802.11n：三思而后行——采用802.11n的主要考虑事项

无线局域网领域正在转变
随着802.11n的到来，无线局域网（WLAN）领域正在发生根本性的转变，而这场转变正如无线局域网的诞生一样引人瞩目。802.11n最终标准的极高数据速率为实现全无线企业网络奠定了坚实的基础。丰富的多媒体应用将无缝部署于网络内的各个节点，其卓越性能远远超过此前的802.11a/b/g技术。
但问题仍然存在，“如何规划高性能的802.11n网络？”虽然802.11n的优势得到了WLAN设备厂商的持续重视，也在业界引起了大规模的讨论，但至今仍没有人能够解释清楚802.11n网络规划是如何发挥作用的，或者更重要的是，它会在什么情况下发生故障！“怎样才能从彻底清除式802.11n部署实施项目中获益？”“为了将现有网络迁移至802.11n平台，如果我只是淘汰并替换接入点（AP），结果会怎样？”“怎样才能更好地完成分阶段迁移至802.11n的工作？”本文将解释解决这些问题所必须具备的802.11n的基本知识，并帮助您选择适合您所在组织的最佳策略。
802.11n会对网络规划中的“3C”产生怎样的影响
网络规划应注意三个方面的因素：背景（Context）、覆盖（Coverage）与容量（Capacity），合称网络规划中的“3C”。802.11n标准的技术进步使这三种因素都受到了影响。就背景而言，网络规划者必须考虑新的40MHz信道干扰以及与特定现场复杂情况相关的多输入多输出（MIMO）技术对信道规划和接入点设置的影响。就覆盖范围而言，设计者应了解802.11n与传统系统在覆盖上的区别，并根据网络需求对覆盖要求做出正确定义。最后，802.11n标准的数据传输速度和MAC层效率都得到了提高，因此网络容量也会增加；但是，只有对网络客户分布进行正确的规划才能使增加的容量得到充分利用。
背景
部署无线局域网的背景环境非常重要。邻近的接入点或利用同一频带进行传播的其他无线发射器都可能会对网络造成干扰。这种形式的无线拥塞将导致数据包丢失、网络速度变慢以及网络容量减少。除了传统的同频和近频干扰，802.11n5GHz频带部署还应考虑来自雷达系统的潜在干扰。背景环境还包括与现场结构有关的无线局域网环境，这种环境将对802.11n的MIMO技术性能产生极大的影响。
干扰与信道规划
与传统802.11a/b/g使用的20MHz频带相比，802.11n的40MHz信道的数据速度提高了两倍以上，是高性能无线网络的必备技术。不过，信道规模的增加也意味着潜在干扰的增加以及信息规划的频谱范围缩小。
在美国，如果在2.4GHz频带使用40MHz信道，则只有一个非重叠的20MHz信道可用，导致2.4GHz频道的邻近信道干扰机率增加。由于仅有三个非重叠信道可用，对2.4GHz信道进行规划已经非常困难，因此不推荐利用802.11n的2.4GHz部署使用40MHz信道。
幸运的是，5GHz频带将802.11n用户从严格的2.4GHz频带限制中解放了出来。在美国，如果接入点完全兼容动态频率选择（DFS）（下一节将详细介绍DFS），5GHz频带便允许使用11个非重叠40MHz信道。5GHz频带的大量非重叠40MHz信道使802.11n部署能够充分利用其性能优势，因此我们推荐高性能WLAN网络使用这种部署策略。见表3列出的802.11n信道重叠。
雷达规避对5GHz频带信道规划的影响（DFS）
如上文所述，为使5GHz频带上非重叠40MHz信道数量达到最大化，接入点必须完全兼容DFS。根据FCC（美国联邦通信委员会）规则和规定第15节的定义（47CFR§15），这就意味着如果设备检测到附近雷达系统的带内干扰，则所有在该频带内的传输活动必须立即停止达三十分钟，并转至其他非干扰信道。显然，这一联邦规定要求接入点信道进行动态变化，这必然会对5GHz信道规划产生影响。
虽然将DFS包括在5GHz802.11n部署项目之内可能会产生一些问题，不过DFS频带（5.25-5.35GHz以及5.47-5.725GHz）的最佳规划与非DFS频带规划相比变化不大。部署流程的第一步是进行现场调查，以确定部署环境中是否存在雷达干扰。其次应制定网络信道计划，以避免使用已经探测到DFS的信道。最后，由于DFS标准要求运营信道在遭到干扰的情况下进行动态改变，所以应提供探测到雷达干扰的情况后使用的空信道。根据经验，在非DFS频带内最好提供至少一个空闲信道。
MIMO的特定场景相关效应
MIMO本质上具有特定场景相关（site-specific）特点
在传统系统中，传输信号的反射与衍射（称为多路）造成的干扰被看作干扰系统性能的主要因素之一，为了解决这个问题，人们在系统设计中加入大量衰耗余量（fademargins），以期在多路干扰比较严重的区域提高信号质量。与传统系统相反的是，在MIMO系统中，多路竟然可以作为提高系统性能的基石！利用复信号处理，MIMO系统能够同时发送多个数据流。这就意味着仅根据接收信号强度（RSSI）已经无法有效地预测系统性能。考虑到MIMO系统与特点场景相关的特点，摩托罗拉强烈建议用户针对802.11n网络采用与特定场景相关的规划与管理工具。
MIMO在密集办公（denseoffice）与长廊（longhallway）环境下的性能对比
MIMO在什么样的环境下才能发挥最佳性能？用专业术语来描述，多路丰富环境（multipathrichenvironments）是取得最佳MIMO性能的理想环境。在多路丰富环境下，接收到的信号被平均分配到从发射器到接收器之间的多个不同路径中。个体路径的差异数量是多路丰富程度的基本度量标准。为了更好地理解这个概念，摩托罗拉建议考虑两种常见的部署场景，即一座综合性办公大楼和一条又长又直的走廊。
在办公大楼中，接入点通常集中部署于规划的覆盖区域。带有接入点的房间通常被其他房间所包围，彼此通过比较短的回廊相连。在一般情况下，这种环境充满了干扰信号通路的阻碍（一般为墙壁），而且，除了安装接入点的房间之外，其他区域很少有或基本没有视距（LOS）接收路径。这种环境的复杂性产生了许多不同的信号发射路径，因此MIMO系统的性能将得到较好发挥，堪称理想的MIMO部署场景。
在长直走廊的场景中，接收信号的主要路径大多为视距（LOS）路径，多路主要来自信息沿走廊墙壁的反射。网络设计者可以预见，在这种环境下，MIMO系统的性能将显著下降，因为接入点和接收器之间的距离沿走廊不断延长。这种场景中的多路构成都极为相似，因此不属于多路丰富环境，其MIMO性能增益（如果仍然存在）也要逊于综合性办公场景。此时可利用传统硬件，在走廊中增加一个接入点，以扩大视距的覆盖范围；不过，这样做会削弱802.11n的性能，因此不推荐使用这种部署场景。
传统网络与802.11n网络的覆盖变化

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                                                                      表1：802.11n网络较之802.11a/b/g网络在覆盖范围上的改进
覆盖
对于传统的802.11a/b/g系统与新型802.11n部署之间的覆盖差异，目前仍存在许多认识上的误区。为了正确评估802.11a/b/g和802.11n硬件在覆盖上的差异，必须对覆盖（coverage）这个术语有明确的定义。本文对“覆盖”的定义是“在特定地点以指定的最小传统速率所进行的通信(Communicationataspecified minimum transmit data rate at a given location)”。“范围”（Range）一词的定义是“在指定地点以支持的最小接入点传输速率进行的通信”(Communication at the minimum supported transmit data rate for an AP at a given location)。下文讨论了802.11n覆盖的实质差异，并在表1中作了总结。
从根本上说，802.11n无线通信仍受与802.11a/b/g标准相同的功率输出方面的政府规定（有效等向辐射功率，即EIRP）限制。这就意味着，如果进行对等比较，802.11n接入点发射的信号并不比传统硬件发射的信号传输得更远。虽然范围并未扩展，但802.11n实施仍可利用802.11n接入点增加的天线分极来扩大增益（diversitygains）。这样，接入点就能接收到微弱的信号并有效扩大“可见”覆盖范围，从而减少隐藏节点问题。
802.11n接入点发射信号与传统接入点发射信号的传输范围相同，因此给定RSSI的数据传输速率会成为造成802.11n和传统网络覆盖差异的关键因素。传输数据速率代表个体数据包的无线传输速度。谈到802.11n和传统网络的覆盖差异，应该注意的是802.11n在54Mpbs传输速率下的覆盖区域大于802.11a/g在54Mbps传输速率下的覆盖区域。注意到这一差别，再考虑到802.11n的范围并无实质性改进，可以基本概括出802.11n与802.11a/b/g在覆盖上的真正区别。特别要注意的是，数据传输速率越高，覆盖改进程度越大；传输速率越低，改进程度越小。此外，还应注意到，使用40MHz信道将进一步增加802.11n接入点在高数据速率下的覆盖区域，但仍不会增加802.11n设备的传输范围。
容量
由于802.11n标准的数据传输速率增加，因此802.11n接入点的容量可能大于传统接入点。但是，这种改进只有在11n客户连接至11n接入点、且位于802.11n标准的数据传输速率覆盖区域之内时才能够实现。由于网络中的传统客户有可能使总体系统性能下降，因此客户分布规划就成为实现高性能802.11n部署的关键因素。
混合网络
802.11n完全向后兼容802.11a/b/g网络及设备，这是802.11n最重要的特性之一。利用这个特性，用户能够将现有的无线网络顺利迁移至802.11n平台，但这也意味着当传统设备在网络中发射信号时，802.11n网络必须牺牲部分性能。表2列出了客户分布及其对网络性能的影响。
为减少传统客户对高性能802.11n网络的影响，必须注意到802.11n能够在2.4GHz和5GHz频带下工作的特点。由于802.11a网络使用率不高，因此5GHz频带长期以来较为空闲，可以用作新802.11n标准的理想环境。由于5GHz频带仅有少量802.11a用户，在此空间内可以较为轻松地实现“仅限n”的部署环境，且无需担心网络性能因传统客户的存在而削弱。因此我们推荐在5GHz频带部署“仅限802.11n”的高性能无线局域网。
各种客户分布情况下的802.11n网络性能

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                                                                                          表2：802.11n网络在各种客户分布情况下的相对流量性能
11n中使用20或40MHz信道带宽的非重叠信道数量

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                                                                                                                           表3：802.11n信道重叠
有线网络的目标更新
由于802.11n标准的数据速率大幅提高，无线网络有可能首次在性能上普遍超越100-BaseT网络。其结果是需要对有线网络基础设施进行适当的更新，以便在需要的情况下为吉比特以太网与802.11n接入点之间的回程连接提供支持。如果良好规划的无线网络能够实现100Mbps以上的数据速率，先进的网状网技术能够减少对无线网络的整体需求，就无需为支持吉比特以太网而对有线网络进行昂贵且毫无必要的整体升级。
11n网络迁移建议
前文主要集中论述了802.11n基本技术与网络规划中的“3C”（背景、覆盖与容量）的关系。现在我们将讨论从传统网络迁移至802.11n的三种策略，这三种策略都兼顾了“3C”原则，即Clean-Slate（彻底清除）、Rip-and-Replace（淘汰并取代）以及PhasedMigration（分阶段迁移）。
彻底清除式设计
彻底清除式网络迁移首先要移除所有已有的网络基础设施，再依照网络性能最大化的前提将新网络基础设施部署于指定地点。尽管802.11n网络的彻底清除部署成本较高，但它能够利用无线网络的优势，从头开始规划网络，充分发挥802.11n独特的质量优势。彻底清除设计是802.11n优化部署的典型，因此首先讨论这种策略。
802.11n客户和高带宽应用使用5GHz频带，可最小化网络中传统客户的负面影响。5GHz“仅限n”客户隔离策略因其出色表现而获得大量专业人士的好评。由于双频带802.11n接入点可同时支持2.4GHz和5GHz频带，同时保护“仅限n”的客户隔离，因此这种方法可用于各类迁移策略。假定大多数传统客户都在2.4GHz频带下工作，则在5GHz频带内可顺利使用40MHz信道。此外，由于802.11n客户进入了2.4GHz频带，该频带的11n客户容量大于传统客户容量，因此不会为11n网络带来很大的问题。不过，因于11n客户和传统客户共存，因此2.4GHz频带中的11n客户性能将低于5GHz频带。
此外，802.11n网络中的接入点设置还应考虑多路对MIMO系统性能的影响。接入点放置的位置应既能够最大化至接收器的NLOS（非视距）路径数量，又能够将信号路径损失降至最低。要达到这个目的，设计者应根据网络部署的环境进行设计决策。例如，如果部署网络的建筑拥有会使信号显著减弱的厚重墙壁，那么，尽管走廊部署方式对实现MIMO系统性能不利，也应将接入点部署在走廊内，因为信号不能通过非视距路径传播很远，MIMO系统也就不能有效地利用非视距链接提供的丰富多路。考虑到MIMO连接设计的复杂性，建议在部署接入点时使用网络规划与模拟工具，以减少部署所需要的计算时间。
最后，彻底清除802.11n设计能够打造出高度优化的网络，实现最大化的性能和最小化的硬件成本。除客户分布规划与接入点部署外，还应考虑无线网络的有线回程线路更新，不过并非所有802.11n部署与迁移都涉及到这个问题。从规划的角度来看，彻底清除的迁移模式可能成本最高，但这种模式也最有可能构建强大而可靠的网络，不仅能够满足当前的网络需求，还能够在未来根据需求的改变进行相应升级。

淘汰与替换迁移
淘汰与替换迁移解决方案是在现有的接入点和新的802.11n接入点之间进行一对一的替换。802.11n圈内经常就淘汰与替换迁移策略进行广泛讨论。这种策略的优势在于无需在简单的新旧替换之外增加额外的布线或安装成本。然而，淘汰与替换迁移的简单性也是一把双刃剑，因为将802.11n客户隔离至5GHz频带，可能无法为部分传统系统提供足够的覆盖。此外，传统网络设计可能与最大化MIMO系统性能的最优设计相冲突。
在802.11n网络中隔离5GHz频带所生产的问题是，为最大化2.4GHz覆盖而设计的现有网络的节点可能相距过远，无法满足5GHz部署的覆盖要求。在传输范围内将接入点覆盖区域最大化的网络设计在802.11b/g部署中非常常见。因此，进行5GHz隔离的淘汰与替换迁移方案可能一直存在这一问题，因为在同样的传输功能下，5GHz频带的信号传输距离要小于2.4GHz频带。由于第一轮802.11n硬件的范围较之原有的5GHz接入点的范围并无改进，因此，以2.4GHz最大范围为基础设计的网络就有可能在5GHz 802.11n网络中出现多个覆盖空洞。
如上文所述，MIMO系统能够在多路丰富环境下实现最大化性能。在淘汰与替换迁移（迁移自现有的802.11a/b/g网络）方案中，很可能会遇见如下情况，即多个接入点都处于能够最大化覆盖区域的走廊位置，因为这是传统网络部署中广为接受的最佳方式。对这种“长廊”接入点模式采用淘汰与替换迁移方案将减少802.11n迁移的性能获益。
此外，上文提及的问题均假设网络的性能要求与其初始部署要求相当。但是现实中的多数情况是，网络的性能要求与初始部署要求相比有所增加，在这种情况下淘汰与替换策略可能就无法实现，因为此时即使是802.11n网络也需要增加接入点密度。与此相反，现有的高性能802.11a/b/g网络则可以利用较少的接入点迁移至802.11n网络，因为802.11n在较高的数据速率下覆盖率会有所提高。
最后要强调一点，与淘汰和替换策略相关的问题表明，任何无线网络变更都应提前做好规划。即使是简单如一对一设备替换的变更工作，设计者也应审慎规划，评估网络性能要求与硬件容量，制定正确的网络计划。
分阶段迁移
分阶段迁移的主要目标在于，利用802.11n接入点补充现有的802.11a/b/g网络，从而在无需承担全网络迁移成本的前提下满足现有网络需要。如果企业的部分设施已经采用了11n客户端，或特定地点需要进行大型文件传输等高带宽应用，则可进行分阶段迁移。
确定现有网络不能满足当前需求的原因是所有网络迁移工作的第一步。这一步对于分阶段迁移而言尤为重要，因为分阶段迁移的主要目标就在于满足现有网络特定部分的要求。在这个初始阶段，网络迁移的主要任务在于收集需求，此时可充分利用综合网络管理系统的功能。
确定性能要求后，如果现有的传统客户网络已经在最高容量之下工作，那么只是用802.11n接入点替换现有的接入点显然不能满足系统的容量要求，因为迁移到802.11n网络的传统客户仍然在传统速度下运行。如上文所述，如果部分网络已经采用了802.11n客户端且满足了容量要求，那么在传统接入点和802.11n硬件之间进行一对一的替换不失为一种审慎的短期良策。否则，摩托罗拉仍建议在容量受限的网络内增加802.11n接入点。这些新的接入点应通过明智的功率规划在接入点覆盖区域上获得优先权，因为分阶段迁移的最终目标在于，使802.11n网络成为唯一的网络，。
如果不能通过淘汰与替换网络子集的方式满足网络要求，那么我们建议将新的802.11n接入点部署于独立于现有传统接入点的位置。这样做可能需要对现有的接入点设置进行小规模的调整，不过这种做法将使分阶段迁移实现802.11n硬件MIMO系统性能最大化，并简化最终阶段混合网络的信道规划工作。
使用LANPlanner定义网络要求
上左：原始网络；上右：彻底清除（clean-slate）
下左：淘汰与替换（Ris-and-replace）；下右：分阶段迁移（PhasedMigration）

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摩托罗拉LANPlanner如何协助用户进行802.11n规划？
本文讨论了802.11n规划所遭遇的种种障碍，可见正确规划802.11n网络是一项艰巨的任务，如果不利用特定场地相关的网络建模技术，这项工作将变得异常困难。摩托罗拉为网络规划者提供的协助工具——LANPlanner11.0，无论是应对规划项目涉及彻底清除设计、淘汰与替代网络迁移，或是为分阶段迁移要求收集进行的简单的部署前调查，都能够满足802.11n的网络要求。
特定场地的性能预测
802.11a/b/g规划向来是一项计算密集型的繁重任务。802.11n涉及额外的非直观性多路因素，提升了特定场地建模的重要性。如前文所述，802.11n的性能会根据接入点所处的环境而变化。LANPlanner11.0为802.11n规划提供支持，并且能够在数据传输速率计算中考虑到特定场地相关效应。在规划新的802.11n部署或迁移802.11a/b/g网络以支持802.11n网络时，这些预测功能是不可或缺的。摩托罗拉建议部署802.11n网络的公司在制定更新决策之前，利用LANPlanner对其部署计划进行模拟。
“传统－11n”迁移向导
大量业界讨论证明，首轮802.11n部署最可能的情况是迁移现有的802.11a/b/g网络，使其支持802.11n。在这种情况下，LANPlanner11.0将提供网络迁移向导（NetworkMigrationWizard）帮助用户实现这一目标。以用户定义的迁移限制为基础（包括感兴趣区域、客户分布以及迁移策略等），LANPlanner将提供推荐的基础部署策略，以满足各种环境的特定需求。网络规划者能够轻松输入对网络的性能需求，再模拟多种迁移场景，以有效确定网络的最佳迁移路径及相关的成本。
802.11a/b/g与802.11n的对比
利用LANPlanner11.0，802.11n性能改进任务将不再是一堆复杂的电子表格或冰冷的数字。规划802.11n网络时，用户可以清楚地在特定场地相关热图（heatmap）中看到802.11n部署所取得的性能改进；再辅之以LANPlanner出色的自动报表功能，802.11n迁移的优势就能够轻松有效地传达给用户。
802.11n实现的调查功能
考虑到40MHz信道的相关问题、DFS对5GHz频道的兼容性以及客户分布对网络性能的影响等，预部署调查对802.11n实施的重要意义显然要大于其对于802.11a/b/g网络的意义。鉴于此，LANPlanner调查工具――摩托罗拉SiteScanner通过广泛使用的、行业标准的802.11nWLAN卡为802.11n调查提供本地支持。
除预部署调查外，这一功能还可帮助客户在网络部署完成后验证802.11n接入点的性能。由于MIMO的系统特性要求从接入点进行客户连接与数据传输，因此摩托罗拉对SiteScanner的接入点性能模式进行了改进，以满足这些新的要求。
性能预测的自动调整
一直以来，LANPlanner都为用户提供了强大的LANPlanner网络规划模式优化工具。从SiteScanner测量调查收集来的性能数据可用来形成802.11n性能预测的反馈闭环。通过优化，用户可以实现对802.11n接入点模式的最准确预测。

LANPlanner—802.11n解决方案的组成部分
LANPlanner是摩托罗拉802.11n整体解决方案的组成部分。该解决方案还包括摩托罗拉的AP-7131802.11n接入点以及RFS6000和RFS700可用于802.11n的WLAN交换机