一個沒有經(jīng)過仔細設(shè)計、部署和維護的WLAN網(wǎng)絡(luò)，其整體性能將會大打折扣，因此發(fā)現(xiàn)和解決干擾一直是伴隨WLAN發(fā)展的任務(wù)之一。
WLAN抗干擾分析
今天，WLAN已經(jīng)不再僅僅是最初的一種簡便的網(wǎng)絡(luò)接入方式，企業(yè)的許多重要應(yīng)用，諸如語音、視頻、定位等服務(wù)都逐漸部署到無線網(wǎng)絡(luò)上。即便是普通的網(wǎng)絡(luò)訪問，用戶也是希望帶寬越高越好。隨著應(yīng)用的增加，無線干擾問題對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量影響日顯突出
一、 無線干擾的分類和來源
無線干擾按照類型可劃分為WLAN干擾和非WLAN干擾。WLAN干擾是指干擾源發(fā)送的RF信號也符合802.11標(biāo)準(zhǔn)，除此之外都是非WLAN干擾。對WLAN干擾，可進一步按照頻率范圍分為同頻干擾和鄰頻干擾。按照來源劃分，可分為WLAN網(wǎng)絡(luò)自身的互干擾和網(wǎng)絡(luò)外的干擾
1. WLAN網(wǎng)絡(luò)自身的同頻干擾
同頻干擾是指兩個工作在相同頻率上的WLAN設(shè)備之間的相互干擾。WLAN工作ISM（Industry, Science and Medicine）頻段，包括2.4G和5G兩個頻段。對某些國家或地區(qū)來說，僅有2.4G頻段可用。在2.4G頻段上，互不干擾的頻段十分有限，通常只有1、6、11信道（如圖1所示）。
因此，對一個大的WLAN網(wǎng)絡(luò)來說，尤其是高密度部署的網(wǎng)絡(luò)，同一信道常常需要被不同AP使用。而這些AP之間存在著重復(fù)區(qū)域時，就存在互相干擾問題。圖2是一幅學(xué)生公寓的AP部署信道排列圖，由于墻壁隔離度差，不僅同一層樓的同信道AP之間可見，上下樓層之間的同信道AP也存在互相干擾的情況。
同頻AP之間如果可見，以802.11為基礎(chǔ)的WLAN，空口是所有設(shè)備的公共傳輸媒介，兩個AP之間將根據(jù)CSMA/CA原則，進行互相退避，這勢必會大大降低性能，兩個AP的總性能將不會超過一個信道的性能。
如果同頻AP之間不可見但覆蓋區(qū)域有交集，則對處于交集區(qū)域的Client而言可能會形成隱藏節(jié)點或暴露節(jié)點問題（如圖3所示）。
隱藏節(jié)點和暴露節(jié)點會產(chǎn)生兩個方面的問題，其一是報文發(fā)送時需要退避或不斷重傳；其二是由于報文重傳時會降低報文發(fā)送的物理速率，導(dǎo)致同一AP的影響范圍擴大，也使得報文發(fā)送占用更多的空口時長，沖突幾率加大，引起更多的重傳。
2.鄰頻干擾
根據(jù)802.11標(biāo)準(zhǔn)，RF信號發(fā)送時其頻譜寬度有一定的要求。以2.4G為例，信號的頻譜掩碼如圖4所示：
其發(fā)射頻寬為22MHz，在距離中心頻率11MHz之外時，要求衰減超過30dB。對任何WLAN發(fā)射機來說，在發(fā)射頻寬之外，信號也不可能馬上降低為0，而是逐漸衰減。如果兩個中心頻率不同的WLAN設(shè)備之間的發(fā)射頻寬有重疊的部分，就會產(chǎn)生相互影響，形成了鄰頻干擾。即使對不重疊的相鄰信道（如2.4G的1、6 信道，11a的161、162信道），如果兩個設(shè)備之間距離過近且發(fā)送功率比較大，也會產(chǎn)生影響。
對一個WLAN網(wǎng)絡(luò)來說，鄰頻干擾包括自身的鄰頻干擾和來自鄰居網(wǎng)絡(luò)的鄰頻干擾。WLAN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)首先避免自身的鄰頻干擾，所有設(shè)備建議部署在不重疊的信道上，并且設(shè)備之間避免過近。對5G來說，相鄰設(shè)備最好部署為不相鄰的信道，完全避免相鄰信道之間可能產(chǎn)生的干擾。
3.來自WLAN網(wǎng)絡(luò)外部的干擾
來自WLAN網(wǎng)絡(luò)外部的干擾也分為WLAN干擾和非WLAN干擾。WLAN干擾主要包括Rogue設(shè)備、鄰居WLAN網(wǎng)絡(luò)、Ad hoc網(wǎng)絡(luò)等。WLAN工作在ISM頻段，除了WLAN設(shè)備外，還有許多非WLAN設(shè)備也工作在該頻段，如微波爐、無繩電話、藍牙設(shè)備、無線攝像機、戶外微波鏈路、無線游戲控制器、Zigbee、WiMax等等。非WLAN干擾源會干擾WLAN信號，導(dǎo)致WLAN信號無法被正確接收。還有一些非ISM頻段上的設(shè)備會在ISM頻段上產(chǎn)生射頻信號泄露，當(dāng)臨近距離很近的情況下，會對WLAN設(shè)備形成干擾。如3G基站，當(dāng)和WLAN共存于一個機架，或者共用室內(nèi)饋路系統(tǒng)時。
總的來說，一個WLAN網(wǎng)絡(luò)，影響它的干擾源可以從以下幾個方面來考慮：
網(wǎng)絡(luò)自身的干擾
自身的同頻干擾
自身的鄰頻干擾
來自外部的干擾
二、無線干擾的檢測
大型的WLAN網(wǎng)絡(luò)一般采用瘦AP架構(gòu)。對無線干擾的檢測和消減既可以利用提供接入服務(wù)的AP來掃描，也可以通過專門的設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)來進行，甚至還可以配合專門的手持RF設(shè)備來進行干擾定位。后兩者屬于頻譜分析的范圍。手持RF設(shè)備的定位，一般適用于小的網(wǎng)絡(luò)或小范圍的精確定位。而大的網(wǎng)絡(luò)，一般需要部署專門的網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)控。這種專門的網(wǎng)絡(luò)，其設(shè)備一般是處于Monitor狀態(tài)的AP，或者是專門的Sensor。這些設(shè)備會將從空口監(jiān)控到的數(shù)據(jù)發(fā)給服務(wù)器，進行分析、保存和處理。
專門的檢測網(wǎng)絡(luò)和提供接入的網(wǎng)絡(luò)之間有兩種協(xié)作方式，其一是相互獨立方式，即檢測網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備和接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備是由不同控制器管理的，二者無任何交互；另一種是集成方式，即檢測網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備和接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備是由相同的控制器管理的，檢測網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器也能處理來自接入網(wǎng)絡(luò)的AP的監(jiān)控數(shù)據(jù)。集成方式的網(wǎng)絡(luò)相比較獨立方式的網(wǎng)絡(luò)來說，具有能夠統(tǒng)一管理、充分利用接入網(wǎng)絡(luò)的資源、檢測和定位方便等特點。
無線干擾的檢測實際就是持續(xù)地監(jiān)視空口信號。當(dāng)空口信號能量超過一定值后，就進行FFT變換，并進一步輸出給WLAN接收機和各種識別器（Classifier），前者判斷干擾是否為WLAN信號，并進一步分析MAC信息，后者判斷非WLAN干擾源的類型（如圖5所示）。
三、無線干擾的避免和消減
對無線干擾的避免和消減，目前有以下5種措施：
網(wǎng)絡(luò)部署勘測和優(yōu)化。即在部署網(wǎng)絡(luò)時需要勘測部署環(huán)境、各種阻擋物的衰減系數(shù)、規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用服務(wù)、規(guī)劃AP覆蓋范圍、選擇AP安裝位置、選擇合適的發(fā)射天線等。沒有良好的網(wǎng)絡(luò)部署，很難達到最佳的網(wǎng)絡(luò)性能。
RRM（射頻資源管理）。即對整個網(wǎng)絡(luò)中的各個AP進行功率優(yōu)化和信道優(yōu)化；
頻譜分析；
信道復(fù)用；
頻譜導(dǎo)航；即將雙頻用戶盡量引導(dǎo)到5G頻段上，降低2.4G上的負荷。5G上的非WLAN設(shè)備要相對少得多，信道數(shù)量多，能夠獲得非常好的性能。
1.RRM
RRM是WLAN網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源管理模塊，負責(zé)空口噪聲、網(wǎng)絡(luò)外的WLAN干擾、空口利用率，以及AP和Client的流量交互等信息的監(jiān)控和分析，并根據(jù)這些信息動態(tài)調(diào)整AP的信道，選擇最佳信道進行傳輸。信道調(diào)整必須進行整網(wǎng)考慮，并需要考慮對Client的影響最小。如圖6所示，要覆蓋的目標(biāo)辦公區(qū)外有兩個其他網(wǎng)絡(luò)的AP，分別工作在信道11和信道6上，則RRM能夠根據(jù)空口掃描結(jié)果，將和它們臨近的AP自動調(diào)整到其他非干擾信道上。
另一方面，RRM能夠監(jiān)控本網(wǎng)絡(luò)中各個AP的鄰居信息、Client的RF信息等，并根據(jù)這些信息動態(tài)調(diào)整每個AP的發(fā)送功率。當(dāng)發(fā)現(xiàn)覆蓋黑洞時，將加大發(fā)射功率；當(dāng)發(fā)現(xiàn)同信道的鄰居AP的信號強度高于一定程度時，將降低發(fā)送功率，從而降低相互干擾（如圖7所示）。
2.頻譜分析
頻譜分析能夠及時、全面地檢測出來自周圍環(huán)境的非WLAN干擾。當(dāng)頻譜分析檢測到新的干擾時，將會發(fā)出告警，并顯示干擾的類型、干擾的信道、干擾強度、占空比等信息，并可以進一步定位干擾所在位置，便于及時排除。頻譜分析還能監(jiān)控整個網(wǎng)絡(luò)的空口性能的情況，并適時發(fā)出告警。
頻譜分析和RRM結(jié)合，能夠使得整個網(wǎng)絡(luò)在無需人工介入的情況下，及時規(guī)避干擾信道，從而保證網(wǎng)絡(luò)的可用性。
3.信道復(fù)用
在高密度部署的環(huán)境中，如寬敞的會議大廳、學(xué)生宿舍、圖書館等，AP部署密度比較高，常會導(dǎo)致同信道的AP之間可見，相互干擾嚴(yán)重。利用信道復(fù)用技術(shù)，可以進一步降低AP的覆蓋范圍，從而消彌相互干擾，提高信道重用程度。
信道復(fù)用實際上是提高AP的CCA門限并降低接收靈敏度。CCA，即信道空閑評估，是指WLAN芯片在向空口發(fā)射信號前需要評估信道是否為空閑。若為空閑，則在執(zhí)行完沖突退避算法后就可以發(fā)送報文；若為忙，則需等待。接收靈敏度是指要求到達WLAN接收機的RF信號強度不能低于一定值，才能被正確接收。實際上，當(dāng)RF信號強度低于接收靈敏度時，WLAN芯片將不啟動接收動作。
當(dāng)接收靈敏度降低時，將會縮小AP的覆蓋范圍，但同時能夠忽略同信道的鄰居AP信號，從而不影響各自范圍內(nèi)的接收。當(dāng)提高CCA門限時，即使同信道的鄰居AP在發(fā)送信號，只要信號強度不超過CCA門限，AP仍能夠發(fā)送自己的信號。此時只要該信號到達Client處能夠滿足SNR（信噪比）要求，仍能被Client正確接收。
四、 其他無線干擾避免和消減措施
上述幾種技術(shù)給WLAN網(wǎng)絡(luò)性能能夠帶來非常大的性能改善，業(yè)界普遍都實現(xiàn)了這些技術(shù)特性。除了上述方法外，H3C公司還創(chuàng)新地實現(xiàn)了下述技術(shù)特點。這些技術(shù)特點從802.11報文傳輸或WLAN整網(wǎng)協(xié)調(diào)等細節(jié)上進一步完善整個網(wǎng)絡(luò)，降低相互干擾，對提高WLAN網(wǎng)絡(luò)性能也有很好的效果。這些技術(shù)特點包括：
報文發(fā)送速率調(diào)整；
逐包功率控制；
智能負載均衡技術(shù)；
報文發(fā)送速率調(diào)整就是動態(tài)計算每個報文發(fā)送速率。H3C AP能夠針對每個Client每次發(fā)送報文或重傳報文時，都會考慮Client的信號強度、歷史發(fā)送信息等，動態(tài)計算當(dāng)前報文合適的發(fā)送速率。當(dāng)發(fā)送失敗時，可以根據(jù)不同環(huán)境采用不同的速率調(diào)整算法。例如，高密度部署環(huán)境下，當(dāng)采用高速率導(dǎo)致報文發(fā)送失敗時，不會采用非常低的速率來重發(fā)報文。這是由于高密度環(huán)境下，報文發(fā)送失敗一般是由報文沖突引起的，采用非常低的發(fā)送報文時，只會導(dǎo)致發(fā)送報文的空口時長變長，影響的范圍更大，從而導(dǎo)致更大可能的沖突，引起其他AP也進一步降低發(fā)送速率，使得整個網(wǎng)絡(luò)處于低性能狀態(tài)。而只采用高速率重傳，即使多次發(fā)送不成功，也可以利用上層的重傳機制，最終不影響上層應(yīng)用的可用性。
逐包功率控制和RRM動態(tài)調(diào)整AP功率的目的一樣，在于減少同頻AP之間的干擾。H3C AP在發(fā)送每個報文時，都會根據(jù)Client的RF狀態(tài)調(diào)整當(dāng)前報文的發(fā)送功率。逐包功率控制能夠最大程度減小信號發(fā)送影響的范圍，還能同時保證AP的覆蓋范圍。
智能負載均衡技術(shù)不同于簡單的負載均衡技術(shù)，無線控制器會根據(jù)Client的位置進行判斷，只有處于兩個AP重疊區(qū)域的Client才啟動均衡，讓其Client接入到負載輕的AP上。智能負載均衡能夠減輕單個AP的負荷，從而降低這個AP下各個Client的沖突比例。
因用戶所使用網(wǎng)卡的差異（或者所處位置等其他差異），同一AP下各用戶的表現(xiàn)往往也有差異，常會出現(xiàn)個別用戶的速率非常低的情況。如果某AP下存在一個高速率用戶，一個低速率用戶，則由于兩個人搶到的空口機會差不多相等，導(dǎo)致高速率每次快速發(fā)完自己的數(shù)據(jù)后都要等待低速用戶慢騰騰地發(fā)完它的數(shù)據(jù)。所以高速率用戶的性能受到了低速率用戶的很大制約。因此通過抑制低速率用戶占用的空口時間，降低其對空口的影響，從而提高整個網(wǎng)絡(luò)的吞吐性能。
五、結(jié)束語
隨著WLAN網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，其應(yīng)用也越來越廣泛和重要。WLAN干擾的檢測和定位已經(jīng)能夠集中監(jiān)控和管理，RF管理不再是只有專業(yè)人士才能解決的范疇，一般的網(wǎng)絡(luò)管理人員也能輕松完成。未來隨著WLAN傳輸制式的發(fā)展和其他硬件技術(shù)的完善，WLAN干擾將會有更多的克服方法，用戶也會獲得更完美的 WLAN體驗。
