黃宙 中訊郵電咨詢設(shè)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(shù)部署策略研究

黃宙 中訊郵電咨詢設(shè)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(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴大，網(wǎng)絡(luò)維護困難、設(shè)備利用率低等問題日益突出。而在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中適當應(yīng)用虛擬化，即采用AC池組化技術(shù)，可提升WLAN網(wǎng)絡(luò)的可靠性和資源利用效率。本文探討了如何在WLAN網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)；AC池組化；網(wǎng)絡(luò)部署

1 引言

無線局域網(wǎng)（WLAN）具有技術(shù)成熟、高帶寬、低成本、易于部署等特點，通過在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求旺盛的區(qū)域部署WLAN，實現(xiàn)對移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的分流，可大大降低無線寬帶每比特成本，在全業(yè)務(wù)運營的背景下，WLAN網(wǎng)絡(luò)受到各大運營商的高度重視。

而隨著WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，網(wǎng)元數(shù)量急劇增加，但WLAN設(shè)備廠家數(shù)量多，各家設(shè)備技術(shù)水平不一，網(wǎng)絡(luò)維護困難、設(shè)備利用率低等問題日益突出。

通過應(yīng)用虛擬化技術(shù)可以創(chuàng)建一個全局共享的資源池，從根本上擺脫傳統(tǒng)的煙囪式架構(gòu)的約束。因此，適時在WLAN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用虛擬化技術(shù)，建立部署AC池，能夠有效提高資源利用率、節(jié)約機房配套、降低建設(shè)和管理成本、提高設(shè)備使用靈活性和安全性、提供更好的可擴展性等。

在WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中應(yīng)用部署AC池組化技術(shù)，將大大提升WLAN網(wǎng)絡(luò)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(nèi)電信運營商重點關(guān)注的內(nèi)容。

2 WLAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及組網(wǎng)方式

2.1 WLAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

運營商WLAN網(wǎng)絡(luò)一般由WLAN業(yè)務(wù)平臺和WLAN接入網(wǎng)絡(luò)兩部分構(gòu)成。WLAN業(yè)務(wù)平臺包含Radius系統(tǒng)、Portal服務(wù)器、WLAN網(wǎng)管系統(tǒng)以及需要對接的CRM系統(tǒng)、計費賬務(wù)系統(tǒng)、短信平臺等周邊系統(tǒng)。WLAN接入網(wǎng)絡(luò)則為在各熱點地區(qū)部署的WLAN覆蓋網(wǎng)絡(luò)。

WLAN接入網(wǎng)絡(luò)包括以下4部分：

（1）WLAN終端設(shè)備

用戶可通過內(nèi)置WLAN無線模塊的終端（如PC、PDA、手機等）或終端+WLAN網(wǎng)卡的方式獲得互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)和數(shù)據(jù)通信服務(wù)。目前，WLAN終端設(shè)備主要支持IEEE802.11a/b/g/n協(xié)議等。

（2）接入點設(shè)備（AP）

AP是WLAN網(wǎng)絡(luò)的小型無線基站設(shè)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(shù)，通過多組獨立天線組成的天線陣列，動態(tài)調(diào)整波束，保證讓WLAN用戶接收到穩(wěn)定的信號，并可以減少其它信號的干擾。AP同時也是一種網(wǎng)絡(luò)橋接設(shè)備，是連接有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)的橋梁，任何WLAN終端設(shè)備均可通過相應(yīng)的AP設(shè)備接入到有線網(wǎng)絡(luò)資源。因配置管理方式不同，AP設(shè)備分為“胖”AP和“瘦”AP兩種。

（3）無線控制器（AC）

AC負責對WLAN內(nèi)所有（集中管理型）“瘦”AP進行管理和控制，通過與認證服務(wù)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(xiàn)對AP接入設(shè)備的管理及控制。目前，由于各廠家AC與AP間CAPWAP協(xié)議實現(xiàn)方式不同限制，導致AC/AP設(shè)備間無法實現(xiàn)完全廠家解耦。

（4）接入控制設(shè)備

作為接入控制點和后臺的WLAN認證計費系統(tǒng)（Radius服務(wù)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(tǒng)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(shè)置的組網(wǎng)模式下，接入控制器一般采用BRAS設(shè)備實現(xiàn)。

2.2 WLAN組網(wǎng)方式

WLAN組網(wǎng)模式一般分為兩種，即獨立控制型AP設(shè)備的組網(wǎng)和集中管理型AP設(shè)備的組網(wǎng)模式。其中，集中管理型AP設(shè)備的組網(wǎng)模式是運營商級WLAN主要的組網(wǎng)方式，其使用“瘦”AP和無線控制器進行組網(wǎng)，無線控制器用來管理AP，接入控制器采用BRAS設(shè)備負責用戶的認證接入。在具體的WLAN組網(wǎng)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(zhuǎn)發(fā)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(wǎng)絡(luò)規(guī)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(zhuǎn)發(fā)，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(shù)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(yīng)用。如圖3所示，在傳統(tǒng)的移動通信網(wǎng)絡(luò)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(shè)備業(yè)務(wù)量較大，而其他部分設(shè)備處于閑置狀態(tài)。而在MSCPool組網(wǎng)中，一個RNC/BSC可以與多個MSC相連，從B側(cè)看，MSCPool實質(zhì)是一個超大容量的MSC。采用MSCPool池技術(shù)，可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源、合理分配話務(wù)量、提高網(wǎng)絡(luò)性能、保證網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)中利用虛擬化的資源池技術(shù)，同樣可以提升網(wǎng)絡(luò)可靠性和設(shè)備資源利用率。

所謂資源池技術(shù)，就是把設(shè)備、鏈路、IP/VLAN等各種相關(guān)資源進行集中管理、統(tǒng)一調(diào)度，以達到提升資源利用效率，降低設(shè)備性能壓力，增加網(wǎng)絡(luò)可靠性，同時降低備份成本的目的。

由WLAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可知，在“瘦”AP方式下，AC設(shè)備作為WLAN網(wǎng)絡(luò)的核心控制設(shè)備，在整個網(wǎng)絡(luò)中占有舉足輕重的地位，如何高效、合理地部署AC設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中備受關(guān)注。

圖3 MSC池應(yīng)用示意圖

隨著WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模的快速增長，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在實際部署中存在以下幾個問題：

（1）廠家互通性差

CAPWAP協(xié)議具體實現(xiàn)方式不同，WLAN各設(shè)備廠家的AP只能與自家的AC設(shè)備進行通信，即在業(yè)務(wù)區(qū)域內(nèi)有多少個廠家的AP就需要配置多少個廠家的AC設(shè)備。

（2）資源利用效率低

在同一WLAN業(yè)務(wù)區(qū)域及設(shè)備機房內(nèi)，通常AC設(shè)備數(shù)量較多，但接入AP量不均衡，AC設(shè)備資源未能得到充分的有效利用；不同AC設(shè)備鏈路使用率不均衡，有的鏈路已經(jīng)飽和需要進行擴容，而有的鏈路卻閑置。

（3）可擴展性差

當網(wǎng)絡(luò)中將要新增AC設(shè)備時，需要城域網(wǎng)內(nèi)相關(guān)設(shè)備同步進行接口和路由配置，運維難度大，流程復雜。

（4）建設(shè)和運維成本增加

隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模的擴大，AC設(shè)備的數(shù)量急劇增長，給工程建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)運維都帶來了很大的壓力，對機房空間和電源系統(tǒng)也提出了更高的要求。同時，不同熱點、不同廠家AP設(shè)備需分配不同的管理網(wǎng)段，需同時維護多個AP地址池。

通過在WLAN網(wǎng)絡(luò)中適當引入虛擬化資源池技術(shù)，引入AC池組化可以有效解決上述問題，即將AC組網(wǎng)平臺化，通過電信級虛擬化設(shè)備集中匯聚AC資源，實現(xiàn)AC設(shè)備的集中部署和統(tǒng)一管理，提高核心網(wǎng)資源利用率和網(wǎng)絡(luò)可靠性，從而滿足未來WLAN網(wǎng)演進的需求。

3.2 AC池組化概述

在傳統(tǒng)的WLANAC-AP組網(wǎng)架構(gòu)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(qū)域進行劃分，即每個AC負責固定片區(qū)的AP接入。

而在AC池組化組網(wǎng)架構(gòu)中，AP共享資源池內(nèi)所有的AC資源，AP可以動態(tài)地選擇AC池中的任意AC進行連接。從AP側(cè)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(wù)節(jié)點標識，AC池共用上行和下行鏈路資源，對外呈現(xiàn)為一個邏輯實體。AP可以按照負載均衡、鏈路質(zhì)量等原則注冊到資源池中的任意一個AC設(shè)備，從而獲得更好的服務(wù)。圖4為傳統(tǒng)AC組網(wǎng)與AC池組網(wǎng)架構(gòu)示意圖。

總體來說，AC資源池技術(shù)具有如下優(yōu)點：

（1）提升AC設(shè)備容量利用效率：AP根據(jù)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(shè)備宕機后，其它節(jié)點將實時自動分擔這個宕機節(jié)點的業(yè)務(wù)，不需要人工干預(yù)且能夠快速恢復，提高了網(wǎng)絡(luò)的高可靠性。

（4）隨需擴容：資源池內(nèi)的網(wǎng)元可隨需擴容，即插即用，減少了網(wǎng)絡(luò)割接影響。

圖4 傳統(tǒng)AC組網(wǎng)與AC池組網(wǎng)架構(gòu)

（5）資源集中部署，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)的操作維護與管理，降低了維護成本。

3.3 虛擬化技術(shù)在AC池中的應(yīng)用

資源池的基本實現(xiàn)方式和關(guān)鍵技術(shù)是虛擬化，業(yè)界常見的虛擬化技術(shù)包括華三的IRF、思科的VSS等。

在WLAN網(wǎng)絡(luò)中，AC池首先要實現(xiàn)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(yè)務(wù)的快速發(fā)展，AC設(shè)備數(shù)量急劇增加，在實際組網(wǎng)中需要部署一定量業(yè)務(wù)控制和匯聚節(jié)點對WLAN業(yè)務(wù)和AC設(shè)備進行匯聚。由于AC池中的匯聚節(jié)點匯聚了所有WLAN業(yè)務(wù)流量，因此需要確保網(wǎng)絡(luò)的可靠性，同時需要網(wǎng)絡(luò)配置簡單、便于維護。

采用支持虛擬化技術(shù)的匯聚設(shè)備，在傳統(tǒng)縱向組網(wǎng)中增加橫向聯(lián)系，建立平臺型AC資源池，可以成倍降低組網(wǎng)復雜度，提升網(wǎng)絡(luò)可靠性和資源利用率。在部署虛擬化技術(shù)后，多臺設(shè)備可以看作一臺設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)關(guān)系可以直接簡化為設(shè)備之間的互聯(lián)，單設(shè)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(wǎng)部署中，單個AC池的AC設(shè)備規(guī)模，以及城域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)AC池的數(shù)量成為需要首先確定的內(nèi)容。

對于新建WLAN網(wǎng)絡(luò)，可以通過整體規(guī)劃，根據(jù)城域網(wǎng)絡(luò)大小，預(yù)測WLAN業(yè)務(wù)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(shù)量和選點。

對于已有WLAN網(wǎng)絡(luò)，由于已具有一定量AP、AC及BRAS設(shè)備規(guī)模，同時承載了一定規(guī)模的WLAN業(yè)務(wù)量，故對現(xiàn)網(wǎng)影響最小成為首要考慮的問題；在此前提下，可結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備規(guī)模和節(jié)點機房現(xiàn)狀，進行AC池的部署規(guī)劃。

4.2 AC池組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖5 虛擬化部署前后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對比

對于AC池組網(wǎng)結(jié)構(gòu)通常采用兩種方式，即根據(jù)虛擬化設(shè)備所處網(wǎng)絡(luò)的部署位置進行區(qū)別。如新建WLAN網(wǎng)絡(luò)，兩種組網(wǎng)方式可靈活使用，而對于已有WLAN網(wǎng)絡(luò)，則需以對現(xiàn)網(wǎng)影響最小為前提，靈活選擇適當?shù)姆绞竭M行組網(wǎng)。

（1）虛擬化設(shè)備直掛方式

是指支持AC池的虛擬化設(shè)備部署于WLAN BRAS設(shè)備與匯聚交換機之間，而AC設(shè)備旁掛于虛擬化設(shè)備上。在對現(xiàn)網(wǎng)改造的情況下，此方式對于原WLAN組網(wǎng)采用AC直掛BRAS方式連接的節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)改造和割接影響相對較小。

（2）虛擬化設(shè)備旁掛方式

是指支持AC池的虛擬化設(shè)備部署于WLAN BRAS設(shè)備旁，WLANBRAS設(shè)備與匯聚交換機之間為直連鏈路。在對現(xiàn)網(wǎng)改造的情況下，此方式對于原WLAN組網(wǎng)采用AC旁掛BRAS方式連接的節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)采用BRAS與AC分設(shè)的組網(wǎng)模式，WLAN業(yè)務(wù)BRAS設(shè)備超過100臺，AC數(shù)量230余臺，AP數(shù)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(jié)點（即虛擬化功能交換機）與AC采用串聯(lián)旁掛方式連接至城域網(wǎng)BRAS設(shè)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(wǎng)結(jié)構(gòu)

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(lián)的方式與2臺交換機互聯(lián)，AC通過交換機與該區(qū)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(zhuǎn)發(fā)模式，即BRAS負責將AP的DHCP報文定向到對應(yīng)的AC。每對AC管理同一片區(qū)或多個片區(qū)BRAS下同一廠家的“瘦”AP設(shè)備。

通過AC池技術(shù)的應(yīng)用，該運營商輕松實現(xiàn)了AC設(shè)備集中管控，所有AC都可以被城域網(wǎng)上所有的AP共用，實現(xiàn)AC負載均衡、N+1備份，同時網(wǎng)絡(luò)可靠性達到電信級要求（5個9）集中管控，并為后續(xù)AC的擴容提供便利。

5 AC池組化技術(shù)應(yīng)用路線展望

AC池組化能夠給WLAN網(wǎng)絡(luò)帶來諸多便利，但在實際網(wǎng)絡(luò)中進行具體部署時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備及資源情況分步驟進行。如圖7所示，AC池組化的應(yīng)用隨技術(shù)本身演進發(fā)展將分為3個階段：

圖7 AC池組化技術(shù)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(shè)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(wù)于所有AP。

（3）階段三

最終建立AC云，根據(jù)AP建設(shè)規(guī)模動態(tài)申請AC資源，實現(xiàn)“按需分配”，進一步提高資源利用率。

目前，AC池組化技術(shù)尚處于第一步，由于接口尚未標準化，AC池技術(shù)部署后，僅能達到池內(nèi)同廠家設(shè)備資源的共享，成為一個最基本的AC池平臺，池內(nèi)資源通過預(yù)先配置進行調(diào)度和分配。隨著WLAN網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，應(yīng)逐步促成各廠家AP和AC間CAPWAP協(xié)議接口的標準化，使設(shè)備兼容性提高，最終通過AC池技術(shù)建立AC云，實現(xiàn)設(shè)備的集中管控，使資源動態(tài)申請和按需分配，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，促進WLAN網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)高效發(fā)展。

6 結(jié)束語

隨著WLAN業(yè)務(wù)的發(fā)展和虛擬化概念的提出，通信系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)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(shù)在WLAN網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，通過引入AC池的概念，達到提高WLAN設(shè)備資源利用率和網(wǎng)絡(luò)可靠性的目的，并提出WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)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(shè)備廠家，積極加大對AC池組化的研究和部署，為WLAN業(yè)務(wù)發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)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）