WLAN AC池組化技術部署策略研究

黃宙 中訊郵電咨詢設計院有限公司工程師

張琦 中國移動北京分公司工程師

WLAN AC池組化技術部署策略研究

黃宙 中訊郵電咨詢設計院有限公司工程師

張琦 中國移動北京分公司工程師

隨著WLAN網絡規模的不斷擴大，網絡維護困難、設備利用率低等問題日益突出。而在網絡建設中適當應用虛擬化，即采用AC池組化技術，可提升WLAN網絡的可靠性和資源利用效率。本文探討了如何在WLAN網絡中進行AC池組化部署，并給出了在某運營商中部署的實際案例。

WLAN網絡；AC池組化；網絡部署

1 引言

無線局域網（WLAN）具有技術成熟、高帶寬、低成本、易于部署等特點，通過在數據業務需求旺盛的區域部署WLAN，實現對移動數據業務的分流，可大大降低無線寬帶每比特成本，在全業務運營的背景下，WLAN網絡受到各大運營商的高度重視。

而隨著WLAN網絡建設規模的不斷擴大，網元數量急劇增加，但WLAN設備廠家數量多，各家設備技術水平不一，網絡維護困難、設備利用率低等問題日益突出。

通過應用虛擬化技術可以創建一個全局共享的資源池，從根本上擺脫傳統的煙囪式架構的約束。因此，適時在WLAN網絡應用虛擬化技術，建立部署AC池，能夠有效提高資源利用率、節約機房配套、降低建設和管理成本、提高設備使用靈活性和安全性、提供更好的可擴展性等。

在WLAN網絡建設中應用部署AC池組化技術，將大大提升WLAN網絡的可靠性和資源利用效率，是目前可選的一種解決方案和思路，其部署策略也成為國內電信運營商重點關注的內容。

2 WLAN網絡架構及組網方式

2.1 WLAN網絡架構

運營商WLAN網絡一般由WLAN業務平臺和WLAN接入網絡兩部分構成。WLAN業務平臺包含Radius系統、Portal服務器、WLAN網管系統以及需要對接的CRM系統、計費賬務系統、短信平臺等周邊系統。WLAN接入網絡則為在各熱點地區部署的WLAN覆蓋網絡。

WLAN接入網絡包括以下4部分：

（1）WLAN終端設備

用戶可通過內置WLAN無線模塊的終端（如PC、PDA、手機等）或終端+WLAN網卡的方式獲得互聯網接入服務和數據通信服務。目前，WLAN終端設備主要支持IEEE802.11a/b/g/n協議等。

（2）接入點設備（AP）

AP是WLAN網絡的小型無線基站設備，完成802.11系列標準的無線接入，要求支持802.11b/g/n等，采用智能天線技術，通過多組獨立天線組成的天線陣列，動態調整波束，保證讓WLAN用戶接收到穩定的信號，并可以減少其它信號的干擾。AP同時也是一種網絡橋接設備，是連接有線網絡與無線網絡的橋梁，任何WLAN終端設備均可通過相應的AP設備接入到有線網絡資源。因配置管理方式不同，AP設備分為“胖”AP和“瘦”AP兩種。

（3）無線控制器（AC）

AC負責對WLAN內所有（集中管理型）“瘦”AP進行管理和控制，通過與認證服務器的通信來進行信息過濾。一般采用AC旁掛或直掛于BRAS的方式實現對AP接入設備的管理及控制。目前，由于各廠家AC與AP間CAPWAP協議實現方式不同限制，導致AC/AP設備間無法實現完全廠家解耦。

（4）接入控制設備

作為接入控制點和后臺的WLAN認證計費系統（Radius服務器）相連，完成對WLAN用戶的認證。當采用多種認證方式時，WLAN接入系統必須能夠識別不同的認證方式，通常采用的認證方式主要有DHCP+ Web認證、PPPoE認證和專用客戶端認證。在接入控制器與無線控制器分開獨立設置的組網模式下，接入控制器一般采用BRAS設備實現。

2.2 WLAN組網方式

WLAN組網模式一般分為兩種，即獨立控制型AP設備的組網和集中管理型AP設備的組網模式。其中，集中管理型AP設備的組網模式是運營商級WLAN主要的組網方式，其使用“瘦”AP和無線控制器進行組網，無線控制器用來管理AP，接入控制器采用BRAS設備負責用戶的認證接入。在具體的WLAN組網中，AC部署方式有如下兩種：

（1）AC旁掛BRAS上

如圖1所示，在BRAS上對隧道VLAN不啟用認證，通過三層轉發到無線控制器上。此方案可以解決熱點部署初期，用戶量少且比較分散的問題。當WLAN網絡規模擴大時，可以考慮下移無線控制器到匯聚點。

圖1 AC旁掛BRAS上方式

（2）AC直掛BRAS下

如圖2所示，無線流量通過AC轉發，最終由BRAS進行處理。此方式無線流量沒有迂回，可以針對匯聚交換機下用戶密度比較高的場景下。

圖2 AC直掛BRAS下方式

3 AC池組化技術分析

3.1 資源池介紹

資源池的概念由來已久，在實際工程中已有較多應用。如圖3所示，在傳統的移動通信網絡中，一個RNC/BSC只能與一個MSC相連，資源利用率不均衡，導致部分設備業務量較大，而其他部分設備處于閑置狀態。而在MSCPool組網中，一個RNC/BSC可以與多個MSC相連，從B側看，MSCPool實質是一個超大容量的MSC。采用MSCPool池技術，可以優化網絡資源、合理分配話務量、提高網絡性能、保證網絡安全、提高投資效益和資源利用率等。

以此類推，可以在其它類型網絡中利用虛擬化的資源池技術，同樣可以提升網絡可靠性和設備資源利用率。

所謂資源池技術，就是把設備、鏈路、IP/VLAN等各種相關資源進行集中管理、統一調度，以達到提升資源利用效率，降低設備性能壓力，增加網絡可靠性，同時降低備份成本的目的。

由WLAN網絡架構可知，在“瘦”AP方式下，AC設備作為WLAN網絡的核心控制設備，在整個網絡中占有舉足輕重的地位，如何高效、合理地部署AC設備在網絡建設中備受關注。

圖3 MSC池應用示意圖

隨著WLAN網絡建設規模的快速增長，現有網絡架構在實際部署中存在以下幾個問題：

（1）廠家互通性差

CAPWAP協議具體實現方式不同，WLAN各設備廠家的AP只能與自家的AC設備進行通信，即在業務區域內有多少個廠家的AP就需要配置多少個廠家的AC設備。

（2）資源利用效率低

在同一WLAN業務區域及設備機房內，通常AC設備數量較多，但接入AP量不均衡，AC設備資源未能得到充分的有效利用；不同AC設備鏈路使用率不均衡，有的鏈路已經飽和需要進行擴容，而有的鏈路卻閑置。

（3）可擴展性差

當網絡中將要新增AC設備時，需要城域網內相關設備同步進行接口和路由配置，運維難度大，流程復雜。

（4）建設和運維成本增加

隨著網絡建設規模的擴大，AC設備的數量急劇增長，給工程建設和網絡運維都帶來了很大的壓力，對機房空間和電源系統也提出了更高的要求。同時，不同熱點、不同廠家AP設備需分配不同的管理網段，需同時維護多個AP地址池。

通過在WLAN網絡中適當引入虛擬化資源池技術，引入AC池組化可以有效解決上述問題，即將AC組網平臺化，通過電信級虛擬化設備集中匯聚AC資源，實現AC設備的集中部署和統一管理，提高核心網資源利用率和網絡可靠性，從而滿足未來WLAN網演進的需求。

3.2 AC池組化概述

在傳統的WLANAC-AP組網架構中，一個AP只能連接固定的一個AC，而AC在部署中往往按照區域進行劃分，即每個AC負責固定片區的AP接入。

而在AC池組化組網架構中，AP共享資源池內所有的AC資源，AP可以動態地選擇AC池中的任意AC進行連接。從AP側看，AC池實際上是一個超大容量的AC。AC資源池集中了多個AC，共用服務節點標識，AC池共用上行和下行鏈路資源，對外呈現為一個邏輯實體。AP可以按照負載均衡、鏈路質量等原則注冊到資源池中的任意一個AC設備，從而獲得更好的服務。圖4為傳統AC組網與AC池組網架構示意圖。

總體來說，AC資源池技術具有如下優點：

（1）提升AC設備容量利用效率：AP根據負載情況均衡接入AC，充分利用每臺AC的資源，降低AC性能壓力風險，增加可靠性。

（2）提升鏈路和帶寬利用效率：不同流量負荷的AC共享鏈路和帶寬資源，無需針對重載AC頻繁擴容帶寬，提升鏈路利用效率。

（3）增強可靠性，降低備份成本：當資源池中某個AC設備宕機后，其它節點將實時自動分擔這個宕機節點的業務，不需要人工干預且能夠快速恢復，提高了網絡的高可靠性。

（4）隨需擴容：資源池內的網元可隨需擴容，即插即用，減少了網絡割接影響。

圖4 傳統AC組網與AC池組網架構

（5）資源集中部署，優化了網絡的操作維護與管理，降低了維護成本。

3.3 虛擬化技術在AC池中的應用

資源池的基本實現方式和關鍵技術是虛擬化，業界常見的虛擬化技術包括華三的IRF、思科的VSS等。

在WLAN網絡中，AC池首先要實現資源的物理集中，同時AP和AC之間全部路由可達，便于維護和管理。由于WLAN業務的快速發展，AC設備數量急劇增加，在實際組網中需要部署一定量業務控制和匯聚節點對WLAN業務和AC設備進行匯聚。由于AC池中的匯聚節點匯聚了所有WLAN業務流量，因此需要確保網絡的可靠性，同時需要網絡配置簡單、便于維護。

采用支持虛擬化技術的匯聚設備，在傳統縱向組網中增加橫向聯系，建立平臺型AC資源池，可以成倍降低組網復雜度，提升網絡可靠性和資源利用率。在部署虛擬化技術后，多臺設備可以看作一臺設備，網絡之間的互聯關系可以直接簡化為設備之間的互聯，單設備故障切換時間將小于50ms（見圖5）。

4 AC池組化部署策略

4.1 AC池部署劃分

在AC池組化組網部署中，單個AC池的AC設備規模，以及城域網絡內AC池的數量成為需要首先確定的內容。

對于新建WLAN網絡，可以通過整體規劃，根據城域網絡大小，預測WLAN業務量、熱點分布，以及機房、光纜資源情況，首先確定AC池部署的數量和選點。

對于已有WLAN網絡，由于已具有一定量AP、AC及BRAS設備規模，同時承載了一定規模的WLAN業務量，故對現網影響最小成為首要考慮的問題；在此前提下，可結合現有設備規模和節點機房現狀，進行AC池的部署規劃。

4.2 AC池組網結構

圖5 虛擬化部署前后網絡結構對比

對于AC池組網結構通常采用兩種方式，即根據虛擬化設備所處網絡的部署位置進行區別。如新建WLAN網絡，兩種組網方式可靈活使用，而對于已有WLAN網絡，則需以對現網影響最小為前提，靈活選擇適當的方式進行組網。

（1）虛擬化設備直掛方式

是指支持AC池的虛擬化設備部署于WLAN BRAS設備與匯聚交換機之間，而AC設備旁掛于虛擬化設備上。在對現網改造的情況下，此方式對于原WLAN組網采用AC直掛BRAS方式連接的節點，網絡改造和割接影響相對較小。

（2）虛擬化設備旁掛方式

是指支持AC池的虛擬化設備部署于WLAN BRAS設備旁，WLANBRAS設備與匯聚交換機之間為直連鏈路。在對現網改造的情況下，此方式對于原WLAN組網采用AC旁掛BRAS方式連接的節點，網絡改造和割接影響相對較小。

4.3 AC池組化案例分析

如圖6所示，某運營商WLAN網絡采用BRAS與AC分設的組網模式，WLAN業務BRAS設備超過100臺，AC數量230余臺，AP數量8萬余個，活躍用戶30萬個。其采用BRAS旁掛AC的方式部署。在部署AC池組化后，仍保持旁掛AC方式，AC池節點（即虛擬化功能交換機）與AC采用串聯旁掛方式連接至城域網BRAS設備。

每兩臺AC為一組，采用熱備工作模式。

圖6 某運營商AC池組網結構

AC同機房部署2臺支持虛擬化功能的匯聚交換機，AC采用交叉互聯的方式與2臺交換機互聯，AC通過交換機與該區域的所有BRAS直連。BRAS采用2路GE直連2臺交換機，BRAS啟用三層（路由）轉發模式，即BRAS負責將AP的DHCP報文定向到對應的AC。每對AC管理同一片區或多個片區BRAS下同一廠家的“瘦”AP設備。

通過AC池技術的應用，該運營商輕松實現了AC設備集中管控，所有AC都可以被城域網上所有的AP共用，實現AC負載均衡、N+1備份，同時網絡可靠性達到電信級要求（5個9）集中管控，并為后續AC的擴容提供便利。

5 AC池組化技術應用路線展望

AC池組化能夠給WLAN網絡帶來諸多便利，但在實際網絡中進行具體部署時，應根據現網設備及資源情況分步驟進行。如圖7所示，AC池組化的應用隨技術本身演進發展將分為3個階段：

圖7 AC池組化技術演進路線圖

（1）階段一

各廠家AP和AC之間的接口尚未標準化，不同廠家的AP和AC設備不能互通，只能通過池組化平臺建立AC資源池，同一廠家的AP共享資源。

（2）階段二

AP和AC之間的接口標準化，不同廠家的AP和AC可以互通，建立一個大的AC資源池，服務于所有AP。

（3）階段三

最終建立AC云，根據AP建設規模動態申請AC資源，實現“按需分配”，進一步提高資源利用率。

目前，AC池組化技術尚處于第一步，由于接口尚未標準化，AC池技術部署后，僅能達到池內同廠家設備資源的共享，成為一個最基本的AC池平臺，池內資源通過預先配置進行調度和分配。隨著WLAN網絡的發展，應逐步促成各廠家AP和AC間CAPWAP協議接口的標準化，使設備兼容性提高，最終通過AC池技術建立AC云，實現設備的集中管控，使資源動態申請和按需分配，提高網絡可靠性，促進WLAN網絡和業務高效發展。

6 結束語

隨著WLAN業務的發展和虛擬化概念的提出，通信系統對網絡資源整合提出了更多需求。本文在此背景下，探討了WLAN AC資源池技術在WLAN網絡中的應用，通過引入AC池的概念，達到提高WLAN設備資源利用率和網絡可靠性的目的，并提出WLAN網絡建設中的實際部署策略。希望本文能夠起到拋磚引玉的作用，促使運營商及WLAN設備廠家，積極加大對AC池組化的研究和部署，為WLAN業務發展和網絡建設提供更多的便利。

參考文獻

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WLAN AC pooling technology deployment strategy

HUANG Zhou，ZHANG Qi

With the continuous expansion of WLAN network scale， network maintenance difficulties， low utilization problems have become increasingly prominent. The AC virtualization and pooling technique can improve the reliability and efficiency of resource use WLAN networks. This article discusses how to deploy WLANAC pooling network， and gives practical examples deployed communications operators.

WLAN network；virtualization；AC pooling

2016-09-05）