WLAN主要设备功能、组网方式及应用分析探讨

随着WLAN无线局域网在2008年奥运会中的崭露头角和2009年国内的大规模商用，WLAN越来越得到业界的重视。WLAN无线局域网采用无线工作方式，空中接口采用载波侦听多路访问/碰撞避免（CSMA/CA）技术实现共享媒质接入控制的一种局域网技术，可满足用户的无线上网需求，并能够实现计算机局域联网、远程接入、图文传真、视频监控、IP语音应用等多种功能。WLAN系统主要由接入控制器（AC）和无线接入点（AP）组成。系统组网方式可分为胖AP组网与瘦AP组网。目前大唐电信WLAN产品体系主要分为：胖AP系列、瘦AP系列及胖瘦可转型系列产品，为用户提供全面的无线局域网应用解决方案。

大唐电信是中国移动“WLAN设备主要供货商”，中国电信“WLAN重要合作伙伴”。凭借卓越的产品性能及良好的工程售后服务，大唐电信WLAN产品成功中标2008北京奥运公网，随后在江苏、福建的全省WLAN热点覆盖，山东青岛全城无线覆盖，湖南移动营业厅无线互联中得到大规模商用，并在辽宁、北京、广东、广西、浙江、陕西、山东等省均有较大的市场份额。

本文将对WLAN主要设备功能、组网方式及应用逐一进行探讨。

设备简介

接入控制器（AC）无线局域网接入控制设备，负责将来自不同AP的数据进行汇聚并接入Internet，同时完成AP设备的配置管理、无线用户的认证、管理及带宽、访问、切换、安全等控制功能。AC强大的管理和控制功能，能够构建出个性化、专业化WLAN解决方案。

无线接入点（AP）电信级无线覆盖设备，相当于一个连接有线网和无线网的桥梁，其主要作用是将各个无线网络客户端连接到一起实现大范围、多用户的无线接入。根据应用场景不同，AP通常可分为室内型和室外型，室内环境下覆盖范围通常在30～100m，室外环境最大覆盖范围可达到800m。

组网方式

胖AP工作模式胖AP又称为自治型设备，AP设备作为单独的个体独立工作，通过无线方式与用户进行数据接收与发送（如图1所示）。在设备运行前需对每一个AP设备进行单独配置。AP可单独组网，也可与AC、BRAS等接入控制设备一起组网，AC、BRAS等接入控制设备对AP下的用户进行接入认证，对带宽及用户安全等方面进行管理。AC、BRAS设备不限制AP接入数量，只与网络下接入用户数量有关。

图1 胖AP网络结构

目前胖AP模式在国内应用比较广泛，它技术成熟，并且兼容性强，可实现不同厂家AC、AP设备之间兼容，前期投资成本低，适用于建网初期中小规模组网。胖AP模式的业务功能较单一，目前多用于为用户提供简单数据接入业务，因此，建议一些小范围、低投入的场景可以选择胖AP组网方式。

瘦AP工作模式随着WLAN技术逐渐被关注，网络发展规模逐渐壮大，由起初的办公楼、酒店等热点发展成现在的校园网、大型场馆乃至无线城市。因此无线网络的安全性和管理性得到加倍重视，针对以上问题，业界提出了瘦AP的概念，即以WLAN无线交换机为核心＋简单接入点（瘦AP）的集中式管理架构。在这种无线网架构下，无线交换机集中实现了射频监控、数据流量管理、安全认证、QoS、接入控制、负载均衡以及AP的控制管理等功能，AP只实现802.11的空口功能，完成无线电波的收发任务。采用瘦AP架构，实质就是降低了AP的复杂性，将网络智能向上层控制设备转移，从而有效地解决上述传统WLAN基础架构模式下暴露出来的问题。

瘦AP称为集中控制型设备，需要由接入控制器AC（也称无线交换机）来统一进行配置管理（如图2所示）。AP本身不带有任何软件及配置，当AP加电后，AP通过广播、DHCP或DNS方式来获得位于网络骨干上的AC的IP地址信息，之后采用CAPWAP协议与AC取得通信，AC将AP运行所需的相关配置数据发送给AP，AP收到这些信息后，随即进行系统启动并根据AC提供的配置进行自身参数的配置。单台AC对所管理的AP数量有所限制，可分为管理几十台至上千台AP数量的不同数量级的AC设备。

图2 瘦AP网络结构

瘦AP设备采用先进的通信技术，AP设备无需单独调测，由AC统一配置管理，大大简化初期安装和后期维护的投入。大唐电信多年来一直致力于瘦AP产品的开发，密切关注市场发展的需求，产品逐渐演进，目前已推出种类齐全、性能优越的瘦AP系列产品，其产品有以下几个特点。

集中控制与管理无线交换机＋瘦AP架构具有简单而强大的无线局域网集中式管理功能，AP本身并不存放任何的配置文件，AP的配置是从无线交换机上获取的，通过无线交换机管理模式可以统一管理整个无线网络的AP。

即插即用的网络部署无线交换机可被部署于数据中心，全网的AP设备可跨越二层或三层网络与无线交换机连接。当一个新的AP设备被连入网络中时，将立即被无线交换机发现并配置，用户无需在现场进行任何配置，即可随时开通，实现即插即用的网络部署。

网络自愈功能无线交换机能实时侦测出线上AP是否存在失效，当发现有AP出现故障时，无线交换机会自动检测这个故障，并指示附近的接入点调整功率和信道设置来弥补发生故障的接入点留下的空缺。若有新的接入点加入，其他接入点应能减小功率发射，以避免产生冲突。

无线接入的负载均衡为了更合理地分配带宽，在无线交换机里有全部分布AP的列表和负载状况，无线交换机会根据一定的算法，指示一些连接用户数量较多的AP把其覆盖范围内的无线用户或终端分散连接到邻近的AP上，从而分担AP的负担，达到最佳的使用效果，充分利用网络资源。

安全性瘦AP架构的无线系统的安全管理是将访问控制、安全认证、防病毒、无线入侵监测以及RF电磁波管理等多项安全功能汇聚到无线交换机上来完成，通过集中式安全管理增强了无线安全性。此外，当用户漫游时，在无线交换机之间共享用户特定的安全策略将能够在整个无线网络范围内统一控制用户属性和组属性。

QoS无线交换机支持基于分类的流量队列，以确保无线语音（VoWLAN）或其他时延敏感的应用能获得所需的服务等级和服务质量。同时支持带宽限制，可针对重要关键的数据传输应用，提供优先的带宽保证。支持802.1p/Diffserv等，可在无线和有线网络上有效区分数据流。

流量分离无线交换机可灵活配置无线接入点的数据转发模式，根据数据的分类决定是否需要经过无线交换机转发，或直接进入有线网络进行数据交换。对于延迟敏感、传输要求实时性高的数据分类可以不经过无线交换机而直接接入上层网络，更好地适应未来无线网络更高流量传输的要求，诸如VoWLAN、802.11n传输等。

基于瘦AP网络系统增强了无线网络安全、射频控制、移动访问、服务质量保证（QoS）、无缝漫游等重要因素，扩展了业务服务范围和网络容量。随着WLAN在国内的大规模商用，瘦AP将成为各运营商今后WLAN主流组网方式。

胖瘦模式转换建网初期，在覆盖的热点布局分散、用户较少或者布放设备少等前期情况下，为节省投资，可选择胖AP模式。随着WLAN网络规模逐渐发展壮大，热点、用户逐渐增多，运营中的设备维护和网络优化等工作量也随之增加，为方便运营管理和维护，建议采用瘦AP组网方式。大唐电信的WLAN产品支持胖瘦工作模式的转换，根据网络发展规模选择适合的组网方式，合理保护了用户投资。在胖AP工作模式下，用户只需要增添AC设备（无线交换机），通过AC设备或者集中网管系统，对AP设备做简单的转换设置，即可实现全网的集中控制管理（如表所示）。

表 胖瘦方案对比

工程案例—中国移动奥运场馆项目

奥运WLAN网络主要覆盖各奥运竞赛场馆、奥运主新闻中心、国家广播中心、媒体村、奥运村、总部饭店等。

WLAN网络化分为三层：接入层、汇聚层、骨干传输层。其中，在接入层使用AP作为无线客户端接入IP数据网的桥梁；在汇聚层采用二层交换机和接入控制服务器（AC），AC用来完成用户接入控制功能，同时AC将作为认证点来提供基于Radius的安全认证；在骨干传输层中包括认证系统、计费系统和统一网管系统三部分，这三部分作为WLAN核心部分，认证、计费系统负责客户的合法性验证、客户使用WLAN网络的状况查询、账单的记录和输出，网管系统对WLAN网络提供了全方位的监控，为管理者了解每个热点地区设备的运行提供了详细的信息。

针对奥运场馆特殊人群要求（奥运场馆主要由媒体、观众、功能用房几部分组成），大唐电信给出满足容量和覆盖需求的无线覆盖方案及详细的规划思路和方法。包括使用的AP的类型、数量，并根据传输机房位置，按照理想布线路由等（如图3所示）。

图3 奥运场馆无线覆盖图

首先要根据并发比例×用户数量计算出并发时的人数，再根据设备承载用户最大限额确定设备数量；

根据实际勘测面积和场馆结构进行规划，设计设备布放的最佳位置和覆盖的重点区域；

针对特殊人群的特殊要求安排和布放设备类型及数量；

根据特殊需求完成用户的有关计费、认证、安全等网络管理措施；

根据现场勘测，设计布线、走线方案，力求美观、隐蔽；

针对奥运活动中的情况，保证无线通讯中的安全性能。

大唐电信通过改变AP数，设置AP的RF频段，来保证不同的并发用户数。所有线路通过POE供电交换机集中到后台机房；使用两台AC设备做统一鉴权服务；并且支持热备份功能。

组网应用——WLAN与3G网络的融合

第三代蜂窝移动通信（3G）技术是一个比较完美的系统，它有较高的技术先进性、较强的业务能力和广泛的应用。而WLAN网络可以在特定的区域和范围内发挥对3G的重要补充作用，WLAN与3G技术相结合也将会有广阔的发展前景。

3G网络采取宏区、微区和微微区的分层结构，每个区又采用多载频技术。微区和微微区的基站采用小区扇形极化和多输入多输出（MIMO）技术，可在较小覆盖区提供额外信道容量，解决用户高速率视频流业务的增长。3G通用移动通信系统（UMTS）的3GPP组织启动3GPP/WLAN交互结构作为3GPP的附加标准，给3GPP用户提供公众无线局域网（WLAN）接入业务。WLAN作为一种公众无线接入方式，WLAN网络采用小区扇形极化和MIMO技术可在室内50m或室外100m半径覆盖区提供额外信道容量。WLAN网络的主要优点是可以低成本配置，无线接入成本仅占3G基站的很小一部分，将有力地促进无线接入市场的发展。3G/WLAN网络双模终端可提供无处不在的，带宽可变的，可保证服务质量（QoS）的多种高速率业务。3G网络和WLAN网络的主要区别是在终端移动限制条件，3G网络的移动终端可广泛地配置，而WLAN网络受终端位置、移动速度的影响（如图4所示）。

图4 3G/WLAN融合网络结构

对于电信运营商来说，对WLAN的定位主要是作为高速有线接入技术的补充，逐渐也会成为蜂窝移动通信的补充。WLAN与蜂窝移动通信也存在少量竞争。一方面，用于WLAN的IP话音终端已经进入市场，这对蜂窝移动通信有一部分替代作用。另一方面，随着蜂窝移动通信技术的发展，热点地区的Wi-Fi公共应用也可能被蜂窝移动通信系统部分取代。但是总的来说，他们是共存的关系。目前而言，3G网络提供话音和数据业务，而WLAN网络主要提供数据业务。可见，3G网络和WLAN网络具有互补性，一个网络的优点是另一个网络的缺点。3G网络和WLAN网络的一体化可同时综合双方的优点，减少双方的缺点。

随着移动/固定网络融合趋势的进一步发展，UMA技术的实现为大唐电信解决WLAN与移动蜂窝网络融合这一难题提供了技术保障（如图5所示）。UMA（非授权移动接入UnlicensedMobileAccess）作为3GPP标准的接入技术，支持移动语音与数据从蜂窝网络到无线局域网的无缝转换。UMA技术标准确立了移动运营商将家庭、办公室与公共WLAN无缝扩展至其蜂窝网络的方法。借助UMA技术，运营商可以通过WLAN接入网络为用户提供语音和数据服务，显著提高移动服务的使用率，同时降低网络部署成本。目前UMA标准正逐步成熟，不少厂商推出了基于UMA的解决方案和终端设备，欧洲、北美及亚太的运营商也开展了运作和测试。UMA为运营商开辟了新的业务途径；可帮助移动运营商解决室内覆盖、提高频谱利用率；有利于固网运营商提高话务量和收入。

图5 UMA接入网络

UMA作为一种2G/3G网络的补充，不会对运营商现有网络提出挑战，相反它能够有效地解决运营商关心的若干问题：如室内覆盖不足，数据速率偏低。UMA在未来家庭网络的接入上能发挥重要作用，对于运营商建立真正的无所不在的网络很有意义，市场预测表明UMA产业将会有很好的发展前景。