大型场馆是如何建立万人级别 Wi-Fi 网络的？

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编辑：莫洲
链接：http://www.zhihu.com/question/20763745/answer/18548875


一、网络除了空口侧，只有成本问题
现在WLAN组网可以达到很大规模，浙大有2万AP，运营商在上海有20万台AP。所以AP数量、管理、维护不存在太大的难点，无非就多拉网线，多装交换机，多部署AC，多安排维护人员，然后就是成本的衡量了。万人级的活动不频繁，装的设备多数时间是空闲的，不建议建这样的WIFI网络。
如果钱多又想打造个品牌，但是WIFI技术的空口原理就成瓶颈了。

二、空口是道无法逾越的鸿沟
大型场馆、万人级别，看来大量用户聚集环境又开阔的情况（体育馆的观众席、招聘会这样的展览馆）是逃不掉了。难点就在这里。前面几位回答没考虑到WLANC的空口原理CSMA/CA带来的问题。
1、802.11的空口原理
（1）CSMA/CA
CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，带冲突避免的载波监听多路访问）是802.11规定的信道共享使用的机制。
其工作流程为：AP/STA发送数据前，监听媒体状态，一段时间内没有人使用媒体，再等待一段随机的时间（contention window，竞争窗口，也称退避窗口）后依信道然空闲，才送出数据。由于每台设备采用的随机时间不同，所以可以减少冲突的机会（这也是CSMA/CA和CSMA/CD的区别）。
所以在AP和STA多的时候，大家就听载波吧，好不容易空闲了，随机时间最小的那台设备，恭喜你，你可以发送一个帧了。其他设备在等待了随机时间后发现信道已经被被人抢先一步占用了，他会把退避窗口延长以进一步回避冲突。所以在高压力的网络下，WIFI网络的吞吐量是很低的。（Tips：现在市面上有速率能达到300Mb/s、450Mb/s的无线路由器，但这只是网卡和AP的协商速率。由于CSMA的机制，网络的吞吐量只能达到协商速率的50%左右，而且是无干扰单STA时，如果有两台STA，两台STA的吞吐量加起来比单STA的还低，STA越多，网络能支撑的吞吐量越低。）
如果觉得CSMA/CA已经很好的规范了信道竞争的秩序，但是还有其他因素使信道竞争的秩序变得混乱。请看隐藏站点问题。
（2）隐藏站点
隐藏站点简单说来说，有AP、STA1、STA2 ,STA1和STA2由于距离或者阻隔的原因无法感知彼此，假如STA1正在占用信道，STA2要向AP发送帧，侦听载波，信道空闲，等个随机时间还是空闲，发送，对于AP来说此时发生了冲突，STA1和STA2的帧都要丢弃。对此802.11引入了RTS/CTS机制。但是RTS/CTS机制只能解决同一AP下的隐藏站点问题，而多AP时隐藏站点问题就无法避免了。
（3）数据包的发送操作
WIFI网络无论是AP还是STA发送一个数据包都要经历RTS-->CTS-->DATA-->ACK4个报文的交互过程，其中任何一个报文丢失，整个发送操作都要重来。
2、以体育场为例
体育场的组委会办公区、媒体工作区、运动员休息室这类办公室型的区域的WIFI网络建设没太大难点，毕竟人数有限，有信号阻隔。AP该接室内分布系统接室内分布系统，该放装的放装，该放几个放几个（不推荐一个房间AP多于6台），合理设备AP发射功率和信道。
但是万人级的WIFI网络不只覆盖以上区域，怎么能少了观众席呢。
观众席，用户密集，空间开放。空间开放，虽然给施工带来了方便，但是信号传播距离无法限制。放定向天线，信号都打到体育场对面了，放全向天线，信号覆盖上百个用户了。
解决的方法可以是：
（1）使用定向天线，天线安装在走道栏杆上，波瓣对向观众席；天线隔10列座位装一面；一台AP带一面天线；如下图。
（2）降低AP发射功率，根据测试结果调天线朝向，严格控制AP的覆盖范围，做到主AP信道强度达到-65dBm，同频AP的信道强度小于-85dBm。

以上是我的想法，未经实践，第二步是很耗功夫，到底能不能做到要求，我认为做不到。。。即使AP的信号控制了，STA的信号却无法控制。
网络实际运行的时候，将会是设备苦等信道空闲，好不容易能占用信道了，又容易与同频信号冲突，RTS/CTS/DATA/ACK中任何一个帧丢失，数据报文都要重传。网络吞吐量极低，几乎不可用。
三、不严谨的802.11协议
802.11协议规定了WLAN的框架，但是一些影响设备运行操作的内容留给设备厂家自己把握。例如：STA发起关联请求时，802.11未规范如何判断是否允许关联；空口监听信道，同频信号强度低于多少算是信道空闲；不同SNR下的工作表现如何；以何种方式评估信号质量，何种程度的信号质量使用使用怎样的发送速率；何种程度的信号质量该让终端漫游或是断开连接。正是这些厂家自己把握的内容和设备能力的差异在复杂WLAN网络环境会成为不稳定因素，影响难以估计也不容乐观。
四、渣一般的校园WIFI网
2009年三大运营商开始全国范围的大规模建设WLAN网络。其中一大热点就是高校。网络建成后，接到的投诉不断，用户的感受也不好。曾亲自感受过，一个AP就关联了3个用户，带宽测试不到2Mb。对此厂家也没给出有效的解决方法。见：浅谈复杂环境下的WLAN干扰分析及优化思路
五、总结
WIFI技术的空口原理简单，正是他比3G网络便宜（建设成本和资费），速率还比3G网络快的原因。这也限制了WIFI网络的规模。WIFI网络的系统容量不是1台AP能承载多数用户，而是一个信道能承载多少用户。
讲述802.11底层原理的资料不多，应用者不会接触这么底层的细节，搞研发的清楚，但是为了卖产品，都会回避这一缺陷。本人是保障了一次失败的展会后才去专研这个问题的（9台AP都接入了40个用户，网络就崩溃了，无线ping丢包60%，但AP有线口的流量只有10+KB/s）。