无线仍未“无限”:追寻最优无线性能

无线性能一直以来都是让人又爱又恨的，原因很简单，现有的无线网络无论是从安全性还是数据传输速度方面，都和有线网络不在同一个水平线上。诚然，有线网络自有其先天优势，但更有效地提升无线性能实际上也不是一句空谈。

现在，低预算的Wi-Fi网络已经是非常地流行了，但是他们并不是现在仅有的一种无线网络类型。实际上，如果从价格方面考虑的话，从不到100美元到几百万美元的无线网络有几十种。为了能在无线网络中达到最佳性能，有必要了解一些在Wi-Fi和非Wi-Fi无线网络中都普遍存在的一些问题。

设备太多

对于无线网络来说，最常见的一个问题就是在一个非常小的范围内通常会有非常多的无线设备。在安装无线装备之前，通过一个专业的站点调查就可以很容易的避免这个问题。不幸的是，好像大多数网络工程师都这样认为：如果他们能够安装一个Wi-Fi网络，那么其规则对于其他无线网络来说是一样的。所以他们就会试图自己来安装这些设备。

问题是在一个区域内可以放置多少个设备?这对于特定类型的无线设备来说是非常讲究的。DS-11，直接扩频网络(Direct Spread Spectrum network)就是一个很好的例子。DS-11网络一共有11个可用的信道。因此，一个显而易见的道理就是只要各个网络不在同一个信道上，在这样的一个区域内你就可以使用11个不同的网络而不会相互产生干扰。但是实际情况却不是这样。

在扩频网络概念的背后，使用多个信道实际上是要尽可能的增加可用的带宽，并且要增加其安全性。在一个DS-11网络中，因为每个DS-11设备都是使用多个信道， 所以为了避免在这些频率相互干扰，只能形成三个无线网络。

但是，DS-11并不是唯一的受到这种限制的技术。也许你听说过这种叫做FHSS(跳频扩频——Frequency hopping spread spectrum)的无线网络技术。FHSS是一种和DS-11非常相似的扩频技术，它的运行频率范围为2.4到2.483GHz 。在这个范围内，总共有79个信道和78个不同的跳频序列可以使用。即使是有这么多可以使用的信道，这种类型的网络仍然限制为只有15个。

在这里得到的教训是，在安装任何无线网络硬件之前，进行一次专业的站点调查是非常重要的。这个专业的站点调查将告诉你：在这个区域内是否有其他的设备，这些设备是否会对你准备安装的设备产生干扰。

可视距离的网络

其中一种比较常见的无线网络是可视距离的网络(Line-of-sight networks )。可视距离的网络既可以使用无线电信号也可以使用激光在两点之间传输数据。顾名思义，可视距离的技术要求在发送者和接受者之间必须没有障碍，能够相互看得见。

在使用可视距离的网络时还会出现各种不同的问题。对于初学者来说，可视距离的网络的天线难以调整是非常出名的。当然，通过专业人士来安装这个网络或通过购买具有自矫正机制的硬件，你可以很容易的解决这个问题。

对于我个人来说，我比较喜欢具有自矫正机制的硬件，其原因不仅仅是因为它比较容易安装。可视距离的网络常常用于在两个建筑之间发射信号。这种网络的问题是：在有风的天气中，高层建筑上的天线有可能会有点摆动。虽然在每个方向上的摆动可能只有几英寸，但是这种移动足以中断无线网络的信号。但即使是建筑发生了移动，自矫正的硬件也能够保证天线能够自动对准。

记住，建筑能够移动这是众人皆知的，发射塔也能够移动。大约在九年或者十年前，我进行了一个卫星因特网接入试验。我在其他州购买了一个碟型天线。通过长时间的调试之后，我认识到无法与卫星实现清晰的无障碍的可视距离通信。为了补救此事，一个朋友从外地赶来并帮助我构建了一个大约有20英尺高的铝制发射塔。

在一开始的几天中，信号工作的很正常，但是，很快就刮起了大风。虽然肉眼感觉不到天线有太多的摆动，但是随着发射塔在风中来回的摆动，信号也随着减弱。

在可视距离的网络中，维护天线之间的矫正工作是一件很重要的事情，但这只是这场战争中的一部分。考虑菲涅耳区(fresnel zone)也是一件很重要的事情。

想象一下，如果你站在一片原野的一端，试图使用一个很大的手电筒来照亮在原野另一端的一个目标的情形。在原野另一端的光束将比手电筒宽广得多。这个例子说明了光的散射原理，也就是说光随着它的传播在不断的扩散。

但是激光就不会象手电筒中的光那样有很高的散射率，但是它仍然存在这种现象。无线电信号也遵守这种规律，将随着它的传播而不断扩散。

对于可视距离的网络而言，问题是大多数人都没有考虑到这种散射现象。我曾看见许多人看着窗外，如果他们能够看到目标就认为他们有一个非常清晰的可视距离的网络。然而，随着信号的扩散，信号的力度在减弱。如果想要接收全部信号，很重要的一点就是接收天线要有一个清晰的可视距离的网络来接收全部的进站信号，而不只是部分信号。包含信号的区域就叫做菲涅耳区(fresnel zone)。

菲涅耳区识别组成信号的区域。如果在这个区域内，有一个物体在一定程度上造成了信号的模糊，那么将会由于这个物体在中间而导致部分信号力度丢失。大多数可视距离的网络信号缺少穿透这些物体的力度。这也证明了进行站点调查的重要性。

不恰当的装备

另一个导致无线网络问题的原因在于使用了不恰当的装备。在此之前，我曾经说过目前有几十种不同的无线网络。有这么多不同类型的网络的一个原因在于不同的安装有不同的要求。例如象期望的带宽、气候、距离以及障碍物等这些东西在装备的要求中都会起作用。如果你选择了错误的准备，你的网络将不能充分地运行。

在所有装备中，最需要你考虑的一个主要部件是天线。即使你购买了恰当的无线电发射装置，并且你有一个很好的网络规划，选择很差的天线将会破坏你的所有努力。虽然本文不准备成为一个全面的指导如何选择天线的文章，但是我想在此花一点时间来稍稍讨论一下比较常见的天线类型，这只是想让你知道为什么天线的选择非常重要。

天线中最常见的一种类型是抛物柱面反射器天线(parabolic dish)。这种天线看起来象一个圆盘式卫星电视天线(satellite dish)，常常应用于可视距离的无线网络。在大多数情况下，使用这种天线的网络信号力度虽然不能穿透障碍物，但是却可以进行长距离通信。这种天线的一种变异是栅格抛物面天线(parabolic grid)。栅格抛物面天线的工作原理类似于抛物柱面反射器天线，但是这种天线更适合于多风的环境。

另一种类型的天线是板状天线(panel)或者扇形天线(sector antenna)。这种天线的功能和抛物柱面反射器天线的功能很相似，但是看起来更象一个比萨饼的盒子。这些类型的天线接收信号的范围可以从60度变化到180度，适合于广域范围的广播。

当然另外还有一种常见的天线是全向天线(omni)。全向天线看起来象一个CB天线或者象一个在小船上使用的无线电天线。全向天线可以360度覆盖整个区域，但是所覆盖的范围只能是一个平面。这意味着信号可以从不同的方向传播过来，但是却不能上下传播。

对于全向天线这种类型来说，可供选择的天线还有平板天线(patch antenna)。平板天线是一种小的环形天线，也能够从360度进行覆盖。但是和全向天线不同的是，平板天线并没有实现完全的平面范围内的覆盖。平板天线主要用于室内网络。

天线连接问题

但是另一个常见的问题是天线的连接问题。在离开接收器之前无线信号的力度是最强的。然而，在天线电缆和接收器之间有一个圆柱形连接器(barrel connectors)，并且在天线和天线电缆之间有另外一个圆柱形连接器。这种圆柱形连接器将大大减弱信号的力度，当然天线电缆甚至是天线本身都会减弱信号的力度。

你的安装目标应该是减少信号的损失。为了达到这个目的，不在绝对需要的时候不要使用圆柱形连接器，天线电缆的长度也要尽可能最短。在此，我还需要指出的是：通常说来，使用放大器是一种非常不好的想法。因为放大器不仅放大了信号，同时也放大了噪声。更重要的一点是，通常情况下，与直接连接天线相比较而言，使用放大器的方法会要求你使用更多的圆柱形连接器和更长的的电缆，因而这样也将逐渐减小信号的质量。即使信号失真不是问题，一个放大的信号也常常会超出FCC(联邦通信委员会)所能够管理的信号力度的范围。

最近，一个朋友告诉我，他曾经遇到这样一个网络，其信号质量很差。整个网络的连接如下：无线电发射装置连接了一个放大器，在放大器的另一端连接着一个分离器和两个天线电缆，它们将信号反馈到两个很大的天线。由于这三根天线电缆、六个圆柱形连接器、两个天线以及分离器的电阻的存在，实质上这个网络并没有产生信号。在这种情况下，我的朋友只是简单的将无线电发射装置通过一根电缆和两个圆柱形连接器直接连接到天线上。这样一来，无线电发射装置的工作情况与最初设计要求的性能相同。

Wi-Fi的性能问题

因为Wi-Fi网络现在非常普及，在这里我想花一点时间来讨论一下Wi-Fi网络中普遍存在的性能问题。虽然现在有一些长距离的Wi-Fi网络实现，但是Wi-Fi网络最初是为室内网络解决方案而设计的。因此，在这里将强调室内环境中的网络性能问题。

信号质量很差是那些巨大的、费用昂贵的室外网络中最经常遇到的能问题，与这些网络相似，Wi-Fi网络也受到这种网络信号质量差的问题的困扰。接入点的类型和位置非常重要。通常情况下，简单实现的Wi-Fi网络往往比在其周围有众多的障碍物的Wi-Fi 网络工作得要好。

例如，几年前，我买了一个802.11B的无线接入点。在安装了这个接入点之后，我能够在整个房子里以及在院子中都能够接收到信号，虽然这让我感到很便利，但是这种网络的低速度让我感到沮丧。

当802.11A可以使用的时候，我又在我家里安装了一个802.11A的网络。这种网络的工作频率是5.8GHz，与工作在2.4GHz 上的802.11B相对应。这也就意味着它的数据传输速率会快很多。但是，工作在5.8-GHz上的信号在穿透障碍物方面比工作在2.4GHz上的信号要差得多。因此，现在我有了一个速度非常快得网络，但是在家里有的地方我完全无法收到信号。

对于Wi-Fi网络的另一个常见的问题是一个接入点可以接入的连接数量太多。例如，在我家里所使用的接入点能够同时支持256个Wi-Fi连接。即使是我在1999年购买的接入点也能够支持64个连接。问题在于这么多的无线连接的数量有些不切实际。在我的经验中，一旦有超过10个客户端在使用一个接入点，其性能将会减弱。

要减少现存接入点的工作量，看起来较好的解决方案是增加更多的接入点。在一些地方这是一种解决方法，但是由于相互之间存在干扰现象，太多的接入点也会产生相应的问题。如果有几个接入点，较好的一个方法就是将每个NIC锁定到指定的接入点。

这样做的原因是无线NIC是这样设计的：它从一个接入点漫游到另一个接入点，然后锁定在信号力度最强的那个接入点上。如果在一个环境中存在多个接入点，并且有两个以上可以比较的信号力度，那么NIC将会在不同的接入点之间不断的来回切换。这样来回切换将大大降低网络的性能。

将NIC锁定到一个特定的接入点可以完成下面所描述的三件事情：

第一，它消除了在接入点之间来回切换的现象。

第二，它增加了安全性，因为如果没有授权NIC使用某个接入点，将没有NIC来访问这个接入点。

第三，可以防止接入点连接的数量太多。

在无线NIC中最后一个经常发生的问题是多路(multipath)的问题。描述这个问题的最好方法是和电视相比较。也许你曾用兔耳(rabbit ear)天线或者其他类型的筒形天线(air antenna)收看电视。使用筒形天线时，在有些频道的屏幕主画面上会有一些幽灵似的重叠现象。这种幽灵似的图像就称为多路。

在下面的情况下会出现多路现象：信号被附近的一个物体反弹之后在不同的时间点上到达接收器。例如，将一个无线NIC放在一个房间内并且在这间房子里还有一个接入点。当接入点在发送信号的时候，信号将从各个方向扩散出去并到达NIC。但是，信号将可能从另外一个物体上反弹然后再通过转向路径到达无线NIC。这意味着无线NIC实际上接收了两次信号。

在现实世界中，多路信号几乎是不可能消除的。所做的最大的可能就是尽可能降低多路现象，通常的做法是在接入点的附近或者无线NIC的附近尽可能不要有金属物体。

没有无线网络并不意味着没有问题

正如你所看到的一样，无线网络还有很多其他不同的问题。在去年，仍然有许多网络专业人士专门花几百美元来购买无线接入点和NIC。常常是安装好这些网络之后，发现其结果令人很失望。但是一旦你知道无线网络出现问题的原因，你就能够找出问题所在并解决这些问题，那么你就可以从这些投资中获得最大的收益。