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几种WLAN覆盖方式优缺点对比
无线网络具有无须布线，用户接入方便，可以自由移动等优点。同时随着大量支持Wi-Fi手持设备的普及，WLAN技术正面临前所未有的发展机遇。目前无线覆盖一般采用胖AP部署方式、胖AP加天馈部署方式、瘦AP部署方式、瘦AP加天馈部署方式。虽然这几种方式目前都有用户案例，但射频效率差异很大。以下通过几种WLAN覆盖方式优缺点对比，为校园无线网络的合理部署提供参考与借鉴。


Q：胖AP部署方式有何特点？采用这种方式有哪些优缺点？


A：早期的WLAN 部署都采用胖AP 部署方式，即每个AP分别配置，独立工作，硬件投资和维护成本较低，通过合理地调整AP 的位置及所用信道，可以实现良好的无线信号覆盖，适用于覆盖范围较小、AP 数量不多的情况。由于胖AP 无法进行有效、统一与集中的控制和管理，频谱自动调节都需要手工完成，用户在不同的AP 间漫游时，时延较大，不适合实时的语音和数据通信，也不支持无线定位业务。因此以胖AP 为主、传统的WLAN 部署方式已经很少在较大项目中使用。


Q：什么是胖AP加天馈部署方式？


A：天馈系统是指天线向周围空间辐射电磁波，主要包括天线和馈线系统两大类。由于移动语音通讯为目前第一网络需求，运营商为提供优质的语音服务，纷纷在各建筑内进行手机信号覆盖，这种信号覆盖基本都采用天馈系统，也就是通常所说的“无线信号室内分布系统”，可同时支持GSM、TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA、WLAN五网。如果校方为了节省WLAN覆盖成本，就可借助运营商手机信号覆盖的天馈系统，即能获得良好的WLAN信号覆盖。


由于不同种类的馈线对不同频率电磁波的增益、阻抗与通带各不相同，因此此方案在设计之初只使用单频(只使用a、b/g的一种频率)覆盖，后期将无法再添加。为解决馈线上多频段之间的相互干扰和功放能力差异问题，还需引入更多的元器件，将大大增加硬件成本。由于技术上的限制，该系统一般配置1-2个AP，最多使用3个AP(802.11b/g的1、6、11信道)完成WLAN的覆盖。这种方式适用于AP不易安装、用户数较少、流量较低但又需要覆盖的区域。


Q：采用胖AP加天馈部署方式有哪些优缺点？


A：一般来说，每个天馈覆盖大楼的1-5个层面，使得在较大范围内部署的AP数量较少，减少了用户移动时在不同AP之间的切换。但由于单个AP覆盖的范围较广，一旦出现故障，将会有大面积的区域处于信号盲区，导致更多用户无法使用网络。另外，无线设备在出厂时附带的设备性能参数指标都是基于原厂的天线，因此采用天馈以后，无法在系统设计时详细计算覆盖的性能及参数，从而无法确定设备的转发性能与无线信号情况。


Q：在室内采用胖AP 加天馈部署方式会有哪些潜在的弊端?


A：在室内部署中，无线信号的多路径干扰问题相当突出，原装的天线在最初设计时一般都内置了分集功能，能够很好地解决多路径干扰问题。而天馈分布系统因不支持分集技术，客户接收到的信号强度虽然很大，但质量较差，整个系统也无法升级到支持MIMO 的802.11n 网络。


天馈系统由于采用单根馈线，不能形成三角形测量法，因此只能定位用户在哪个AP 上而无法实现精确定位。当有非法AP存在时，系统也无法检测到非法AP的物理位置。此外，天馈覆盖区一旦出现非法AP，则会导致严重的信道冲突和干扰，影响全网的无线质量。天馈系统中使用的分路器、耦合器、功放等设备还没有相关的统一标准，衰减特性各不相同，给购买和勘测带来了不确定性。天馈系统安装比较烦琐，需要铺设馈线及安装吸顶天线，维护和管理较麻烦，组成天馈系统的元件发生故障后，有多个故障点需要检测。如要部署a、b/g双频系统，需独立使用两套硬件设备铺设两套天线，费用更昂贵。随着馈线的延长，信号的强度也会相应衰减，尽管增加了功率放大器，但噪音也随之放大，客户端的SNR 并未有实质性改善。


天馈系统并非为每个帽形吸顶天线都配备一个功率放大器，一般几个帽形天线合用一个功率放大器，功率放大器放置在弱电间内，这就会产生如下的问题。A P下行的信号经过功率放大器后，客户端接收到的信号强度都相当好，但由于上行信号只有在AP 附近才被放大，移动客户端的发射上行信号的功率相对较小，经过分路以后，其他客户端已无法感知此客户端的上行信号载波，一旦有数据需要发送，就会造成冲突。室内天馈系统设计之初是为手机语音服务的，而手机语音采用TDMA 或CDMA 的复用方式，不存在信道争用，但WLAN存在信道争用。而在室内天馈系统中，CSMA/CA又不能高效发挥作用，特别当网络中存在802.11b的客户端时，客户端带宽争用更为严重，导致数据冲突率较高，网络吞吐量低下。


Q：什么是瘦AP部署方式？采用这种方式有哪些优缺点？


A：随着WLAN 技术的发展，出现了胖AP 覆盖方式的改进版本。每个AP 在无线控制器集中控制下工作，可进行统一配置管理，新增AP时无须任何配置管理(零配置)，方便扩展，可批量升级AP的软件版本及变更配置，支持基于Wi-Fi 的精确定位，因此这种AP 也称为瘦AP。瘦AP 部署方式适用于AP 大量部署的情况，能够实现良好的集中管理、集中控制、高容量多业务的接入，通过自动的射频资源管理，自动调整信道、功率等无线参数，实现自动优化的无线服务。由于用户的关联信息存放在控制器内，用户同控制器之间采用隧道传送数据，支持二、三层快速安全漫游，可实现三十毫秒以内切换时延，完全适合实时的应用，支持WPA2、AES 等企业级的网络安全。可使用网管软件进行统一资源管理、用户管理。


使用瘦AP时，虽然可以实现无线网络控制器自动分配射频信号资源，但覆盖那些不规则、用户过多的建筑时，仍需要手工分配相关射频资源，综合使用定向、全向、Yiga天线保证信号的全覆盖，以获得最好的网络性能。图1显示了一幢不规则实验大楼的覆盖。






图1 具有定向天线的覆盖范例


Q：采用瘦AP加天馈部署方式有何缺点？


A：瘦AP采用天馈覆盖方式部署时，除了具有胖AP加天馈方式部署的所有缺点外，还无法发挥无线统一网络管理的相关功能。例如功率控制、信道自动分配、用户定位、覆盖的热图管理等，因此已经很少在实际中使用。


通过对上述几种WLAN覆盖方式的分析对比可以看出，为了满足日益增长的无线网络应用需求，应该尽可能采用瘦AP的无线网络部署方式，在控制器及网管软件的协助下，手工调整AP 的位置及射频的分配，使WLAN获得最好的覆盖效果及优质的用户网络体验。


(作者单位为华东师范大学)