企业级无线局域网（WLAN）架构：高效部署策略与技术指南

前言：无线网络直接影响整体网络性能，在当今企业网环境中，已有超过一半的数据流量通过无线信道传输，随着物联网技术的普及，无线网将承载更多的关键业务流量。企业/园区场景的无线网络值得考虑的关键因素有很多，例如终端移动性，AP 漫游能力和覆盖范围、带宽和吞吐量、延迟、信道、射频干扰等。当然，还有网络安全配置和用户认证等等。

无论是新建还是升级无线网络，在采取行动之前回顾并更新有关无线网的关键知识是绝对必要的，我们将从以下几个方面入手，希望这篇文章帮助您做出更好的选择。

无线网络基础概念和参数速查
无线标准/协议的演进
不同无线组网模式和适用场景：1、常见的园区无线组网。2、新一代云化网络
无线AP部署要点

无线网基础概念和参数速查

在无线通信系统中，信息可以是图像、文字、声音等。信息需要先经过信源编码转换为便于电路计算和处理的数字信号，再经过信道编码和调制，转换为无线电波发射出去。其中，发送设备和接收设备使用接口和信道连接，对于有线通信很容易理解，设备上的接口是可见的，连接可见的线缆；而对于无线通信，接口是不可见的，连接着不可见的空间，称为空口(空间接口)

无线网络分类

无线网络根据应用范围可分为个人网络、局域网、城域网和广域网。

	个人网络	局域网	城域网	广域网
协议标准	Bluetooth	IEEE802.11b,IEEE802.11a,IEEE802.11g, IEEE802.11n	IEEE 802.16，MMDS，LMDS	最后一公里接入
传输速度	小于1Mbps	1Mbps~600Mbps	22+ Mbps	1-7Mbps-100Mbps
覆盖范围	10m	100~300m	十几公里	几十到几百公里
应用场景	点对点、设备对设备	企业、园区、学校、酒店等网络	最后一公里接入	移动电话

无线射频

无线电波是由振荡电路的交变电流产生的电磁波（日常使用中也被称为射频或无线电等），它能够通过天线发射和接收，无线电波的频率范围称为频段。所有的射频设备都有灵敏度等级，即无线终端在某个信号强度之上可以正确地解释和接收无线电信号。灵敏度单位是dBm。接收灵敏度值越小，说明接收性能越好。

天线传播覆盖

天线是一种变换器，是在无线设备中用来发射或接受电磁波的部件，它可以将传输线上传播的导行波和在空间中传播的电磁波相互转换。天线一般有全向和定向两种信号覆盖模式（如下图所示）。

空间流和MIMO

无线电在同一时间发送多个信号，每一份信号都是一个空间流。通常情况下一组收发天线间可以建立一个空间流。

MIMO指多输入多输出技术，也称多天线技术，分别使用多个发射天线和接收天线，实现多发多收，成倍地提高信道容量。空间流数是决定最高物理传输速率的参数。我们常用(AxB:C)数据格式表示多天线技术支持的最大发射天线数量(A)、最大接收天线数量(B)和最大空间数据流数量(C)。当前主流的802.11ac和802.11ax协议规定一个射频最大8个空间流；大多数智能终端使用 2×2:2 或 3×3:3 MIMO 无线电。

MIMO系统中，发射端的多个天线可以各自独立发送信号（引入发射波束成形技术使多个天线的发射信号在接收机达到相同相位，从而增强信号强度），同时在接收端用多个天线接收信号并重组原始信息。

MIMO技术让1×1的客户端也能间接从中受益

传播衰减

⑴ 自由空间路径损耗

自由空间路径损耗(FSPL)是指无线电波因自然扩展导致信号强度下降，这是波传播的自然属性。我们可以通过以下近似公式算出。

FSPL=32.44+(20log 10 (f))+(20log 10 (D))

FSDL=路径损耗(dB) ；f =频率(MHz)；D=天线之间的距离(km)

实际部署时我们通常使用6dB法则进行估算，即：传输距离加倍将导致信号衰减6dB。

⑵ 穿透损耗（吸收）

电磁波穿过墙体、车体、树木等障碍物，被不同材质的吸收，导致信号衰减。下表总结了常见障碍物对无线信号的影响。

⑶ 反射损耗

当波撞击到一个比波自身更大的光滑物体时，波可能会往另一个方向传递。当无线发射信号与接收位置需要经过多次反射才可触达，我们可以通过尝试调整信号源位置并辅以定向天线来改善通信。

⑷ 衍射损耗

由于射频信号被局部阻碍，射频信号在物体周边发生的弯曲。位于障碍物正后方的区域称为射频阴影，它可能成为覆盖死角，一般是可以通过另一个AP的无线信号去消除。

无线标准/协议的演进

WiFi与 IEEE 802.11

WiFi 通常是指基于 IEEE 802.11 标准的无线网络。“Wi-Fi”一词由Wi-Fi 联盟（WFA）创造，该联盟是一个全球性联盟，致力于促进和认证无线设备的互操作性。简单来说，Wi-Fi 是描述无线网络技术的流行术语，而 IEEE 802.11 是定义无线通信底层协议和规范的技术标准。

WiFi6 的核心技术

根据Wi-Fi联盟的报告，Wi-Fi 6 自2019年推出以来仅用3年就在全球市场份额超过了50%，而Wi-Fi 5用了4年时间。WiFi 6 为每个用户提供更大的总带宽，总频谱和信道，能够在高并发接入的环境下为每个用户较前代技术高 4 倍的吞吐量，其高带宽、高并发、低时延、低耗电的特点为未来的智能基础设施奠定基础。

⑴ 提升吞吐量：1024-QAM调制

802.11ax采用1024-QAM正交幅度调制，每个符号位传输10bit数据（2^(10)=1024）；相对于802.11ac（采用256-QAM正交幅度调制，每个符号传输8bit数据）来说，802.11ax的单条空间流数据吞吐量提高了25%。使用1024-QAM调制对信道条件有较高要求。

OFDMA（正交频分多址）将信道进一步细分为可单独分配的“资源单元”，这是实现性能优势的关键。它允许多达 30 个用户同时共享一个信道，从而减少延迟、提高容量并提高效率。

OFDMA 和 MU-MIMO 的技术作为先进无线网络中的互补技术，可以基于所服务的应用类型来改善用户体验。

对于流媒体电影或游戏等高带宽应用，MU-MIMO 允许多个终端并发传输数据，建立高带宽网络以达到每个客户端的的最大速率。此外，MU-MIMO 使访问无线网络的队列从一个变为多个，多个设备可同时访问而无需等待。

对于即时消息、电子邮件或网页浏览等低带宽应用，分配给每个客户端的资源单元数量取决于数据包大小、终端设备限制以及流量服务质量（QoS）配置等因素，而OFDMA使用单个频段可以为多个用户提供这类低流量传输服务，起到类似“拼车”的效果，大大提高了网络资源利用率。

⑶ 降低信道间干扰：空分复用技术（SR） & BSS Coloring

当相同或相邻信道上的AP和终端检测到单个信道资源利用率偏高，噪声强度超过阈值时，则会需要排队等待（CCA功率调节机制）。

WiFi6协议里采用了空间复用和着色机制以提升信道利用率，减少排队。它可以类比为在客户端和AP之间建立起了虚拟的“高架桥”，根据不同目的地在空间上划分为互相独立不干扰的通路。不同的AP会各自给下连的终端着色（例如下图左，同为信道6的3个AP分别着色），只要信道资源没有完全占满，就依然会传输数据。

⑷ 降低能耗调度：目标唤醒时间 TWT

TWT（目标唤醒时间）最早出现在 802.11ah “Wi-Fi HaLow” 标准中，用于支持大规模物联网环境中的能效，并随着 IEEE 802.11ax 的发展而得到扩展。它使用计划机制来告诉客户端何时唤醒和睡眠，而不是让它们一直在某个频道上监听。

在 TWT 中，客户端和 AP 之间会商定一个时间表，该时间表由时间段组成。它通常包含一个或多个信标（例如几分钟、几小时，甚至长达几天）。当时间到了，客户端被唤醒，等待 AP 发送的触发帧并交换数据，然后重新进入休眠状态。AP 和终端设备会独立协商特定时间，或者 AP 可以将终端进行分组，一次连接到多个设备。

Wi-Fi 6E 及其他

在 Wi-Fi 6 标准发布一年后，由于频谱短缺，Wi-Fi 6e 应运而生，将现有技术扩展到 6GHz 频段。Wi-Fi 6E 使用 WPA3 代替传统的 WPA2 来增强安全性，但它仍然使用 802.11ax，因此它算作 WiFi 6 的附加增强功能，而不是下一代标准。

此外，Wi-Fi 的演进还包括几个小众项目。例如，毫米波 Wi-Fi (802.11ad/ay) 以极低的覆盖范围为代价，支持高达 275 Gbps 的标称数据速率。大量用户无线访问的新兴交互式应用和新服务，例如8K 流媒体、AR/VR、游戏、远程办公、工业物联网、云计算等等，正在推动行业支持更高吞吐量的无线网络。

WiFi 7 还有多远？

Wi-Fi 7在Wi-Fi 6的基础上引入了320MHz带宽、4096-QAM、Multi-RU、多链路操作、增强MU-MIMO、多AP协作等技术，使得Wi-Fi 7相较于Wi-Fi 6将提供更高的数据传输速率和更低的时延。

由于国内暂未开放6G频段给Wi-Fi使用，Wi-Fi 7特性未能完整发挥。目前Wi-Fi7实际生效的有以下几项：

4096QAM：每个符号位传输 12bit 数据，相比Wi-Fi 6 提升20%
16x16MIMO：由8×8提升到16×16空间流，增强高并发能力
多链路传输：AP 和客户端之间同时建立多个链路进行数据通信，可以利用多条链路进行负载分担，提升单用户峰值吞吐量；利用多条链路进行多发选收，提高链路可靠性。
Multi-RU：Wi-Fi 6 标准下同一周期单用户只能分配到 1 个 RU ，必然有部分 RU 资源被闲置。Wi-Fi 7 突破了限制，允许单用户同时占用多 RU，且不同大小的 RU 之间可以进行组合，使得业务延时降低25%。

常见的无线组网模式

自治AP（胖AP）

此类AP设备是最早进入无线网络市场的类型，因其可以近乎“即插即用”的方式工作且无需额外的控制器，建网成本极低，非常适合例如家庭、小型商户和办公室等小型无线网场景，正如其名，每个自治AP都可独立工作并且内置了基础的网络配置、流量控制、认证等功能的完整逻辑，所以每个 AP 都需要单独手动配置。

瘦AP+ AC（无线AP控制器）

这种集中式方法涉及 2 个无线产品，包括 AP 和无线 AP 控制器 (AC)。AC在该解决方案中扮演着最重要的角色，AP 仅提供基本的无线电频率，在物理层传输 802.11 数据包，并通过无线接入点控制和配置协议（CAPWAP）与控制器建立通信。

AC 可处理多种功能，例如访问控制、AP 配置和监控、数据包转发、漫游、安全控制。它的工作原理就像无线网络的大脑一样，允许在一个地方配置和管理整个无线网络。这些使其适用于具有许多接入点的大型企业网络。

⑴ AC部署模式

串联模式：AC 串接进网络，现在比较少见。
旁路模式：AC只管理AP，旁路连接到汇聚交换机，让据包经由AC集中转发再传输到上层网络，适合在不改变现有网络的情况下对无线网络进行改造。

⑵ 数据转发模式：直接转发和隧道转发

并不是所有的数据包都需要经过集中式AC的封装和处理。某些情况下，数据包可以直接转发到网络的上层，但这仅适用于二层网络。隧道转发模式下，数据包被封装在CAPWAP隧道中，然后由AC转发到上层网络。如下图所示，CAPWAP隧道可能是控制数据隧道，也可能是业务数据隧道。

⑶ VLAN 规划和 AC 备份

VLAN规划主要包括两个方面，一是划分管理VLAN和业务VLAN，二是根据需要映射业务VLAN和SSID。由于是集中式部署，需要考虑冗余的设备、链路、交换策略，确保单点故障不影响整个系统功能，所以AP+AC架构中往往还需要多个AC互为备份。如果要为大量无线接入用户实现AP漫游，这对网络工程师来说可能是一个巨大的挑战。

方案一：尽量在二层网络中规划漫游区域，但二层网络越大，安全性越差。
方案二：建立连接两个WAC的隧道，将漫游流量传回原AC，但这会导致网络配置复杂，流量绕行，影响漫游性能。

除了配置相对复杂之外，多家供应商都有自己的专有协议，并在自己的产品中不断更改这些协议以改善通信。一般来说不同供应商的产品无法实现通信和交互。

无线Mesh网络（WMN）

无线mesh网络最初是为军事应用而开发的，它是一种由无需连接到有线端口的无线电设备组成的架构。无线Mesh网络中的每个设备都像路由器一样工作，其中各个节点不仅可以增强信号，还可以计算网络拓扑并进行路由，将长距离数据传输划分为多个短跳。当配置好主节点信息后，配置将⾃动同步给整个网络中其他的节点。

Mesh组网在难以或无法布线的情况下特别有用，例如临时的室内或室外区域、老旧历史建筑内等。目前已有不少厂商提供了面向企业和家庭的Mesh网络解决方案，不过一般来说无线 Mesh AP 不兼容多供应商。

在为较小的区域设计无线Mesh网络时，我们可能只需要将一两个Mesh AP连接到有线网络，如果范围扩大，我们仍然需要将多个Mesh AP 插入有线网络以确保网络可用性。部署Mesh AP 时，应综合考虑数量、传输距离和电源位置，并且应将它们放置得更近以获得更好的信号，因此往往需要更多的 AP 来覆盖给定的区域，成本随之上升（甚至会抵消其他方面节省的费用）。

值得注意的是该种组网方式最大的问题：带宽损耗。因为无线mesh组网会占用一半的带宽（还有无线传输本身的损耗），经过中继后的AP的吞吐量一般会下降约50%。

新一代云化园区无线组网模式

分布式网关转发

云网络很早就开始采用分布式的网关架构，将网关部署到更靠近终端的接入/边缘层。这种架构在转发路径、网络运维、表项空间、安全性等方面都有着显著的优势，也为企业网络的创新提供了一种很好的思路。

在这样的 IP Fabric 中，分布式网关意味着所有子网都存在于每个接入交换机上，它们会自动同步整个网络的端点 IP/MAC 和安全策略。这样，每个接入交换机都得到充分利用，所有跨子网流量的转发/漫游都由最近的交换机处理，而无需经过很长的路径到达集中式 AC。

更多信息请参阅：下一代园区网络，“分布式网关”实现更高效的无线漫游！

去CAPWAP的集中式转发

这种新型WLAN的设计同样基于云网络技术，相比上文的“分布式网关”其最大的优势在于无需改变现有的有线网络架构，只需部署一台可编程交换机接入核心交换机作为集中式网关，然后将旧AP替换为新AP即可完成无线网络的升级。

每台网关交换机拥有 3.2Tbps 吞吐量，轻松支持 10K+ 接入点 100K+ 无线终端。接入点通过 VXLAN 隧道与网关通信，接入点上运行多个 VTEP 以实现网络隔离。此外，接入点可以是完全基于开源技术的白盒硬件，而且相对于CAPWAP，VXLAN 技术也更加开放和标准化。

至于惯常思路里的无线AC，在新一代云化园区的无线网络中已经不存在了，取而代之的是使用云原生控制器（Cloud SDK）来统一管理园区内的有线和无线网络设备并下发配置——它既可以融合部署在网关交换机或其他本地设备上，也可以灵活部署在云端，从手机、电脑随时随地通过加密域名访问。

更多信息请参阅：园区无线网新架构：无CAPWAP的集中式转发

无线接入点（AP）部署要点

影响AP覆盖范围的因素

无线电发射功率：室内AP不超过100mW/20dBm，室外AP不超过500mW/27dBm
天线增益：室内天线增益一般在3-5dBi，室外天线增益一般大于10dBi
部署环境：周围环境是否有强电磁场、障碍物遮挡、同类型Wi-Fi干扰、相似类型无线干扰，金属或者电子设备等干扰，相同信道频谱干扰
天线和终端接收灵敏度：与终端设备有关

影响AP接入量的因素

芯片性能：同等无线速率下，如果是不同的芯片等级，能同时并发的用户数也不一样

射频：

单射频AP最大接入128/512
双射频AP最大接入256/1024
三射频AP最大接入384/1536

用户流量模型：不同的用户流量也直接影响了能同时并发多少用户。

比如办公场景每人4M，推荐人数在30人；公共上网场景每人1M，推荐人数在60-100人

所需无线带宽估算

估算带宽时可以根据人数模糊概论（尤其适用高密场景），假如要求有1000人同时接入，实际使用时同时接入的人数在600人；接入的600人并非所有终端同时并发，算下来约会在200左右。

并发用户数=估算接入人数 * 并发比率

根据用户数与单用户速率需求分析可以得到总带宽需求：

总带宽＝并发用户数 * 单用户速率

下表仅供参考（单用户速率参考）

AP通用部署原则

尽量保证 AP 与终端之间可视无障碍物;
优先考虑 AP 面积覆盖与间距合理，后考虑接入人数要求。
AP 以正六边形方式呈蜂窝状部署(同楼层平面，上下楼层同样）

AP的覆盖部署

尽量减少信号穿过障碍物数量，一般建议最多穿透单层墙体(典型120mm砖墙)设计，部分特殊场景(如石膏墙、玻璃墙体等) 可考虑穿过2层墙体
240mm厚砖墙、混凝土墙体和金属材质墙体不建议穿透覆盖，如在不满足约束条件时仍采用AP穿透覆盖方案，则会导致穿墙后弱信号和漫游不连续问题，针对此种情况，如需保障良好覆盖和漫游，网络规划时需要基于客户墙体结构新增部署AP点位
重点区域、VIP区域尽量保证单独部署AP以保障用户体验。
路口或拐角单独部署AP，保证信号覆盖连续性(大于-65dBm )，相邻AP可建立邻居关系表，保障良好漫游体验。
AP安装位置远离承重柱3米以上