行動學習無線網路最佳佈建方案

(1)

報告人：許桓光

1

行動學習無線網路

最佳佈建方案

(2)

無線基地台傳輸原理

•

Wi-Fi AP係使用CSMA(Carrier Sense Multiple Access)/ CA(Collision Avoidance)頻道偵測碰撞技術，來傳輸資料。

•

即當裝置要以無線方式傳送資料前，會先偵測該頻道上是否有其他裝置傳出的訊號，如果頻道上沒有裝置使用時，便發出要求傳送訊息，等待並接收無線AP發出允許傳送訊息後，開始傳送資料，資料傳完，發出結束訊號，完成該次傳輸。

2

(3)

多台無線基地台的傳輸速率計算

•

根據前述傳輸技術，在同一個地點如果有2個Wi- Fi AP，且使用相同頻道(CH)時，各Wi-Fi AP加總之最大吞吐量與單一Wi-Fi AP使用之最大吞吐量相同，不致完全無法使用。

•

如2個Wi-Fi AP置於相近位置，使用相鄰頻道(CH) 時，因旁波帶干擾，Wi-Fi AP之吞吐量約為無鄰頻使用時之吞吐量73%左右。

3

(4)

802.11無線網路標準

4

802.11

協定發行頻段 (GHz)

頻寬 (MHz)

每條流速率 (Mbits/s)

MIMO支援

距離(M) 室內室外

- 1997.06 2.4 20 2 N/A 20 100

a 1999.09 5 20 54 N/A 35 120

b 1999.09 2.4 20 11 N/A 35 140

g 2003.06 2.4 20 54 N/A 38 140 n 2009.10 2.4

5

20 72.2

4 70 250

40 150

ac 2014.01 5

20 87.6

8 35 120

40 200

80 433.3 160 866.7

(5)

無線網路頻道-2.4GHz

5

(6)

無線網路頻道-2.4GHz乾淨頻道

6

(7)

無線網路頻道-5GHz

7

•

國際上可以使用的5G的頻道有：

1. Band1:5150MHz～5250MHz，CH36、CH40、CH44、

CH48。

2. Band2:5250MHz～5350MHz，CH52、CH56、CH60、

CH64。

3. Band3:5470MHz～5725MHz，CH100、CH104、

CH108、CH112、CH116、CH120、CH124、CH128、

CH132、CH136、CH140。

4. Band4:5725MHz～5850MHz，CH149、CH153、

CH157、CH161、CH165。

(8)

無線網路頻道-5GHz

8

•

共有24個20MHz頻寬的乾淨頻道。

•

共有12個40MHz頻寬的乾淨頻道。

•

共有 6個80MHz頻寬的乾淨頻道。

(9)

無線網路頻道-5GHz台灣

9

•

根據NCC的資料，台灣開放下列4個5GHz頻段：

1. 5.15-5.25 GHz 2. 5.25-5.35 GHz 3. 5.47-5.725 GHz 4. 5.725-5,85 GHz

•

也就是說台灣全部開放。

(10)

無線網路速率-802.11a.g

•

使用無線電波頻寬：20MHz。

•

連線速率：6Mbps、9Mbps、11Mbps、

12Mbps、18Mbps、24Mbps、36Mbps、

48Mbps、54Mbps。

10

(11)

無線網路速率-802.11n.ac

11

1,2 僅支援802.11ac。

3,4 原始的802.11n並不支援，只有一些802.11ac的晶片支援。

1 僅支援 802.11ac。

2 僅支援 802.11ac。

3 原始的 802.11n並不支援，只有一些 802.11ac的晶片支援，.

4 原始的 802.11n並不支援，只有一些 802.11ac的晶片支援，

MCS

索引調變種類

編碼率

20MHz 40MHz 80MHz¹ 160MHz²

800 ns

400 ns

800 ns

400 ns

800 ns

400 ns

800 ns

400 ns 0 BPSK 1/ 2 6.5 7.2 13.5 15 29.3 32.5 58.5 65 1 QPSK 1/ 2 13 14.4 27 30 58.5 65 117 130 2 QPSK 3/ 4 19.5 21.7 40.5 45 87.8 97.5 175.5 195 3 16- QAM 1/ 2 26 28.9 54 60 117 130 234 260 4 16- QAM 3/ 4 39 43.3 81 90 175.5 192 351 390 5 64- QAM 2/ 3 52 57.8 108 120 234 260 468 520 6 64- QAM 3/ 4 58.5 65 121.5 135 263.3 292.5 526.5 585 7 64- QAM 5/ 6 65 72.2 135 150 292.5 325 585 650 8³ 256- QAM 3/ 4 78 86.7 162 180 351 390 702 780 9⁴ 256- QAM 5/ 6 ^{不支援不支援} 180 200 390 433.3 780 866.7

(12)

無線網路接收靈敏度-2.4GHz

•

11b 1Mbps: -99dBm

•

11b 11Mbps: -91dBm

•

11g 6Mbps: -94dBm

•

11g 54Mbps: -77dBm

•

11n HT20 MCS0: -95dBm

•

12

(13)

無線網路接收靈敏度-5GHz

索引MCS 調變種類編碼

率 20MHz 40MHz 80MHz 160MHz 800ns GI 800ns GI 800ns GI 800ns GI

0 BPSK 1/2 -82 -79 -76 -73

1 QPSK 1/2 -79 -76 -73 -70

2 QPSK 3/4 -77 -74 -71 -68

3 16-QAM 1/2 -74 -71 -68 -65

4 16-QAM 3/4 -70 -67 -64 -61

5 64-QAM 2/3 -66 -63 -60 -57

6 64-QAM 3/4 -65 -62 -59 -56

7 64-QAM 5/6 -64 -61 -58 -55

8 256-QAM 3/4 -59 -56 -53 -50 9 256-QAM 5/6 -57 -54 -51 -48

13

(14)

測試用的設備-AP、伺服器

•

ASUS RT-AC56U

•

UniFi UAP-PRO

•

UniFi UAP-AC

•

Lenovo ThinkPad R60

14

(15)

測試用的設備-行動載具

•

Acer ES1-111-C0A7

•

小米平板

•

iPad Air 2

15

(16)

現況分析-大型學校

16

(17)

現況分析-大型學校-實測平均速率

地點行動裝置連線方式頻段連線速率實測速率備註

名間國中

筆電視窗系統

有線 1Gbps 937Mbps

802.11n 2.4GHz 144Mbps 42.7Mbps 802.11n 5GHz 300Mbps 87.5Mbps 802.11ac 5GHz 866Mbps 223Mbps 平板

Android

iOS

802.11n 2.4GHz N/A 9.39Mbps 802.11n 5GHz N/A 77.1Mbps 802.11ac 5GHz N/A 219Mbps

17

(18)

現況分析-大型學校-實測速率分佈

18

0 50 100 150 200 250 300

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

名間國中無線網路實測速率分佈圖

筆電-11n-2.4 安卓-11n-2.4 IOS-11n-2.4 筆電-11n-5 安卓-11n-5

IOS-11n-5 筆電-11ac-5 安卓-11ac-5 IOS-11ac-5

(19)

現況分析-中型學校

19

(20)

現況分析-中型學校-實測平均速率

20

大成國小

筆電視窗系統

Android

iOS

(21)

21

0 50 100 150 200 250 300

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

大成國小無線網路實測速率分佈圖

現況分析-中型學校-實測速率分佈

(22)

現況分析-小型學校

22

(23)

現況分析-小型學校-實測平均速率

23

頭社國小

筆電視窗系統

Android

iOS

(24)

現況分析-小型學校-實測速率分佈

24

0 50 100 150 200 250 300 350

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

頭社國小無線網路實測速率分佈圖

(25)

無線網路傳輸速率的穩定性

•

穩定性不佳。

•

有時會發生延遲。

•

802.11n@5GHz最穩定。

25

0 50 100 150 200 250 300

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

名間國中無線網路實測速率分佈圖

0 50 100 150 200 250 300

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

大成國小無線網路實測速率分佈圖

0 50 100 150 200 250 300 350

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

頭社國小無線網路實測速率分佈圖

(26)

無線網路工具-連線狀況(速率變化)

26

(27)

決定無線網路傳輸速率的因素

•

無線網路傳輸標準。

•

無線電波頻道的頻寬。

•

無線電波頻道的潔淨度。

27

(28)

無線網路標準、使用頻寬、傳輸速率實測數據1

行動裝置使用頻段使用頻寬連線速率實測速率備註

筆電視窗系統

802.11n 5GHz

HT20 144 Mbps 84.2Mbps HT40 300 Mbps 120Mbps 802.11ac

5GHz

HT20 173 Mbps 75.6Mbps HT40 400 Mbps 113Mbps HT80 866 Mbps 234Mbps

平板 Android

802.11n 5GHz

HT20 144 Mbps 97.6Mbps HT40 243 Mbps 150Mbps 802.11ac

5GHz

HT20 173 Mbps 110Mbps HT40 400 Mbps 177Mbps HT80 866 Mbps 239Mbps

28

(29)

無線網路標準、使用頻寬、傳輸速率實測數據2

行動裝置使用頻段使用頻寬連線速率實測速率備註

平板 iOS

802.11n 5GHz

HT20 N/A 101Mbps

HT40 N/A 160Mbps

802.11ac 5GHz

HT20 N/A 96.5Mbps

HT40 N/A 168Mbps

HT80 N/A 257Mbps

29

(30)

無線網路標準、使用頻寬、傳輸速率實測速率分佈-筆電

30

0 50 100 150 200 250 300 350

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

使用無線電頻寬與無線網路速率測試-筆電

筆電-11n-HT20 筆電-11ac-HT20 筆電-11n-HT40 筆電-11ac-HT40 筆電-11ac-HT80

(31)

無線網路標準、使用頻寬、傳輸速率實測速率分佈-平板Android

31

0 50 100 150 200 250 300

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

使用無線電頻寬與無線網路速率測試-安卓

安卓-11n-HT20 安卓-11ac-HT20 安卓-11n-HT40 安卓-11ac-HT40 安卓-11ac-HT80

(32)

無線網路標準、使用頻寬、傳輸速率實測速率分佈-平板IOS

32

0 50 100 150 200 250 300

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

使用無線電頻寬與無線網路速率測試-IOS

IOS-11n-HT20 IOS-11ac-HT20 IOS-11n-HT40 IOS-11ac-HT40 IOS-11ac-HT80

(33)

無線電波頻道潔淨度與速率現況分析-實測平均速率一覽表

行動裝置連線方式頻段連線速率(Mbps) 實測速率(Mbps)

名間國中大成國小頭社國小名間國中大成國小頭社國小

筆電視窗系

統

有線 1000 1000 1000 937 852 946 802.11n 2.4GHz 144 144 144 42.7 49.5 61.0 802.11n 5GHz 300 300 300 87.5 86.9 96.9 802.11ac 5GHz 866 866 866 223 219 286 平板

Android

802.11n 2.4GHz 130 144 144 51.6 69.5 65.6 802.11n 5GHz 216 243 300 75.4 82.5 81.5 802.11ac 5GHz 585 533 866 181 205 206 平板

iOS

802.11n 2.4GHz N/A N/A N/A 9.39 60.9 66.5 802.11n 5GHz N/A N/A N/A 77.1 87.4 85.7 802.11ac 5GHz N/A N/A N/A 219 223 234

33

(34)

無線網路工具-訊號觀察

34

(35)

無線網路工具-訊號觀察

35

(36)

無線網路工具-網路診斷

36

(37)

提高無線網路傳輸速率的做法

1. 選用可以處理較多裝置連線的無線網路基地台。

2. 無線網路基地台與行動學習載具使用相同的無線網路傳輸標準。

3. 每個無線電頻道只供一台無線網路基地台使用。

37

(38)

提高無線網路傳輸速率的方法無線網路基地台

•

雙頻(2.4GHz&5GHz)。

•

符合802.11n以上標準(最好是802.11ac)。

•

5GHz支援Band 1～4(至少2～4，相容性等考量)。

•

可以穩定讓３０台以上裝置連線上網。

•

可以調整無線電波發射功率。

•

經簡單測試本計劃所用802.11ac無網路基地台可符合須求，據此同等級(含)以上的無線網路基地台理論上可用。

38

(39)

提高無線網路傳輸速率的方法行動學習載具

•

雙頻(2.4GHz&5GHz)。

•

符合802.11n以上標準(最好是802.11ac)。

•

5GHz支援Band 1～4(至少2～4，相容性等考量)。

39

(40)

提高無線網路傳輸速率的方法無線電頻道配置

40

•

在每個地方一個乾淨頻道只給一台無線網路基地台使用。

(41)

無線網路基地台的訊號強度

•

越強越好？

•

越弱越好？

•

傳統的觀念是希望訊號強些才不用架設那麼多的無線網路基地台！

•

現在一般人的觀念是最好沒有電磁波！

•

那資訊人的觀念是什麼？

41

(42)

無線網路基地台訊號強的優缺點

•

優點：覆蓋範圍越大。

•

缺點：

1. 對相鄰的無線電頻道干擾越大，其結果就是實際的無線網路傳輸速率下降。

2. 對2.4GHz頻道來說相對的使用相同頻道的無線裝置就越多，每個裝置分配到的無線網路傳輸速率也越小。

42

(43)

大型學校無線網路最佳佈建方案

•

目前採用802.11n@5GHz架構(約80Mbps)加802.11ac

@2.4GHz。

•

未來應朝802.11ac@5GHz 架構規畫(約200Mbps)。

43

(44)

中型學校無線網路最佳佈建方案

•

採用802.11n@5GHz 架構(約80Mbps)。

44

(45)

小型學校無線網路最佳佈建方案

•

採用802.11n@2.4GHz架構(約60Mbps)。

45

(46)

現況與建議方案速率對照表

46

行動裝置現況(Mbps) 建議方案(Mbps)

頻段@協定實測速率頻段@協定實測速率名間國中 11n@2.4GHz

9～42 現在11n@5GHz 未來11ac@5GHz

約>80 約>200 大成國小 11n@2.4GHz 50～70 11n@5GHz 約>85 頭社國小 11n@2.4GHz <50 11n@2.4GHz以上約>65

(47)

名間國中行動學習教室前後訊號強度對照

47

前後

(48)

校園無線網路架設建議

1. 以無線電波2.4GHz頻段做為提升校園無線網路覆蓋率(傳得遠、穿透力強)。

2. 無線電波5GHz頻段用來教學(速率快、穿透力差)。

3. 調整現有基地台訊號及強度，儘量不要有交叉。

48

(49)

無線網路展望

•

5GHz無線電頻段會不會干擾？

•

為什麼我們實測所得數據比無線網路規範小那麼多？

•

無線網路要用802.11n雙頻還是802.11ac？

•

無線網路基地台要用幾支天線的？

49

(50)

待續……

•

行動學習無線網路架設實例。

•

現有載具及無線網路基地台無線網路速率檢測。

•

符合行動學習需求的無線網路基地台最低規格。

•

符合行動學習需求的載具無線網路最低規格。

•

連外頻寬多少才合適。

50

行動學習無線網路最佳佈建方案