關(guān)于802.11n的Wifi信道干擾排障優(yōu)化的探討

鄭曙光

【摘要】 本文詳細(xì)介紹了在AP密集分布的區(qū)域中，常見Wifi信道干擾故障（包括協(xié)助信道干擾和重疊信道干擾），針對(duì)不同的故障類型，在不同的電平環(huán)境條件下，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)推演，從而得出有效依據(jù)。同時(shí)，本文將分享排障技巧，從而幫助我們更有效地解決相關(guān)故障問題。

【關(guān)鍵詞】 IEEE802.11n 協(xié)助信道干擾 重疊信道干擾 信道自干擾

引言：

市面上廣泛流行的家用級(jí)中低端Wifi設(shè)備均采用802.11n協(xié)議且工作在2.4Ghz模式，并默認(rèn)使用速率較高的40Mhz信道帶寬。Wifi技術(shù)已普遍應(yīng)用于千家萬戶，在AP密集分布的區(qū)域中，不可避免地會(huì)存在信道之間互為干擾的情況。

一、模擬實(shí)驗(yàn)

1.1模擬Wifi信號(hào)覆蓋范圍重合的實(shí)驗(yàn)

本人使用2臺(tái)Wifi路由器，價(jià)位與品牌均不一樣，使用4臺(tái)電腦作測試，其中2臺(tái)電腦作為FTP服務(wù)器，2臺(tái)電腦作為無線終端設(shè)備（不具備MIMO技術(shù)）。如圖1-1所示，架設(shè)2個(gè)AP，分別命名為Testap-A（節(jié)點(diǎn)A）和Testap-C（節(jié)點(diǎn)C）；設(shè)置2臺(tái)電腦，分別命名為PC-B（終端B）和PC-D（終端D）。其中，節(jié)點(diǎn)A和終端B互聯(lián)；節(jié)點(diǎn)C和終端D互聯(lián)，對(duì)于節(jié)點(diǎn)A和終端B而言，節(jié)點(diǎn)C是隱藏節(jié)點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)的目的：測試在2個(gè)AP的信道編號(hào)不一樣的情況下，不同的信道干擾條件會(huì)對(duì)實(shí)際速率帶寬所產(chǎn)生的影響。

1.2被干擾AP與干擾AP的信道帶寬均為40Mhz的情況下：

實(shí)驗(yàn)中，設(shè)定節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)C的信道帶寬均為40Mhz，節(jié)點(diǎn)A固定在“1+5信道”，設(shè)定終端D的速率為50Mbps，調(diào)整節(jié)點(diǎn)C的信道逐漸向“1+5信道”平移。如圖1-2所示，在2.4Ghz頻段中，2個(gè)AP只有一種條件可達(dá)到互不干擾的情況，在此條件下，終端B可穩(wěn)定在68Mbps。當(dāng)節(jié)點(diǎn)C逐漸向該信道“平移”，使2個(gè)AP的信道開始互為交叉重疊時(shí)，受干擾的終端B的速率帶寬迅速下降，當(dāng)交叉重疊的范圍愈加逼近，惡化程度愈加劇烈，峰值僅0.5Mbps，此干擾情況為“重疊信道干擾”（Overlapping）。而當(dāng)2個(gè)AP的信道完全處于“1+5信道”時(shí)，受干擾的終端B的速率則大幅提升至48Mbps，信道惡化的情況得到改善，此時(shí)為“協(xié)助信道干擾”（Co-channel）。

當(dāng)設(shè)定終端D的速率為8Mbps，并保持其他實(shí)驗(yàn)條件不變，實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本不變。

二、對(duì)信道干擾的分析

2.1協(xié)助信道干擾

從2章節(jié)的實(shí)驗(yàn)中可見，協(xié)助信道干擾的嚴(yán)重性較低，原因是，CSMA/CA沖突監(jiān)聽機(jī)制從中發(fā)揮作用。如圖1-1所示，終端B處于節(jié)點(diǎn)A的信號(hào)覆蓋范圍邊緣，節(jié)點(diǎn)C作為隱藏節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)C與終端D通信的過程中，其射頻信號(hào)必定會(huì)對(duì)節(jié)點(diǎn)A和終端B之間的無線物理鏈路產(chǎn)生影響，但是，802.11中， CSMA/CA沖突監(jiān)聽機(jī)制，為解決此類隱藏節(jié)點(diǎn)發(fā)揮作用，而對(duì)應(yīng)此機(jī)制的，是RTS/CTS協(xié)議：如圖1-1所示，節(jié)點(diǎn)A向終端B發(fā)送數(shù)據(jù)前，要先發(fā)送1個(gè)請(qǐng)求發(fā)送幀RTS（節(jié)點(diǎn)C并未收到RTS），終端B收到RTS請(qǐng)求后，向節(jié)點(diǎn)A回復(fù)1個(gè)允許發(fā)送幀CTS，由于在同一信道內(nèi)，所以，節(jié)點(diǎn)C可收到終端B發(fā)出的CTS幀，此時(shí)，節(jié)點(diǎn)C將按CTS幀中描述的時(shí)間，暫停向終端D的數(shù)據(jù)發(fā)送，從而避讓沖突發(fā)生。

RTS/CTS握手協(xié)議屬于控制幀，占有一定長度與空口時(shí)隙，在半雙工的模式下，勢必會(huì)降低數(shù)據(jù)傳送的效率。市面上大多數(shù)Wifi路由器的RTS時(shí)閥值為2347，可以理解為，當(dāng)數(shù)據(jù)幀長度≥2347時(shí)，則啟用RTS/CTS握手協(xié)議，然而802.11中的數(shù)據(jù)幀長度最大值是2346，所以，大多數(shù)Wifi路由器默認(rèn)關(guān)閉CSMA/CA沖突監(jiān)聽機(jī)制。倘若手動(dòng)修改RTS時(shí)閥值為2346，則在發(fā)送長度為2346的數(shù)據(jù)幀時(shí)，啟用該握手協(xié)議，避免沖突。

RTS/CTS握手協(xié)議存在閾值，當(dāng)隱藏AP收到的RTS/ CTS幀的電平值低于閾值，則忽略握手請(qǐng)求，CSMA/CA沖突監(jiān)聽機(jī)制無法啟用。

2.2重疊信道干擾

在章節(jié)3.1中，可見CSMA/CA沖突監(jiān)聽機(jī)制在同信道隱藏節(jié)點(diǎn)問題上發(fā)揮重要作用。然而，不同信道之間若重疊信道干擾問題，則無法啟用該監(jiān)聽機(jī)制。如圖1-1所示，節(jié)點(diǎn)C與終端D之間的無線物理鏈路并不受節(jié)點(diǎn)A和終端B的干擾，所以，節(jié)點(diǎn)C和終端D的空口信道已被高效占用。終端B處于節(jié)點(diǎn)C的覆蓋范圍，但是信道卻互有重疊，當(dāng)節(jié)點(diǎn)A向終端B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，其信道卻受到節(jié)點(diǎn)C的沖突干擾，由于重疊的信道并不完整，因此終端B認(rèn)為信道受到噪聲干擾，繼而節(jié)點(diǎn)A啟用抗噪能力更強(qiáng)的調(diào)制方式，例如QPSK或BPSK等控制幀和占用時(shí)隙更長的調(diào)制方式。并且，由于沖突明顯，所以誤碼率陡增，傳輸效率更為低下。

在802.11n中，40Mhz頻寬的信道分為主信道和輔信道，2信道各占20Mhz頻寬，當(dāng)輔信道收到干擾時(shí)，AP將自動(dòng)切換為20Mhz模式。但是，在實(shí)驗(yàn)中，在輔信道受重疊信道干擾，而主信道未收干擾的條件下，實(shí)際速率未達(dá)20Mhz頻寬所應(yīng)有的速度效果，劣化程度未見減緩。實(shí)際應(yīng)用中，若調(diào)整AP的信道帶寬為20Mhz可有效避免重疊信道干擾的發(fā)生。

三、信道自干擾

除來自隱藏節(jié)點(diǎn)的干擾外，自身節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的個(gè)別終端同時(shí)也會(huì)對(duì)信道“產(chǎn)生干擾”。在本文中，此類干擾可暫稱為“信道自干擾”。參照IEEE802.11，信道調(diào)制方式和編碼效率與接收信號(hào)靈敏度有直接關(guān)系：接收信號(hào)越大，則使用較為高效的調(diào)制方式（64Qam），速率高；接收信號(hào)越小，則受噪聲影響的可能性越大，因此，使用較為抗噪能力較強(qiáng)，但較為低效的調(diào)制方式（Qpsk或Bpsk），同時(shí)，為了提高數(shù)據(jù)幀的發(fā)送命中率，QPSK或BPSK模式下的控制幀較多，且占用時(shí)隙較長，因此速率低。

假設(shè)，終端B處于節(jié)點(diǎn)A覆蓋范圍的邊緣，接收信號(hào)為-80dbmv，則啟用BPSK調(diào)試方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，此類低速率調(diào)制方式的占用時(shí)隙較長，速率較低；終端C處于節(jié)點(diǎn)A覆蓋范圍中央位置，接收信號(hào)為-50dbmv，則啟用64Qam調(diào)制方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，此類低速率調(diào)制方式的占用時(shí)隙較短，速率較高。

當(dāng)節(jié)點(diǎn)A持續(xù)以BPSK方式向終端B進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則信道中的所有時(shí)隙均被占滿。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)A以64Qam方式向終端C進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但是，由于信道中的時(shí)隙被低速率的數(shù)據(jù)幀占滿，因此，高速數(shù)據(jù)幀與低速數(shù)據(jù)幀之間發(fā)生碰撞，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)A發(fā)送至終端C的誤碼率陡增。所以，即使節(jié)點(diǎn)C所處的電平條件較好，但是，其速率也無法得到應(yīng)有的速度效果。

四、總結(jié)

在信道復(fù)雜的環(huán)境中，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)重疊信道干擾問題。若無法避開干擾信道，則應(yīng)調(diào)整自身信道與干擾信道完全重合，配合CSMA/CA機(jī)制，使2者在有序的條件下工作。需注意，應(yīng)在路由器高級(jí)設(shè)置中，改寫分片閾值和RTS閾值，否則CSMA/CA無法發(fā)揮作用。為避免出現(xiàn)信道自干擾的可能性，則應(yīng)注意Wifi的信號(hào)覆蓋問題。調(diào)整Wifi路由器的擺放位置，增設(shè)中繼AP，布設(shè)電力無線路由器都是擴(kuò)大Wifi覆蓋范圍的辦法。