傲天動(dòng)聯(lián)無線寬帶網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化揭秘

標(biāo)簽： TDMA  WLAN協(xié)議

傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)作為全球領(lǐng)先的運(yùn)營(yíng)級(jí)無線寬帶解決方案提供商，始終堅(jiān)持“自主創(chuàng)新，合作共贏”的經(jīng)營(yíng)理念，以“為客戶提供無線接入的完美體驗(yàn)”作為公司發(fā)展的動(dòng)力，通過持續(xù)不斷的產(chǎn)品創(chuàng)新、嚴(yán)格的質(zhì)量管理、以及完善的售后服務(wù)，為客戶提供面向網(wǎng)絡(luò)融合的運(yùn)營(yíng)級(jí)IP寬帶解決方案。近日，首推全球領(lǐng)先的“AUTEVISIONⅡ無線硬件轉(zhuǎn)發(fā)引擎(芯片)”，在業(yè)界激起極大反響，領(lǐng)數(shù)通領(lǐng)域開始仔細(xì)思考未來無線寬帶的發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)前進(jìn)方向。

當(dāng)然，傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)從未對(duì)現(xiàn)在取得的成績(jī)而駐足驕傲，正如董事長(zhǎng)兼CTO范成龍先生所說：“我們還遠(yuǎn)未到驕傲的時(shí)候”，在無線寬帶WLAN技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā)和解決方案不斷提升中，傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)始終能踏踏實(shí)實(shí)地走以研發(fā)創(chuàng)新為方向的成長(zhǎng)路線。事實(shí)上，傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)作為專業(yè)的無線寬帶WLAN廠商，在WLAN性能上緊跟技術(shù)的發(fā)展，在2009年與802.11n標(biāo)準(zhǔn)同步發(fā)布推出了第一代802.11n產(chǎn)品后，今年又發(fā)布了11n的3X3即4X4產(chǎn)品，使得傲天動(dòng)聯(lián)推出的AP達(dá)到了802.11n最高的600M傳輸性能;同時(shí)，傲天也在802.11AC上一直在努力，將在年底推出802.11AC產(chǎn)品，屆時(shí)WLAN AP的傳輸性能將超過1G，使得無線接入的速率第一次超過了固網(wǎng)。

傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)在無線寬帶方面的巨大優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在“無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化”技術(shù)。當(dāng)前無線寬帶所使用的公用頻率，相對(duì)比較惡劣，原因是基于下面幾點(diǎn)：

(1)WLAN工作的頻率是公用頻率，比如2.4G和5.8G，是誰都可以使用的頻率，比如藍(lán)牙工作在2.4G、微波爐工作在2.4G等，因此，WLAN面臨著比其它無線技術(shù)更惡劣的干擾;

(2)WLAN協(xié)議使得空中工作在廣播、單工模式，使用的是CSMA-CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance 帶有沖突避免的載波偵聽多路訪問)工作方式，用戶數(shù)量的增加，往往會(huì)導(dǎo)致無線空口性能急劇下降。

也就是由于環(huán)境的惡劣，WLAN性能受到各種影響從而導(dǎo)致用戶感受到以下幾個(gè)問題：

(1)非802.11設(shè)備的干擾，比如藍(lán)牙、微波爐等;

(2)用戶數(shù)量的非對(duì)稱增減;

(3)BT等上行大流量;

傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)針對(duì)當(dāng)前環(huán)境及使用干擾問題，采用相應(yīng)技術(shù)改善以上突出問題，下面將首次對(duì)這些主要技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的揭秘。

首先解決非802.11設(shè)備的干擾問題。由于802.11工作在公用頻段，因此，非802.11設(shè)備比較多，比如藍(lán)牙、無線話機(jī)、無線鼠標(biāo)、微波爐等，這些都會(huì)造成無線性能的大幅度下降。在實(shí)際應(yīng)用中，能夠改善非802.11設(shè)備干擾的技術(shù)方法有：

1 CRS-信道掃描

在傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)的無線寬帶設(shè)備中，有一個(gè)全面掃描，并給每一個(gè)無線通道進(jìn)行綜合評(píng)分的功能，也就是說，在該設(shè)備開機(jī)的時(shí)候，會(huì)對(duì)環(huán)境進(jìn)行一個(gè)掃描，對(duì)每一個(gè)可用通道進(jìn)行綜合評(píng)估，評(píng)估結(jié)果包括：無線干擾的程度，無線設(shè)備的多少等等。傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)的無線控制器AC會(huì)根據(jù)所有接入點(diǎn)AP反饋的結(jié)果，綜合計(jì)算后，給每一個(gè)AP下發(fā)配置，知道AP工作在哪個(gè)信道，并從而獲得最佳性能，通過這個(gè)技術(shù)，可以在大批量的部署AP中，減少人工干預(yù)，提高易用性。

2 Smart antenna-智能天線

智能天線技術(shù)指的是，促使無線接入點(diǎn)AP的無線電波成為一個(gè)波束，能夠感應(yīng)到用戶的位置并將波束智能的對(duì)應(yīng)到用戶上，由于無線電波的可逆性，接收上也就能夠智能的對(duì)準(zhǔn)最終用戶。通過智能天線，可以使得AP發(fā)送或者接收無線信號(hào)的時(shí)候，能夠有效規(guī)避干擾設(shè)備的影響，如下圖所示：

智能天線示意圖

圖中，接入點(diǎn)AP動(dòng)態(tài)的形成波束，與用戶進(jìn)行無線連接和通信，干擾源可以被屏蔽在波束之外，使得干擾源對(duì)無線通信的干擾最小。同時(shí)，通過智能天線技術(shù)，形成無線波束，也使得無線信號(hào)可以集中在一個(gè)角度進(jìn)行發(fā)送和接收，也因此使得AP的覆蓋距離更遠(yuǎn)。

傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)已將這個(gè)智能天線技術(shù)，采用在AF系列基站產(chǎn)品中，現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用，并得到了運(yùn)營(yíng)級(jí)用戶的極大好評(píng)。

其次，針對(duì)無線寬帶的使用用戶數(shù)量的問題，傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)也有相應(yīng)的控制技術(shù)進(jìn)行應(yīng)對(duì)。

WLAN使用的CSMA/CA協(xié)議進(jìn)行通信，是通過逐包確認(rèn)的方式來確定空中是否產(chǎn)生沖突，如果產(chǎn)生沖突，則會(huì)隨機(jī)等待一段時(shí)間后重傳。由此可見，如果用戶多了以后，沖突的概率就會(huì)很大，那么總的等待時(shí)間就會(huì)很長(zhǎng)，重傳的概率也會(huì)增加，最終導(dǎo)致的效果就是導(dǎo)致用戶數(shù)量增加以后，總的吞吐量急劇下降，并最終使得用戶感覺網(wǎng)絡(luò)不可用。

一般的，現(xiàn)在電信級(jí)運(yùn)營(yíng)商限制每個(gè)AP只能帶16～20個(gè)用戶，多了，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的問題。傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)解決用戶數(shù)量增加導(dǎo)致性能下降的有如下幾種：

1 DRTS-動(dòng)態(tài) RTS/CTS

RTS/CTS是無線寬帶WLAN中，為了解決隱藏節(jié)點(diǎn)而采用的技術(shù)，該技術(shù)可以有效的避免沖突的發(fā)生。但RTS/CTS的使用一般是固定配置是否開啟RTS/CTS或者根據(jù)報(bào)文長(zhǎng)短來決定是否開啟或者關(guān)閉。

傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)的精英工程師們經(jīng)過仔細(xì)的探索，創(chuàng)造性的給出了動(dòng)態(tài)RTS/CTS技術(shù)，在這個(gè)技術(shù)指引下，可以做到：

(1)嚴(yán)重干擾環(huán)境，自動(dòng)開啟RTS/CTS，無論報(bào)文大小 ;

(2)嚴(yán)重競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，自動(dòng)開啟RTS/CTS，不進(jìn)行降速重傳 。

因此,在動(dòng)態(tài)RTS/CTS的作用下，傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)的無線接入點(diǎn)AP可以根據(jù)不同的環(huán)境下，通過使用RTS/CTS，達(dá)到極大減少報(bào)文沖突的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化狀態(tài)。

2 智能負(fù)載均衡

在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，無線接入點(diǎn)AP一般都不會(huì)單臺(tái)布放，此時(shí)AP的用戶間均衡就非常重要。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)情況，無線接入點(diǎn)AP布放的時(shí)候，一般會(huì)錯(cuò)開信道，形成蜂窩組網(wǎng)，因此，如果能將用戶均衡的接入到不同的AP上，會(huì)減少用戶密集程度，從而會(huì)有效的降低用戶數(shù)量帶來的干擾。

傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)的智能負(fù)載均衡，除了會(huì)根據(jù)用戶的絕對(duì)數(shù)量進(jìn)行均衡外，還可以通過

(1)根據(jù)終端的位置進(jìn)行均衡，即只有在2個(gè)AP之間的重疊區(qū)域內(nèi)才啟動(dòng)負(fù)載均衡，并讓終端接入到負(fù)載較輕的AP中;

(2)根據(jù)信道質(zhì)量進(jìn)行均衡，當(dāng)STA發(fā)出接入請(qǐng)求后，會(huì)引導(dǎo)STA接入到干擾比較少的AP中，比如優(yōu)先接入到5.8G的AP中。

通過以上2個(gè)負(fù)載均衡技術(shù)，可以使得用戶的負(fù)載相對(duì)均衡，使得總體網(wǎng)絡(luò)能夠接入更多的用戶。

3 Downlink Multi-user MIMO-下行多用戶MIMO

在802.11AC中，將會(huì)使用Downlink Multi-user MIMO這個(gè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶容量的有效擴(kuò)展，如下圖所示：

Downlink Multi-user MIMO

如上圖所示，Downlink Multi-user MIMO技術(shù)實(shí)際就是無線接入點(diǎn)AP能同時(shí)向2個(gè)甚至更多用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，原理就是利用天線陣列，實(shí)現(xiàn)了多條空間數(shù)據(jù)流，并將這些空間數(shù)據(jù)流指向不同的用戶。

通過這個(gè)技術(shù)，將會(huì)成倍的增加用戶的容量，敬請(qǐng)期待傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)的802.11AC無線接入點(diǎn)AP的推出。

4 低速率用戶接入

根據(jù)目前無線網(wǎng)絡(luò)情況，WLAN是單工的網(wǎng)絡(luò)，即無論是AP發(fā)到STA的下行流量，還是STA發(fā)到AP的上行流量，同一時(shí)間，只能有一個(gè)方向產(chǎn)生流量。而當(dāng)一個(gè)用戶在傳輸報(bào)文，無論這個(gè)用戶傳輸?shù)乃俾嗜绾危紩?huì)在報(bào)文傳輸完成后其它用戶(包括AP)才能搶到發(fā)送報(bào)文的機(jī)會(huì)?？梢韵胍?，接入速率1M的用戶，與接入速率54M的用戶傳同樣長(zhǎng)的報(bào)文，報(bào)文傳輸?shù)臅r(shí)長(zhǎng)差距為50倍，也就是說原本1秒能傳100個(gè)包，由于弱速率用戶的出現(xiàn)，只能傳送51個(gè)包，總吞吐量會(huì)受到嚴(yán)重影響。

目前實(shí)際的報(bào)文公平傳輸?shù)臋C(jī)制(競(jìng)爭(zhēng))，在速率低的用戶接入的時(shí)候，將會(huì)導(dǎo)致實(shí)際總吞吐量嚴(yán)重下降。比較公平的方式是每個(gè)用戶的空中時(shí)間是平均的，這樣弱速率接入用戶對(duì)系統(tǒng)的影響將是可控的。

5 Airtime fairness-空中時(shí)間公平

由于下行報(bào)文掌握在無線接入點(diǎn)AP手中，因此，AP可以根據(jù)STA的接入速率，精確的控制下行報(bào)文的數(shù)量，但只有控制好上行報(bào)文的發(fā)送，才能使得總體時(shí)間是公平的。

傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)經(jīng)過潛心的研究，通過競(jìng)爭(zhēng)窗口的控制，通過協(xié)議的報(bào)文控制，從而可以在統(tǒng)計(jì)上實(shí)現(xiàn)用戶的上行報(bào)文數(shù)量，從而達(dá)到空中時(shí)間公平這個(gè)目標(biāo)。

6 TDMA

在無線款單WLAN中，目前使用的DCF技術(shù)，就是公平競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)，而在DCF之外，WLAN還定義了PCF技術(shù)，該技術(shù)主要的目標(biāo)是每個(gè)STA是否要發(fā)送報(bào)文，都由AP進(jìn)行控制。當(dāng)STA以及AP都實(shí)現(xiàn)了PCF，就可以由AP來進(jìn)行有效的控制，達(dá)到每個(gè)用戶平均享用空中時(shí)間。

由于PCF并非強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，因此并不是每個(gè)STA都能支持PCF，但通過傲傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)的CPE設(shè)備，就能有效的和傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)的AP或者基站設(shè)備對(duì)接，并成功啟用TDMA功能，并進(jìn)而可以達(dá)到重點(diǎn)用戶重點(diǎn)保證帶寬的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可用性的極大提高。

最后，伴隨無線寬帶WLAN的進(jìn)化歷史，從某種程度上來說，就是無線性能的發(fā)展歷史，傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)在WLAN的性能追求上可謂永無止境，一方面會(huì)通過緊跟標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)性能的提升，另一方面，也會(huì)通過研究標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)而利用標(biāo)準(zhǔn)中的某些特性，創(chuàng)造性的發(fā)展出避免無線性能受到干擾的其它技術(shù)，使得傲天動(dòng)聯(lián)(AUTELAN)的無線解決方案和無線設(shè)備始終擁有較高的性能優(yōu)勢(shì)，處于業(yè)界領(lǐng)先水平。