電信級WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案的討論

李明，文武

（1 重慶郵電大學(xué)通信新技術(shù)應(yīng)用研究所，重慶 400065；2 重慶信科設(shè)計有限公司, 重慶 400065）

隨著WLAN終端從傳統(tǒng)的筆記本電腦向以iPad為代表的智能終端、智能手機(jī)的擴(kuò)展，WLAN業(yè)務(wù)的客戶群和業(yè)務(wù)需求量正在迅猛發(fā)展。中國的三大運(yùn)營商也都把WLAN網(wǎng)絡(luò)作為打造無線城市的一個重要接入手段，競爭空前激烈。另一方面，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，3G網(wǎng)絡(luò)流量激增，移動網(wǎng)絡(luò)的頻率資源和帶寬資源都十分寶貴，急需WLAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分流，緩解室外基站的壓力。

1 WLAN網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)略意義與定位

WLAN能承載近距離的高帶寬的無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，能為目前的3G基站分流，被業(yè)界評為3G的有效補(bǔ)充技術(shù)。已成為國內(nèi)通信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的戰(zhàn)略重點(diǎn)性項目。為了應(yīng)對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，應(yīng)對寬帶市場的競爭，各運(yùn)營商都對WLAN提高認(rèn)識，將WiFi網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與FTTH和3G統(tǒng)籌考慮，進(jìn)一步加快WLAN建設(shè)，擴(kuò)大熱點(diǎn)覆蓋區(qū)域，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，打造運(yùn)營級WLAN網(wǎng)絡(luò)，提升用戶感知，使WLAN切實(shí)成為熱點(diǎn)區(qū)域無線數(shù)據(jù)流量的承載主體和智能管道的重要組成部分，形成有線寬帶、3G、WiFi協(xié)調(diào)發(fā)展的良好局面，鞏固現(xiàn)有的差異化競爭優(yōu)勢。

2 WLAN建設(shè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 WLAN網(wǎng)絡(luò)的整體架構(gòu)

運(yùn)營級WiFi網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)適應(yīng)大規(guī)模組網(wǎng)的需求，AC等核心網(wǎng)元堅持大容量、少節(jié)點(diǎn)的設(shè)置原則，逐步構(gòu)筑集中、安全、扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

2.2 AC的建設(shè)原則與設(shè)計方案

2.2.1 AC的建設(shè)原則

部署WiFi網(wǎng)絡(luò)時，AC設(shè)備建設(shè)應(yīng)遵循以下原則：

（1）AC容量規(guī)劃要求滿足未來三年AP數(shù)量及數(shù)據(jù)流量的需求；

圖1 WLAN建設(shè)工程網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

（2）原則上要求選用2048線的AC，如果實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，1024線AC能滿足未來2～3年業(yè)務(wù)發(fā)展需求也可以使用；對于高校等大型的場點(diǎn)，可以考慮部署場點(diǎn)型AC，下掛場點(diǎn)交換機(jī)，采用1024線的中小容量設(shè)備，但要嚴(yán)格控制這類場點(diǎn)的數(shù)量；

（3）AC上聯(lián)端口要考慮到引入802.11n后帶來的流量沖擊，建議配置10GE端口；

（4）AC是WiFi網(wǎng)絡(luò)中的核心控制設(shè)備，存在單點(diǎn)故障風(fēng)險，所以要對AC做好冗余備份，最好能進(jìn)行1+1備份，考慮經(jīng)濟(jì)性可以做N+1備份；AC主控板可進(jìn)行1+1熱備。

2.2.2 AC+Thin AP建網(wǎng)方案

根據(jù)AC在城域網(wǎng)內(nèi)位置的不同， AC+Thin AP模式組網(wǎng)大體可分為：AC放置在BRAS下、AC直接旁掛BRAS以及AC集中放置于城域網(wǎng)這三種方式，典型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2～4所示。

3種設(shè)計方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，需根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)狀況權(quán)衡采用。AC放置在BRAS下這種方案優(yōu)點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，不需要改動現(xiàn)網(wǎng)結(jié)構(gòu)；AP可配置私網(wǎng)地址；對BRAS不會造成壓力。缺點(diǎn)是：AC所管理的“瘦”AP物理區(qū)域有限；個性化場點(diǎn)數(shù)量有限（小于30個）；部署的AC設(shè)備數(shù)量較多。特別適合用于比較集中的大熱點(diǎn)區(qū)域，如高校等。

AC直接旁掛BRAS這種方案優(yōu)點(diǎn)是：一臺AC可管理一臺BRAS下聯(lián)任何位置的“瘦”AP,個性化場點(diǎn)只受AC的VLAN數(shù)限制,對現(xiàn)網(wǎng)不需要做改造。

缺點(diǎn)是：要求AC的接入能力比較強(qiáng),需要現(xiàn)網(wǎng)的DNS配置AC的域名和地址,在AP上需要根據(jù)規(guī)劃可更改AC域名,用戶流量需要二次穿越BRAS,若AP配置私網(wǎng)地址對BRAS有要求。適合于用戶較少的一個市級區(qū)域。

AC集中放置于城域網(wǎng)這種方案優(yōu)點(diǎn)是：一臺AC可管理不同BRAS下同一廠家的“瘦”AP，部署靈活,不需要部署很多的AC設(shè)備。缺點(diǎn)是：要求AC的接入能力非常強(qiáng),用戶業(yè)務(wù)二次穿越城域網(wǎng),對AC就近接入的BRAS有很大的壓力,挑戰(zhàn)現(xiàn)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層次。適合于用戶非常少的幾個市或者省級區(qū)域。

圖2 AC放置在BRAS下

圖3 AC直接旁掛BRAS

圖4 AC集中放置于城域網(wǎng)

2.3 AP的建設(shè)思路

2.3.1 頻點(diǎn)規(guī)劃

合理規(guī)劃AP的覆蓋區(qū)，選擇干擾較小的工作頻點(diǎn)來與其他WiFi系統(tǒng)設(shè)備共存，并采用合理的頻率規(guī)劃方案降低同頻、鄰頻干擾。2.4GHz頻段共劃分為13個子信道，每個子信道帶寬22MHz，如圖5所示。

圖5 2.4GHz頻點(diǎn)圖

在多個信道同時工作的情況下，為保證信道之間不相互干擾，要求兩個信道的中心頻率間隔不能低于25MHz。由此可以看出，最多可以同時支持3 組3個不重疊的信道（1/6/11、2/7/12、3/8/13）同時工作。當(dāng)使用1/6/11信道有較大干擾時，可考慮使用部分交疊信道進(jìn)行頻率分配，并保證信道間隔不小于4個頻點(diǎn)，即可考慮1/5/9/13、2/6/10、3/7/11、4/8/12信道同時工作。圖6為最佳頻點(diǎn)分配方案，采用了空間間隔的方法實(shí)現(xiàn)1/6/11子信道的頻點(diǎn)復(fù)用。

圖6 頻點(diǎn)規(guī)劃圖

2.3.2 無線覆蓋與容量估算

在確定WLAN覆蓋方式及頻點(diǎn)規(guī)劃后，需根據(jù)熱點(diǎn)的覆蓋區(qū)域與無線環(huán)境，通過鏈路預(yù)算，結(jié)合設(shè)備性能，估算熱點(diǎn)所需的AP數(shù)量。

式中：Pr：接收功率電平；Pt：AP發(fā)射功率；Gt：發(fā)射天線增益；Gr：接收天線增益；Ls：線纜及各類器件損耗。

室外環(huán)境：

室內(nèi)環(huán)境：

式中：d：距離（m）；f：頻率（GHz）；n：路徑損耗指數(shù)。

2.3.3 干擾規(guī)避措施

可以充分發(fā)揮AC對整個熱點(diǎn)區(qū)域內(nèi)AP的信道以及周圍干擾信號全面掌握的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)AP的信道自動選擇和功率自動調(diào)整。也可以通過合理的頻點(diǎn)規(guī)劃和AP發(fā)射功率調(diào)整實(shí)現(xiàn)局部區(qū)域AP內(nèi)部之間干擾最低。

通過調(diào)整發(fā)射天線的方向性和天線增益來避開干擾源，也可通過智能天線技術(shù)適當(dāng)降低干擾影響，部分場所，在終端支持的情況下，可考慮采用5.8GHz頻段進(jìn)行覆蓋（但終端限制多，穿透性差）。

調(diào)整Beacon幀發(fā)送時間，默認(rèn)情況下每一個AP每100ms 就會發(fā)送一個Beacon 信標(biāo)報文，這個報文通告WLAN網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，同時和無線網(wǎng)卡進(jìn)行信息同步，所以考慮將Beacon 發(fā)送的時間間隔從100ms 調(diào)整到160ms，這樣可以有效降低空口的消耗。也可以通過AC 上控制無線用戶只能訪問網(wǎng)關(guān)設(shè)備，而不能互相之間訪問實(shí)現(xiàn)終端隔離。這樣可以減少內(nèi)部的無線網(wǎng)絡(luò)的廣播流量，提高大整體性能。通過AC或BAS 對無線用戶執(zhí)行限速操作，推薦控制每一個用戶最大使用的帶寬512kbit/s。這樣在一個信道空間中可以支持10 個左右的下載操作。使用該功能可以適當(dāng)?shù)目刂仆话l(fā)性大流量對無線網(wǎng)絡(luò)中的其他用戶的影響。

調(diào)整AP發(fā)送報文的重傳次數(shù)，當(dāng)一個PC發(fā)送一個報文如果沒有收到回復(fù)ACK，該設(shè)備會硬件進(jìn)行重傳，重傳次數(shù)達(dá)到最大次數(shù)，該報文會被丟棄。默認(rèn)AP重傳次數(shù)為5，可改為8 次，增加在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境異常情況下報文的發(fā)送成功概率。當(dāng)PC 離AP的距離較遠(yuǎn)時，無線網(wǎng)卡由于發(fā)射功率過低而導(dǎo)致回傳數(shù)據(jù)包丟棄或重傳，通常調(diào)整PC 電源管理屬性，使PC 采用最大功耗工作，可以提高PC 的發(fā)送功率，提高無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

3 VLAN在WLAN系統(tǒng)中的應(yīng)用

在WLAN網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)和使用過程中發(fā)現(xiàn)存在一些問題，直接影響用戶的使用效率。WLAN用戶終端 （如筆記本電腦）移動時,在無線覆蓋的接入點(diǎn)AP之間不能平滑切換,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷,用戶數(shù)據(jù)傳輸（如FTP，WWW等應(yīng)用）失敗，用戶在短時間內(nèi)無法繼續(xù)上網(wǎng)，需要重新獲得IP地址,再次登錄認(rèn)證，才能接入網(wǎng)絡(luò),給用戶帶來極大不便,并嚴(yán)重影響WLAN網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。合理的運(yùn)用VLAN技術(shù),能很好的解決此類問題。

VLAN（Virtual Local Area Network，虛擬局域網(wǎng)）。VLAN是一種將局域網(wǎng)設(shè)備從邏輯上劃分成一個個網(wǎng)段，從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的新興數(shù)據(jù)交換技術(shù)。充分利用VLAN能突破地理限制，防止廣播風(fēng)暴等特點(diǎn)。對交換機(jī)劃分VLAN，這樣交換機(jī)下端連接的所有AP都處于同一個VLAN中，并共享同一個VLAN號，當(dāng)AP在AC上獲得IP地址時，IP所綁定的VLAN ID都相同。這樣即使WLAN用戶終端移動，網(wǎng)絡(luò)信號從一個AP切換到另一個AP時，不會因 VLAN號的不同而產(chǎn)生非平滑的切換。運(yùn)用VLAN技術(shù)可以成功地解決由于WLAN終端移動而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷的問題，同時也保證了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全性。

4 結(jié)束語

隨著目前各電信運(yùn)營商如火如荼的WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，運(yùn)營商部署WLAN網(wǎng)絡(luò)時，需綜合考慮自身條件，靈活選用不同的技術(shù)方案，合理的應(yīng)用VLAN技術(shù),網(wǎng)管平臺，與3G統(tǒng)一認(rèn)證與計費(fèi)等平臺，為WLAN的建設(shè)提供堅實(shí)保證。由于WLAN使用的是公共頻段，搶先進(jìn)入熱點(diǎn)的運(yùn)營商將站有很大優(yōu)勢，所以要加快項目施工的進(jìn)度。

[1] 周晴．城域網(wǎng)下的WLAN組網(wǎng)技術(shù)探討[J]．中國工程咨詢，2009.

[2] 劉國峰等．四川移動WLAN建設(shè)[J]．電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化, 2010.

[3] 張立峰．IEEE802.11n高速無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化, 2009．