WLAN雙頻組網性能測試研究與分析

江 敏，陳文婷，賀利娜

(重慶電子工程職業學院通信技術教研室，重慶 401331)

無線局域網 (Wireless Local Area Network，WLAN)［1］以其低成本、高帶寬、終端普及率高、熱點覆蓋快速簡單、充分利用承載網資源等得天獨厚的優點，已經成為2G/3G移動網絡補充的必然。對新技術應用與產業發展而言，作為資源先行的頻率規劃尤為重要。在這方面，WLAN規劃了3個頻段［2］:1)2400～2483.5 GHz ISM頻段。該頻段目前廣泛應用為短距離藍牙、室內WLAN及無繩電話等無線自動數據采集識別等無執照業務。2)5725～5850 MHz的5.8 GHz ISM頻段。該頻段最近幾年引起重視，進入產品研發領域，可以作為點對點或點對多點高速無線局域網、藍牙技術設備等使用頻段。3)5 GHz頻段W(R)LAN，共計455 MHz。為WLAN的各類應用，尤其是高速率W(R)LAN的應用提供頻率補充資源。

WLAN的出現雖然在一定程度上解決了用戶對移動寬帶的渴求，但是容量和干擾等因素在校園覆蓋場景下，日益成為WLAN發展的瓶頸，嚴重影響了客戶對移動寬帶的業務體驗。如何減輕干擾，提高網絡性能［3］，增加系統用戶的容量，日益成為運營者所思考的問題。相對2.4 GHz的公共無線頻段，5.8 GHz的頻段更具優勢，高帶寬、低干擾所帶來的優越業務體驗已經得寬帶運營的重視和青睞。本文旨在研究各種雙頻組網場景下WLAN 802.11n設備性能，為雙頻組網即(2.4 GHz和5.8 GHz混合組網)的研究與實現提供數據支持，掌握802.11n新技術特點對網絡規劃的影響，指導工程建設中根據不同場景、不同的頻率及帶寬情況合理布放AP，為實際網絡建設積累經驗。

1 組網原理

隨著各類終端的日漸普及，無線接入網絡逐漸越來越龐大，已經發展成覆蓋大面積區域為用戶提供隨時隨地無線接入。全國多個省市運營商結合自己的實際情況和建設經驗，推出了大規模可運營的解決方案并組建了相應的網絡。運營系統［4］主要由用戶站設備，多個無線AP，多個AC和局端后臺管理設備、認證計費中心等組成。具體組網原理示意圖［5］如圖1所示。

圖1 雙頻試點原理組網示意圖

1)用戶站點設備:PCMCIA/PCI/USB。

2)接入點設備:無線AP作為用戶站的接入設備，在特點地區合理布放AP，達到合理的規劃，降低投資。

3)接入控制器AC:可以有效地控制用戶的接入，實現用戶的認證，并且為每個用戶提供安全的數據接入通道。

4)局端后臺管理設備、認證計費中心:無線用戶的管理，系統的見空，并對用戶進行人證和計費。

2 測試流程及方案設計

WLAN的網絡已經成型［6］，但是由于2.4 GHz頻段干擾較大，WLAN網絡用戶容量一直是其發展的瓶頸。伴隨著5.8 GHz的推廣和應用，解決現行網絡用戶容量問題，獲得雙頻組網的第一手數據，首要任務是進行數據測試。測試的具體工作流程［5］:在測試之前，必須明確本次測試的需求，實地考察，現場選點，再制定詳細的測試方案，方案評審通過后，到現場進行逐一內容的測試，最后匯總測試數據，總結并攥寫測試報告。在整個環節中，測試內容和測試方法的設計尤其重要，必須從多角度反映數據的有效性。在設計的時候，以用戶容量和下載速度為主要考核指標來進行性能比較，具體設計內容和方法如表1所示。

3 數據分析及驗證

為研究雙頻組網可行性，本文的所有原始數據均直接來自校園運行的WLAN設備測試，數據真實可靠。測試現場，采用直放吊頂方式安裝AP，AP采用W812nAP設備。具體結果如下文所述。

3.1 802.11n對802.11g容量的提升測試結果分析

802.11 n對802.11g容量的提升測試數據如圖2所示。在測試過程中，2.4 GHz單頻g Only模式下，用戶數12時，還能基本保證業務的正常下載，但隨著用戶數的進一步攀升，達到14時，下載速度快速下降，已經不能滿足業務要求。當開啟AP的g/n混合工作模式，用戶數增加到16甚至是19時，下載速度仍然較高，此時還可以繼續支持用戶的接入。這說明802.11n模式的開啟對AP容量有較為顯著的提升，但是隨著用戶數的進一步加大，單頻g/n模式下用戶數達到26用戶時，下載速度已經開始下降，達到802.11n模式的極限用戶容量。

圖2 802.11n對802.11g容量的提升測試(截圖)

通過測試對比802.11g、802.11n的用戶容量，驗證得出802.11n模式的啟用，對AP容量有著極大的提升作用，且在高用戶量情況下，仍能保證業務順利進行，其可靠性和正確性得到充分的驗證。

3.2 2.4 GHz和5.8 GHz頻段信號強度與下載速率測試結果分析

2.4 GHz和5.8 GHz頻段信號強度與下載速率測試結果如圖3所示。在相同場強覆蓋下，5.8 GHz頻段的下載速度普遍要優于2.4 GHz頻段。根據802.11無線信道分配采用CSMA/CA方式，在現場存在干擾情況下，會極大影響實際的業務速率。由于2.4 GHz頻段作為公眾開放頻段，其無線環境干擾嚴重，因此業務受影響較大。相比之下，5.8 GHz頻段純凈，干擾較少，業務優勢突出。在5.8 GHz與2.4 GHz場強基本一致的情況下，5.8 GHz頻段要優于2.4 GHz頻段，其可靠性和正確性得到充分的驗證。

3.3 雙頻混合模式下下載對比測試

圖3 2.4 GHz和5.8 GHz信號強度與下載速率比較(截圖)

雙頻混合模式下下載對比測試下載場強對比數據如圖4所示。在設置目標用戶數20的時候，分別測試到2.4 GHz的下載速度為64.9 kbyte/s，5.8 GHz的下載速度為88 kbyte/s。在高業務量情況下，5.8 GHz頻段憑借低干擾、高帶寬的優點，在下載速度上得到體現，其明顯優于2.4 GHz頻段。同樣為20用戶壓力測試下，且5.8 GHz場強均比2.4 GHz弱30 dB，但5.8 GHz的下載速度均值遠高于2.4 GHz的下載速度。

圖4 測試場強對比圖(截圖)

3.4 單頻及雙頻情況下用戶容量測試分析

單頻及雙頻情況下用戶容量測試數據比較結果如圖5所示。在單頻18用戶情況下，2.4 GHz下載速度均值兩者相差不太大，性能都很優越。但需要注意的是5.8 GHz頻段的場強比2.4 GHz頻段要低10 dB以上，這更驗證了5.8 GHz頻段低干擾、高帶寬的優勢。即便在場強較的情況下，下載速度仍然可以優于2.4 GHz頻段。在雙頻模式下，當用戶數達到26時，2.4 GHz用戶下載均值呈現明顯下降趨勢，而5.8 GHz用戶下載均值卻微微有所增加。隨著用戶數進一步增加到38臺終端同時下載，雙頻下用戶下載速度也仍然保持在有效范圍以上，完全能夠滿足用戶業務要求。雙頻模式對AP容量的提升巨大，其可靠性和正確性得到充分的驗證。

圖5 兩種混合組網性能比較

4 小結

802.11 n模式對傳統的802.11g模式在用戶容量上有極大的提升，而隨著5.8 GHz的開啟，用戶容量可以得到更大的提升。在整個體驗測試過程中，2.4 GHz和5.8 GHz各項指標相比，5.8 GHz在用戶體驗上更具有優勢。盡管2.4 GHz在各項成功率方面與5.8 GHz保持一致，全為100%，但時延明顯比5.8 GHz要長，而且在業務下載和頁面加載測試中，5.8 GHz也更優于2.4 GHz頻段，尤其在雙頻混合模式下，對AP容量的提升巨大。但是測試數據顯示，在雙頻混合模式下，當用戶數達到38時，已經呈現下載速度明顯下降趨勢，這說明了即使開啟雙頻模式，也無法達到單AP容量的2倍，與理論值的1.7～1.8倍較為吻合。

［1］高峰，高澤華，文柳.無線城市電信級WiFi網絡建設與運營［M］.北京:人民郵電出版社，2011.

［2］闕鋆淑，謝葳，黃幫明.高校WLAN優化方案研究［J］.電視技術，2012，36(5):70-72.

［3］盛敏，李建東，史淡.IEEE802.11無線局域網絡性能分析［J］.電子學報，2004(12):148-152.

［4］張喜云.寬帶接入網技術［M］.西安:西安電子科技大學出版社，2009.

［5］陳文婷.WLAN網絡后續演進探討［J］.企業文化，2012(5):127-128.

［6］呂迪波，王瓊.基于混合WLAN網絡的吞吐量特性研究［J］.電視技術，2008，32(12):65-67.