基于分享經(jīng)濟(jì)的智慧城市WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)思路研究

楊 帆 李玉娟

(中通服資詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司 四川 成都 610000)

0 引 言

2010年，中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市建設(shè)高峰論壇在北京召開(kāi)，來(lái)自全世界的200余名相關(guān)人士出席了本次會(huì)議，拉開(kāi)了中國(guó)智慧城市建設(shè)的序幕。近年來(lái)，國(guó)務(wù)院高度重視智慧城市的建設(shè)與發(fā)展，各地政府相繼出臺(tái)了智慧城市的建設(shè)計(jì)劃。我國(guó)智慧城市在經(jīng)歷了十多年的發(fā)展和實(shí)踐探索之后，取得了一定成效。但目前智慧城市的建設(shè)模式，往往強(qiáng)調(diào)政府信息化，企業(yè)和公眾部分沒(méi)有得到充分重視，造成“政府主導(dǎo)、企業(yè)投資和公眾參與”的智慧城市發(fā)展、管理、運(yùn)營(yíng)模式尚未形成。另一方面，智慧城市在管理體制、標(biāo)準(zhǔn)化、投融資、評(píng)價(jià)考核等方面有待深入研究，智慧城市的“智慧性”尚未充分發(fā)揮效用[1]。尤其是以共享WIFI為代表的城市基礎(chǔ)設(shè)施，在建設(shè)完成后，面臨著運(yùn)營(yíng)困難的局面，造成了智慧城市建設(shè)投入的浪費(fèi)。

未來(lái)，如何通過(guò)政府引導(dǎo)，撬動(dòng)社會(huì)資金參與，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成“萬(wàn)眾創(chuàng)新”的城市發(fā)展產(chǎn)業(yè)格局，充分發(fā)揮“智慧城市”的“智慧性”，將作為我國(guó)智慧城市建設(shè)的重點(diǎn)發(fā)展方向。

1 相關(guān)工作

1.1 智慧城市

20世紀(jì)末，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，歐美一些城市提出了“智慧城市”的概念，其以物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，聚焦城市治理與服務(wù)，強(qiáng)調(diào)市民對(duì)城市的全面感知，為城市提供以更加精細(xì)動(dòng)態(tài)的管理方式和生產(chǎn)生活，從而達(dá)到城市運(yùn)行的“智慧”狀態(tài)[2]。

我國(guó)城市信息化在先后經(jīng)歷了數(shù)字城市、知識(shí)城市、虛擬城市、信息城市和智能城市等發(fā)展階段后，正在向智慧城市邁進(jìn)。然而，在智慧城市建設(shè)的熱潮中，相關(guān)的理論研究還比較薄弱。作為一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，智慧城市是一個(gè)信息技術(shù)革新、發(fā)展理念更新、以及城市規(guī)劃、建設(shè)和管理模式創(chuàng)新的過(guò)程，將面臨一系列的難點(diǎn)。

1.2 分享經(jīng)濟(jì)

2008年金融危機(jī)爆發(fā)，互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)及其創(chuàng)新應(yīng)用呈現(xiàn)井噴式發(fā)展，適應(yīng)信息社會(huì)發(fā)展特點(diǎn)的分享經(jīng)濟(jì)由此產(chǎn)生。作為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的標(biāo)志性產(chǎn)物，分享經(jīng)濟(jì)以“生產(chǎn)資料與生活資源的使用而非擁有”為產(chǎn)權(quán)基礎(chǔ)，以互聯(lián)網(wǎng)為手段實(shí)現(xiàn)對(duì)各種閑置資源的充分利用[3]，其涵義包括以下3方面：

(1) 作為新型經(jīng)濟(jì)形態(tài)，分享經(jīng)濟(jì)是信息革命發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)的，云計(jì)算、虛擬化、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)及創(chuàng)新應(yīng)用的快速發(fā)展，為分享經(jīng)濟(jì)奠定了基礎(chǔ)。

(2) 21世紀(jì)，資源將進(jìn)一步?jīng)Q定社會(huì)發(fā)展。分享經(jīng)濟(jì)利用互聯(lián)網(wǎng)將各類分散的閑置資源進(jìn)行整合，通過(guò)對(duì)需求的準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)供需雙方的快速匹配，從而有效降低交易成本。

(3) 工業(yè)社會(huì)強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)和收益最大化，崇尚資源與財(cái)富占有；信息社會(huì)則強(qiáng)調(diào)以人為本和可持續(xù)發(fā)展，崇尚最佳體驗(yàn)與物盡其用。分享經(jīng)濟(jì)適應(yīng)信息社會(huì)發(fā)展的新理念，將“使用而不占有”和“不使用即浪費(fèi)”作為其強(qiáng)調(diào)的兩個(gè)核心理念，體現(xiàn)了新的消費(fèi)觀和發(fā)展觀[4]。

分享經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵因素如圖1所示。

圖1 分享經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵因素

如圖2所示，分享經(jīng)濟(jì)相比于傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)模式，在技術(shù)、主體、客體、行為、效果和文化等方面具備新的特征。

圖2 分享經(jīng)濟(jì)六大特征

2 基于分享經(jīng)濟(jì)的智慧城市WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)思路

作為城市主要的基礎(chǔ)設(shè)施，WLAN網(wǎng)絡(luò)是智慧城市的重要建設(shè)內(nèi)容，其影響著城市金融、交通、教育、政府和醫(yī)療等各方面。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，社會(huì)公眾對(duì)WLAN網(wǎng)絡(luò)尤其是免費(fèi)WLAN網(wǎng)絡(luò)的接入需求也變得更加迫切。

在發(fā)達(dá)城市先行開(kāi)展的智慧城市建設(shè)中，多采用由運(yùn)營(yíng)商建設(shè)部分WLAN網(wǎng)絡(luò)的模式。但由于后期缺少良好的運(yùn)營(yíng)和管理方式，尤其是在公眾已經(jīng)習(xí)慣了免費(fèi)WIFI服務(wù)的情況下，運(yùn)營(yíng)商自建的WLAN網(wǎng)絡(luò)成本難以回收，造成了后續(xù)WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)的意愿較低。未來(lái)發(fā)展中，將有更多的中小型城市加入智慧城市的建設(shè)行列，但WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的問(wèn)題將更加突顯：一方面由于城市規(guī)模小造成運(yùn)營(yíng)商不愿意自建WLAN網(wǎng)絡(luò)；另一方面，如果由政府牽頭建設(shè)和運(yùn)營(yíng)WLAN網(wǎng)絡(luò)，則政府部門(mén)將面臨建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本過(guò)高的問(wèn)題，也會(huì)對(duì)后期WLAN網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)帶來(lái)巨大影響。

基于分享經(jīng)濟(jì)的WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)思路，在WLAN網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)與管理中采用提供廣告位的激勵(lì)機(jī)制，并且在必要時(shí)引入政府財(cái)政資金作為補(bǔ)貼，通過(guò)與擁有WLAN熱點(diǎn)的商家或個(gè)人進(jìn)行合作，將私人WLAN熱點(diǎn)的一部分資源(包括互聯(lián)網(wǎng)接入資源)劃分出來(lái)作為統(tǒng)一管理的免費(fèi)公共WLAN接入資源，從而有效降低智慧城市建設(shè)和運(yùn)營(yíng)WLAN接入設(shè)施的成本，具有實(shí)用和推廣的價(jià)值。

2.1 網(wǎng)絡(luò)的改造與實(shí)現(xiàn)

目前私人WLAN熱點(diǎn)通常利用具有無(wú)線功能的路由器通過(guò)ADSL、光纖和FTTX+LAN等接入方式部署實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，多數(shù)家用無(wú)線路由器能夠支持多SSID功能，即可通過(guò)設(shè)置多個(gè)SSID來(lái)實(shí)現(xiàn)一臺(tái)無(wú)線路由器部署多個(gè)WLAN熱點(diǎn)，并為不同的熱點(diǎn)配置各自的策略?；诜窒斫?jīng)濟(jì)的WLAN網(wǎng)絡(luò)改造示意如圖3所示。

圖3 個(gè)人無(wú)線熱點(diǎn)的升級(jí)劃分

圖3左圖為升級(jí)前的無(wú)線接入示意圖，WR1、WR2、WR3代表民用的無(wú)線路由器；圖3右圖為升級(jí)后的示意圖。

網(wǎng)絡(luò)改造由政府部門(mén)牽頭，項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)公司和有合作意愿的商家、組織或個(gè)人經(jīng)過(guò)協(xié)商后，對(duì)后者擁有的無(wú)線路由器進(jìn)行升級(jí)改造。升級(jí)后，每個(gè)路由器包含本地網(wǎng)關(guān)(GW)、作為私人WLAN接入的胖AP(WR)和作為公共WLAN接入的瘦AP(AP)。

其中，作為私人WLAN接入的胖AP部分供WLAN原擁有者管理和使用，并保證該部分的接入帶寬優(yōu)先得到保證，WLAN擁有者可像升級(jí)之前一樣管理和使用該部分，該部分的SSID由熱點(diǎn)擁有者自定義。

作為公共WLAN接入的瘦AP僅完成無(wú)線接入功能，其配置、管理及認(rèn)證等功能均由遠(yuǎn)端的無(wú)線控制器完成，該部分的SSID統(tǒng)一設(shè)置為公共WLAN的SSID。必要時(shí)，可由項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)公司適當(dāng)補(bǔ)貼費(fèi)用，增加WLAN擁有者的Internet接入帶寬，新增帶寬可用于私人WLAN和公共WLAN接入。

建設(shè)WLAN接入認(rèn)證管理中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)公共WLAN接入的瘦AP進(jìn)行統(tǒng)一的配置、管理及認(rèn)證。認(rèn)證管理中心包括網(wǎng)關(guān)路由器、中心交換機(jī)、無(wú)線控制器(AC)以及服務(wù)器群。通過(guò)Internet與分布在各處的瘦AP熱點(diǎn)建立通信，實(shí)現(xiàn)政府對(duì)公共WLAN熱點(diǎn)的統(tǒng)一配置、管理及認(rèn)證。管理內(nèi)容包括無(wú)線電射頻頻段選擇控制、客戶端在AP間切換等。無(wú)線控制器(AC)與Portal服務(wù)器和Radius服務(wù)器進(jìn)行交互，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶的在線注冊(cè)、登錄、接入認(rèn)證等功能。

考慮到公共WLAN網(wǎng)絡(luò)的主要終端設(shè)備為筆記本電腦、智能手機(jī)和PDA等便攜式設(shè)備，且終端持有用戶多具有一定的移動(dòng)特征，因此在用戶接入認(rèn)證方式上，采用Portal認(rèn)證模式。認(rèn)證流程如圖4所示。

圖4 認(rèn)證流程圖

具體步驟如下：

步驟1未經(jīng)過(guò)認(rèn)證的用戶連入AP訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在Web瀏覽器地址欄中輸入任一互聯(lián)網(wǎng)地址，此HTTP請(qǐng)求在經(jīng)過(guò)AP時(shí)重定向到Portal服務(wù)器的認(rèn)證主頁(yè)上，用戶的Web瀏覽器對(duì)認(rèn)證界面進(jìn)行顯示，用戶通過(guò)短信動(dòng)態(tài)驗(yàn)證碼進(jìn)行認(rèn)證。

步驟2用戶在認(rèn)證界面上輸入手機(jī)號(hào)碼，點(diǎn)擊“獲取驗(yàn)證碼”，Portal服務(wù)器將用戶手機(jī)號(hào)碼發(fā)送至RADIUS服務(wù)器，RADIUS服務(wù)器將手機(jī)號(hào)碼發(fā)送給SMS服務(wù)器獲取短信動(dòng)態(tài)驗(yàn)證碼，與此同時(shí)，SMS服務(wù)器也會(huì)將短信動(dòng)態(tài)驗(yàn)證碼以短信方式發(fā)送到用戶的手機(jī)上。

步驟3用戶收到短信動(dòng)態(tài)驗(yàn)證碼后，在認(rèn)證界面輸入正確的短信驗(yàn)證碼，點(diǎn)擊“登錄”，短信動(dòng)態(tài)驗(yàn)證碼將通過(guò)Portal服務(wù)器被發(fā)送至RADIUS服務(wù)器，完成最后的認(rèn)證/計(jì)費(fèi)交互。

步驟4若認(rèn)證失敗，Portal服務(wù)器向認(rèn)證客戶端推送認(rèn)證失敗頁(yè)面；若認(rèn)證成功，AP將打開(kāi)用戶與互聯(lián)網(wǎng)的通路，Portal服務(wù)器會(huì)向認(rèn)證客戶端推送認(rèn)證成功的頁(yè)面。

步驟5認(rèn)證過(guò)程完成，用戶即可訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。

2.2 總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

基于分享經(jīng)濟(jì)的WLAN網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖5中，AP_Pub為升級(jí)后的無(wú)線路由器被劃分出來(lái)作為公共WLAN接入的瘦AP部分，用戶數(shù)據(jù)通過(guò)ADSL、光纖或FTTX+LAN等方式接入Internet。AP_Pub由本地網(wǎng)關(guān)分配地址，通過(guò)域名解析獲得AC地址，通過(guò)Internet與接入認(rèn)證管理中心的AC建立通信。

無(wú)線控制器(AC)與Portal服務(wù)器及RADIUS服務(wù)器位于同一子網(wǎng)中。在客戶端設(shè)備初次接入WLAN熱點(diǎn)完成認(rèn)證之前，用戶所有的HTTP請(qǐng)求都將重定向到Portal服務(wù)器，而Portal服務(wù)器將提供基于Web認(rèn)證的界面，與接入設(shè)備交互以完成后續(xù)的認(rèn)證。

基于分享經(jīng)濟(jì)的WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)思路使得政府不用花大力氣在各公共場(chǎng)所部署公共無(wú)線接入設(shè)施，而是僅通過(guò)對(duì)個(gè)人無(wú)線路由器進(jìn)行升級(jí)和專門(mén)配置，即可合理利用已有的私人WLAN接入設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)公共WLAN接入，可在不影響私人WLAN使用的情況下省去巨額的WLAN設(shè)施的部署成本。同時(shí)，在適當(dāng)?shù)那闆r下引入政府補(bǔ)貼，提供廣告位激勵(lì)的機(jī)制，能夠?yàn)榕c之合作的私人和商家?guī)?lái)效益。

2.3 WLAN熱點(diǎn)的部署

各處WLAN熱點(diǎn)的部署按照具體場(chǎng)景的不同分為“單獨(dú)AP模式”和“AC+瘦AP模式”兩種結(jié)構(gòu)，其部署結(jié)構(gòu)情況對(duì)比如表1所示。

表1 WLAN熱點(diǎn)的部署模式對(duì)比

“單獨(dú)AP模式”和“AC+瘦AP模式”的WLAN熱點(diǎn)的部署方式如圖6所示。

圖6 WLAN熱點(diǎn)的部署示意圖

3 激勵(lì)措施與運(yùn)維模式

通過(guò)在認(rèn)證界面設(shè)置廣告位，滾動(dòng)展示各合作商的個(gè)性化廣告來(lái)對(duì)提供WLAN熱點(diǎn)的商家、組織或個(gè)人進(jìn)行補(bǔ)償與獎(jiǎng)勵(lì)。

其中，不同的合作商的廣告展示時(shí)間將依據(jù)其提供的共享AP數(shù)量按照一定概率出現(xiàn)。值得注意的是，這種方式的廣告推送范圍覆蓋了接入認(rèn)證管理中心所管轄的所有AP設(shè)備，也即是覆蓋了區(qū)域內(nèi)所有的熱點(diǎn)，即用戶在該公共WLAN下的任意一個(gè)AP下接入，都有可能在認(rèn)證界面看到任意合作商的廣告。

通過(guò)升級(jí)WLAN接入設(shè)備將原有WLAN接入資源進(jìn)行劃分，能夠滿足私人WLAN接入的固有需求，同時(shí)又能提供公共WLAN接入的覆蓋，使得區(qū)域接入互聯(lián)網(wǎng)的方式更為豐富。另一方面，由于私人WLAN接入設(shè)施依舊布置在居民或商鋪的家中，并由其擁有者日常維護(hù)，當(dāng)?shù)卣畠H需要組建專門(mén)機(jī)構(gòu)來(lái)為擁有共享式WLAN熱點(diǎn)的居民提供技術(shù)支持和對(duì)接入認(rèn)證管理中心設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)WLAN網(wǎng)絡(luò)的后期運(yùn)營(yíng)，有利于降低WLAN網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)和管理成本，符合“智慧城市”未來(lái)“智慧”運(yùn)營(yíng)的發(fā)展方向。

4 結(jié) 語(yǔ)

《國(guó)家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014-2020年)》提出“大力推進(jìn)智慧城市建設(shè)”，未來(lái)，我國(guó)將有更多的城市開(kāi)啟智慧城市建設(shè)。在國(guó)內(nèi)目前發(fā)達(dá)城市率先開(kāi)啟的智慧城市建設(shè)中，由于缺少良好的運(yùn)營(yíng)模式，在智慧城市建設(shè)完成后，以共享WIFI為代表的城市基礎(chǔ)設(shè)施不能充分發(fā)揮作用，這一問(wèn)題在未來(lái)中小型城市智慧城市的建設(shè)中將進(jìn)一步凸顯。

如何在智慧城市建設(shè)完成后對(duì)城市進(jìn)行“智慧”的運(yùn)營(yíng)和管理，通過(guò)政府少量資金撬動(dòng)社會(huì)力量參與，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，充分發(fā)揮智慧城市的“智慧性”將是未來(lái)發(fā)展的方向。

本文針對(duì)目前智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施共享WIFI現(xiàn)有建設(shè)模式存在的普遍問(wèn)題，基于分享經(jīng)濟(jì)的理念，提出了一種WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)思路：通過(guò)與擁有WLAN熱點(diǎn)的商家或個(gè)人進(jìn)行合作，在必要時(shí)引入政府財(cái)政資金作為補(bǔ)貼，能夠有效降低智慧城市建設(shè)和運(yùn)營(yíng)WLAN接入設(shè)施的成本，具有實(shí)用和推廣的價(jià)值。