【更多內容請移步星融元官網https://asterfusion.com/】

屬性前言：無線網絡直接影響整體網絡性能，在當今企業網環境中，已有超過一半的數據流量通過無線信道傳輸，隨著[物聯網]技術的普及，無線網將承載更多的關鍵業務流量。企業/園區場景的無線網絡值得考慮的關鍵因素有很多，例如終端移動性，AP 漫游能力和覆蓋范圍、帶寬和吞吐量、延遲、信道、射頻干擾等。當然，還有[網絡安全]配置和用戶認證等等。

無論是新建還是升級無線網絡，在采取行動之前回顧并更新有關無線網的關鍵知識是絕對必要的，我們將從以下幾個方面入手，希望這篇文章幫助您做出更好的選擇。

• 無線網絡基礎概念和參數速查
• 無線標準/協議的演進
• 不同無線組網模式和適用場景：1、常見的園區無線組網、2、新一代云化網絡
• 無線AP部署要點

無線網基礎概念和參數速查

在無線通信系統中，信息可以是圖像、文字、聲音等。信息需要先經過信源編碼轉換為便于電路計算和處理的數字信號，再經過信道編碼和調制，轉換為無線電波發射出去。其中，發送設備和接收設備使用接口和信道連接，對于有線通信很容易理解，設備上的接口是可見的，連接可見的線纜；而對于無線通信，接口是不可見的，連接著不可見的空間，稱為空口(空間接口)

無線網絡分類

無線網絡根據應用范圍可分為個人網絡、局域網、城域網和廣域網。

無線射頻

無線電波是由振蕩電路的交變電流產生的電磁波（日常使用中也被稱為射頻或無線電等），它能夠通過天線發射和接收，無線電波的頻率范圍稱為頻段。所有的射頻設備都有靈敏度等級，即無線終端在某個信號強度之上可以正確地解釋和接收無線電信號。靈敏度單位是dBm。接收靈敏度值越小，說明接收性能越好。

天線傳播覆蓋

天線是一種變換器，是在無線設備中用來發射或接受電磁波的部件，它可以將傳輸線上傳播的導行波和在空間中傳播的電磁波相互轉換。天線一般有全向和定向兩種信號覆蓋模式（如下圖所示）。

空間流和MIMO

無線電在同一時間發送多個信號，每一份信號都是一個空間流。通常情況下一組收發天線間可以建立一個空間流。

MIMO指多輸入多輸出技術，也稱多天線技術，分別使用多個發射天線和接收天線，實現多發多收，成倍地提高信道容量。空間流數是決定最高物理傳輸速率的參數。我們常用(AxB:C)數據格式表示多天線技術支持的最大發射天線數量(A)、最大接收天線數量(B)和最大空間數據流數量(C)。當前主流的802.11ac和802.11ax協議規定一個射頻最大8個空間流；大多數智能終端使用 2×2:2 或 3×3:3 MIMO 無線電。

MIMO系統中，發射端的多個天線可以各自獨立發送信號（引入發射波束成形技術使多個天線的發射信號在接收機達到相同相位，從而增強信號強度），同時在接收端用多個天線接收信號并重組原始信息。

MIMO技術讓1×1的客戶端也能間接從中受益

傳播衰減

⑴ 自由空間路徑損耗

自由空間路徑損耗(FSPL)是指無線電波因自然擴展導致信號強度下降，這是波傳播的自然屬性。我們可以通過以下近似公式算出。

FSPL=32.44+(20log 10 (f))+(20log 10 (D))

*FSDL=路徑損耗(dB) ；f =頻率(MHz)；D=天線之間的距離(km)*

實際部署時我們通常使用6dB法則進行估算，即：傳輸距離加倍將導致信號衰減6dB。

⑵ 穿透損耗（吸收）

電磁波穿過墻體、車體、樹木等障礙物，被不同材質的吸收，導致信號衰減。下表總結了常見障礙物對無線信號的影響

⑶ 反射損耗

當波撞擊到一個比波自身更大的光滑物體時，波可能會往另一個方向傳遞。當無線發射信號與接收位置需要經過多次反射才可觸達，我們可以通過嘗試調整信號源位置并輔以定向天線來改善通信。

⑷ 衍射損耗

由于射頻信號被局部阻礙，射頻信號在物體周邊發生的彎曲。位于障礙物正后方的區域稱為射頻陰影，它可能成為覆蓋死角，一般是可以通過另一個AP的無線信號去消除。

無線標準/協議的演進

WiFi與 IEEE 802.11

WiFi 通常是指基于 IEEE 802.11 標準的無線網絡。“Wi-Fi”一詞由Wi-Fi 聯盟（WFA）創造，該聯盟是一個全球性聯盟，致力于促進和認證無線設備的互操作性。簡單來說，Wi-Fi 是描述無線網絡技術的流行術語，而 IEEE 802.11 是定義無線通信底層協議和規范的技術標準。

WiFi6 的核心技術

根據Wi-Fi聯盟的報告，Wi-Fi 6 自2019年推出以來僅用3年就在全球市場份額超過了50%，而Wi-Fi 5用了4年時間。WiFi 6 為每個用戶提供更大的總帶寬，總頻譜和信道，能夠在高并發接入的環境下為每個用戶較前代技術高 4 倍的吞吐量，其高帶寬、高并發、低時延、低耗電的特點為未來的智能基礎設施奠定基礎。

⑴ 提升吞吐量：1024-QAM調制

802.11ax采用1024-QAM正交幅度調制，每個符號位傳輸10bit數據（2^(10)=1024）；相對于802.11ac（采用256-QAM正交幅度調制，每個符號傳輸8bit數據）來說，802.11ax的單條空間流數據吞吐量提高了25%。使用1024-QAM調制對信道條件有較高要求。

⑵ 改善多用戶并發接入：OFDMA 和上行+下行的MU-MIMO

MU-MIMO 代表多用戶的多輸入多輸出，它允許單個 AP 設備同時通過多個通道與多個用戶進行通信，802.11ax（WiFi 6）在原有基礎上進行了增強，提高了并發上行用戶數量，理論上能夠在上行和下行鏈路上為最多 8 個用戶提供服務，并向單個客戶端同時提供 4 個流。MU-MIMO生效需要通信雙方都支持MU-MIMO。

OFDMA（正交頻分多址）將信道進一步細分為可單獨分配的“資源單元”，這是實現性能優勢的關鍵。它允許多達 30 個用戶同時共享一個信道，從而減少延遲、提高容量并提高效率。

OFDMA 和 MU-MIMO 的技術作為先進無線網絡中的互補技術，可以基于所服務的應用類型來改善用戶體驗。

對于流媒體電影或游戲等高帶寬應用，MU-MIMO 允許多個終端并發傳輸數據，建立高帶寬網絡以達到每個客戶端的的最大速率。此外，MU-MIMO 使訪問無線網絡的隊列從一個變為多個，多個設備可同時訪問而無需等待。

對于即時消息、電子郵件或網頁瀏覽等低帶寬應用，分配給每個客戶端的資源單元數量取決于數據包大小、終端設備限制以及流量服務質量（QoS）配置等因素，而OFDMA使用單個頻段可以為多個用戶提供這類低流量傳輸服務，起到類似“拼車”的效果，大大提高了網絡資源利用率。

⑶ 降低信道間干擾：空分復用技術（SR） & BSS Coloring

當相同或相鄰信道上的AP和終端檢測到單個信道資源利用率偏高，噪聲強度超過閾值時，則會需要排隊等待（CCA功率調節機制）。

WiFi6協議里采用了空間復用和著色機制以提升信道利用率，減少排隊。它可以類比為在客戶端和AP之間建立起了虛擬的“高架橋”，根據不同目的地在空間上劃分為互相獨立不干擾的通路。不同的AP會各自給下連的終端著色（例如下圖左，同為信道6的3個AP分別著色），只要信道資源沒有完全占滿，就依然會傳輸數據。

⑷ 降低能耗調度：目標喚醒時間 TWT

TWT（目標喚醒時間）最早出現在 802.11ah “Wi-Fi HaLow” 標準中，用于支持大規模物聯網環境中的能效，并隨著 IEEE 802.11ax 的發展而得到擴展。它使用計劃機制來告訴客戶端何時喚醒和睡眠，而不是讓它們一直在某個頻道上監聽。

在 TWT 中，客戶端和 AP 之間會商定一個時間表，該時間表由時間段組成。它通常包含一個或多個信標（例如幾分鐘、幾小時，甚至長達幾天）。當時間到了，客戶端被喚醒，等待 AP 發送的觸發幀并交換數據，然后重新進入休眠狀態。AP 和終端設備會獨立協商特定時間，或者 AP 可以將終端進行分組，一次連接到多個設備。

Wi-Fi 6E 及其他

在 Wi-Fi 6 標準發布一年后，由于頻譜短缺，Wi-Fi 6e 應運而生，將現有技術擴展到 6GHz 頻段。Wi-Fi 6E 使用 WPA3 代替傳統的 WPA2 來增強安全性，但它仍然使用 802.11ax，因此它算作 WiFi 6 的附加增強功能，而不是下一代標準。

此外，Wi-Fi 的演進還包括幾個小眾項目。例如，毫米波 Wi-Fi (802.11ad/ay) 以極低的覆蓋范圍為代價，支持高達 275 Gbps 的標稱數據速率。大量用戶無線訪問的新興交互式應用和新服務，例如8K 流媒體、AR/VR、游戲、遠程辦公、工業物聯網、云計算等等，正在推動行業支持更高吞吐量的無線網絡。

WiFi 7 還有多遠？

Wi-Fi 7在Wi-Fi 6的基礎上引入了320MHz帶寬、4096-QAM、Multi-RU、多鏈路操作、增強MU-MIMO、多AP協作等技術，使得Wi-Fi 7相較于Wi-Fi 6將提供更高的數據傳輸速率和更低的時延。

• 由于國內暫未開放6G頻段給Wi-Fi使用，Wi-Fi 7特性未能完整發揮。目前Wi-Fi7實際生效的有以下幾項：
• 4096QAM：每個符號位傳輸 12bit 數據，相比Wi-Fi 6 提升20%
• 16x16MIMO：由8×8提升到16×16空間流，增強高并發能力
• 多鏈路傳輸：AP 和 客戶端之間同時建立多個鏈路進行數據通信，可以利用多條鏈路進行負載分擔，提升單用戶峰值吞吐量；利用多條鏈路進行多發選收，提高鏈路可靠性。
• Multi-RU：Wi-Fi 6 標準下同一周期單用戶只能分配到 1 個 RU ，必然有部分 RU 資源被閑置。Wi-Fi 7 突破了限制，允許單用戶同時占用多 RU，且不同大小的 RU 之間可以進行組合，使得業務延時降低25%。

• 前導碼打孔：支持把受干擾的20M信道打孔、屏蔽，然后剩余的140MHz信道繼續捆綁在一起傳輸信息，極大提高了信道利用率；Wi-Fi 6中的做法一般是將工作信道限制在20M內傳輸，剩余信道受阻。

常見的無線組網模式

自治AP（胖AP）

此類AP設備是最早進入無線網絡市場的類型，因其可以近乎“即插即用”的方式工作且無需額外的控制器，建網成本極低，非常適合例如家庭、小型商戶和辦公室等小型無線網場景，正如其名，每個自治AP都可獨立工作并且內置了基礎的網絡配置、流量控制、認證等功能的完整邏輯，所以每個 AP 都需要單獨手動配置。

瘦AP+ AC（無線AP控制器）

這種集中式方法涉及 2 個無線產品，包括 AP 和無線 AP 控制器 (AC)。AC在該解決方案中扮演著最重要的角色，AP 僅提供基本的無線電頻率，在物理層傳輸 802.11 數據包，并通過無線接入點控制和配置協議（CAPWAP）與控制器建立通信。

AC 可處理多種功能，例如訪問控制、AP 配置和監控、數據包轉發、漫游、安全控制。它的工作原理就像無線網絡的大腦一樣，允許在一個地方配置和管理整個無線網絡。這些使其適用于具有許多接入點的大型企業網絡。

⑴ AC部署模式

• 串聯模式：AC 串接進網絡，現在比較少見。
• 旁路模式：AC只管理AP，旁路連接到匯聚交換機，讓據包經由AC集中轉發再傳輸到上層網絡，適合在不改變現有網絡的情況下對無線網絡進行改造。

⑵ 數據轉發模式：直接轉發和隧道轉發

并不是所有的數據包都需要經過集中式AC的封裝和處理。某些情況下，數據包可以直接轉發到網絡的上層，但這僅適用于二層網絡。隧道轉發模式下，數據包被封裝在CAPWAP隧道中，然后由AC轉發到上層網絡。如下圖所示，CAPWAP隧道可能是控制數據隧道，也可能是業務數據隧道。

⑶ VLAN 規劃和 AC 備份

VLAN規劃主要包括兩個方面，一是劃分管理VLAN和業務VLAN，二是根據需要映射業務VLAN和SSID。由于是集中式部署，需要考慮冗余的設備、鏈路、交換策略，確保單點故障不影響整個系統功能，所以AP+AC架構中往往還需要多個AC互為備份。如果要為大量無線接入用戶實現AP漫游，這對網絡工程師來說可能是一個巨大的挑戰。

• 方案一：盡量在二層網絡中規劃漫游區域，但二層網絡越大，安全性越差。
• 方案二：建立連接兩個WAC的隧道，將漫游流量傳回原AC，但這會導致網絡配置復雜，流量繞行，影響漫游性能。

除了配置相對復雜之外，多家供應商都有自己的專有協議，并在自己的產品中不斷更改這些協議以改善通信。一般來說不同供應商的產品無法實現通信和交互。

無線Mesh網絡（WMN）

無線mesh網絡最初是為軍事應用而開發的，它是一種由無需連接到有線端口的無線電設備組成的架構。無線Mesh網絡中的每個設備都像路由器一樣工作，其中各個節點不僅可以增強信號，還可以計算網絡拓撲并進行 路由 ，將長距離數據傳輸劃分為多個短跳。當配置好主節點信息后，配置將?動同步給整個網絡中其他的節點。

Mesh組網在難以或無法布線的情況下特別有用，例如臨時的室內或室外區域、老舊歷史建筑內等。目前已有不少廠商提供了面向企業和家庭的Mesh網絡解決方案，不過一般來說無線 Mesh AP 不兼容多供應商。

在為較小的區域設計無線Mesh網絡時，我們可能只需要將一兩個Mesh AP連接到有線網絡，如果范圍擴大，我們仍然需要將多個Mesh AP 插入有線網絡以確保網絡可用性。部署Mesh AP 時，應綜合考慮數量、傳輸距離和電源位置，并且應將它們放置得更近以獲得更好的信號，因此往往需要更多的 AP 來覆蓋給定的區域，成本隨之上升（甚至會抵消其他方面節省的費用）。

值得注意的是該種組網方式最大的問題：帶寬損耗。因為無線mesh組網會占用一半的帶寬（還有無線傳輸本身的損耗），經過中繼后的AP的吞吐量一般會下降約50%。

新一代云化園區無線組網模式

分布式網關轉發

云網絡很早就開始采用分布式的網關架構，將網關部署到更靠近終端的接入/邊緣層。這種架構在轉發路徑、網絡[運維]、表項空間、安全性等方面都有著顯著的優勢，也為企業網絡的創新提供了一種很好的思路。

在這樣的 IP Fabric 中，分布式網關意味著所有子網都存在于每個接入交換機上，它們會自動同步整個網絡的端點 IP/MAC 和安全策略。這樣，每個接入交換機都得到充分利用，所有跨子網流量的轉發/漫游都由最近的交換機處理，而無需經過很長的路徑到達集中式 AC。

去CAPWAP的集中式轉發

這種新型WLAN的設計同樣基于云網絡技術，相比上文的“分布式網關”其最大的優勢在于無需改變現有的有線網絡架構，只需部署一臺可編程交換機接入核心交換機作為集中式網關，然后將舊AP替換為新AP即可完成無線網絡的升級。

每臺網關交換機擁有 3.2Tbps 吞吐量，輕松支持 10K+ 接入點 100K+ 無線終端。接入點通過 VXLAN 隧道與網關通信，接入點上運行多個 VTEP 以實現網絡隔離。此外，接入點可以是完全基于開源技術的白盒硬件，而且相對于CAPWAP，VXLAN 技術也更加開放和標準化。

至于慣常思路里的無線AC，在新一代云化園區的無線網絡中已經不存在了，取而代之的是使用云原生控制器（Cloud SDK ）來統一管理園區內的有線和無線網絡設備并下發配置——它既可以融合部署在網關交換機或其他本地設備上，也可以靈活部署在云端，從手機、電腦隨時隨地通過加密域名訪問。

無線接入點（AP）部署要點

影響AP覆蓋范圍的因素

• 無線電發射功率：室內AP不超過100mW/20dBm，室外AP不超過500mW/27dBm
• 天線增益：室內天線增益一般在3-5dBi，室外天線增益一般大于10dBi
• 部署環境：周圍環境是否有強電磁場、障礙物遮擋、同類型Wi-Fi干擾、相似類型無線干擾，金屬或者電子設備等干擾，相同信道頻譜干擾
• 天線和終端接收靈敏度：與終端設備有關

影響AP接入量的因素

芯片性能：同等無線速率下，如果是不同的芯片等級，能同時并發的用戶數也不一樣

射頻：

• 單射頻AP最大接入128/512
• 雙射頻AP最大接入256/1024
• 三射頻AP最大接入384/1536

用戶流量模型：不同的用戶流量也直接影響了能同時并發多少用戶。

比如辦公場景每人4M，推薦人數在30人；公共上網場景每人1M，推薦人數在60-100人

所需無線帶寬估算

估算帶寬時可以根據人數模糊概論（尤其適用高密場景），假如要求有1000人同時接入，實際使用時同時接入的人數在600人；接入的600人并非所有終端同時并發，算下來約會在200左右。

并發用戶數=估算接入人數 * 并發比率

根據用戶數與單用戶速率需求分析可以得到總帶寬需求：

總帶寬＝并發用戶數 * 單用戶速率

下表僅供參考（單用戶速率參考）

AP通用部署原則

• 盡量保證 AP 與終端之間可視無障礙物;
• 優先考慮 AP 面積覆蓋與間距合理，后考慮接入人數要求。
• AP 以正六邊形方式呈蜂窩狀部署(同樓層平面，上下樓層同樣）

AP的覆蓋部署

1. 盡量減少信號穿過障礙物數量，一般建議最多穿透單層墻體(典型120mm磚墻)設計，部分特殊場景(如石膏墻、玻璃墻體等) 可考慮穿過2層墻體
2. 240mm厚磚墻、混凝土墻體和金屬材質墻體不建議穿透覆蓋，如在不滿足約束條件時仍采用AP穿透覆蓋方案，則會導致穿墻后 弱信號和漫游不連續問題，針對此種情況，如需保障良好覆蓋和漫游，網絡規劃時需要基于客戶墻體結構新增部署AP點位
3. 重點區域、VIP區域盡量保證單獨部署AP以保障用戶體驗。
4. 路口或拐角單獨部署AP，保證信號覆蓋連續性(大于-65dBm )，相鄰AP可建立鄰居關系表，保障良好漫游體驗。
5. AP安裝位置遠離承重柱3米以上

幾條重要規則

1. 不要采取在走廊部署吸頂AP去覆蓋房間，除非拿設備驗證過。像學校宿舍這種場景，如果有運營收費更不能放走廊。
2. 任何場景 AP 間距不少于 8 米。同信道 AP 間距不少于 15 米。
3. AP 吸頂安裝時，需考慮吊頂材質，若為無機復合板、石膏板，衰減較小，可安裝于吊頂內，若為鋁制板，衰減較大，建議安裝在吸頂安裝于天花上，或用美化天線。
4. 空曠的空間工勘時，一定要考慮后期放什么東西。比如宿舍，前期是空的，但之后可能放了金屬桌子;空曠的倉庫，之后可能放了很多金屬貨架。這些都會導致信號覆蓋風險。
5. 部署前務必先去現場工勘測試。不要“看圖說話”。
6. 室外項目中，為了保證使用效果，需使用定向天線，少用全向天線。不確定的情況找當地客服咨詢。
7. 室外項目務必要求施工方做好防水防雷，否則容易造成故障。

審核編輯 黃宇