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        WLAN供電及接入解決方案

        2011-11-17 07:39:34梁忠輝龔志紅烽火網(wǎng)絡有限責任公司湖北武漢430074
        郵電設計技術 2011年12期
        關鍵詞:交換機端口運營商

        潘 成,梁忠輝,龔志紅(烽火網(wǎng)絡有限責任公司,湖北 武漢,430074)

        0 前言

        2011年國內三大運營商不約而同地把WLAN作為網(wǎng)絡建設的新重點,WLAN全國性布局已經啟動。中國電信提出了“C+W”的戰(zhàn)略(CDMA+WLAN),中國移動也提出了四網(wǎng)戰(zhàn)略(G網(wǎng)、TD-SCDMA網(wǎng)、WLAN網(wǎng)、TD-LTE網(wǎng)),而中國聯(lián)通則進行了大規(guī)模WLAN招標,國內三大運營商都加大了WLAN的建設力度。作為移動通信網(wǎng)絡的一種補充形式,移動性高、成本低、建設速度快的WLAN一方面能夠分流運營商在移動數(shù)據(jù)流量方面的壓力;另一方面,它也很有可能成為未來運營商盈利的增長點。在移動網(wǎng)建設的同時配合WLAN部署,實現(xiàn)用戶3G網(wǎng)+WLAN網(wǎng)的無縫連接體驗,已經成為國內運營商當前的必然選擇。

        “2011中國互聯(lián)網(wǎng)大會”上,中國移動表示,中國移動將對WLAN網(wǎng)絡加大覆蓋力度,逐步覆蓋絕大部分數(shù)據(jù)業(yè)務熱點地區(qū),力爭3年內達到100萬個WLAN“熱點”覆蓋。中國電信2011年正式宣布啟動“無線中國”戰(zhàn)略計劃,預計到2012年年底,將在全國范圍內部署100萬個“熱點”,從而使得天翼WLAN進一步覆蓋商務樓宇、機場、車站、酒店、商業(yè)區(qū)等廣闊的生活領域,為市民提供方便快捷的無線接入。2010年中國聯(lián)通WLAN招標設備數(shù)量為20萬臺,2011年又首次對802.11a/b/g與802.11n設備的采購分別提出了要求。隨著“智慧城市”、“無線城市”紛紛寫入各地“十二五”規(guī)劃,國內三大運營商在城市重點地區(qū)布局“熱點”的積極性相當高??梢灶A計,WLAN無線寬帶接入網(wǎng)絡正處于一個前所未有的高速增長時期。

        在WLAN建設中,接入層的設備數(shù)量和種類繁多,對無線AP接入和供電方式也提出了不同的要求。本文主要對WLAN中AP供電方式和接入層的部署方式進行探討,并給出解決方案。

        1 WLAN接入及供電方式分類

        在WLAN建設中,無線AP部署的數(shù)量巨大,接入部署位置和供電方式非常靈活,對運營商本地取電能力和網(wǎng)絡延伸狀況提出了不同的要求。

        1.1 WLAN供電方式

        在WLAN中關于無線AP取電,目前主要有AP本地就近取電和通過PoE技術遠程取電2種方式。

        在早期WLAN建設時,由于業(yè)務及終端較少,用戶群單一,AP數(shù)量不多,本地就近取電是行之有效的方式。隨著WLAN建設的加速,AP部署數(shù)量劇增,并且交通樞紐、商業(yè)中心、高等院校等用戶對AP部署位置提出了不同的要求。AP通常要部署到天花板、墻壁甚至室外(懸掛方式)等特殊地方,AP就近取電非常困難,施工中不僅消耗人力物力,增加建網(wǎng)成本,而且拖延了建設時間。

        IEEE 802.3af標準定義的PoE技術,提出了遠程供電的方式,有效改善了上述問題。PoE技術通過提供一種在標準的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)線纜上向網(wǎng)絡設備供電的方法,消除了在每一臺IP網(wǎng)絡設備上都安裝單獨的電源設備的需求。在傳遞信號的同時也將電源傳送給無線AP,PoE可以提供350 mA/12.95 W的功率,使大量基于IP的終端設備的應用更為方便和便宜。

        PoE供電的原理為:標準的五類網(wǎng)線有4對雙絞線共8根腳,2根金屬線依距離周期性地扭絞組成電信傳輸線。IEEE 802.3af允許PoE供電設備(PSE)支持數(shù)據(jù)腳供電和空閑腳供電2種用法中的任意一種,受電設備(PD)2種用法必須都支持。應用空閑腳供電時,4、5腳連接為正極,7、8腳連接為負極,由PSE給PD供電,1、2、3、6腳傳輸數(shù)據(jù) 。 應用數(shù)據(jù)腳供電時,PSE可通過數(shù)據(jù)腳給PD供電,1、2、3、6腳同時傳輸電流和數(shù)據(jù),電流和數(shù)據(jù)頻率互不干擾。當PD通過網(wǎng)線與供電設備PSE連接后,PSE將自動對PD進行檢測,進行功率分類,并根據(jù)當前端口供電優(yōu)先級的配置、端口功率配置等參數(shù),決定是否對此設備供電以及分配優(yōu)先級。

        IEEE 802.3af標準按分級確定PD正常工作時需要的最大功耗和其他要求,PSE提供相應電功率輸出。輸出功率為15.4 W的0級定義為默認級,輸出功率為4.0、7.0和15.4 W的1~3級分別是允許選擇的功率,第4級是為將來使用準備的(見表1)。

        表1 IEEE 802.3af供電分級

        1.2 WLAN接入方式

        如何將無線AP接入運營商網(wǎng)絡,目前主要存在以下幾種接入方式:通過PoE供電模塊接入供電、通過PoE交換機接入供電、通過支持PoE的ONU接入供電。

        1.2.1 通過PoE供電模塊接入供電

        PoE供電模塊是一種提供電源和數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O備,它將接入的數(shù)據(jù)信息加入電源,通過對應的端口輸出,這個輸出的網(wǎng)線內包含了數(shù)據(jù)和電源,實現(xiàn)了對遠端的無線AP供電的同時,完成數(shù)據(jù)傳輸。PoE供電模塊通常有 1、2、4、8、16、24 等多種端口規(guī)格, 可根據(jù)需求靈活選擇。PoE供電模塊通常部署在ONU和無線AP之間,或者不支持PoE功能的以太網(wǎng)接入交換機和無線AP之間。

        PoE供電模塊價格便宜,功能簡單,無需配置,即插即用,部署速度快,在部分投資有限、建設速度要求高的地方受到歡迎。但PoE供電模塊不具備網(wǎng)管功能,如果出了問題,很難進行故障定位。而且如果是AP出現(xiàn)不正常的狀況,無法通過網(wǎng)管實現(xiàn)遠程控制,必須到現(xiàn)場重啟AP。

        1.2.2 通過PoE交換機接入供電

        PoE交換機是在傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機的基礎上,增加了PoE功能,使交換機不僅具備了數(shù)據(jù)交換功能,還可以同時通過網(wǎng)線傳輸電源,另外還集成了傳統(tǒng)交換機的安全、QoS、網(wǎng)管等功能。符合運營商傳統(tǒng)使用習慣和電信級運營管理的要求。PoE交換機可以部署在匯聚交換機和無線AP之間,或者PON中ONU和無線AP之間。通過選擇8口、16口、24口等不同端口密度的PoE交換機,可以部署在不同用戶密度的熱點區(qū)域。

        1.2.3 通過支持PoE的ONU接入供電

        支持PoE功能的ONU是在傳統(tǒng)的OUN內集成了PoE供電功能,此類ONU主要部署在PON中OLT和無線AP之間。目前國內運營商在部分區(qū)域開展了實驗室測試和少量試商用。

        支持PoE功能的ONU設備集成度較高,其解決方案網(wǎng)絡層次簡潔。由于其推出時間較晚,支持的廠家少,因此價格較高,運營商部署用量較少。實際應用中,其環(huán)境適應性問題以及與AP兼容性問題尚有待充分驗證。

        1.2.4 3種方式對比分析

        綜上所述,WLAN 3種接入供電方式各有優(yōu)缺點(見表2)。

        表2 WLAN 3種接入供電方式對比

        2 WLAN供電及接入解決方案

        根據(jù)前述WLAN供電及接入方式的特點,結合不同的應用場景及用戶需求,給出下列WLAN供電及接入解決方案。

        2.1 PoE供電模塊解決方案

        隨著運營商 “光網(wǎng)城市”、“寬帶提速”的建設,PON得到了大規(guī)模的部署和應用,ONU已延伸至用戶身邊。在需要部署WLAN的場景,可就近將PoE供電模塊下掛至ONU,然后與AP連接,選擇PoE供電模塊時,需考慮連接AP數(shù)量、受電功率和端口速率選擇適合的PoE供電模塊。此方案適合對價格敏感、對網(wǎng)管無要求的用戶。由于ONU部署較為分散,因此該方案適合AP密度不高的熱點區(qū)域。在一些已部署非PoE交換機的區(qū)域,還可以通過增加PoE供電模塊實現(xiàn)遠程供電功能,可有效利舊,保護原有投資。但從實際工程應用來看,PoE供電模塊存在可靠性相對較差,故障率偏高的不足。

        2.2 PoE交換機解決方案

        WLAN網(wǎng)絡結構龐大,設備數(shù)量多,作為運營級的網(wǎng)絡,網(wǎng)管功能可以顯著提高網(wǎng)絡的業(yè)務管理效率和故障響應速度。PoE交換機的解決方案不僅可以有效克服PoE供電模塊無法網(wǎng)管的缺點,還可以提供豐富的功能特性,如供電優(yōu)先級管理、過熱過載保護、QoS規(guī)劃、安全特性支持等。另一方面,在一些IP城域網(wǎng)不完善,或者PON未覆蓋的地區(qū),通常只能采用傳輸網(wǎng)承載WLAN業(yè)務。在這種情況下,LAN+PoE交換機解決方案非常符合應用場景的需求。PoE交換機由于其技術成熟,功能豐富,可廣泛適用于各類熱點區(qū)域,特別適合用戶密集的高等院校等場景。

        PoE交換機技術成熟,運行穩(wěn)定應用范圍廣、部署數(shù)量大,是各大運營商目前WLAN建設中的首選供電及接入方案。

        2.3 帶PoE功能的ONU解決方案

        本方案中,將PoE功能集成到ONU后,通過ONU直接給AP供電,網(wǎng)絡層次簡潔,故障點少,PoE相關功能可與PON在統(tǒng)一界面和平臺下管理維護。非常適用于PON覆蓋廣泛,用戶密度不高的熱點區(qū)域。帶PoE功能的ONU解決方案日益受到運營商和設備廠商的關注,有望成為未來WLAN建設的主流接入及供電解決方案。

        2.4 方案應用中的注意事項

        在實際的工程應用中,關于WLAN供電及接入方面,還應注意以下問題:網(wǎng)線距離過長、網(wǎng)線質量不佳或者受環(huán)境影響會降低供電功率、甚至造成無法給AP供電,一般建議不超過70~80 m。另一方面,PoE供電設備雖然可以全端口滿功率供電,但考慮到設備環(huán)境電壓存在波動的可能,建議不要全端口給AP供電,可適當預留若干端口;在很多熱點區(qū)域,供電設備離開通信機房,通常會部署在距離人們工作、學習、生活很近的位置,如學校的教室、圖書館、學生宿舍樓梯間等,對供電設備的靜音降噪能力提出了更高的要求;在一些室外公共熱點區(qū)域,供電設備的防雷能力也會受到考驗。

        3 WLAN供電及接入技術的新發(fā)展

        3.1 IEEE 802.11n和全千兆PoE供電設備

        WLAN手機、平板電腦、智能終端越來越普及,WLAN網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流量將迎來爆發(fā)式增長,迫使運營商不得不使用更加先進的技術,以提升更高的網(wǎng)絡帶寬,提供更好的用戶體驗。IEEE 802.11n技術被譽為下一代無線局域網(wǎng)標準,可以將WLAN的傳輸速率由目前IEEE 802.11a及 IEEE 802.11g的 54 Mbit/s,提高到300 Mbit/s,甚至600 Mbit/s,還可以向下兼容IEEE 802.11a/b/g。得益于MIMO、OFDM技術的應用,提高了無線傳輸質量,也使傳輸速率得到極大提升。 在覆蓋范圍方面,IEEE 802.11n采用智能天線技術,可以動態(tài)調整波束,保證讓WLAN用戶接收到穩(wěn)定的信號,并可以減少其他信號的干擾。因此其覆蓋范圍可以擴大到數(shù)km2,使WLAN移動性、覆蓋能力極大提高,非常適合室外部署,是“無線城市”、“智慧城市”建設的必然選擇。2011年國內三大運營商IEEE 802.11n設備部署比例將超過IEEE 802.11a/b/g。

        當前WLAN供電及接入設備主要采用百兆PoE接口,理論上無法滿足IEEE 802.11n上行帶寬需求。但在實際應用測試中,IEEE 802.11n AP帶寬體驗與理論值還存在較大差距,原因主要是網(wǎng)絡上行帶寬受限、2.4 GHz工作頻段影響、技術成熟度還需進一步提升。百兆PoE接口的交換機或ONU在較長的一段時間內應可以滿足實際應用需求。但從未來的發(fā)展趨勢看,在WLAN網(wǎng)絡上層帶寬有保證的前提下,同時考慮到IEEE 802.11n的向下兼容性,具備千兆PoE接口的交換機或ONU將是IEEE 802.11n AP接入的最佳選擇。

        3.2 IEEE 802.3at(PoE+)和大功率供電

        目前業(yè)界所采用的PoE相關標準為IEEE 802.3af,該標準規(guī)定了供電設備可通過以太網(wǎng)向功率在15.4 W以下的受電設備供電。這對于目前常用的無線AP來說是夠用的,但隨著“無線城市”建設興起,WLAN網(wǎng)絡開始在城市開放的空間部署室外型無線AP,額定功率通常大于15.4 W,已超出IEEE 802.3af標準定義。 與 IEEE 802.3af相比,IEEE 802.3at(PoE+)可輸出2倍以上的電力,單端口的輸出功率可在30 W以上,因此可大幅拓寬PoE供電的應用領域。

        4 結束語

        WLAN建設中,AP供電及接入方式的選擇是其中覆蓋面最廣,也是最重要的環(huán)節(jié)之一。國內運營商紛紛在研究適合自己的解決方案。烽火網(wǎng)絡長期關注WLAN項目建設,致力于提供優(yōu)秀的WLAN供電及接入解決方案,通過分析用戶需求和應用場景的不同,提出了針對性的解決方案和部署建議,是一種兼顧現(xiàn)實和發(fā)展的思路。

        [1]王維嘉.802.11 系列標準介紹 [J]. 數(shù)據(jù)通信,2011(4):19-22.

        [2]潘成.WLAN 接入及供電方式分析[J].通信世界,2011(7):70-72.

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