運(yùn)營(yíng)級(jí)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方案

張力

（思科系統(tǒng)（中國(guó)）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司，北京 100022）

當(dāng)前國(guó)內(nèi)的幾大運(yùn)營(yíng)商都在如火如荼的規(guī)模化部署Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，一些運(yùn)營(yíng)商甚至將高度提升到建設(shè)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)的程度上來(lái)處理。但是從目前的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)來(lái)看，80%以上的Wi-Fi流量仍然由高校產(chǎn)生，而其它商務(wù)熱點(diǎn)產(chǎn)生的流量相對(duì)比較稀疏，另外絕大部分流量產(chǎn)生于筆記本電腦或平板電腦終端，產(chǎn)生于智能手機(jī)終端的流量微乎其微。從用戶體驗(yàn)來(lái)看，大部分用戶仍然認(rèn)為Wi-Fi覆蓋效果不好，連接可靠性不如3G網(wǎng)絡(luò)，獲得的連接速率也極不穩(wěn)定。這樣也導(dǎo)致了用戶尤其是智能手機(jī)終端用戶對(duì)運(yùn)營(yíng)商Wi-Fi逐漸喪失興趣和信心，運(yùn)營(yíng)商建設(shè)Wi-Fi的主要初衷之一“3G網(wǎng)絡(luò)分流”也難以變成現(xiàn)實(shí)。

針對(duì)這種困局，本文將依次分析兩個(gè)建設(shè)運(yùn)營(yíng)級(jí)Wi-Fi的問(wèn)題并給出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案，供業(yè)內(nèi)人士在計(jì)劃和構(gòu)建運(yùn)營(yíng)級(jí)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)時(shí)參考。

1 用戶界面和用戶身份確認(rèn)方式

傳統(tǒng)2G/3G終端的使用方式已經(jīng)深入人心，也就是當(dāng)用戶購(gòu)買一個(gè)SIM卡，放入終端后加電，終端就能自動(dòng)查找并連接到合適的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，如果終端漫游到該運(yùn)營(yíng)商不能覆蓋的區(qū)域，則終端會(huì)給出一個(gè)支持漫游協(xié)議的運(yùn)營(yíng)商列表供用戶選擇。

對(duì)于當(dāng)前的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，用戶卻很難得到這樣的使用界面。每次當(dāng)用戶接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，用戶不得不根據(jù)所處的環(huán)境的不同，手工在很多個(gè)SSID中挑選出自己喜歡的網(wǎng)絡(luò)去接入，然后進(jìn)行各種各樣不同的身份驗(yàn)證過(guò)程，最終才有可能成功的接入并使用網(wǎng)絡(luò)。

這種繁瑣的使用方式降低了用戶使用Wi-Fi的積極性，如果不是因?yàn)閃i-Fi的低資費(fèi)或者高速率，可能大多數(shù)用戶會(huì)一直使用3G而不愿意切換到Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)上。

為了改善移動(dòng)用戶使用Wi-Fi的體驗(yàn)，業(yè)界推出了一個(gè)新的解決方案和流程規(guī)范，也就是HotSpot2.0(HS 2.0)。HotSpot2.0由Wi-Fi聯(lián)盟和無(wú)線帶寬聯(lián)盟開(kāi)發(fā)，旨在實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)之間的無(wú)縫流量切換，它不需要額外的用戶注冊(cè)和驗(yàn)證。HotSpot2.0采用IEEE 802.11u標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，結(jié)合現(xiàn)有的WPA/WPA2,802.1x,802.11i，EAP-SIM/AKA/TLS等認(rèn)證技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備和接入點(diǎn)(AP)之間的通信，支持自動(dòng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、授權(quán)和分配訪問(wèn)權(quán)限。籍由HS2.0，移動(dòng)用戶在任何情況下用戶能無(wú)感知的登錄到可用的,并且夠保證數(shù)據(jù)安全的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中。

在HS2.0方案中，支持802.11u的移動(dòng)設(shè)備可以在手機(jī)中存儲(chǔ)賬號(hào)信息和可登錄網(wǎng)絡(luò)列表及其它認(rèn)證策略。一旦設(shè)備發(fā)現(xiàn)支持802.11u的AP，它就會(huì)使用訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)查詢協(xié)議(ANQP)發(fā)送請(qǐng)求，并發(fā)送賬號(hào)密碼、熱點(diǎn)EAP認(rèn)證等信息。802.11u AP則將這些信息轉(zhuǎn)發(fā)至AAA認(rèn)證服務(wù)器進(jìn)行驗(yàn)證，隨后AP會(huì)接受認(rèn)證服務(wù)器的回應(yīng)信息，如果移動(dòng)用戶賬號(hào)通過(guò)驗(yàn)證，AP就會(huì)將用戶接入Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。

HS2.0構(gòu)架中的所有組件都是運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)在已經(jīng)具備的元素。只要運(yùn)營(yíng)商在現(xiàn)有的元素上做出一些改進(jìn)，就可以完成HS2.0流程。主要的改進(jìn)集中在客戶端和AP/控制器上，主要要求是能支持802.11u和相應(yīng)的參數(shù)配置。

在當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商廣泛采用的普通二層認(rèn)證(EAP/MAC等)和三層認(rèn)證（Web認(rèn)證）都難以實(shí)現(xiàn)完美Wi-Fi接入的情況下，HS2.0是一種有效的能直觀提高用戶體驗(yàn)的手段，其產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)在也基本完善，幾乎所有的設(shè)備商都參與其中，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和流程兼容性測(cè)試都已經(jīng)快速推進(jìn)中。

所以建議運(yùn)營(yíng)商在建立Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)時(shí)應(yīng)該給予足夠的重視并要求設(shè)備商提供軟件升級(jí)到HS2.0的能力。

2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和流量控制

對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，Wi-Fi定位于接入網(wǎng)層面，其在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的位置和其它接入方式如GPON/EPON/DSL并沒(méi)有什么不同，只是瘦AP的架構(gòu)使得AP和控制器之間的連接可以跨越廣域網(wǎng)絡(luò)，這一點(diǎn)與PON/DSL等不同，增加了Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活性。

當(dāng)前瘦AP架構(gòu)的Wi-Fi系統(tǒng)一般支持兩種流量處理方式。一種是中心交換方式，也就是所有802.11用戶流量都會(huì)經(jīng)由CAPWAP隧道匯聚到控制器去進(jìn)行處理，然后由控制器轉(zhuǎn)發(fā)出去，這時(shí)候控制器就像一個(gè)無(wú)線以太交換機(jī)一樣，另一種稱為本地交換模式，802.11用戶流量不進(jìn)入CAPWAP隧道，而直接從AP的有線以太接口轉(zhuǎn)發(fā)，這時(shí)候控制器不處理用戶流量，只處理AP的管理和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線資源的管理，以及二層認(rèn)證（MAC/EAP），而三層認(rèn)證（Web-Auth）一般交由城域網(wǎng)中的BRAS/SR等邊緣路由器來(lái)處理。

如圖1所示，本地交換模式對(duì)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)在的城域架構(gòu)沒(méi)有任何要求，包括鏈路和接口調(diào)度，IP地址管理等都和傳統(tǒng)有線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)類似。而且控制器也不需要具有太大的轉(zhuǎn)發(fā)性能，控制器可以集中放置在城域核心且可以采用大容量設(shè)備，在控制器上采用1+1冗余時(shí)也不需要投資大量的接口。

但是這種方式有兩個(gè)缺點(diǎn)，一個(gè)是不支持集中的用戶流量管控，尤其是采用EAP認(rèn)證時(shí)，認(rèn)證點(diǎn)處于控制器上，而用戶流量管控卻只能在AP上處理,尤其是用戶在AP間移動(dòng)時(shí)更難處理， 另一個(gè)是不支持跨控制器漫游。

目前運(yùn)營(yíng)商采用這種本地交換模式時(shí)一般同時(shí)讓BRAS/SR承擔(dān)用戶認(rèn)證和用戶流量管控。但是這種方式無(wú)法適用于EAP認(rèn)證方式。

圖1 本地交換模式

所以要解決這兩個(gè)缺點(diǎn)，只能寄希望于未來(lái)Wi-Fi和2G/3G/4G核心網(wǎng)融合后的無(wú)縫漫游和統(tǒng)一PCC（Policy and Charging Control）架構(gòu)來(lái)考慮。

對(duì)于中心交換模式，自然就具有無(wú)縫漫游能力。另外由于用戶認(rèn)證和流量轉(zhuǎn)發(fā)都在控制器上完成，控制器本身就需要具有較高的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)和處理能力，可以進(jìn)行用戶流量管控。但是當(dāng)前一般的控制器在流量管控方面的功能比較弱，只能根據(jù)從AAA服務(wù)取得的Profile對(duì)用戶流量進(jìn)行限速或作ACL。

如果運(yùn)營(yíng)商希望對(duì)用戶流量進(jìn)行進(jìn)一步的深度管控，那還得交由上游的設(shè)備如BRAS/SR或者其它PEF（Policy Enforcement Function）設(shè)備來(lái)完成，這時(shí)候就又涉及到統(tǒng)一PCC架構(gòu)了。

這兩種方式均在運(yùn)營(yíng)商的現(xiàn)網(wǎng)中有部署。如果運(yùn)營(yíng)商對(duì)I-Wi-Fi或者未來(lái)的Wi-Fi/4G融合有一定的規(guī)劃，可以優(yōu)先采用本地交換模式。

3 總結(jié)

本文介紹了當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商在建設(shè)和部署運(yùn)營(yíng)級(jí)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中可能會(huì)忽略的一些關(guān)鍵問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的建議供參考。主要概括起來(lái)有如下幾點(diǎn):

（1） HotSpot2.0是一種業(yè)界認(rèn)可的可改善Wi-Fi用戶體驗(yàn)的用戶使用界面和認(rèn)證運(yùn)營(yíng)商級(jí)解決方案，運(yùn)營(yíng)商在規(guī)劃Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和采購(gòu)Wi-Fi設(shè)備時(shí)應(yīng)該考慮到未來(lái)能軟件升級(jí)到支持HotSpot2.0；

圖2 中心交換模式

（2） 應(yīng)該采取一些必要的產(chǎn)品和技術(shù)來(lái)完成重要的高密度高帶寬區(qū)域和室外區(qū)域的覆蓋，從而降低同頻干擾，減輕運(yùn)維和網(wǎng)優(yōu)的工作量，最終提供最優(yōu)化的覆蓋效果和降低用戶投訴；

（3） 在設(shè)計(jì)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)時(shí)，要根據(jù)遠(yuǎn)景的I-Wi-Fi或者Wi-Fi/4G融合的規(guī)劃來(lái)選取中心交換模式或本地交換模式這兩種架構(gòu)中較合適的一種；

（4） Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)最終會(huì)為客戶提供一些增值業(yè)務(wù)如VoIP或者多播會(huì)議，在采購(gòu)時(shí)可以根據(jù)對(duì)業(yè)務(wù)的規(guī)劃來(lái)選擇對(duì)相應(yīng)業(yè)務(wù)優(yōu)化改進(jìn)過(guò)的Wi-Fi產(chǎn)品。