智简园区WLAN SmartRadio技术白皮书.docx

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智简园区WLANSmartRadio技术白皮书

华为智简园区WLANSmartRadio

技术白皮书

摘要

随着时代的进步与科技的发展，接入无线网络的终端数量呈爆发式增长，高密接入场景变得越发普遍，无线频谱资源竞争加剧、高密并发接入困难、快速漫游效果不佳等问题也变得越来越突出，直接影响用户网络应用体验。

SmartRadio是一套全面而高效的解决方案，通过一系列创新技术针对Wi-Fi全系列应用场景做了深度优化，特别是在高密、快速漫游、混合多业务等场景下可以明显提升Wi-Fi网络资源利用效率，为用户提供最佳网络体验。

1概述

1.1产生背景

随着时代的进步与科技的发展，接入无线网络的终端数量呈爆发式增长，高密接入场景变得越发普遍，无线频谱资源竞争加剧、高密并发接入困难、快速漫游效果不佳等问题也变得越来越突出，直接影响用户网络应用体验。

1.2技术实现

SmartRadio是一套全面而高效的解决方案，通过一系列创新技术针对Wi-Fi全系列应用场景做了深度优化，特别是在高密、快速漫游、混合多业务等场景下可以明显提升Wi-Fi网络资源利用效率，为用户提供最佳网络体验。

SmartRadio技术包含如下关键特性：

DFA（DynamicFrequencyAssignment，动态信道调整）、智能负载均衡、动态EDCA（EnhancedDistributedChannelAccess，增强的分布式信道访问）技术、公平调度技术。

1.3客户价值

1、简化网规、运维工作

SmartRadio的DFA特性可以满足客户降低运维成本的需求。

在WLAN网络中，AP数量众多，在高密场景更甚。

AP数量越多，网规、运维时需要投入越多的人力，另外若需要添加新的AP至网络或有个别AP无法正常工作（例如断电）时，又需要新的网规人力投入。

SmartRadio技术可以简化网规工作，减少了Wi-Fi网络同频干扰，同时降低后期运维投入成本。

2、提升系统容量和用户体验

由于WI-FI空口采用的是基于竞争的多址接入方式，在同一个射频下接入的用户数越多，竞争开销越大，体现在空口吞吐率也会越低，用户体验也会越差。

利用SmartRadio的负载均衡特性，可以帮助将网络中的用户尽可能均匀的分布在不同的AP下。

对于单个用户，接在用户数相对更少的AP下自然能够得到更大的吞吐率，用户体验自然越好。

而对于整个网络，用户尽可能均匀分布在不同的AP下，自然也能够获得更大系统容量。

开启公平调度功能保证了高速率用户和低速率用户有相同的传输时间，提升了高速率用户的体验，实现AP更高的系统吞吐率。

3、提升5G的频谱利用率

当前2.4G频段存在诸多弊端：

1）信道拥挤。

大量的非Wi-Fi设备如微波炉、蓝牙终端等工作在2.4G频段上，这些设备带来的系统外的干扰一直影响着Wi-Fi系统的性能。

2）频谱资源有限。

2.4G只有83.5MHz的频率资源，频率资源少意味着频率复用更加紧密，系统内的干扰更大。

而与之相对应的5G频段不仅干扰源少，而且频率资源也非常丰富。

不幸的是很多支持2.4G和5G的双频终端，默认先在2.4G频段上接入WI-FI网络。

这样现网中的很多双频终端会接入拥挤不堪的2.4G，而放着干扰少、频率资源丰富的5G频段不用。

SmartRadio的频谱导航特性可以在5G不过载的前提下，引导终端从5G接入，提升5G的频谱利用率。

2方案原理

华为WLANSmartRadio技术主要包含以下几个组成部分：

DFA、负载均衡、动态EDCA、空口公平调度。

下面针对这几部分的原理进行分析。

2.1DFA

DFA不是一个单独使用的特性，该特性需要与TPC、DCA一起完成整网的频段、信道和功率自动调整，合力将无线环境优化到最佳。

∙TPC全称为TransmitPowerControl、发射功率调整，其作用就是在整个无线网络的运行过程中，根据实时的无线环境情况动态地分配合理的功率。

最终目标是选择一个合适的发送功率，既能满足本AP的覆盖范围要求，又不会对邻居AP形成较大的干扰。

∙DCA全称为DynamicChannelAssignment、动态信道调整，其调整对象为信道，具体是通过同一射频内的信道调整，可以保证每AP能够分配到最优的信道，尽可能地减少和避免相邻或相同信道的干扰，保证网络的可靠传输。

∙DFA的调整对象是射频，其作用是将冗余的2.4G射频关闭或调整monitor或调整为5G。

下面就从不同阶段介绍DFA特性的作用，也涵盖了TPC和DCA的使用。

2.1.1网络建设阶段DFA

射频自动规划空口资源

图2-1网络建设阶段DFA流程图

·在冗余射频识别前，10min内完善邻居信息

现网中AP通过收集邻居AP发出的beacon和探测帧，来完善邻居信息表。

邻居信息表中记录了邻居AP对本AP射频构成的干扰程度。

如果某一邻居AP的射频干扰超过门限，则对该邻居AP的射频做标记。

·在冗余射频识别前，经过2次TPC做功率调整。

在用户执行开局命令前，每AP射频的最低发射功率都由网规给出。

此最低功率可保证终端的性能保持在最高值。

TPC功率调整算法，是记录邻居AP信息后，对干扰大的邻居AP射频降功率，功率不能降低至最低门限。

TPC功率调整是循序渐进的、伴随着邻居AP信息的再判断，如此两次后，便达到了信道规划下的最佳功率。

·在迭代二中识别冗余射频并进行DFA与TPC，将冗余射频关闭或切换。

冗余射频即功率调整后，依然对周围AP造成干扰的射频。

此时就需要根据AP的能力做出DFA调整了，调整的结果为将2.4G射频关闭或切换。

支持双频切换的AP，则将2.4G切换为5G；不支持双频切换的AP，则将2.4G切换为monitor模式或关闭射频，使其不发包。

·2.4G冗余射频经过DFA调整后，再经过第三、四轮迭代对整网的射频进行信道优化。

2.1.2网络运行新增AP场景

与前文所述过程类似，AP收集邻居信息，进行DFA&TPC算法调整，该阶段加入了DCA

算法，目的是调整整网5G射频的信道。

图2-2网络新增加APDFA流程

·扫描，新增AP构建2.4G射频的邻居信息。

若AP为2.4G+5G则进行冗余射频判定；若AP为5G+5G，则不需要进行。

构建2.4G拓扑不需要关注已完成网络规划AP中切换到5G的射频。

·调整整网的5G射频。

冗余射频调整完后，继续进行5G射频的信道、功率优化。

2.1.3网络运行AP异常场景DFA

AP异常下线，信号补盲。

以下图为例，AP3出现了异常，导致信号消失。

图2-3补盲场景DFA流程

·将AP3邻居中的前TOP4射频切回2.4G频段。

选择原则：

优先选择monitor/shutdown射频；优先选择无终端或终端数量少的射频。

·扫描，重新构建2.4G射频的邻居信息。

·调整整网的5G射频。

2.1.4云AP调优

云AP和传统AC调优的核心算法逻辑是一致的，都是通过AP探测、收集周围邻居射频、干扰信息，然后上报调优计算引擎，计算引擎计算完毕后，将各AP分配的信道、功率下发给对应的AP。

和传统AC不同的是，传统网络的调优计算引擎是部署在AC上，云网络的调优计算引擎是部署在LeaderAP上。

LeaderAP的选举

云AP本质是胖AP，各自独立的，但WLAN一些业务如调优需要集中处理，又没有AC的角色，为兼顾可靠性、性能，又需要本地计算，所以需要一个类似AC的全局控制角色。

LeaderAP，就是在一组AP里面选举一个能力比较强的AP作为LeaderAP，负责整个组的全局的业务功能。

LeaderAP负责的业务：

调优、负载均衡、WIDS黑名单防御等。

Leader选举后，其他AP都会和LeaderAP建链capwap链路，以便发送调优、负载均衡的消息。

LeaderAP的竞选规则

LeaderAP是云AP自选举过程，当前不受控制器控制、干涉，也无法查看。

AP选举报文是私有的2层广播报文，因此各AP要在同一个2层域内，且端口不能配置隔离。

云AP间相互发送广播的2层报文（EthType=0xfffd），携带自身的相关能力，通过如下竞选规则选举（优先级从高到低）。

·管理规格更大的设备优先选举为Leader。

·优选硬件能力强的云AP作为Leader。

·优选启动时间长/系统启动时间早的云AP作为Leader。

·Mac地址最小的优先选举为Leader。

LeaderAP没有实时备份，当LeaderAP异常时，SlaveAP会重新发起建链过程。

当已选举好的网络中增加一台优先级更高的AP（规格、性能高），会重新触发LeaderAP选举；SlaveAP会和老LeaderAP断链、和新LeaderAP建链，老LeaderAP没有管理的Slave时，也会和新LeaderAP建链。

云AP调优的过程

图2-4云AP的调优实现

∙控制器上配置调优配置，调优可以分为三种，控制器会将调优的配置、参数下发到AP。

✓手动模式：

用户手动点击触发调优。

✓自动模式：

根据设置的调优间隔进行周期性的调优。

✓定时模式：

按指定的时间点周期性的调优。

∙AP上根据配置模式执行相应的调优探测，切换信道扫描周边邻居信息（扫描持续

15分钟）。

∙AP在探测期间，每10s会上报Leader探测到的数据。

∙LeaderAP会每5分钟计算一次调优结果，共计算3次以达到算法收敛的效果。

∙LeaderAP最终将调优结果下发到组内的各个AP，包括计算好的信道、功率。

2.2负载均衡

负载均衡是一个大的概念，华为的负载均衡特性包含两个具体的特性：

频谱导航和AP

间负载均衡。

频谱导航在同一个AP的不同频段（2.4G&5G）的射频上实现。

在终端初始接入时，双频AP根据接收到的终端probe记录终端支持频段的能力，再根据双频之间的负载情况，帮助终端在本AP上负载轻的射频接入。

AP间负载均衡在同一个频段的不同AP射频间实现。

在终端接入AP时，AC根据负载均衡算法限制新关联用户从负载均衡组中的负荷重的AP接入，帮助终端从负载均衡组中负载轻的AP接入。

2.2.1频谱导航

下文将分两个阶段来介绍该功能，分别为终端能力收集、引导终端关联5G优先。

终端能力收集

AP通过收到的终端Proberequest来判断终端致支持的频段能力。

终端一般存在3种能力：

2.4Gonly，5Gonly和支持双频。

实际上现在市面上支持5G终端一般都会支持2.4G，也就说5Gonly的终端很少。

当AP从2.4G收到Probe请求时，如果在连续的一段时间内只能收到2.4G的Probe请求，则认为该终端只支持2.4G频段；否则认为该终端是双频终端。

相同的逻辑也用于5G上的判断。

引导终端关联5G

1、确定终端优先关联5G的前提