淺析電信運營級WiFi網絡的組網思路

摘 要：文章首先介紹了運營級WiFi網絡建設的引入原因，并詳細介紹了電信運營級WiFi網絡的特征。然后從網絡架構、設備設置、設備選型、室分分布系統部署等方面對電信運營級WiFi網絡的組網方案進行了探討。

關鍵詞：運營級WiFi；AC；集中控制型AP

1 引言

在信息技術高速發展的時代，消費者對網絡通信的需求高速攀升，他們總希望能夠在任何時間、任何地點，都能與任何人進行語音、圖像等各種內容的信息通信，并且希望能夠實現終端在網絡中的漫游。在這種需求的驅動下，無線通信特別是寬帶無線數據通信，正逐漸成為人們的一種內在需求和今后通信發展的一個重要方向。無線局域網（以下簡稱WiFi）作為一種短距離無線接入技術，通常使用免費的免授權（unlicensed）頻段，使用者不需要支付高額的授權費用，并且具有安裝簡單快速靈活、價格低廉等特點，WiFi已經普遍成為熱點場所、熱點區域的高速無線數據的重要接入手段。

目前，隨著WiFi 終端設備從傳統的筆記本電腦向以iPAD、iPhone為代表的輕便型、智能型的終端擴展，WiFi業務的客戶群和數據流量都在飛速發展。與此同時，由于移動互聯網業務的飛速發展，3G流量迅速攀升，數據熱點區域的移動網絡頻率資源相當緊張，用戶的使用感知下降。因此，近幾年來各運營商都開始較大規模的建設WiFi網絡，以此來對3G業務進行分流，將WiFi網絡作為發展無線寬帶業務的重要手段。

由于WiFi技術使用的無線頻率是無需授權的公共頻段，無線信號容易受到干擾，并且AP、AC設備的功能、性能、組網設計主要滿足家庭和企業內部組網需求，不能完全滿足電信運營商的要求。因此，需要運營商推動WiFi網絡向可運營的網絡發展。

本文將從現有WiFi網絡改造演進的角度出發，探討電信運營級WiFi網絡的組網思路及方案。

2 打造電信運營級WiFi網絡的原因

目前，考慮到WiFi網絡的規模，電信大多采用的是AC集中部署于城域網骨干層的組網方式，AC直連至城域網的CR/BR設備上，統一接入城域網內各個熱點下的集中控制型AP。在本方式中，一套AC可管理不同BRAS下同一廠家的集中控制型AP，布署靈活，適應大容量、少節點、扁平化的組網原則，但是也存在不少問題：

2.1 電信的WiFi網絡基于現有的IP城域網進行組網，與IP城域網共用了匯聚交換機、BRAS等設備。由于城域網寬帶用戶數量龐大，寬帶流量變化快，匯聚交換機和BAS設備擴容割接頻繁，容易影響WiFi用戶流量和網絡質量。

2.2 WiFi業務和城域網寬帶業務都在迅猛發展，WiFi熱點上行局所的匯聚交換機端口資源和AC所在局點的匯聚交換機端口資源經常不足而需要擴容。由于IP城域網匯聚交換機的主要服務對象不是WiFi專業，WiFi專業的相關人員無法及時了解設備端口資源使用情況，也無法專門為WiFi業務進行端口資源規劃，經常出現端口不足或臨時被其它寬帶業務占用的情況，影響WiFi工程進度和業務發展。

2.3 伴隨著網絡的發展，WiFi用戶的IPv4地址不夠用的現象越來越凸顯，原有城域網BRAS上或多或少都會配置有部分WiFi的地址池（非集中控制型AP組網方式要求必須每個BRAS都配置有WiFi地址池，而集中控制型AP組網僅需在AC直掛的BRAS上配置WiFi地址池即可。目前的WiFi網絡仍分散存在著部分非集中控制型AP設備），而這些IP地址的利用率高低不等，不利于綜合利用IP資源。

2.4 沒有對用戶進行QOS等級的劃分，高端用戶跟低端用戶“一視同仁”，一旦同一AP內的單個用戶使用大流量的上網業務，會嚴重影響其他用戶的網絡使用感知。

2.5 在多個運營商進駐的熱點，現有802.11b/g的AP設備受干擾嚴重，用戶使用感知下降，并且20M的接入帶寬越來越無法滿足用戶需求。

2.6 大多數熱點的室內分布系統在部署時沒有考慮到后續容量擴容時需要分裂的需求。后續擴容時，室分系統可能需要重新布放大量線纜，施工量較大，存在需要跟業主二次協商的不確定性，影響后續擴容施工。

2.7 WiFi網管的部分重要功能仍不夠完善，在實現WiFi網絡“精確化部署和管理”、“打造運營級WiFi網絡”方面的支撐力度仍不足。

在此背景下，為提升WiFi網絡的質量，構建運營級WiFi網絡已成為必然趨勢。

3 運營級WiFi網絡的特征

打造運營級WiFi 網絡，應具有以下四大特征：

“大容量”，指整個WiFi 網絡要做到全程全網，熱點密集區域形成熱區，用場點型AC 管控，零散熱點匯聚到城域網出口，用大容量AC 設備集中管控，全網形成集中化、扁平化的組網結構。同時要保證每個用戶的接入帶寬能承載合理的業務需求，要從無線接入層到網絡匯聚層都有合理的QoS 保證。

“高可靠”，指整個WiFi 網絡要做到安全可靠。WiFi 網絡要能長期穩定運行，各設備及其供電系統可靠，關鍵設備有冗余備份機制，無線信號穩定。WiFi網絡還要防范大部分來自無線側和網絡側的攻擊，也能對無線側數據傳輸進行安全加密，防止被竊聽或篡改。

“可擴展”，指整個WiFi 網絡要做到靈活延展。WiFi 網絡要能方便地引入新的無線接入或管控技術，增強整個網絡的功能和性能。WiFi 網絡也要能靈活地滿足各種新業務的承載需求。

“可管理”，指整個WiFi 網絡要做到可管可控。WiFi 網絡能通過網管進行統一的遠程管控、數據采集、設備升級，并且能與其他系統配合，實現WiFi 故障的快速精確定位以及遠程排障。

4 打造電信運營級WiFi網絡的組網思路

4.1 逐步對現有網絡架構進行改造

根據前面存在問題的詳細分析，目前WiFi網絡的組網結構對WiFi業務已形成了一定程度的影響；另外，WiFi業務量的不斷擴大，雖然近期不會對城域網設備造成太大影響，但遠期的情況無法估計。因此，為了確保今后網絡的穩定、可靠，應根據業務發展情況，逐步對現有WiFi網絡架構進行改造，改造方式如下圖所示：

主要改造內容如下：

AP、AC和接入層交換機組網不變，在城域網匯聚層面將WiFi網絡從現有寬帶城域網匯聚交換機以及BRAS中分離，設置WiFi網絡專用的BRAS、匯聚交換機，將WiFi網絡獨立出來，為打造運營級WiFi網絡提供前提。

調整優化后可達到以下目的：

WiFi專網專用，方便管理，不受其他業務割接影響，自身割接也不會影響到其他的網絡業務；建立WiFi專用BRAS后，雖然無法從根本上解決IPv4地址枯竭的問題，但可以將利用率低的IP地址池平移過來，綜合利用IP地址資源，提升IP地址的利用率，從而達到優化資源的目的；部署WiFi專用匯聚交換機、BRAS之后，可以采用SVLAN的方式實現單AP單VLAN，所有VLAN資源可以重復利用，不與IP城域網的其他業務的VLAN使用沖突，真正做到用戶的精確定位。

專網專營，數據流量獨立，利于進行類似分時分區域計費等多樣化計費模式的實施。

部署了WiFi專用匯聚交換機之后，可以空閑出一部分IP城域網匯聚交換的端口，一定程度上緩解IP城域網匯聚交換機端口資源緊張的現狀。

4.2 盡快實現針對用戶的限速

盡快通過AC統一部署或單AP單VLAN的方式對用戶進行限速。

通過為單臺AP分配唯一VLAN ID的方式對用戶實現差異化的計費，這樣也可以一定程度上限制用戶過度使用大流量業務，緩解網絡擁塞。具體實施方案如下：

可以使用NAS-PORT-ID里的BAS IP + VLAN 來對熱點進行唯一性標識。該方式需要將BRAS下帶AP的VLAN改造為QinQ VLAN，實現每個AP的BRAS IP+QINQ VLAN 都是唯一的，Radius針對此唯一性標識，即可選擇相應的計費策略，實現差異化計費。

目前，現網的AC通過MAC地址或者序列號進行AP設備的識別，通過AP的MAC地址或者序列號綁定業務VLAN，該VLAN為QINQ的內層VLAN。在同一AC下，每臺AP設備的業務VLAN是唯一的。用戶上網時，AC會根據識別到的AP信息分配給用戶綁定好的業務VLAN。業務VLAN一旦分配，將為固定ID，不會因為AP設備重啟或者上連交換機端口的變動而改變。

用戶業務數據包由AC轉發至匯聚交換機時，由匯聚交換機封裝外層VLAN。

用戶數據經過BRAS后，由BRAS將BRAS IP、外層VLAN和內層VLAN信息送給RADIUS服務器，RADIUS通過對這三個字段信息的識別，實現WiFi用戶的差異化計費。

4.3 AC設備堅持大容量、集中設置原則

AC設備的部署可堅持大容量、集中設置的原則進行設置；對于熱點較為集中的熱區，在可考慮設置單獨的AC設備進行控制。另外，考慮到802.11n設備的全面部署，數據流量可能會有大幅度的提升，需要定期監控，確保AC上行帶寬可滿足需求。

4.4 全面部署802.11n AP設備

AP 設備積極采用802.11n 技術，不斷提高設備性能要求，同時提高AP 設備可管理性，增加無線環境檢測等功能：

（1）全面采用11n AP設備進行組網，提高WiFi網絡的覆蓋質量；（2）新建熱點時，對于用戶較密集、并發用戶較多的區域， 可以采用室內放裝型/室外型AP組網，充分利用這兩類AP的MIMO高帶寬特性，給用戶提供良好的網絡使用感知；（3）對于2.4GHz頻段干擾較嚴重的區域，可采用室內放裝型/室外型雙頻AP組網，開啟5.8GHz模式，但須考慮用戶終端是否支持5.8GHz頻段，并兼顧考慮5.8GHz的覆蓋范圍；（4）信道捆綁方面，由于40MHz模式占用兩個信道，比20MHz模式更容易受到同頻的干擾，因此，在頻率不干凈的區域，不建議采用40MHz模式組網（特別是在2.4GHz頻段干擾嚴重的區域內）。

4.5 優化室內分布系統的部署

為保證WiFi網絡接入側的易擴容性，當室內分布型AP下帶天線較多時（超過3面天線），AP安裝位置應盡量選擇在所帶天線的中間位置，通過功分器帶多路天線，后續系統擴容時，可以簡單通過去掉功分器的方式將一套室分系統分裂為多套單獨的室分系統，接入新增AP設備，并增加布放一些網線至交換機即可。

5 結束語

為實現 “無線中國”計劃，電信應強化WiFi 業務發展與覆蓋要求，進一步提升WiFi 網絡定位，提升覆蓋規模、網絡質量和運營管理能力，打造運營級網絡，使WiFi 網絡切實成為熱點區域的大流量數據承載主體，形成3G、WiFi 、FTTH 以及今后4G協同發展的良好局面，提升中國電信競爭力。

參考文獻

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[4]陳曉文，李雪馨.運營級WiFi網絡組網與承載方案探討.移動通信，2012年第6期.

作者簡介：劉蕙（1980-），女，2003年畢業于中國電子科技大學自動化專業，2009年取得中級工程師職稱，畢業后一直從事數據、WiFi網絡建設相關工作，工作期間主要負責運營商IP網絡WiFi網絡的設計和規劃，對城域網、WiFi網建設有較深的理解，曾多年作為設計總負責人，組織參與了廣西電信IP城域網建設、廣西電信WiFi網建設等。