WLAN供電及接入解決方案

潘 成，梁忠輝，龔志紅(烽火網(wǎng)絡(luò)有限責(zé)任公司，湖北 武漢，430074)

0 前言

2011年國內(nèi)三大運營商不約而同地把WLAN作為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的新重點，WLAN全國性布局已經(jīng)啟動。中國電信提出了“C+W”的戰(zhàn)略(CDMA+WLAN)，中國移動也提出了四網(wǎng)戰(zhàn)略(G網(wǎng)、TD-SCDMA網(wǎng)、WLAN網(wǎng)、TD-LTE網(wǎng))，而中國聯(lián)通則進行了大規(guī)模WLAN招標，國內(nèi)三大運營商都加大了WLAN的建設(shè)力度。作為移動通信網(wǎng)絡(luò)的一種補充形式，移動性高、成本低、建設(shè)速度快的WLAN一方面能夠分流運營商在移動數(shù)據(jù)流量方面的壓力；另一方面，它也很有可能成為未來運營商盈利的增長點。在移動網(wǎng)建設(shè)的同時配合WLAN部署，實現(xiàn)用戶3G網(wǎng)+WLAN網(wǎng)的無縫連接體驗，已經(jīng)成為國內(nèi)運營商當前的必然選擇。

“2011中國互聯(lián)網(wǎng)大會”上，中國移動表示，中國移動將對WLAN網(wǎng)絡(luò)加大覆蓋力度，逐步覆蓋絕大部分數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)熱點地區(qū)，力爭3年內(nèi)達到100萬個WLAN“熱點”覆蓋。中國電信2011年正式宣布啟動“無線中國”戰(zhàn)略計劃，預(yù)計到2012年年底，將在全國范圍內(nèi)部署100萬個“熱點”，從而使得天翼WLAN進一步覆蓋商務(wù)樓宇、機場、車站、酒店、商業(yè)區(qū)等廣闊的生活領(lǐng)域，為市民提供方便快捷的無線接入。2010年中國聯(lián)通WLAN招標設(shè)備數(shù)量為20萬臺，2011年又首次對802.11a/b/g與802.11n設(shè)備的采購分別提出了要求。隨著“智慧城市”、“無線城市”紛紛寫入各地“十二五”規(guī)劃，國內(nèi)三大運營商在城市重點地區(qū)布局“熱點”的積極性相當高?？梢灶A(yù)計，WLAN無線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)正處于一個前所未有的高速增長時期。

在WLAN建設(shè)中，接入層的設(shè)備數(shù)量和種類繁多，對無線AP接入和供電方式也提出了不同的要求。本文主要對WLAN中AP供電方式和接入層的部署方式進行探討，并給出解決方案。

1 WLAN接入及供電方式分類

在WLAN建設(shè)中，無線AP部署的數(shù)量巨大，接入部署位置和供電方式非常靈活，對運營商本地取電能力和網(wǎng)絡(luò)延伸狀況提出了不同的要求。

1.1 WLAN供電方式

在WLAN中關(guān)于無線AP取電，目前主要有AP本地就近取電和通過PoE技術(shù)遠程取電2種方式。

在早期WLAN建設(shè)時，由于業(yè)務(wù)及終端較少，用戶群單一，AP數(shù)量不多，本地就近取電是行之有效的方式。隨著WLAN建設(shè)的加速，AP部署數(shù)量劇增，并且交通樞紐、商業(yè)中心、高等院校等用戶對AP部署位置提出了不同的要求。AP通常要部署到天花板、墻壁甚至室外(懸掛方式)等特殊地方，AP就近取電非常困難，施工中不僅消耗人力物力，增加建網(wǎng)成本，而且拖延了建設(shè)時間。

IEEE 802.3af標準定義的PoE技術(shù)，提出了遠程供電的方式，有效改善了上述問題。PoE技術(shù)通過提供一種在標準的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)線纜上向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電的方法，消除了在每一臺IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上都安裝單獨的電源設(shè)備的需求。在傳遞信號的同時也將電源傳送給無線AP，PoE可以提供350 mA/12.95 W的功率，使大量基于IP的終端設(shè)備的應(yīng)用更為方便和便宜。

PoE供電的原理為:標準的五類網(wǎng)線有4對雙絞線共8根腳，2根金屬線依距離周期性地扭絞組成電信傳輸線。IEEE 802.3af允許PoE供電設(shè)備(PSE)支持數(shù)據(jù)腳供電和空閑腳供電2種用法中的任意一種，受電設(shè)備(PD)2種用法必須都支持。應(yīng)用空閑腳供電時，4、5腳連接為正極，7、8腳連接為負極，由PSE給PD供電，1、2、3、6腳傳輸數(shù)據(jù) 。 應(yīng)用數(shù)據(jù)腳供電時，PSE可通過數(shù)據(jù)腳給PD供電，1、2、3、6腳同時傳輸電流和數(shù)據(jù)，電流和數(shù)據(jù)頻率互不干擾。當PD通過網(wǎng)線與供電設(shè)備PSE連接后，PSE將自動對PD進行檢測，進行功率分類，并根據(jù)當前端口供電優(yōu)先級的配置、端口功率配置等參數(shù)，決定是否對此設(shè)備供電以及分配優(yōu)先級。

IEEE 802.3af標準按分級確定PD正常工作時需要的最大功耗和其他要求，PSE提供相應(yīng)電功率輸出。輸出功率為15.4 W的0級定義為默認級，輸出功率為4.0、7.0和15.4 W的1～3級分別是允許選擇的功率，第4級是為將來使用準備的(見表1)。

表1 IEEE 802.3af供電分級

1.2 WLAN接入方式

如何將無線AP接入運營商網(wǎng)絡(luò)，目前主要存在以下幾種接入方式:通過PoE供電模塊接入供電、通過PoE交換機接入供電、通過支持PoE的ONU接入供電。

1.2.1 通過PoE供電模塊接入供電

PoE供電模塊是一種提供電源和數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備，它將接入的數(shù)據(jù)信息加入電源，通過對應(yīng)的端口輸出，這個輸出的網(wǎng)線內(nèi)包含了數(shù)據(jù)和電源，實現(xiàn)了對遠端的無線AP供電的同時，完成數(shù)據(jù)傳輸。PoE供電模塊通常有 1、2、4、8、16、24 等多種端口規(guī)格， 可根據(jù)需求靈活選擇。PoE供電模塊通常部署在ONU和無線AP之間，或者不支持PoE功能的以太網(wǎng)接入交換機和無線AP之間。

PoE供電模塊價格便宜，功能簡單，無需配置，即插即用，部署速度快，在部分投資有限、建設(shè)速度要求高的地方受到歡迎。但PoE供電模塊不具備網(wǎng)管功能，如果出了問題，很難進行故障定位。而且如果是AP出現(xiàn)不正常的狀況，無法通過網(wǎng)管實現(xiàn)遠程控制，必須到現(xiàn)場重啟AP。

1.2.2 通過PoE交換機接入供電

PoE交換機是在傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機的基礎(chǔ)上，增加了PoE功能，使交換機不僅具備了數(shù)據(jù)交換功能，還可以同時通過網(wǎng)線傳輸電源，另外還集成了傳統(tǒng)交換機的安全、QoS、網(wǎng)管等功能。符合運營商傳統(tǒng)使用習(xí)慣和電信級運營管理的要求。PoE交換機可以部署在匯聚交換機和無線AP之間，或者PON中ONU和無線AP之間。通過選擇8口、16口、24口等不同端口密度的PoE交換機，可以部署在不同用戶密度的熱點區(qū)域。

1.2.3 通過支持PoE的ONU接入供電

支持PoE功能的ONU是在傳統(tǒng)的OUN內(nèi)集成了PoE供電功能，此類ONU主要部署在PON中OLT和無線AP之間。目前國內(nèi)運營商在部分區(qū)域開展了實驗室測試和少量試商用。

支持PoE功能的ONU設(shè)備集成度較高，其解決方案網(wǎng)絡(luò)層次簡潔。由于其推出時間較晚，支持的廠家少，因此價格較高，運營商部署用量較少。實際應(yīng)用中，其環(huán)境適應(yīng)性問題以及與AP兼容性問題尚有待充分驗證。

1.2.4 3種方式對比分析

綜上所述，WLAN 3種接入供電方式各有優(yōu)缺點(見表2)。

表2 WLAN 3種接入供電方式對比

2 WLAN供電及接入解決方案

根據(jù)前述WLAN供電及接入方式的特點，結(jié)合不同的應(yīng)用場景及用戶需求，給出下列WLAN供電及接入解決方案。

2.1 PoE供電模塊解決方案

隨著運營商 “光網(wǎng)城市”、“寬帶提速”的建設(shè)，PON得到了大規(guī)模的部署和應(yīng)用，ONU已延伸至用戶身邊。在需要部署WLAN的場景，可就近將PoE供電模塊下掛至ONU，然后與AP連接，選擇PoE供電模塊時，需考慮連接AP數(shù)量、受電功率和端口速率選擇適合的PoE供電模塊。此方案適合對價格敏感、對網(wǎng)管無要求的用戶。由于ONU部署較為分散，因此該方案適合AP密度不高的熱點區(qū)域。在一些已部署非PoE交換機的區(qū)域，還可以通過增加PoE供電模塊實現(xiàn)遠程供電功能，可有效利舊，保護原有投資。但從實際工程應(yīng)用來看，PoE供電模塊存在可靠性相對較差，故障率偏高的不足。

2.2 PoE交換機解決方案

WLAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)龐大，設(shè)備數(shù)量多，作為運營級的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)管功能可以顯著提高網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)管理效率和故障響應(yīng)速度。PoE交換機的解決方案不僅可以有效克服PoE供電模塊無法網(wǎng)管的缺點，還可以提供豐富的功能特性，如供電優(yōu)先級管理、過熱過載保護、QoS規(guī)劃、安全特性支持等。另一方面，在一些IP城域網(wǎng)不完善，或者PON未覆蓋的地區(qū)，通常只能采用傳輸網(wǎng)承載WLAN業(yè)務(wù)。在這種情況下，LAN+PoE交換機解決方案非常符合應(yīng)用場景的需求。PoE交換機由于其技術(shù)成熟，功能豐富，可廣泛適用于各類熱點區(qū)域，特別適合用戶密集的高等院校等場景。

PoE交換機技術(shù)成熟，運行穩(wěn)定應(yīng)用范圍廣、部署數(shù)量大，是各大運營商目前WLAN建設(shè)中的首選供電及接入方案。

2.3 帶PoE功能的ONU解決方案

本方案中，將PoE功能集成到ONU后，通過ONU直接給AP供電，網(wǎng)絡(luò)層次簡潔，故障點少，PoE相關(guān)功能可與PON在統(tǒng)一界面和平臺下管理維護。非常適用于PON覆蓋廣泛，用戶密度不高的熱點區(qū)域。帶PoE功能的ONU解決方案日益受到運營商和設(shè)備廠商的關(guān)注，有望成為未來WLAN建設(shè)的主流接入及供電解決方案。

2.4 方案應(yīng)用中的注意事項

在實際的工程應(yīng)用中，關(guān)于WLAN供電及接入方面，還應(yīng)注意以下問題:網(wǎng)線距離過長、網(wǎng)線質(zhì)量不佳或者受環(huán)境影響會降低供電功率、甚至造成無法給AP供電，一般建議不超過70～80 m。另一方面，PoE供電設(shè)備雖然可以全端口滿功率供電，但考慮到設(shè)備環(huán)境電壓存在波動的可能，建議不要全端口給AP供電，可適當預(yù)留若干端口；在很多熱點區(qū)域，供電設(shè)備離開通信機房，通常會部署在距離人們工作、學(xué)習(xí)、生活很近的位置，如學(xué)校的教室、圖書館、學(xué)生宿舍樓梯間等，對供電設(shè)備的靜音降噪能力提出了更高的要求；在一些室外公共熱點區(qū)域，供電設(shè)備的防雷能力也會受到考驗。

3 WLAN供電及接入技術(shù)的新發(fā)展

3.1 IEEE 802.11n和全千兆PoE供電設(shè)備

WLAN手機、平板電腦、智能終端越來越普及，WLAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量將迎來爆發(fā)式增長，迫使運營商不得不使用更加先進的技術(shù)，以提升更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬，提供更好的用戶體驗。IEEE 802.11n技術(shù)被譽為下一代無線局域網(wǎng)標準，可以將WLAN的傳輸速率由目前IEEE 802.11a及 IEEE 802.11g的 54 Mbit/s，提高到300 Mbit/s，甚至600 Mbit/s，還可以向下兼容IEEE 802.11a/b/g。得益于MIMO、OFDM技術(shù)的應(yīng)用，提高了無線傳輸質(zhì)量，也使傳輸速率得到極大提升。 在覆蓋范圍方面，IEEE 802.11n采用智能天線技術(shù)，可以動態(tài)調(diào)整波束，保證讓W(xué)LAN用戶接收到穩(wěn)定的信號，并可以減少其他信號的干擾。因此其覆蓋范圍可以擴大到數(shù)km2，使WLAN移動性、覆蓋能力極大提高，非常適合室外部署，是“無線城市”、“智慧城市”建設(shè)的必然選擇。2011年國內(nèi)三大運營商IEEE 802.11n設(shè)備部署比例將超過IEEE 802.11a/b/g。

當前WLAN供電及接入設(shè)備主要采用百兆PoE接口，理論上無法滿足IEEE 802.11n上行帶寬需求。但在實際應(yīng)用測試中，IEEE 802.11n AP帶寬體驗與理論值還存在較大差距，原因主要是網(wǎng)絡(luò)上行帶寬受限、2.4 GHz工作頻段影響、技術(shù)成熟度還需進一步提升。百兆PoE接口的交換機或ONU在較長的一段時間內(nèi)應(yīng)可以滿足實際應(yīng)用需求。但從未來的發(fā)展趨勢看，在WLAN網(wǎng)絡(luò)上層帶寬有保證的前提下，同時考慮到IEEE 802.11n的向下兼容性，具備千兆PoE接口的交換機或ONU將是IEEE 802.11n AP接入的最佳選擇。

3.2 IEEE 802.3at(PoE+)和大功率供電

目前業(yè)界所采用的PoE相關(guān)標準為IEEE 802.3af，該標準規(guī)定了供電設(shè)備可通過以太網(wǎng)向功率在15.4 W以下的受電設(shè)備供電。這對于目前常用的無線AP來說是夠用的，但隨著“無線城市”建設(shè)興起，WLAN網(wǎng)絡(luò)開始在城市開放的空間部署室外型無線AP，額定功率通常大于15.4 W，已超出IEEE 802.3af標準定義。 與 IEEE 802.3af相比，IEEE 802.3at(PoE+)可輸出2倍以上的電力，單端口的輸出功率可在30 W以上，因此可大幅拓寬PoE供電的應(yīng)用領(lǐng)域。

4 結(jié)束語

WLAN建設(shè)中，AP供電及接入方式的選擇是其中覆蓋面最廣，也是最重要的環(huán)節(jié)之一。國內(nèi)運營商紛紛在研究適合自己的解決方案。烽火網(wǎng)絡(luò)長期關(guān)注WLAN項目建設(shè)，致力于提供優(yōu)秀的WLAN供電及接入解決方案，通過分析用戶需求和應(yīng)用場景的不同，提出了針對性的解決方案和部署建議，是一種兼顧現(xiàn)實和發(fā)展的思路。

[1]王維嘉.802.11 系列標準介紹 [J]. 數(shù)據(jù)通信，2011(4):19-22.

[2]潘成.WLAN 接入及供電方式分析[J].通信世界，2011(7):70-72.