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运营级WIFI网络架构规划探讨

　　摘要：对目前运营商WIFI网络存在的问题进行了分析，指出了网络规划对WIFI网络运营的重要 性。从运营级网络的角度对WIFI网络架构进行了讨论，提出了运营级WIFI网络的架构要求。并从基本网络架构、AC容量和无线容量等方面对WIFI网络架构进行了总体规划。
　　关键词：WIFI，网络规划，AC池
　　无线数据接人业务快速发展，3G网络已经无法支持高速发展的无线数据。电信运营商都在大力建设和发展3G网络的同时，积极建设WIFI网络，通过WIFI网络对3G网络进行分流。目前全国各电信运营商的热点数达到50万个，建设AP数超过200万。
　　如此庞大的网络，在建设初期由于网络规划不足，无法满足运营级网络需求，导致后期不断的进行扩容和优化整治。目前运营商WIFI网络架构中普遍存在二层组网和三层组网并存、多品牌的AP并存、AC部署混乱等问题。这些问题严重制约WIFI网络的发展，不理于集中网络管理，且存在安全隐患。
　　1　网络规划
　　WIFI终端已经从过去的单一笔记本终端，发展到现在的智能手机、PAD、和笔记本多种终端并存的状况。智能手机和PAD的移动性优势，使得WIFI覆盖范围需求发生了很大变化。智能手机优秀的移动性对网络覆盖提出了很高的要求。不能仅按照热点方式进行覆盖，对于机场、国家级景区、繁华商业区、校园等区域都需要按照热区的方式进行覆盖。
　　WIFI终端对802.11协议支持从过去的b/g，发展到目前的b/g/n。支持支持802.11a的终端占比也在不断增加。所以WIFI网络规划时要充分考虑用户终端的协议支持情况。
　　随着网络规模的不断扩大和WIFI技术、业务的不断发展，WIFI网络正在呈现3大发展趋势：（1）网络结构扁平化；（2）热点覆盖向热区覆盖转变；（3）802.11b/g向802.11n的转变。
　　1.1　网络架构规划
　　运营级的WIFI网络必须具大容量、高可靠、可管理、可扩展这四个要求。大容量：网络支持用户的大规模并发接人，核心网元大容量配置，满足集中化、扁平化；可扩展：方便网络扩展或引入新技术，增强整个网络的功能和性能的同时能满足各种新业务的承载需求；高可靠：网络能长期稳定运行，关键设备有冗余备份机制，无线信号稳定，防范恶意攻击，具有QOS保证；可管理：能够通过网管进行统一的数据和业务的管理、设备升级等。
　　AC集中化部署，将无线控制器旁挂在核心交换上，形成独立的无线控制层，进行集中部署和管理。所有AP与AC之间的tunnel流量通过AP接入的BRAS设备后，转发至城域网核心，到达AC。所有WLAN业务流量则从AP转发至AC后，由AC上联BRAS终结业务VLAN，进行IP地址下发、认证、计费、授权，同时与Portal进行交互。　　

　　AP作为网络上的一个网元从BRAS上获取IP地址，或者BRAS将DHCP relay到AC上，在分配IP地址给AP的同时也通过DHCP的option 43告知其主AC的IP地址。AP上联主AC后获取自己的配置和下载同步OS版本，当和AC互联建立GRE隧道后，便可以广播无线信号并被AC管理。
　　AP的用户流量通过专用的BRAS进行AAA，并被转发业务流量，同时实现全程的业务QOS保障。对于某些需要快速漫游的需求，网络架构也可以提供隧道转发模式，使AP流量集中到AC上转发，提高高速漫游，减少延时。
　　AC采用机框插板卡，所有AC作为AC池工作，而不是各个单独的AC。实现AC的即插即用，方便网络扩展。同时提高了AC的资源利用率，IP地址的分配更加合理。
　　1.2　业务流和IP地址规划
　　WIFI业务转发分集中转发和本地转发，两种转发方式各有利弊。
　　集中转发优点：可以进行流量的控制，基于终端和业务的管理和分析，能够部署跨三层漫游的无缝切换；数据安全性高，数据封装在瘦AP与AC之间的GRE隧道中；业务规划较为方便，业务规划变更无需更改接入和汇聚交换机的配置，只需在AC统一修改即可。
　　集中转发的缺点：所有数据都需要通过AC进行转发，对AC性能要求较高；所有的数据包都要进出AC，对链路的带宽要求较高。本地转发的优点：用户数据流不经过AC，对AC设备的性能要求不高；AC故障后，一段时间AP仍可以工作。本地转发缺点：业务和流量不可控，三层漫游实现较难。
　　对于运营级WIFI网络，基于业务管理和QoS考虑，建议采用集中业务转发。
　　互联网用户的不断增加，公网地址越来越紧张，IPv4向IPv6的转换越来越紧迫。但对运营商来说，在IPv6还没有大量普及时，最好的方式是对在网设备进行软件升级，开启IPv4/IPv6双栈，在保持对现有IPv4用户和业务最佳兼容的同时提供IPv6接入能力。
　　升级在网BRAS支持私网双栈，规划新的WLAN认证域为用户分配私网地址。采用私网双栈技术后，WIFI接入用户不再使用公网地址，而是获取私网地址。这样可以有充足的地址供用户使用，不会因为公网地址的短缺导致用户接入后无法获取IP地址。
　　2　容量规划
　　2.1　AC设备和端口容量规划
　　由于网络规模的不断扩大，小容量AC无法满足运营级网络规划的要求。在AC选取上，按照大容量、少AC的要求，选取插板式AC。单AC板卡1024线以上，如有必要采用单板2048线的AC，同时所有AC板卡组成AC池工作。AC部署同时考虑N＋1备份，特别是主控板的热备份。传统的AC架构中，一个AP只能连接固定的一个AC，实现AC池后，AP可以动态的选择AC池中的任意AC。从AP侧看，平台型AC其实是一个超大容量的AC。
　　AC容量规划要求满足未来三年热点建设的发展需求。比如规划三年内AP数量达到10000台，宜采用单板2048线的AC，不考虑备份情况需要AC板卡5块。为满足业务需求采用两套AC机框进行分区域部署。在网络建设初期，两块机框各插一块AC板卡，能够在保证1＋1备份情况下支持2048个AP。随着网络规模扩大，增加AC业务板。当AP数量在10000左右时，两套机框各插3块AC板。其中5块承载AP，另外一块做N＋1备份，能够满足2048×5的AP容量。
　　AC作为统一的AC池进行管理。AC池中不同机框的2台AC作为Master和Backup－Master。其主要作用AC池的控制器，可以统一在Master AC上进行无线配置。其他的控制器作为Local AC，仅作为AP业务承载，并进行N＋1的冗余。　　

　　AC、专用BRAS和CRS间的接口规划需要根据网络规模，如果网络规模较小，建议采用双GE捆绑接口；如果网络规模较大接，建议采用10GE接口。
　　2.2　空口和接入层容量规划
　　目前网络容量的最大瓶颈仍是在WIFI空口，由于非重叠信道少，运营商之间、运营商和私有用户的AP频点无法错开，导致空口干扰严重；同时无线信号的不稳定性，导致AP下必然有部分用户协商的协议速率偏低，进一步降低空口吞吐率。
　　当网络存在干扰或者低速率用户时，总的空口速率下降明显。当潜在用户较多时，就需要部署多个AP来分担空口负荷。
　　容量规划包括无线侧和有线侧规划，无线侧容量规划决定AP配备密度，有线侧容量决定有线侧的总吞吐量需求。一个是运营级WIFI网络架构规划探讨的公式（1）
　　Mb=Mh×SOP×P（1）
　　其中Mb为忙时并发用户数，Mh为终端数，SOP为网络渗透率，P为忙时并发率。Mh由热点或热区的自身决定，一般可以通过调查可得；SOP由业务发展情况决定；P由热点特点、有线网建设和业务发展情况等多条件共同决定，普通热点情况可以取0.1～0.3，搞笑宿舍等根据业务发展情况，取值一般在0.5～1.0。
　　得到忙时并发用户数后，根据AP支持用户数可以得到热点或热区的AP部署密度。
　　DAP=Mb/MAP（2）
　　其中DAP是AP部署密度，Mb为忙时并发用户数，MAP为每AP支持用户数。
　　这样就可以得到，忙时每个终端获取吞吐率的理论值（不考虑竞争冲突等因素）。为保证高协商速率终端获取较好吞吐率，建议关闭AP低协商速率。
　　在接入层，条件允许情况下，建议全部采用PON方式接入。随着AP数量的增加，802.11n设备上线，共用PON口、或者PON下ONU数量过多很容易引发PON口拥塞。对于校园、高铁站、集宿区等流量密集区使用独立PON口，与其他业务分开，同时限制PON口下使用1：8分光器，保证上联带宽。对于少量光缆无法到达区域，可以采用MESH等方式进行覆盖。
　　在多运营商覆盖区域，多运营商间干扰规避可以通过运营商共建热点和频点规划协商来解决。其中热点共建方式，采用多SSID，并通过不同的VLAN隔离数据，效果更好。
　　结论
　　运营级WIFI网络，必须满足大容量、高可靠、可管理、可扩展这四个要求。核心设备大容量配置，具备冗余备份，满足集中化、扁平化要求；同时网络稳定、可扩展，具有QOS保证；并能够实现统一的网络和业务管理。网络规划中AC采用1024线以上AC，集中部署，旁挂在核心交换机，形成AC池。在网络接入层充分考虑忙时最大在线用户数，确保忙时无线空口和PON口的容量满足负荷。
　　参考文献
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　　[5]刘健，杨淼，WLAN网络规划方法研究.2011全国无线及移动通信学术大会论文集.2011年

-全文完-