Wi-Fi 無線頻道使用率優化

Wi-Fi 無線頻道使用率優化

根據上篇文章《2.4GHz頻道自動選擇(1,6,11 or 1-11)與頻道使用率 – JN的電腦網路日常

講到在2.4GHz環境之下,Aruba使用自動選擇頻道並且全開放,是更能夠比只用1,6,11更少干擾。

不過若是高密度環境或是SSID數量眾多之下,由於無線是單工傳輸模式,此時空氣就像一條有進行人流管制的橋樑,傳輸就會更多機會等待,造成服務品質下降。

橋面寬度如頻道寬度,在2.4GHz基本是使用20MHz,5GHz主流為80MHz,此外,5GHz可使用的頻道數也比2.4GHz更多,因此,通常會推薦想要高速使用網路就要使用5GHz頻道。(當然現在6GHz是更好更優秀的)

不過2.4GHz還是會使用,因為2.4GHz兼容性更好以及IoT設備可能只支援單頻2.4GHz。

倘若無線頻道使用率過高,倘若什麼都不做就已經高達50%以上,此時會嚴重影響無線體驗。
(要能看到無線頻道使用率,AP通常就要商用或是企業級別。)

就需要進行優化,降低無線頻道使用率,提高無線服務品質。

概述

無線傳輸於空氣中,由於單工特性,流量就像要經過一條有進行交通管制的橋,一次只能通行一個方向,確認橋上淨空時,才會開放下次通行。

無線與有線不同,無線速率會依照訊號強度、調變方案(俗稱WiFi世代)、頻寬、空間多工決定,因此,不同無線使用者、AP的無線速率都不同。有線則是所有流量都固定速率。

速率不同,會造成慢的拖累整體無線服務品質表現,就像國道內線龜速車會卡住後面的快車。

而一秒鐘無線傳輸次數是固定的,這意味著只有整體使用者有更高的速率,才能達到最好的無線服務品質。

因此在優化上,頻道使用率要下降,首先要提高整體速率,或是減少不必要的流量。

優化核心概念(提高整體速率、減少不必要的流量)

  • 提高整體速率 => Basic Rate
  • 提高整體速率 => Beacon Rate
  • 提高整體速率 => 無線頻寬盡量大 (如80MHz)
  • 提高整體速率 => 盡可能使用支援最新WiFi規格的裝置
  • 減少不必要的流量 => 減少SSID使用數目
  • 減少不必要的流量 => 勾選優化多播與廣播,尤其是在使用者數量多時(>100)。
  • 減少不必要的流量 => 無線可用頻道盡量多,避免重疊
  • 減少不必要的流量 => 適當的訊號強度,避免訊號過強
  • 減少不必要的流量 => 減少Beacon所帶資訊 (如AP Name、Country Code、支援802.11r等)
  • 減少不必要的流量 => 適當調長Beacon Internal

背景頻道使用率在30%以上,無線品質會開始惡化,導致實測速度與連結速率差距幅度增加。
因此閒置(背景)淨空頻道,才能保持好的無線體驗。

調整會影響實際使用,甚至不同調整會互相影響,而且每個場域的需求與狀況不同,因此建議針對現場狀況去分析,並制訂調整策略。這部分若使用Aruba Central,可以透過AI Insight去瞭解基本方向。

無線網路平時的流量

WIFI基本知识整理-深圳市極致匯儀科技有限公司_ 無線網路測試儀_ 矢量網絡分析儀

為了讓裝置能夠偵測到無線網路,AP會發送關於該SSID的管理幀,如 Beacon Frame,裝置收到後可以判斷其訊號強弱,名稱等。

因此,SSID數目眾多,AP發送管理幀的數量也會更多。

即便無任何裝置連線,管理幀依舊會持續發放,確保附近範圍的裝置能偵測到該無線網路。

Basic Rate 與 Beacon Rate

Beacon Frame 會使用 Beacon Rate 傳輸,然而 Beacon Rate 通常是 Basic Rate 支援的最低速率。

所以,AP在廣播SSID訊息時,基本會用最低速率,如果是2.4GHz,會是1Mpbs。如果是5GHz,則會是6Mbps。

在每秒傳輸次數是固定的前提下,光是要讓附近裝置知道SSID,2.4GHz使用率會是5GHz的6倍,這也是為什麼在預設設定之下,5GHz會沒有如2.4GHz那麼高的頻道使用率主因。

其他無線幀流量則使用Basic Rate傳輸,而 Basic Rate 是可變的,通常取決於最低速的使用者,所有都能支援24Mbps以上的話,Basic Rate就會使用24Mbps;倘若此時出現一個支援6Mbps使用者,Basic Rate就會使用6Mbps。

如果Basic Rate最低支援12Mbps,但是無線使用者依據環境只能使用6Mbps速率呢?那麼該User就無法使用該無線網路(BSSID),會去尋找其周圍能用的無線。

要調整 Basic Rate 或是 Beacon Rate 通常也是需要商用或是企業級的無線設備才能支援。

眾多SSID與高密度部署的雙重影響

由於眾多SSID會導致背景流量增加,高密度部署更容易出現同頻訊號干擾,兩者可以雙重疊加,直接讓無線網路服務品質急速惡化。

減少SSID數目可以避免低速管理幀等造成的「倍數」使用率影響。

高密度部署則需要降低無線發射功率,雖然會造成裝置看到的訊號變弱,但是能減少頻道使用率,尤其是Receive方向的使用率。

頻道使用率高於一定程度,會惡化無線服務品質,這能透過測速呈現。

要瞭解需要一點功夫,但為了讓人能快速找到調整方向,可以遵循建議去調整。

7 signal網站的調整建議

https://www.7signal.com/news/blog/controlling-beacons-boosts-wi-fi-performance

  • Limit the number of SSIDs preferably to three or less, with a maximum of five (減少SSID數量)
  • Disable the lowest rates, use 12-24 Mbit/s for beaconing (Beacon Rate調整12Mbps或以上)
  • Never hide SSIDs when DFS channels are used (不要使用Hide SSID在DFS啟用)
  • Do not hide SSIDs, instead consider using non-descriptive SSID names (不要隱藏SSID)
  • Increase beacon interval to 300ms, but do your client study first (增加Beacon間隔)
  • Turn off 802.11b support completely (關閉802.11b支援)
  • Locate possible unnecessary –b only devices (printers etc.) and turn the radio off (關掉只支援802.11b裝置)

在未經過調整的極端環境

將SSID使用至上限16個。(對應十六進位的MAC)

在無使用者的環場中,已經使Tx時間基本就佔35%。

調整 Basic Rate 與 Beacon Rate 後的環境

這邊將2.4GHz的最低 Basic Rate 與 Beacon Rate 調整為 12Mbps。

由於 1Mbps => 12Mbps ,因此可預期Tx時間會下降成原來的1/12,也就是3%左右。

調整後,Tx使用率也確實大幅度下降。

兩種環境的測試結果

在未經過調整的極端環境 ⇒ 上傳35Mbps、下載27Mbps

調整 Basic Rate 與 Beacon Rate 12Mbps後的環境 ⇒ 上傳64.5Mbps、下載49Mbps

結論

無線頻道優化的大方向,是用最快速率,讓流量傳出,盡可能保持淨空狀態,好以應付不定時的流量。

除了讓終端裝置的Wi-Fi升級,也可以去調整SSID的Basic Rate,確保無線幀能用更高的速率傳送。

降低SSID數目,可以避免無線幀在背景值以倍數增長,也可以減少終端裝置的掃描壓力。

適當的訊號強度,避免鄰近干擾,也會影響漫遊表現。

此外,在使用者數目增加時,過濾或是轉換廣播或是多播封包,可以增加無線表現,而廣播或是多播封包會以Basic Rate傳輸。Aruba可以開啟過濾功能,確保ARP、DHCP等廣播或多播流量能正常運作,同時避免此類封包傳遞到不必要的無線使用者上,降低無線頻道使用率。