如果AP被设置到信道6,则信号传播是跨信道4和8。当被设置到信道11,信号传播从信道9到13。

  仅仅利用1,6和11信道(通常被称为非重叠信道)就可以为您企业提供最可用的带宽。信道14将为您企业提供另一个非重叠的信道,但同样,该信道仅在日本支持。

  802.11n无线标准,在2009年推出,增加了可选信道的绑定,结合了两个相邻的20MHz信道,以创建一个单一的40MHz宽的信道,以此来增加Wi-Fi连接的吞吐量和速度。然而,正如您可以从图中看到的,只有在2.4GHz频段才有足够的空间提供给一个非重叠的40MHz信道,剩余的空间只能够为一个普通20MHz的非重叠信道提供足够的空间。这些限制在极少数的环境和网络是可以接受的;因此,最好是坚持在2.4GHz频段使用传统信道宽度。

  了解5GHz频段

  5GHz频段与2.4GHz完全不同。正如您可以从下图看到,其提供了更多的频率空间,提供多达25种可能的信道。但是,正如您将会知道的,对于5GHz的使用也有很多注意事项,而且您的AP可配置信道数量可能明显少于25。

  上图显示了5GHz的无线Wi-Fi网络信道目前在不同信道的宽度。

  显而易见的是不同的编号方案。第一个无线Wi-Fi网络的信道是36,最后一个是165。然而,并非所有信道都可用。不是让您从连续的信道(36,37,38,等)进行选择,Wi-Fi设备仅在非重叠信道(36,40,44等)配置操作,如果传统遗留的20MHz信道已经被使用的话。所有可配置的信道彼此相隔四个信道,但也有差距(如从信道64跳到100),因为给定到Wi-Fi的频率空间是不完全连续的。

  并非所有的AP均支持所有可用的信道,这主要是因为使用规定限制不同部分的频段。一些AP不具备必要的技术,以满足该限制要求,因为供应商会选择不包括这些技术,以降低成本。

  最具影响力的无线网络限制是从52到144信道。AP接入这些信道必须支持动态频率选择(DFS)和发射功率控制(TPC)–即检测和避免机制,防止AP干扰雷达系统在频率空间具有更高的优先级。

  如果一个AP检测到雷达的活动,如军事或气象站,超过一定的阈值的限制信道,其必须通过TPC降低其发射功率,或通过DFS改变信道。雷达的活动可以通过网络在距雷达站多达21英里的范围内进行检测。雷达探测后所采取的修复过程会为5GHz用户中断无线连接,为AP尝试其他信道。此外,检测精度各不相同,并且您可能会看到来自其它射频源的误报。

  与2.4GHz频段,802.11n标准在5GHz频段增加了可以选择使用的信道绑定,这为您企业提供了最多可达12个非重叠40MHz宽的信道。2014年推出的802.11ac标准在5GHz频段引入了更大的信道宽度。在第一波的802.11ac产品中,现在广泛支持使用高达80MHz的信道,提供多达6种可能的非重叠信道。而第二波的802.11ac产品刚刚开始推出,能够支持高达160MHz的宽通道,提供只有两个可能的非重叠信道,这在大多数环境和网络条件下不可接受。但是,正如您稍后会在本文中看到的,在未来几年有可能会有更多的空间开放。

  请记住,如果您的AP缺乏52到144信道的DFS/TPC,或者,如果因为附近的雷达活动导致您企业不能使用,那么您企业网络的可用信道数量将大大减少。在传统的20MHz的信道宽度,您可以有多达九个非重叠信道。而在40MHz则会为您提供四个非重叠信道,在80MHz您只有两个。因此,对于不支持所有信道的AP,您可能会需要使用40MHz信道,以便享有最多非重叠信道。

  此图显示了5GHz无线Wi-Fi网络信道目前没有可用的DFS/TPC在不同的信道的宽度。

  检查信道使用情况

  对于快速而简单的查看电波,您可以在笔记本电脑或Android设备上使用一款免费的Wi-Fi stumbler。其列出了附近的AP并能够提供他们的基本资料,包括信道,信号级别和安全状态。然而,这其中几乎没有一个被检测过背景噪声级别或给出信噪比(SNR)。而这两个数据是您企业在确定最佳信道时应该考虑的。他们也通常缺乏揭示隐藏的SSID名称的能力,如果您企业需要识别一个已禁用SSID广播的无线网络,这是相当有用的。

  像其他大多数Wi-Fi Stumblers一样,inSSIDer显示了信道的使用情况。

  欲了解更多详细信息,您企业可以考虑采用专业的无线Wi-Fi网络分析仪和基于地图的测量工具,如那些来自AirMagnet公司,Ekahau公司或TamoGraph的工具。这些分析仪能够提供噪声和信噪比的报告,也能够显示任何隐藏的SSID。基于地图的测量工具可以让您企业对于信道的使用、信号等参数在热图上实现可视化。这种对于网络的可视化是非常有用的,尤其是对于较大的网络。

  该热图显示了一个使用AirMagnet的调查软件执行调查所显示的SNR值。

  想要更精确的看Wi-Fi信道,可以考虑使用RF频谱分析仪,如AirMagnet Spectrum XT或Wi-Spy,其能够报告信号??和噪声,甚至来自非Wi-Fi设备的信号。通常情况下,Wi-Fi Stumblers甚至专业分析仪无法单独读取非Wi-Fi信号。然而,最专业的分析仪和测量工具都提供某种类型的与射频频谱分析仪的集成。

  配置频段和信道

  现在,您对于Wi-Fi频段和信道已经有了一个良好的了解,您可以更好地管理无线电波了。当部署一个网络时,通常最好是设计全5GHz覆盖,其比2.4GHz具有较短的传输范围。这意味着较之一个2.4GHz的专用网络,您需要把更加紧密地AP安置在一起。这可能是从20到40英尺的任何地方,但取决于具体环境;具体安置位置应通过调查来确定。考虑使用任何带转向功能的AP为好,让尽可能多的用户享受到更大,少拥挤的频段。

  当手动分配信道到AP时,请记住,最好坚持传统的20MHz宽的信道在2.4GHz 的1,6或11信道,以避免重叠信道的问题。对于5GHz的,尽量保持在40MHz的信道宽度,并避免52至144信道的DFS/TPC,即使您企业的AP支持他们。如果您需要进一步增加吞吐量,以获得更快的速度和更密集的网络,您不要以为雷达的干扰将是一个问题,您当然可以尝试使用具有较大的信道宽度的所有通道。

  您企业AP的无线覆盖区域应互相重叠,以确保覆盖范围的无隙覆盖(即死区),但要确保每个AP使用的信道交替,这样才没有相同或重叠的信道干扰。分配信道时,也许可以从所覆盖区域的边缘的AP开始,您得考虑任何相邻信道的使用以及网络。如果有多个楼层,这一切将变得更复杂。

  该AP设置交替互不重叠的2.4GHz频段信道。

  如上所述,当在评价信道和验证覆盖率时,最好还要看噪音和信噪比水平。噪音基本上是AP和无线设备必须抗衡的干扰。信噪比与噪声和信号之间有区别,其能够提供一个快速的值,以判断信号的整体质量。通常情况下,更高的信噪比意味着更好的信号质量,潜在的AP和无线设备之间更好的连接。

  当优化您企业的无线网络时,您应该定义一些最小值,比如一个-60分贝毫瓦(dBm)的信号,噪声为-90 dBm,而信噪比为30分贝,并确保当您在测量Wi-Fi覆盖范围时能够查看这些值,或使其变得更好。您可以提高或降低这些基线,而这取决于您想要的网络性能水平。

  当在选择信道时,除了查看信号,噪声和信噪比,您可能需要考虑网络的平均使用情况或单个AP的典型的流量,某些Wi-Fi分析仪可以告诉您这些信息。例如,如果2.4GHz频段过于拥挤,没有完全空闲的信道,您想要比较AP的活动。有一个可以更好地使用一个信道的机会,即一个邻近的AP显示了较高的信号(因此更可能干扰您的AP配置),具有比选择一个信道少得多的无线流量,一个邻近的AP显示了较低的信号(较少潜在干扰)与更多的无线活动。

  您可以参阅《企业加快Wi-Fi无线网络速度的九大贴士》这篇文章,以了解更多关于信道的使用和提高Wi-Fi性能的其他方式。

  更多的5GHz信道来了

  在2014年,FCC在5GHz频段为Wi-Fi分配了更多的空间,但我们在这几年不会看到支持这些的新的AP。新的空间对于11个以上的20MHz信道,6个以上的40MHz信道,3个以上的80MHz信道或2个以上的160MHz信道将是足够的。这将使得较大信道宽度更实用。

  上图中,标注为当前可用和新的信道的5GHz Wi-Fi信道现有已经实现;那些被标记为下一代信道的有望将在未来几年实现。

  但与此同时,新的多用户MIMO(MU-MIMO)技术随着第二波802.11ac的到来可以帮助提高速度,无需更宽的信道。我们现在看到其已经出现在消费者路由器,而我们有望在明年其在商业和企业AP出现。