浅析电信运营级WiFi网络的组网思路

浅析电信运营级WiFi网络的组网思路
文章首先介绍了运营级WiFi网络建设的引入原因，并详细介绍了电信运营级WiFi网络的特征。

然后从网络架构、设备设置、设备选型、室分分布系统部署等方面对电信运营级WiFi网络的组网方案进行了探讨。

标签：运营级WiFi；AC；集中控制型AP
1 引言
在信息技术高速发展的时代，消费者对网络通信的需求高速攀升，他们总希望能够在任何时间、任何地点，都能与任何人进行语音、图像等各种内容的信息通信，并且希望能够实现终端在网络中的漫游。

在这种需求的驱动下，无线通信特别是宽带无线数据通信，正逐渐成为人们的一种内在需求和今后通信发展的一个重要方向。

无线局域网（以下简称WiFi）作为一种短距离无线接入技术，通常使用免费的免授权（unlicensed）频段，使用者不需要支付高额的授权费用，并且具有安装简单快速灵活、价格低廉等特点，WiFi已经普遍成为热点场所、热点区域的高速无线数据的重要接入手段。

目前，随着WiFi 终端设备从传统的笔记本电脑向以iPAD、iPhone为代表的轻便型、智能型的终端扩展，WiFi业务的客户群和数据流量都在飞速发展。

与此同时，由于移动互联网业务的飞速发展，3G流量迅速攀升，数据热点区域的移动网络频率资源相当紧张，用户的使用感知下降。

因此，近几年来各运营商都开始较大规模的建设WiFi网络，以此来对3G业务进行分流，将WiFi网络作为发展无线宽带业务的重要手段。

由于WiFi技术使用的无线频率是无需授权的公共频段，无线信号容易受到干扰，并且AP、AC设备的功能、性能、组网设计主要满足家庭和企业内部组网需求，不能完全满足电信运营商的要求。

因此，需要运营商推动WiFi网络向可运营的网络发展。

本文将从现有WiFi网络改造演进的角度出发，探讨电信运营级WiFi网络的组网思路及方案。

2 打造电信运营级WiFi网络的原因
目前，考虑到WiFi网络的规模，电信大多采用的是AC集中部署于城域网骨干层的组网方式，AC直连至城域网的CR/BR设备上，统一接入城域网内各个热点下的集中控制型AP。

在本方式中，一套AC可管理不同BRAS下同一厂家的集中控制型AP，布署灵活，适应大容量、少节点、扁平化的组网原则，但是也存在不少问题：
2.1 电信的WiFi网络基于现有的IP城域网进行组网，与IP城域网共用了汇
聚交换机、BRAS等设备。

由于城域网宽带用户数量庞大，宽带流量变化快，汇聚交换机和BAS设备扩容割接频繁，容易影响WiFi用户流量和网络质量。

2.2 WiFi业务和城域网宽带业務都在迅猛发展，WiFi热点上行局所的汇聚交换机端口资源和AC所在局点的汇聚交换机端口资源经常不足而需要扩容。

由于IP城域网汇聚交换机的主要服务对象不是WiFi专业，WiFi专业的相关人员无法及时了解设备端口资源使用情况，也无法专门为WiFi业务进行端口资源规划，经常出现端口不足或临时被其它宽带业务占用的情况，影响WiFi工程进度和业务发展。

2.3 伴随着网络的发展，WiFi用户的IPv4地址不够用的现象越来越凸显，原有城域网BRAS上或多或少都会配置有部分WiFi的地址池（非集中控制型AP 组网方式要求必须每个BRAS都配置有WiFi地址池，而集中控制型AP组网仅需在AC直挂的BRAS上配置WiFi地址池即可。

目前的WiFi网络仍分散存在着部分非集中控制型AP设备），而这些IP地址的利用率高低不等，不利于综合利用IP资源。

2.4 没有对用户进行QOS等级的划分，高端用户跟低端用户“一视同仁”，一旦同一AP内的单个用户使用大流量的上网业务，会严重影响其他用户的网络使用感知。

2.5 在多个运营商进驻的热点，现有802.11b/g的AP设备受干扰严重，用户使用感知下降，并且20M的接入带宽越来越无法满足用户需求。

2.6 大多数热点的室内分布系统在部署时没有考虑到后续容量扩容时需要分裂的需求。

后续扩容时，室分系统可能需要重新布放大量线缆，施工量较大，存在需要跟业主二次协商的不确定性，影响后续扩容施工。

2.7 WiFi网管的部分重要功能仍不够完善，在实现WiFi网络“精确化部署和管理”、“打造运营级WiFi网络”方面的支撑力度仍不足。

在此背景下，为提升WiFi网络的质量，构建运营级WiFi网络已成为必然趋势。

3 运营级WiFi网络的特征
打造运营级WiFi 网络，应具有以下四大特征：
“大容量”，指整个WiFi 网络要做到全程全网，热点密集区域形成热区，用场点型AC 管控，零散热点汇聚到城域网出口，用大容量AC 设备集中管控，全网形成集中化、扁平化的组网结构。

同时要保证每个用户的接入带宽能承载合理的业务需求，要从无线接入层到网络汇聚层都有合理的QoS 保证。

“高可靠”，指整个WiFi 网络要做到安全可靠。

WiFi 网络要能长期稳定运
行，各设备及其供电系统可靠，关键设备有冗余备份机制，无线信号稳定。

WiFi 网络还要防范大部分来自无线侧和网络侧的攻击，也能对无线侧数据传输进行安全加密，防止被窃听或篡改。

“可扩展”，指整个WiFi 网络要做到灵活延展。

WiFi 网络要能方便地引入新的无线接入或管控技术，增强整个网络的功能和性能。

WiFi 网络也要能灵活地满足各种新业务的承载需求。

“可管理”，指整个WiFi 网络要做到可管可控。

WiFi 网络能通过网管进行统一的远程管控、数据采集、设备升级，并且能与其他系统配合，实现WiFi 故障的快速精确定位以及远程排障。

4 打造电信运营级WiFi网络的组网思路
4.1 逐步对现有网络架构进行改造
根据前面存在问题的详细分析，目前WiFi网络的组网结构对WiFi业务已形成了一定程度的影响；另外，WiFi业务量的不断扩大，虽然近期不会对城域网设备造成太大影响，但远期的情况无法估计。

因此，为了确保今后网络的稳定、可靠，应根据业务发展情况，逐步对现有WiFi网络架构进行改造，改造方式如下图所示：主要改造内容如下：
AP、AC和接入层交换机组网不变，在城域网汇聚层面将WiFi网络从现有宽带城域网汇聚交换机以及BRAS中分离，设置WiFi网络专用的BRAS、汇聚交换机，将WiFi网络独立出来，为打造运营级WiFi网络提供前提。

调整优化后可达到以下目的：
WiFi专网专用，方便管理，不受其他业务割接影响，自身割接也不会影响到其他的网络业务；建立WiFi专用BRAS后，虽然无法从根本上解决IPv4地址枯竭的问题，但可以将利用率低的IP地址池平移过来，综合利用IP地址资源，提升IP地址的利用率，从而达到优化资源的目的；部署WiFi专用汇聚交换机、BRAS之后，可以采用SVLAN的方式实现单AP单VLAN，所有VLAN资源可以重复利用，不与IP城域网的其他业务的VLAN使用冲突，真正做到用户的精确定位。

专网专营，数据流量独立，利于进行类似分时分区域计费等多样化计费模式的实施。

部署了WiFi专用汇聚交换机之后，可以空闲出一部分IP城域网汇聚交换的端口，一定程度上缓解IP城域网汇聚交换机端口资源紧张的现状。

4.2 尽快实现针对用户的限速
尽快通过AC统一部署或单AP单VLAN的方式对用户进行限速。

通过为单台AP分配唯一VLAN ID的方式对用户实现差异化的计费，这样也可以一定程度上限制用户过度使用大流量业务，缓解网络拥塞。

具体实施方案如下：
可以使用NAS-PORT-ID里的BAS IP + VLAN 来对热点进行唯一性标识。

该方式需要将BRAS下带AP的VLAN改造为QinQ VLAN，实现每个AP的BRAS IP+QINQ VLAN 都是唯一的，Radius针对此唯一性标识，即可选择相应的计费策略，实现差异化计费。

目前，现网的AC通过MAC地址或者序列号进行AP设备的识别，通过AP 的MAC地址或者序列号绑定业务VLAN，该VLAN为QINQ的内层VLAN。

在同一AC下，每台AP设备的业务VLAN是唯一的。

用户上网时，AC会根据识别到的AP信息分配给用户绑定好的业务VLAN。

业务VLAN一旦分配，将为固定ID，不会因为AP设备重启或者上连交换机端口的变动而改变。

用户业务数据包由AC转发至汇聚交换机时，由汇聚交换机封装外层VLAN。

用户数据经过BRAS后，由BRAS将BRAS IP、外层VLAN和内层VLAN 信息送给RADIUS服务器，RADIUS通过对这三个字段信息的识别，实现WiFi 用户的差异化计费。

4.3 AC设备坚持大容量、集中设置原则
AC设备的部署可坚持大容量、集中设置的原则进行设置；对于热点较为集中的热区，在可考虑设置单独的AC设备进行控制。

另外，考虑到802.11n设备的全面部署，数据流量可能会有大幅度的提升，需要定期监控，确保AC上行带宽可满足需求。

4.4 全面部署802.11n AP设备
AP 设备积极采用802.11n 技术，不断提高设备性能要求，同时提高AP 设备可管理性，增加无线环境检测等功能：
（1）全面采用11n AP设备进行组网，提高WiFi网络的覆盖质量；（2）新建热点时，对于用户较密集、并发用户较多的区域，可以采用室内放装型/室外型AP组网，充分利用这两类AP的MIMO高带宽特性，给用户提供良好的网络使用感知；（3）对于2.4GHz频段干扰较严重的区域，可采用室内放装型/室外型双频AP组网，开启5.8GHz模式，但须考虑用户终端是否支持5.8GHz频段，并兼顾考虑5.8GHz的覆盖范围；（4）信道捆绑方面，由于40MHz模式占用两个信道，比20MHz模式更容易受到同频的干扰，因此，在频率不干净的区域，不建议采用40MHz模式组网（特别是在2.4GHz频段干扰严重的区域内）。

4.5 优化室内分布系统的部署
为保证WiFi网络接入侧的易扩容性，当室内分布型AP下带天线较多时（超过3面天线），AP安装位置应尽量选择在所带天线的中间位置，通过功分器带多路天线，后续系统扩容时，可以简单通过去掉功分器的方式将一套室分系统分裂为多套单独的室分系统，接入新增AP设备，并增加布放一些网线至交换机即可。

5 结束语
为实现“无线中国”计划，电信应强化WiFi 業务发展与覆盖要求，进一步提升WiFi 网络定位，提升覆盖规模、网络质量和运营管理能力，打造运营级网络，使WiFi 网络切实成为热点区域的大流量数据承载主体，形成3G、WiFi 、FTTH 以及今后4G协同发展的良好局面，提升中国电信竞争力。

参考文献
[1]江旭东，王斌.试论WLAN网络资源的共享.中国无线电，2004年第1期.
[2]中国WLAN市场分析.新经济导刊，2003年第15期.
[3]李晓飞.移动数据业务的发展对网络资源配置的影响分析.现代电信科技，2010年第1期.
[4]陈晓文，李雪馨.运营级WiFi网络组网与承载方案探讨.移动通信，2012年第6期.
作者简介：刘蕙（1980-），女，2003年毕业于中国电子科技大学自动化专业，2009年取得中级工程师职称，毕业后一直从事数据、WiFi网络建设相关工作，工作期间主要负责运营商IP网络WiFi网络的设计和规划，对城域网、WiFi网建设有较深的理解，曾多年作为设计总负责人，组织参与了广西电信IP城域网建设、广西电信WiFi网建设等。