eLTE+WLAN混合組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案研究

洪宏+李建平+黑少魁+孔維熙+郭瑞川

摘 要：文中主要研究利用TD-LTE技術(shù)建設(shè)企業(yè)自有4G網(wǎng)絡(luò)，與WLAN融合組網(wǎng)搭建企業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的方案與技術(shù)，實現(xiàn)用戶在區(qū)域內(nèi)無線接入，并與企業(yè)有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整合、優(yōu)化，統(tǒng)一管理，無縫銜接的方法和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)，實現(xiàn)了企業(yè)生產(chǎn)、辦公區(qū)域的全覆蓋，保障企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的高安全性、穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：eLTE+WLAN；融合組網(wǎng)；無縫漫游；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）03-00-03

0 引 言

穩(wěn)定、安全、可靠的無線網(wǎng)絡(luò)正在成為企業(yè)移動化辦公的重要基礎(chǔ)設(shè)施。在目前現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)方案中，將eLTE網(wǎng)絡(luò)與目前使用較為廣泛的WLAN網(wǎng)絡(luò)方案進(jìn)行對比分析，結(jié)合企業(yè)實際需求，以融合組網(wǎng)的方式設(shè)計了企業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方案，并順利實施，解決了無縫漫游與已有有線網(wǎng)融合統(tǒng)一管理等技術(shù)難題，確保網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，滿足企業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理要求，保障了網(wǎng)絡(luò)的安全、可靠。

1 組網(wǎng)方案選型

較普遍的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案有LTE專網(wǎng)、3G/4G公網(wǎng)（運(yùn)營商）、無線WLAN。這三種方案的選型對比分析見表1所列。

企業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域廣，建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，接入點(diǎn)數(shù)量多，無線WLAN方案會造成接線復(fù)雜、分布分散、通信點(diǎn)多、通信設(shè)備工作環(huán)境較差、后期維護(hù)工作量大、故障難以排查、單個通信點(diǎn)信息量少但基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的信息量非常龐大等難題。尤其在企業(yè)生產(chǎn)車間對安全和美觀性要求高，在不允許布明線、不允許施工動土的情況下，無線WLAN方案難以實施。

本次擬建的網(wǎng)絡(luò)需要承載廠生產(chǎn)辦公數(shù)據(jù)，一方面對安全性和保密性要求極高，需避免入侵破壞和數(shù)據(jù)泄露，因此必須將專用網(wǎng)絡(luò)與公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行物理隔離以避免互相干擾。另一方面，網(wǎng)絡(luò)將承載企業(yè)多個生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，傳輸帶寬高流量大，時延要求極低。運(yùn)營商公網(wǎng)TD-LTE解決方案會持續(xù)不斷的產(chǎn)生巨額流量費(fèi)，接通率、穩(wěn)定性低，且在傳輸延遲和帶寬上難以滿足需求。

TD-LTE采用先進(jìn)的移動通信技術(shù)，包括正交頻分復(fù)用（OFDMA）、自適應(yīng)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)、智能多天線技術(shù)（MIMO）、波束賦形技術(shù)、分布式發(fā)射與分級式接收技術(shù)、自適應(yīng)重傳機(jī)制（HARQ）、發(fā)射功率自動控制技術(shù)。利用這些技術(shù)，TD-LTE可以很好地滿足企業(yè)無線覆蓋面廣、終端數(shù)量多、速率傳輸時延小、上行速率高高等關(guān)鍵要求，適合構(gòu)建智能無線網(wǎng)絡(luò)。因此，企業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)可采用自有TD-LTE無線技術(shù)。

2 eLTE+WLAN無線專網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)計

結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，LTE+WLAN無線專網(wǎng)設(shè)計主要分為終端接入、基站匯聚、核心以及業(yè)務(wù)層。不同業(yè)務(wù)的QoS不同，對網(wǎng)絡(luò)的要求也不同。應(yīng)對不同業(yè)務(wù)劃分Qos優(yōu)先級，多個業(yè)務(wù)之間要保證邏輯隔離。其中，終端接入層CPE側(cè)下聯(lián)AP發(fā)射WiFi信號。

根據(jù)具體安裝場景，CPE與AP采用一對一或一對多方式相連。生產(chǎn)區(qū)、辦公區(qū)、生活區(qū)為無線接入終端。包括CPE無線路由、手持終端、定制化終端（基于Mini PCIe二次開發(fā)）等接入終端，提供語音、數(shù)據(jù)接入等功能，可進(jìn)行無線業(yè)務(wù)開發(fā)，通過無線通道與無線接入層進(jìn)行信息通信；企業(yè)的MES等系統(tǒng)的有線終端部分通過網(wǎng)線連接到LTE系統(tǒng)的交換機(jī)。無線終端部分通過WiFi接入AP，MES數(shù)據(jù)匯集到CPE后以無線方式經(jīng)過核心網(wǎng)后傳送到后臺服務(wù)器，再以無線方式傳送到各辦公區(qū)、公寓、車間的CPE或USB卡，最終傳送到筆記本電腦、Pad等終端（包含3D可視化系統(tǒng)的顯示終端）。手機(jī)等個人移動終端通過WiFi接入AP獲取業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。辦公區(qū)的臺式機(jī)通過交換機(jī)鏈路連接到專網(wǎng)系統(tǒng)，可以直接獲取業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸是雙工模式。部分區(qū)域部署監(jiān)控攝像頭，通過網(wǎng)線接入CPE實現(xiàn)。

LTE的無線解決方案一站部署，只需POE給CPE和AP供電（供電仍需布線）即可，布線簡單，比普通有線WiFi方案節(jié)約施工周期和工程動土工作量，減少后期維護(hù)費(fèi)用。無線網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1所示。關(guān)于LTE無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計說明：

所有AP支持無縫漫游。無線接入終端采用DHCP動態(tài)分配IP地址。

為實現(xiàn)有線、無線的統(tǒng)一身份認(rèn)證和管控，在核心交換機(jī)（或者匯聚交換機(jī)）旁掛AC設(shè)備，controller服務(wù)器，DHCP服務(wù)器，CPE側(cè)下聯(lián)AP。

有線、無線終端統(tǒng)一在controller上認(rèn)證，有線接入認(rèn)證點(diǎn)可以考慮接入交換機(jī)，認(rèn)證網(wǎng)關(guān)在匯聚交換機(jī)。無線接入認(rèn)證點(diǎn)在AP，認(rèn)證網(wǎng)關(guān)在AC設(shè)備。

針對VPN遠(yuǎn)程接入用戶，認(rèn)證點(diǎn)為VPN網(wǎng)關(guān)。滿足出差、住宅以及其他遠(yuǎn)程安全訪問和辦公的需求。

設(shè)備廠家認(rèn)證系統(tǒng)能夠和AD/LDAP用戶信息無縫對接，有線、無線用戶可使用現(xiàn)有賬號進(jìn)行認(rèn)證。賬號密碼自行設(shè)置，第一次輸入后會保存在服務(wù)器。

（1）為保證認(rèn)證系統(tǒng)的高可靠性，認(rèn)證服務(wù)器均采用冗余備份部署方式，新增一臺防火墻USG6550作為SACG認(rèn)證網(wǎng)關(guān)，達(dá)到認(rèn)證前后區(qū)域隔離的目的，同時實現(xiàn)基于用戶的訪問控制。接入控制終端數(shù)license和訪客全生命周期管理license各配置1 000個，后續(xù)可隨需擴(kuò)容。

（2）有線的固定終端可通過定制認(rèn)證客戶端自動配置，用戶認(rèn)證只需用戶名和口令即可認(rèn)證，之后就能實現(xiàn)自動認(rèn)證。

（3）無線終端802.1X認(rèn)證方式需要第一次輸入認(rèn)證信息，后面無需輸入就能認(rèn)證。

（4）Portal認(rèn)證也可支持設(shè)置第一次輸入認(rèn)證信息進(jìn)行認(rèn)證，在一定時間范圍內(nèi)設(shè)置免輸入認(rèn)證信息接入內(nèi)網(wǎng)，超過時間則要求重新認(rèn)證。

（5）針對以上幾種認(rèn)證方式，可以設(shè)置同一個賬號最多能夠登錄幾個終端。

3 網(wǎng)絡(luò)實施效果

網(wǎng)絡(luò)部署后，可為覆蓋范圍內(nèi)的企業(yè)提供穩(wěn)定、可靠的通信通道，通過與第三方業(yè)務(wù)系統(tǒng)相結(jié)合，比如3D虛擬仿真管理系統(tǒng)，無線承載生產(chǎn)協(xié)同、移動辦公、移動作業(yè)等業(yè)務(wù)，提升企業(yè)的精細(xì)化管理水平，為后續(xù)企業(yè)建設(shè)企業(yè)移動應(yīng)用信息平臺奠定堅實的基礎(chǔ)。

3.1 無線覆蓋、布線簡單

eLTE是無線解決方案，一站部署，只需要POE給CPE供電即可，布線簡單，節(jié)約施工時間和工程動土費(fèi)用。普通WiFi方案不僅在金屬設(shè)備比較密集的區(qū)域信號衰減嚴(yán)重，影響業(yè)務(wù)使用，而且還需要通過有線方式接入IP網(wǎng)絡(luò)。

3.2 專網(wǎng)專用、安全自主

eLTE專網(wǎng)專用，不受運(yùn)營商限制。eLTE專網(wǎng)建設(shè)只需要一次性購買設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)自己運(yùn)營和管理，與運(yùn)營商無關(guān)。只需要每年向無委會交頻率租用費(fèi)即可。

eLTE 4G無線通信技術(shù)提供百兆級帶寬速率，還提供完善的認(rèn)證和權(quán)限管理保障。eLTE網(wǎng)絡(luò)與運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)頻率不同，普通民用手機(jī)無法直接接入，更無法蓄意干擾和破壞，可高效保障公司的數(shù)據(jù)安全。

eLTE專網(wǎng)設(shè)備可以自行開發(fā)和安裝私有App，拓展園區(qū)局域網(wǎng)用戶應(yīng)用，不受運(yùn)營商約束。

eLTE專用的USBdongle卡可使電腦方便接入eLTE專網(wǎng)。公司員工的個人pad、手機(jī)通過WiFi接入CPE可以隨時隨地辦公和娛樂。eLTE還提供Mini PCIe數(shù)據(jù)模塊，用戶可以定制行業(yè)專用pad，掃碼器等。這樣在倉庫、園區(qū)可以隨時辦公。

3.3 架構(gòu)先進(jìn)、平滑演進(jìn)

eLTE是未來無線通信的趨勢和標(biāo)準(zhǔn)，eLTE方案開放協(xié)議和接口可以跟tetra、PDSN等網(wǎng)絡(luò)對接，擴(kuò)容只需再多加基站和終端即可，核心設(shè)備無需更換。

4 結(jié) 語

針對無縫漫游與已有有線網(wǎng)融合統(tǒng)一管理等技術(shù)難題，文中設(shè)計了一款eLTE+WLAN混合組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案，該方案具有無線覆蓋、布線簡單；專網(wǎng)專用、安全自主；架構(gòu)先進(jìn)、平滑演進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，有望在企業(yè)進(jìn)行大面積推廣。

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