利用路燈桿實現熱區WiFi網絡部署的設計

2013-06-29 01:47:32馬宇飛楊瑞峰張奧揚

電視技術 2013年9期

馬宇飛，楊瑞峰，張奧揚

(中北大學信息與通信工程學院，山西太原 030051)

目前無線數據吞吐量的迅速增長對電信運營商3G網絡造成了很大的沖擊，因此在LTE尚未商用的情況下，各運營商紛紛采用WiFi作為無線高速數據業務的重要補充，以減輕3G網絡的壓力。

WiFi組網方式分為胖AP和瘦AP組網，早期網絡多為胖AP組網。隨著WiFi大規模建設以及無線城市的快速推進，出現了越來越多的問題，如WiFi建網時需要對成百上千的AP進行逐一配置，包括網管IP地址、SSID和加密認證方式等，工作量巨大且容易因誤配置導致各種網絡問題;為了管理AP，需要維護大量AP的IP地址和設備的映射關系;無法自動完成AP軟件升級，帶來大量工作量。鑒于胖AP部署方式越來越難適應WiFi規模部署的需要，國內外主流運營商都轉向AC(無線控制器)+Fit AP(瘦AP)的集中控制型WiFi組網模式。

1 集中控制型WiFi組網模式

1.1 組網模式

集中控制型AC+Fit AP組網模式中，根據網絡需求及所管轄AP的范圍不同，AC可靈活部署于城域網的骨干層、業務控制層或下沉于接入層。

AC+Fit AP集中控制架構對設備的功能進行了重新劃分，其中無線控制器負責無線網絡的接入控制、轉發和統計、AP的配置監控、漫游管理、AP的網絡代理、安全控制;而瘦AP負責IEEE802.11報文的加解密、IEEE802.11的PHY功能、接收無線控制器的管理、RF空口的統計等簡單功能。

集中控制型AC+Fit AP架構中，Fit AP首先獲得IP地址及AC地址;然后AP發現AC并完成向AC注冊;接著與AC建立隧道(如基于CAPWAP協議);AP從AC下載相應的配置文件，完成自身配置后即可正常工作。

1.2 組網特點

集中控制型組網解決了傳統AP組網的不足，通過AC對網絡進行集中管理，極大提高了可管理性和維護性，使得網絡總體性能大大提高，這些特點使其很適于電信級的大型WiFi網絡的部署。相較于傳統的WiFi AP組網，集中控制型組網的優勢如表1所示。

表1 技術對比表

2 室外熱區WiFi部署需要考慮的問題及相關解決方案

2.1 網絡架構

高數據熱區(街區)要求采用WiFi專用BRAS和專用接入設備(ONU、交換機等)，BRAS與AC的功能逐步向融合的方向發展［1］。零散數據熱點要求結合現有網絡架構，與其他專業統籌建設，共享接入設備、BRAS等。WiFi網絡目標組網架構如圖1所示。

圖1 WiFi網絡目標組網架構示意圖

2.2 頻率規劃與干擾控制

2.2.1 頻率規劃

目前 IEEE802.11b，IEEE802.11g 工作在 2.4 GHz頻段上，IEEE802.11a 工作在5.8 GHz頻段上，IEEE802.11n工作在2.4 GHz或5.8 GHz頻段上。

IEEE802.11b，IEEE802.11b 和 IEEE802.11n 工作在2.4 GHz(2.410 ～2.483 GHz)時，工作頻率帶寬為83.5 MHz，劃分為14個子頻道，實際使用為1～13頻道，每個子頻道帶寬為22 MHz。詳見圖2。

圖2 2.4 GHz子頻道分配圖

如圖2所示，IEEE802.11b和IEEE802.11g最多有13個信道可用，13個信道的標號及所用中心頻率以及頻帶的情況如表2所示。

表2 2.4 GHz頻段13個信道的標號、所用中心頻率以及頻帶的情況表

在多個頻道同時工作的情況下，為保證頻道之間不相互干擾，要求兩個頻道的中心頻率間隔不能低于25 MHz。因此從圖3可以看出，在一個蜂窩區內，直序擴頻技術最多可以提供3個不重疊的頻道同時工作，提供高達3×11 Mbit/s的吞吐量。

圖3 5.8GHz子頻道分配圖

IEEE802.11a 和 IEEE 802.11n 工作在 5.8 GHz(5.725 ～5.850 GHz)時，可用帶寬為 125 MHz，劃分為 5個信道，每個信道帶寬為20 MHz。5.8 GHz子頻道分配如圖3所示。

IEEE802.11a 和 IEEE802.11n 工作在5.8GHz(5.725 ～5.850 GHz)時，信道的標號及所用中心頻率以及頻帶的情況如表3所示。

表3 5.8 GHz頻段信道的標號、所用中心頻率以及頻帶的情況表

2.2.2 干擾控制

1)室外AP覆蓋區頻點配置時，為了實現AP的有效覆蓋，避免信道間的相互干擾，在信道分配時宜引入移動通信系統的蜂窩覆蓋原理。對1，6，11信道進行復用，頻點配置示意如圖4所示。

圖4 頻點配置示意圖

2)系統設計時應注意避免干擾源的影響。

3)WiFi規劃設計時結合現場勘察和測試之后，應指定覆蓋區域每個AP的工作頻率，不宜考慮AP自動頻率調整功能，以防止頻率的頻繁調整而導致用戶無法接入。

2.3 傳輸光纜設計

2.3.1 EPON接入技術的應用

1)EPON接入組網技術

配套傳輸采用EPON技術的光纖組網模式組網，EPON是基于以太網方式的無源光網絡的簡稱，是一種采用點到多點(P2MP)結構的單纖雙向光接入網絡，由局側的光線路終端(OLT)、用戶側的光網絡單元(ONU)和光分配網絡(ODN)組成。

2)EPON技術主要特點

(1)相對成本低，容易擴展，易于升級。EPON結構在傳輸途中不需電源，沒有電子部件，能夠充分利用市政路燈桿管井資源鋪設，基本不用維護，長期運營成本和管理成本節省很大。

(2)EPON目前可以提供上下行對稱1.25 Gbit/s的帶寬，并且隨著以太技術的發展升級到10 Gbit/s。

(3)服務范圍大。EPON作為一種點到多點網絡，以一種扇區的結構來節省CO的資源，服務大量用戶。

2.3.2 基于EPON組網模式

1)組網模式種類

現在基于PON技術的光纖接入網的接入模式主要分為以下幾大類:FTTH/O(光纖到戶/辦公室)，FTTB(光纖到樓宇)，FTTB+WLAN等。其中，FTTB中包括以五類線連接ONT(光網絡終端)與ONU的FTTB+LAN、用雙絞線連接ONT與ONU的FTTC+DSL，以及廣電經常使用的FTTC+EoC。FTTH由于具有提供帶寬高、組網靈活等優點，已成為目前的主流接入模式。全業務光纖接入網的規劃需重點關注OLT的設置、ODN的規劃以及ONU的部署三大部分。

2)FTTB的網絡結構

配線光纜是按照用戶需求敷設，由于用戶分布較分散等原因，本工程用戶配光纜的拓撲結構采用點對點的星形結構，如圖5所示。

圖5 FTTB組網模式

2.4 室外街區場景案例分析

本文以3G EV－DO［2］網絡為背景，舉例說明方案的設計流程及分流效果。

2.4.1 高流量扇區篩選

根據高話務DO篩選條件，找出X基站一扇區屬于高話務扇區，即信道平均時隙占用率≥70%，DO平均每載扇等效用戶數≥4，以周為單位進行EV－DO數據統計，一周內滿足條件數大于2次，且持續2周都出現。話務統計如表4所示。

表4 扇區話務統計表

2.4.2 數據分析

從表5數據分析可以看出，單次連接平均占用時長與單用戶平均占用時長差別很大，說明用戶上網每次連接時長大多短且次數頻繁。由該載扇單次連接平均流量與單用戶平均流量分析，說明該區域用戶數多為小流量用戶。

表5 數據分析表

2.4.3 分析結果

根據話務統計數據分析，X基站一扇區覆蓋區域存在用戶數多且為小流量用戶，用戶每次上網時間短且次數頻繁，如表6所示。X基站一扇區1X配置為3載波，EV－DO配置為4載波，目前無法滿足用戶需求，而800 MHz已無頻點可用。在EV－DO已擴4載波的情況下，解決此問題的有效方法就是使用WiFi熱點分流DO流量。