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高密度无线WI-FI覆盖方案

2016-09-11

从微信营销盛行后,我们经常接到手机工作室关于高密度无线WI-FI方案的咨询,高密度无线WI-FI覆盖是无线覆盖的一个难点,它除了要解决AP接入量的问题,还要解决AP间信号干拢的问题,结合我们做过的多个成功的案例,选取最具典型意义的3000人的一个高密度无线WI-FI覆盖案例,对方案进行一全面的解析:

客户需求情况及需求:

客户为福建莆田某医药集团的营销部门,受魏则西事件的影响,营销重点从原来的百度推广转为手机微营销。客户要一次性投放3000部手机建手机微营销工作室,由于客户房间的限制,一个房间至少放300台手机,有什么样的网络方案可以满足这种无线带机量,同时避免同频干扰,而且成本不要太高?

①在380平方的环境中,容纳3000台2.4G单频智能手机同时接入WIFI

②这3000台手机需要100%稳定接入,长时间依赖无线网络工作,相比娱乐环境,使用率要求更严苛。

③这批智能手机不支持5G频段,只能使用干扰最严重的2.4G频段。

④380平方可以被划分成多个隔断房间,每个房间至少运行300台手机。

我们面临的问题及挑战:

第一个挑战----2.4Ghz的现状

我们生活的周围,几乎所有发射电磁信号的设备都会产生无线干扰。这些设备包括无线路由、无绳电话、蓝牙设备、微波炉,甚至智能手表,而这些设备中,90%的无线设备工作都在2.4Ghz频段,如果把无线电通讯媒介想象成一条公路,跑在2.4Ghz上的汽车越多,每辆车的速度就会越慢,就越容易出现抢车道造成的剐蹭、堵车情况,真实反应就是信号显示正常,缺网速骤降,延迟丢包或直接断网。


上图是一个正常情况下的家用路由器测试数据,显示当前速率75Mbps


这是在四米范围内开启微波炉后的情况,速率马上下降至49Mbps

如果在同一空间中运行上千台大功率无线设备,干扰的问题会比上图严重的多。所以减少干扰是接下来整个项目的解决核心,我们也会一步步向大家解释不同做法产生的效果,一直到最终正常运行。

【解决思路】

① 选择符合高带机量的AP设备,在设计上先满足一个房间带300台手机的使用情况;

② 测试一个房间内的多个设备如何降低干扰;

③ 选择隔断材料,降低房间与房间之间的干扰。

解决方案: 

一、选择高带机量的AP设备

   很多刚接触WIFI工程的朋友都会有一个疑问,决定无线带机量多少的关键因素到底是什么?是设备的CPU主频、内存、还是速率? 我们认为它是一个各方面综合性优秀的结果。CPU主频和系统固件的优化是比较重要的因素,很多家用无线设备,可以展示很漂亮的参数,如802.11AC5G快三倍等,但离开家用环境进入公共场所使用,就会显得力不从心,因为家用芯片和企业级芯片有性能差距;家用路由的系统优化本身不考虑大并发的使用条件。

  一般情况相信大家都会选择支持双频的企业级AP,但是这个项目需求中的手机不支持5G,留下的选择空间只剩下单频、300Mbps速率、并支持高并发的无线设备。

  在我们代理的爱快已出过的无线设备的中,IK-S1比较符合带机量的要求,它的实测带机终端数字是71,无线速率是300Mbps,无线功率是27dBm.我们就先以它作为测试设备,进入实地去验证性能和干扰情况。(我们也选过其他品牌的AP做实验,如TP-LINK、 IP-COM、 H3C、腾达等相比爱快的稳定性、接入量和性价比更高一些)


二、测试一个房间内的多个设备如何降低干扰;

   在正式施工前,我们先找了一个18平方左右的小房间模拟真实使用环境,它是这样的:


首先需要验证的问题有:
一个AP在这种工作流量下可以带多少部手机?
一个类似大小的房间可以容纳多少部AP

如果知道了上面两个问题的答案,就可以推算出3000部手机需要部署多少个AP,每个房间放几个。

我们用IK-S1做为测试设备,每个AP发射出的SSID名称不同,反复测试发现,带机到50台左右可以稳定工作。


当带机超过60台,打开网页会延迟比较明显,从稳定性方面考虑,我们取50台作为单个AP在这种场景下的最大带机量。


那么在这个19平方的环境内,应该安装几个AP

  我们刚才测试了一个AP可以正常接入50部手机,每一个金属展架也刚好放置50部手机,一个19平方的环境内,最多可以存放8个这样的金属展架,等于需要运行8个大功率无线AP,为了测试,我们从最高预设的目标开始,一个房间8AP400部手机,但当8AP开启之后,我们马上就遇到了严重的干扰问题,内网PING值出现了严重的掉包现象,隔离信道也无济于事,每关闭一台AP,干扰影响就会少一些,最终测试放置5APPING值没有在掉包,但延迟依然存在。

  这个测试给了我们一个指导方向,在狭小空间内运行多个AP,降低它们的无线发射功率可以缓解干扰产生的影响。

  大多数工程类无线AP都具备调整无线功率的功能,但是可调整的上限与下限都无法突破本身硬件设计方案的大小,即使软件上已经调整到最小,硬件的功率放大器芯片和天线增益也比普通家用路由的信号要强。(也就是大家平时说的穿墙能力)。

  可是家用路由虽然功率低干扰小,但是带机量达不到要求,于是我们想到了吸波材料和电磁屏蔽材料。

吸波材料是一种可以吸收电磁波的材料,我们日常使用的公交卡、电视、手机上都包含这种材料保障电子元件的正常运转,这些材料的价格也从几十元一平到几千元一平不等,考虑成本,我们选择了锡箔纸和铜网纸来测试, 锡箔纸是一种可以导电的金属,它们对无线电磁波有一定的反射作用。


我们把手机包裹在锡箔纸中,放入之前手机的无线信号是满格,打开屏幕录像软件,放入之后无线信号显示一格信号,直至自动断开。


顺着这个方向,我们用三层锡箔纸把无线AP也包裹起来,无线半径从原来的35米马上降低到5米,走到稍远一些位置,WIFI会自动断开,也搜索不到这个AP的信号了。我们认为找到了降低功率的办法,但是在后面几天的带机测试中,被包裹住的AP信号非常不稳定,网络时连时断,再更换了铜网、纤维胶布等其他材料后,发现都无法提供稳定的无线信号,这个测试以失败而告终。

   我们回过头开始摸索从硬件上降低功率的方法,雷速体育APP工程师接下来从爱快的硬件着手,从更换天线、调整射频到更换芯片,最终测试出接近使用目标的无线效果:2米之内,带机量不变,2米以外,没有信号。

手机距离0.5米的位置:

手机距离2米的位置:

我们把修改过的设备投入到实地环境测试,通过几天的测试,得到了19平方运行6AP,带机300台的稳定使用结果。

房间内的测试就结束了。

 

三 、选择隔断材料,降低房间与房间之间的干扰。

  我们按照上面的测试结果,规划一个房间不超过300台手机6AP,300台手机就需要10个房间,60台AP,我们画了三张图来表示它们之间的关系。

图一:这是一个金属支架,上面放了50AP

金属支架中安装了一个无线AP

图二、这是一个房间,里面放置了6个金属支架:

图三、这是一个楼层的部分平面图

整体楼层工作室部分被划分成10个房间


为了隔绝房间与房间之间的干扰,我们建议业主在选择隔断材料的时候,使用双层铝面板中间是泡沫的建筑材料,装修后效果如下:

每个房间一条外网线,工作室部分使用10G10网关,60台J10 8口POE交换机:


使用效果如下: