基于分享經濟的智慧城市WLAN網絡建設思路研究

楊 帆 李玉娟

(中通服資詢設計研究院有限公司 四川 成都 610000)

0 引 言

2010年，中國物聯網與智慧城市建設高峰論壇在北京召開，來自全世界的200余名相關人士出席了本次會議，拉開了中國智慧城市建設的序幕。近年來，國務院高度重視智慧城市的建設與發展，各地政府相繼出臺了智慧城市的建設計劃。我國智慧城市在經歷了十多年的發展和實踐探索之后，取得了一定成效。但目前智慧城市的建設模式，往往強調政府信息化，企業和公眾部分沒有得到充分重視，造成“政府主導、企業投資和公眾參與”的智慧城市發展、管理、運營模式尚未形成。另一方面，智慧城市在管理體制、標準化、投融資、評價考核等方面有待深入研究，智慧城市的“智慧性”尚未充分發揮效用[1]。尤其是以共享WIFI為代表的城市基礎設施，在建設完成后，面臨著運營困難的局面，造成了智慧城市建設投入的浪費。

未來，如何通過政府引導，撬動社會資金參與，帶動產業發展，形成“萬眾創新”的城市發展產業格局，充分發揮“智慧城市”的“智慧性”，將作為我國智慧城市建設的重點發展方向。

1 相關工作

1.1 智慧城市

20世紀末，隨著信息技術的快速發展，歐美一些城市提出了“智慧城市”的概念，其以物聯感知網絡為基礎，聚焦城市治理與服務，強調市民對城市的全面感知，為城市提供以更加精細動態的管理方式和生產生活，從而達到城市運行的“智慧”狀態[2]。

我國城市信息化在先后經歷了數字城市、知識城市、虛擬城市、信息城市和智能城市等發展階段后，正在向智慧城市邁進。然而，在智慧城市建設的熱潮中，相關的理論研究還比較薄弱。作為一項復雜的系統工程，智慧城市是一個信息技術革新、發展理念更新、以及城市規劃、建設和管理模式創新的過程，將面臨一系列的難點。

1.2 分享經濟

2008年金融危機爆發，互聯網信息技術及其創新應用呈現井噴式發展，適應信息社會發展特點的分享經濟由此產生。作為互聯網時代的標志性產物，分享經濟以“生產資料與生活資源的使用而非擁有”為產權基礎，以互聯網為手段實現對各種閑置資源的充分利用[3]，其涵義包括以下3方面：

(1) 作為新型經濟形態，分享經濟是信息革命發展到一定階段后出現的，云計算、虛擬化、大數據、移動互聯網等現代信息技術及創新應用的快速發展，為分享經濟奠定了基礎。

(2) 21世紀，資源將進一步決定社會發展。分享經濟利用互聯網將各類分散的閑置資源進行整合，通過對需求的準確發現實現供需雙方的快速匹配，從而有效降低交易成本。

(3) 工業社會強調生產和收益最大化，崇尚資源與財富占有；信息社會則強調以人為本和可持續發展，崇尚最佳體驗與物盡其用。分享經濟適應信息社會發展的新理念，將“使用而不占有”和“不使用即浪費”作為其強調的兩個核心理念，體現了新的消費觀和發展觀[4]。

分享經濟的關鍵因素如圖1所示。

圖1 分享經濟的關鍵因素

如圖2所示，分享經濟相比于傳統經濟模式，在技術、主體、客體、行為、效果和文化等方面具備新的特征。

圖2 分享經濟六大特征

2 基于分享經濟的智慧城市WLAN網絡建設思路

作為城市主要的基礎設施，WLAN網絡是智慧城市的重要建設內容，其影響著城市金融、交通、教育、政府和醫療等各方面。隨著移動互聯網技術的快速發展，社會公眾對WLAN網絡尤其是免費WLAN網絡的接入需求也變得更加迫切。

在發達城市先行開展的智慧城市建設中，多采用由運營商建設部分WLAN網絡的模式。但由于后期缺少良好的運營和管理方式，尤其是在公眾已經習慣了免費WIFI服務的情況下，運營商自建的WLAN網絡成本難以回收，造成了后續WLAN網絡建設和維護的意愿較低。未來發展中，將有更多的中小型城市加入智慧城市的建設行列，但WLAN網絡建設的問題將更加突顯：一方面由于城市規模小造成運營商不愿意自建WLAN網絡；另一方面，如果由政府牽頭建設和運營WLAN網絡，則政府部門將面臨建設和運營成本過高的問題，也會對后期WLAN網絡的運營和維護帶來巨大影響。

基于分享經濟的WLAN網絡建設思路，在WLAN網絡的運營與管理中采用提供廣告位的激勵機制，并且在必要時引入政府財政資金作為補貼，通過與擁有WLAN熱點的商家或個人進行合作，將私人WLAN熱點的一部分資源(包括互聯網接入資源)劃分出來作為統一管理的免費公共WLAN接入資源，從而有效降低智慧城市建設和運營WLAN接入設施的成本，具有實用和推廣的價值。

2.1 網絡的改造與實現

目前私人WLAN熱點通常利用具有無線功能的路由器通過ADSL、光纖和FTTX+LAN等接入方式部署實現。同時，多數家用無線路由器能夠支持多SSID功能，即可通過設置多個SSID來實現一臺無線路由器部署多個WLAN熱點，并為不同的熱點配置各自的策略。基于分享經濟的WLAN網絡改造示意如圖3所示。

圖3 個人無線熱點的升級劃分

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

網絡改造由政府部門牽頭，項目運營公司和有合作意愿的商家、組織或個人經過協商后，對后者擁有的無線路由器進行升級改造。升級后，每個路由器包含本地網關(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先得到保證，WLAN擁有者可像升級之前一樣管理和使用該部分，該部分的SSID由熱點擁有者自定義。

作為公共WLAN接入的瘦AP僅完成無線接入功能，其配置、管理及認證等功能均由遠端的無線控制器完成，該部分的SSID統一設置為公共WLAN的SSID。必要時，可由項目運營公司適當補貼費用，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WLAN接入認證管理中心，實現對公共WLAN接入的瘦AP進行統一的配置、管理及認證。認證管理中心包括網關路由器、中心交換機、無線控制器(AC)以及服務器群。通過Internet與分布在各處的瘦AP熱點建立通信，實現政府對公共WLAN熱點的統一配置、管理及認證。管理內容包括無線電射頻頻段選擇控制、客戶端在AP間切換等。無線控制器(AC)與Portal服務器和Radius服務器進行交互，能夠實現用戶的在線注冊、登錄、接入認證等功能。

考慮到公共WLAN網絡的主要終端設備為筆記本電腦、智能手機和PDA等便攜式設備，且終端持有用戶多具有一定的移動特征，因此在用戶接入認證方式上，采用Portal認證模式。認證流程如圖4所示。

圖4 認證流程圖

具體步驟如下：

步驟1未經過認證的用戶連入AP訪問網絡時，在Web瀏覽器地址欄中輸入任一互聯網地址，此HTTP請求在經過AP時重定向到Portal服務器的認證主頁上，用戶的Web瀏覽器對認證界面進行顯示，用戶通過短信動態驗證碼進行認證。

步驟2用戶在認證界面上輸入手機號碼，點擊“獲取驗證碼”，Portal服務器將用戶手機號碼發送至RADIUS服務器，RADIUS服務器將手機號碼發送給SMS服務器獲取短信動態驗證碼，與此同時，SMS服務器也會將短信動態驗證碼以短信方式發送到用戶的手機上。

步驟3用戶收到短信動態驗證碼后，在認證界面輸入正確的短信驗證碼，點擊“登錄”，短信動態驗證碼將通過Portal服務器被發送至RADIUS服務器，完成最后的認證/計費交互。

步驟4若認證失敗，Portal服務器向認證客戶端推送認證失敗頁面；若認證成功，AP將打開用戶與互聯網的通路，Portal服務器會向認證客戶端推送認證成功的頁面。

步驟5認證過程完成，用戶即可訪問互聯網。

2.2 總體網絡架構

基于分享經濟的WLAN網絡總體架構圖如圖5所示。

圖5 總體網絡架構

圖5中，AP_Pub為升級后的無線路由器被劃分出來作為公共WLAN接入的瘦AP部分，用戶數據通過ADSL、光纖或FTTX+LAN等方式接入Internet。AP_Pub由本地網關分配地址，通過域名解析獲得AC地址，通過Internet與接入認證管理中心的AC建立通信。

無線控制器(AC)與Portal服務器及RADIUS服務器位于同一子網中。在客戶端設備初次接入WLAN熱點完成認證之前，用戶所有的HTTP請求都將重定向到Portal服務器，而Portal服務器將提供基于Web認證的界面，與接入設備交互以完成后續的認證。

基于分享經濟的WLAN網絡建設思路使得政府不用花大力氣在各公共場所部署公共無線接入設施，而是僅通過對個人無線路由器進行升級和專門配置，即可合理利用已有的私人WLAN接入設施來實現公共WLAN接入，可在不影響私人WLAN使用的情況下省去巨額的WLAN設施的部署成本。同時，在適當的情況下引入政府補貼，提供廣告位激勵的機制，能夠為與之合作的私人和商家帶來效益。

2.3 WLAN熱點的部署

各處WLAN熱點的部署按照具體場景的不同分為“單獨AP模式”和“AC+瘦AP模式”兩種結構，其部署結構情況對比如表1所示。

表1 WLAN熱點的部署模式對比

“單獨AP模式”和“AC+瘦AP模式”的WLAN熱點的部署方式如圖6所示。

圖6 WLAN熱點的部署示意圖

3 激勵措施與運維模式

通過在認證界面設置廣告位，滾動展示各合作商的個性化廣告來對提供WLAN熱點的商家、組織或個人進行補償與獎勵。

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

通過升級WLAN接入設備將原有WLAN接入資源進行劃分，能夠滿足私人WLAN接入的固有需求，同時又能提供公共WLAN接入的覆蓋，使得區域接入互聯網的方式更為豐富。另一方面，由于私人WLAN接入設施依舊布置在居民或商鋪的家中，并由其擁有者日常維護，當地政府僅需要組建專門機構來為擁有共享式WLAN熱點的居民提供技術支持和對接入認證管理中心設備進行日常維護，即可實現對WLAN網絡的后期運營，有利于降低WLAN網絡的運營和管理成本，符合“智慧城市”未來“智慧”運營的發展方向。

4 結 語

《國家新型城鎮化規劃(2014-2020年)》提出“大力推進智慧城市建設”，未來，我國將有更多的城市開啟智慧城市建設。在國內目前發達城市率先開啟的智慧城市建設中，由于缺少良好的運營模式，在智慧城市建設完成后，以共享WIFI為代表的城市基礎設施不能充分發揮作用，這一問題在未來中小型城市智慧城市的建設中將進一步凸顯。

如何在智慧城市建設完成后對城市進行“智慧”的運營和管理，通過政府少量資金撬動社會力量參與，帶動產業發展，充分發揮智慧城市的“智慧性”將是未來發展的方向。

本文針對目前智慧城市基礎設施共享WIFI現有建設模式存在的普遍問題，基于分享經濟的理念，提出了一種WLAN網絡建設思路：通過與擁有WLAN熱點的商家或個人進行合作，在必要時引入政府財政資金作為補貼，能夠有效降低智慧城市建設和運營WLAN接入設施的成本，具有實用和推廣的價值。