华为无线网络射频资源管理
本帖最后由 小乔 于 2021-9-27 15:03 编辑射频资源管理简介
介绍射频资源管理的定义和目的。
定义
WLAN技术是以射频信号（例如频率为2.4GHz或5GHz的无线电磁波）作为传输介质的，无线电磁波在空气中的传播会因为周围环境影响而导致无线信号衰减等现象，进而影响无线用户上网的服务质量。射频资源管理能够自动检查周边无线环境、动态调整信道和发射功率等射频资源、智能均衡用户接入，从而调整无线信号覆盖范围，降低射频信号干扰，使无线网络能够快速适应无线环境变化。
目的
通过配置射频资源管理，可以动态调整射频资源以适应无线信号环境的变化，确保用户接入无线网络的服务质量，保持最优的射频资源状态，提高用户上网体验。
射频调优
简介WLAN网络中，AP的工作状态会受到周围环境的影响。例如，当相邻AP的工作信道存在重叠频段时，某个AP的功率过大会对相邻AP造成信号干扰。通过射频调优功能，动态调整AP的信道和功率，可以使同一AC管理的各AP的信道和功率保持相对平衡，保证AP工作在最佳状态。
[*]信道调整对于无线局域网，为了避免信号干扰，相邻AP只能工作在非重叠信道上。例如，2.4G频段可以划分14个交叠的、错列的20MHz信道，如图5-1所示。
图5-12.4G频段信道分布图
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对于5G频段，频率资源更为丰富，AP不仅支持20MHz带宽的信道，同样支持40MHz和80MHz带宽的信道。如图5-2所示。图5-2信道示意图
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[*]40MHz信道就是将两个相邻的20MHz信道捆绑在一起形成的。其中一个是主信道，一个是辅信道。主信道用来发送管理报文和控制报文，辅信道用来发送数据报文等其它报文。
[*]80MHz信道就是将两个相邻的40MHz信道捆绑在一起形成的。在80MHz频宽的信道中，必须选一个20MHz的信道作为主信道，那么这个主信道所在的40MHz信道中，剩余的20MHz信道称为辅20MHz信道，而不包含这个主信道的40MHz称为辅40MHz信道。
如图5-3所示，信道调整前，AP2和AP4都使用信道6，存在信号干扰；信道调整后，AP4使用信道11，干扰消除，相邻AP工作在非重叠信道。通过信道调整，可以保证每个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。图5-3信道调整原理图
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信道调整除了用在射频调优功能，还可以用在动态频率选择DFS（Dynamic Frequency Selection）功能。某些地区的雷达系统工作在5G频段，与工作在5G频段的AP射频信号会存在干扰。通过DFS功能，当AP检测到其所在工作信道的频段有干扰时，会自动切换工作信道。[*]功率调整AP的发射功率决定了其射频信号的覆盖范围，AP功率越大，其覆盖范围也就越大。传统的射频功率控制方法只是静态地将发射功率设置为最大值，单纯地追求信号覆盖范围，但是功率过大可能对其他无线设备造成不必要的干扰。因此，需要选择一个能平衡覆盖范围和信号质量的最佳功率。功率调整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。
[*]在增加邻居时，功率会减小。如图5-4所示，圆圈的大小代表AP调整发射功率后的覆盖范围，当增加AP4后，通过功率调整功能，每个AP的发射功率减小。
图5-4功率减小示意图
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[*]在邻居AP离线或出现故障时，功率会增加，如图5-5所示。
图5-5功率增加示意图
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实现原理射频调优方案主要有如下组成：
[*]AP：主动或者被动地收集射频环境的信息；将收集的射频环境信息发送给接入控制器AC；执行AC下发的调优结果。
[*]AC：根据AP上送的射频环境信息，维护AP邻居拓扑结构信息；运行调优算法统筹分配AP的信道和发射功率；将调优结果反馈给AP执行。
射频调优的方式有全局调优和局部调优。
[*]全局射频调优:调优的作用域为AC管理的所有AP，即AC统一协调各AP的信道和功率，在整体上达到最优，一般在业务较少或新部署WLAN网络时使用。如图5-6所示，全局射频调优的原理如下：图5-6射频调优原理图
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[*]使能全局调优后，AC通知各个AP开始周期性的进行邻居探测。
[*]AP进行周期性的邻居探测并将探测结果上报AC。
[*]AC等待所有AP都上报邻居信息后开始运行全局调优算法为AP分配信道、功率。全局调优算法主要包括动态信道调整算法DCA（Dynamic Channel Allocation）和发送功率控制算法TPC（Transmit Power Control）。
[*]AC向AP下发调优结果。如果是第一次启动全局调优，AC等待一段时间后根据新收集到的邻居信息再次启动全局调优，如此连续调优多次，可以使得调优结果尽快逼近最佳并稳定下来。
邻居探测邻居探测的方式有两种：
[*]主动探测：AP主动发送邻居探测帧，让周边邻居AP感知本AP的存在。主动探测主要用于建立合法AP之间的邻居关系和获取合法邻居之间的最大干扰信号强度。过程如下：AP周期性地在不同信道上发送指定组播地址的Probe Request帧，周围AP收到后感知到该AP为邻居AP，收集邻居信息，其中最关键的是邻居AP的信号强度。
[*]被动探测：AP被动接收邻居消息，以感知周边邻居AP的存在。被动探测主要用于合法AP收集AP间实际的干扰和非法AP的干扰。
全局调优算法全局调优算法的主要思想是通过局部优化达到全局的优化。调优的主要手段是调整信道和功率，调优中信道调整和功率调整是两个独立的算法，两者不存在耦合关系。
[*]动态信道调整算法DCA：全局调优根据AP间邻居关系紧密程度将所有AP分解为许多小的局部调优组，通过为每一个调优组分配信道从而实现为全局的AP进行信道分配。在局部调优组内部采用比较简单的迭代穷举算法，迭代所有可能的“AP-信道”组合，最终选出一组最优的组合。
[*]发送功率控制算法TPC：TPC算法的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，又不能对邻居AP形成较大的干扰。算法步骤：
[*]根据AP的邻居数目估计AP的布放密度，确定发送功率初始值，及对邻居干扰的最小和最大门限。最小干扰门限：表示对邻居干扰强度很低，干扰可接受，两个AP既相互不感知，又能同时发送报文。最大干扰门限：表示对邻居干扰非常大，两个AP之间几乎不能避免相互感知，只能通过CSMA竞争收发报文。
[*]重新检测邻居间的信号强度，如果邻居的干扰 < 最小干扰门限，根据两者差值大小决定是否提高发送功率。如果邻居的干扰 > 最大干扰门限，则根据两者差值的大小决定是否降低发送功率。
[*]局部射频调优：目标是在局部信号环境恶化时通过小范围内的信道和功率调整，使局部的信号环境达到最佳。局部调优算法中基本的DCA和TPC算法与全局调优完全相同。以下几个场景会触发局部调优：
[*]AP上线：AC检测到AP上线后，AC将会给新上线的AP分配信道和功率。为了获取到更好的结果，AC可能还会对新上线AP的直接邻居重新分配信道或功率，例如为了避免新上线AP和邻居间的互相干扰，可能会适当调小邻居的功率。
[*]AP下线：AC检测到AP下线后会运行调优算法适当增加下线AP邻居的功率，以求弥补下线AP留下的信号覆盖空洞。考虑到AP异常重启或者人为维护等目的导致的短时间内的重启，AC并不是在AP下线后立刻开始调优，而是等待一段时间后，才在更新邻居信息后运行局部调优算法。
[*]非法AP干扰：非法AP由邻居探测识别，并将干扰信息作为调优的输入，设备根据干扰大小触发局部调优。当干扰大小超过门限（默认-65dBm）时，被认为是严重干扰，及时触发局部调优处理，调整非法AP周边AP的信道，尽量避开非法AP的干扰。
[*]无线环境恶化：无线环境恶化是指由于干扰、信号弱等各种原因引起的丢包率，误码率等的增加。
[*]非WiFi设备干扰：非WiFi设备干扰包括微波炉，无绳电话等与WiFi系统使用相同的频率的非WiFi设备带来的干扰。
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