蔣 建 彬

[上海電器科學研究所(集團)有限公司, 上海 200063]

0 引 言

會展中心通常包括會議、展覽、商業(yè)等業(yè)態(tài),潮汐式的交通流量,參展人員密度大,無線通信突發(fā)量大,帶寬需求高。本文詳細介紹昆明滇池國際會展中心無線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)設計,并分析了針對重大會展、重要會議設計的運行保障機制。

1 項目概況

昆明滇池國際會展中心包括2#地塊B項目和3#地塊商業(yè)C-1項目。2#地塊B項目為展館,3#地塊商業(yè)C-1項目為展館序廳及商業(yè)。展館屬于重要公共建筑,主要服務于每年召開的“南亞博覽會”及各類型展會,是昆明展示國際形象的重要窗口。

2#地塊B項目用地面積為352 614.73 m2(約528.92畝),總建筑面積為789 183.57 m2,其中地上建筑面積為564 183.57 m2,地下1層,地上3層。3#地塊商業(yè)C-1項目用地面積為282 410.85 m2(約423.62畝,含3#地塊商業(yè)C-2項目),總建筑面積為364 599.33 m2,地下1層,地上3層。

2 需求分析

2.1 會展業(yè)高密度覆蓋特性

會展中心往往在同一建筑空間內(nèi)成千上萬人同時上網(wǎng)。會展大廳高密度場景的終端使用特點是部署難度大,空間大,用戶流動性大,信道質(zhì)量差,業(yè)務類型復雜。

2.2 高密度覆蓋難點分析

(1) 載波偵聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA)。IEEE 802.11標準使用載波偵聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA)的方法來避免沖突,要求所有工作站在傳輸每幀前進行偵聽,當工作站有幀需要發(fā)送時,面臨如下情況之一:沒有其他設備在傳輸數(shù)據(jù),工作站可立刻傳輸其幀,接收工作站必須發(fā)送一個確認幀,確認原始幀已在沒有發(fā)生沖突的情況下到達;另一臺設備正在傳輸,工作站必須等待,等到當前幀傳輸完畢后再等待一段隨機時間,然后再傳輸,即每個接入點(AP)在同一時刻只能與一個終端進行通信。當終端數(shù)量較多時,需要部署大規(guī)模的AP來承載業(yè)務流量。

(2) 同頻干擾。大規(guī)模部署AP最大難題是如何做好頻率規(guī)劃和功率控制。根據(jù)最大用戶數(shù)量接入的需求和網(wǎng)絡業(yè)務的最低帶寬要求,在有限的空間里部署足夠數(shù)量的AP。但問題的核心在于如何解決同頻干擾[1-2]。

802.11 b/g/n工作在2.4 GHz頻段,按照我國規(guī)定的頻點規(guī)劃,只有1、6、11三個不互相干擾的信道,每個信道帶寬20 MHz。所以在以前的2.4 GHz頻段WLAN覆蓋方案中,使用3臺以內(nèi)AP進行覆蓋,可避免干擾的產(chǎn)生。當AP數(shù)大于3時,必然會存在頻率相互干擾的問題,用戶數(shù)量越多,需要的AP數(shù)也越多,同頻干擾更加嚴重。無線蜂窩網(wǎng)覆蓋如圖1所示。

圖1 無線蜂窩網(wǎng)覆蓋

3 系統(tǒng)設計

3.1 部署原則

(1) AP部署在盡量靠近用戶的地方,應盡量降低AP之間的可見度,同時增加AP與終端用戶之間的信號強度。展館的展廳高度較高,超過10 m以上,故AP安裝在頂部是不合適的。一方面AP之間的可見度比終端用戶到AP的信號還高,另一方面AP到達終端用戶的信號強度差些。AP應盡量部署在較低處,壁掛在展廳兩側(cè)的墻壁(高度離地板4.5 m)是較好的選擇[3-4]。

(2) 盡量利用場景中的小型建筑物體隔離AP,提高空間重用率。如在大型的會議場景中,人體是最好的隔離信號遮擋物,可將AP布放在座椅下方,即可滿足周邊小規(guī)模人群的無線接入,又可降低對周邊AP的干擾。

(3) 如果場景中沒有內(nèi)部建筑物體隔離,用戶所在區(qū)域之間都是空曠的,無遮擋的,則需要使用定向天線來提高AP隔離度,也能提高AP和終端用戶之間的信號強度,增強抗干擾性。天線安裝位置盡量靠近要覆蓋的目標人群,不要安裝在地面上,因為人群對信號的遮擋和干擾很大。

(4) 不要試圖覆蓋所有區(qū)域,保證人群主要活動區(qū)域能夠正常使用就好,因更多的AP意味著信道之間干擾越大。

3.2 無線接入終端分析

(1) 接入終端類型分析。根據(jù)市場研究機構(gòu)ABI Research的調(diào)查,802.11ac芯片出貨量在2014年達到10億顆,超過802.11n芯片數(shù)量2倍以上,在2015年達到14億顆,同時75%的移動手機都將使用802.11ac芯片,隨著802.11ac終端普及,千兆WiFi時代必將來臨。

目前,新發(fā)布智能終端均已支持802.11ac,未來3～5年的主流技術(shù)標準將為802.11ac。802.11ac向下可兼容802.11n,現(xiàn)有802.11n終端也可在802.11ac無線環(huán)境下使用。

(2) 接入終端數(shù)量分析。不同區(qū)域的AP分布如表1所示,不同區(qū)域的AP分布情況不同,已將2.4 GHz和5.8 GHz兩個頻段規(guī)劃給用戶,每個AP同時接入用戶60人(2.4 GHz,用戶20人,5.8 GHz,用戶40人),預計并發(fā)率在25%～30%,無線網(wǎng)絡建成后可承載并發(fā)用戶48 900,滿足170 000左右參展用戶無線應用需求。

3.3 無線認證

目前,主流認證機制包括Portal、PPPOE、802.1X等。大型會展、會議中心無線接入設備主要為智能手機終端、筆記本等。該項目可采用兩種無線認證方式:Portal認證(主要為PC客戶端),微信認證(主要為智能手機終端)。

(1) Portal認證。Portal認證又稱為強制Web認證,以其新業(yè)務支撐能力強大、無需安裝客戶軟件、與組網(wǎng)設備無關(guān)等特點,受到越來越多用戶的歡迎。Portal認證業(yè)務可為管理者提供方便的管理功能,如要求所有的用戶都到門戶網(wǎng)站去認證,門戶網(wǎng)站可以開展廣告、信息服務、個性化的業(yè)務等,為信息傳播提供一個良好的載體。

表1 不同區(qū)域的AP分布

Portal認證協(xié)議主要應用基于Web的寬帶接入認證系統(tǒng)中,完成用戶的認證和授權(quán)。Portal認證過程涉及到Portal服務器、BAS和AAA服務器。Portal認證工作原理:未認證用戶在訪問網(wǎng)絡時,可以直接訪問為用戶免費開放的資源,當用戶要使用網(wǎng)絡中的收費資源時,設備會將用戶的http請求重新定向到Portal門戶網(wǎng)站,用戶必須在門戶網(wǎng)站進行認證,只有認證通過后才可訪問這些資源。用戶下線時,Portal服務器收到用戶下線請求并通知設備,AAA服務器終止計費,并通知設備斷開用戶。

昆明滇池國際會展中心可根據(jù)不同會展內(nèi)容推送不同會展主題的Portal網(wǎng)頁。

(2) 微信認證。微信認證過程主要包括如下:

① 訪客首先通過4G接入(將微信服務器地址作為Free IP),通過掃描二維碼或查找昆明滇池國際會展中心公眾號進行訂閱。

② 微信客戶端將訂閱信息發(fā)送到微信服務器,微信服務器將訪客的訂閱動作以及微信OpenID等信息發(fā)送給企業(yè)微信服務器。企業(yè)微信服務器通過OpenID可以查詢該用戶的昵稱、頭像、性別等信息。

③企業(yè)微信服務器調(diào)用認證平臺接口,用微信OpenID作為賬號名進行開戶,密碼動態(tài)生成,昵稱為用戶姓名,頭像、性別等相應保存。

④ 企業(yè)微信服務器通知訪客訂閱成功,并且推出含無線Web Portal認證的鏈接,且提示用戶必須先啟用某個SSID的WiFi。給訪客推出無線Web Portal認證鏈接,可以直接附加在訂閱動作中,也可以單獨通過菜單動作(例如接入WiFi)或者命令行觸發(fā);取消訂閱,可以自動注銷賬號。

⑤ 訪客看到提示后接入會展中心實際WiFi,點擊微信公眾平臺發(fā)出的上網(wǎng)鏈接,通過單點登錄自動完成身份認證,即可成功上網(wǎng)。

3.4 無線定位

對于商戶來說,大型的會議、會展等都存在迫切的定位需求。通過實時的高精度定位,商戶和用戶通過手機等移動終端直接相連,可以大大降低尋找的成本,提升二者連接的效率[5]。

定位引擎可以分為終端側(cè)定位引擎和網(wǎng)絡側(cè)定位引擎兩種,使用終端側(cè)定位引擎需要用戶安裝APP,而使用網(wǎng)絡側(cè)定位引擎則不需要用戶使用APP或接入網(wǎng)絡,只要終端開啟WiFi,就能對其進行定位,定位平臺與AP/AC設備對接。網(wǎng)絡側(cè)產(chǎn)品常用于用戶群體性行的分析統(tǒng)計和WiFi終端設備的定位。

網(wǎng)絡側(cè)WiFi實時定位系統(tǒng)構(gòu)架如圖2所示。無線局域網(wǎng)絡AP掃描周圍人員攜帶的終端(手機)信號,將數(shù)據(jù)傳送給定位服務器,定位服務器根據(jù)信號的強弱或信號到達時差計算出人員的位置。

圖2 網(wǎng)絡側(cè)WiFi實時定位系統(tǒng)構(gòu)架

WiFi實時定位監(jiān)控系統(tǒng)主要由手機、無線網(wǎng)絡基礎設施(AP、AC)和定位服務平臺三部分組成。定位服務平臺(PS)負責從網(wǎng)絡側(cè)獲取定位報文數(shù)據(jù),并進行定位解算。解算后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫1(原始位置數(shù)據(jù)),并提供實時定位服務。位置數(shù)據(jù)經(jīng)過提取處理,存入數(shù)據(jù)庫2(一次加工后的位置數(shù)據(jù))。

無線局域網(wǎng)AP和AC須支持移動設備掃描功能。AP設備需要把掃描到的WiFi終端(接入AP的終端和沒有接入但能探測到的終端)信息上報。AP上報到AC的內(nèi)容包括WiFi終端的MAC、信號強度(RSSI)、信噪比、掃描或接入AP的MAC、IP(如果接入,包含此信息)、終端的類別型號操作系統(tǒng)(如果接入,包含此信息)等。定位方面要注意上報周期,即AP探測掃描的周期,要根據(jù)網(wǎng)絡帶寬容量方面綜合考慮。

3.5 無線網(wǎng)絡安全設計

(1) 無線網(wǎng)絡安全加密。無線技術(shù)802.11i制定無線網(wǎng)絡本身的加密技術(shù),包括WEP加密方式和WPA加密方式。

WEP規(guī)定開放系統(tǒng)和共享密鑰2類認證。開放系統(tǒng)表示沒有認證,任意站點都可以嘗試通信。共享密鑰認證要求有如下4個步驟:

① 初始站點發(fā)送一個認證請求到接收端,通常是一個AP。

② AP送回一個明文文本檢驗消息。

③ 該站點使用RC4加密消息,并送回到AP。

④ AP解密消息。如果與所發(fā)送的消息匹配,請求的站點就配置正確的密鑰,從而證明其被授權(quán)使用該網(wǎng)絡。

WPA功能是替代現(xiàn)行的WEP協(xié)議,加強生成加密密鑰的算法,因此即便收集到分組信息并對其進行解析,也幾乎無法計算出通用密鑰。WPA還追加防止數(shù)據(jù)中途被篡改的功能和認證功能。WPA2在計數(shù)模式中使用密碼塊鏈接消息認證編碼協(xié)議(CCMP),是基于高級加密標準(AES)算法進行認證和數(shù)據(jù)加密的。

該項目無線規(guī)模實施部署后,采用WPA加密方式進行無線加密。

(2) 無線網(wǎng)絡訪問外網(wǎng)安全設計。公安部82號令要求,所有接入互聯(lián)網(wǎng)單位要求記錄網(wǎng)絡運行狀態(tài)、提供安全審計日志。設計中在核心交換設備上部署應用控制網(wǎng)關(guān),提供所有通過無線網(wǎng)絡訪問外網(wǎng)的訪問日志,防止發(fā)生信息安全事件,為后期公安部門審查提供依據(jù)。

4 無線網(wǎng)絡運行保障

4.1 外部出口分析

一般情況下,計算機終端用戶在正常使用網(wǎng)絡應用時,每終端瞬間可使用帶寬達到2 Mb/s。而手持終端用戶在使用同類應用時,由于其設備自身處理能力有限,可使用帶寬達到1 Mb/s時即可獲得較好的用戶體驗。

根據(jù)帶寬使用的統(tǒng)計、復用關(guān)系及終端用戶閱讀時間等因素,一般100 Mb/s帶寬可提供給1 000～2 000用戶同時使用,參考云南電信出口帶寬資費(云南電信10000號),1 000 Mb/s帶寬的年使用費為2～3萬元。

根據(jù)以上最大并發(fā)用戶數(shù)量(接近5萬用戶),出口帶寬需增加到2路1 000 Mb/s。

4.2 峰值人流量設計

當展館觀眾預計人流量超過10萬人時,啟動應急預案。

4.3 應急預案方案

(1) 增加出口帶寬:增加出口帶寬到多個千兆,需提前向運營商短期租用,租用時間為整個展期,多個千兆應具有不同的局向,保證運營商城域網(wǎng)的接入能力。

(2) 調(diào)整控制出口:嚴格限制對視頻網(wǎng)站、游戲網(wǎng)站、P2P業(yè)務的訪問,優(yōu)先保證對微信、微博、QQ等社交平臺以及移動支付、電子商務等電商平臺的接入服務質(zhì)量。

(3) 接入分流:會展工作人員及展商使用每個展位提供的有線千兆接入,禁止使用無線,優(yōu)先保證參展人員的使用,如有特殊需求,應報展覽管理方批準。大型展位需要多個有線接入端口,可自備交換機或者租用展覽管理方提供的交換機。

(4) 特定人員服務保障:在展館間的通道區(qū)設置媒體記者上網(wǎng)區(qū),提供高速有線千兆接口,保證正常網(wǎng)絡訪問和使用。

4.4 啟動時間

啟動時間開展前7個工作日以上,具體時間應根據(jù)運營商線路調(diào)整的時間確定。

4.5 相關(guān)保障人員

相關(guān)保障人員包括展覽管理方工程部門、展覽管理方營銷部門、展覽弱電工程維護單位、運營商維護部門等相關(guān)人員。

4.6 重大會展、會議活動保障機制

(1) 用戶上網(wǎng)行為規(guī)劃。用戶上網(wǎng)行為規(guī)劃如表2所示。

(2) 網(wǎng)絡應用流量控制。昆明滇池國際會展中心出口帶寬有限,即使啟動應急預案增加出口帶寬也可能存在無法滿足用戶訪問的需求。因此,在重大會展、會議活動舉辦時啟動技術(shù)保障機制,基于對不同區(qū)域、不同用戶角色可以使用的應用類型,優(yōu)先滿足會議、會展正常業(yè)務訪問流量,對P2P、視頻等占用帶寬較高的應用進行相應的限制。

設計在核心交換設備上部署的應用控制網(wǎng)關(guān)可實現(xiàn)對主流網(wǎng)絡游戲、炒股、網(wǎng)絡視頻、網(wǎng)絡多媒體等應用的控制。采用基于隊列的流量處理機制,通過通道、子通道、子通道下的子通道等區(qū)分服務模式,并結(jié)合時間段、用戶/用戶組、上行/下行、區(qū)域等,對每個業(yè)務“流”隊列設置不同的優(yōu)先級策略,實現(xiàn)最小帶寬、最大帶寬、最大會話數(shù)、每會話帶寬、新建連接數(shù)等控制,實現(xiàn)帶寬借用、Qos優(yōu)先級標記等以及端到端的精細化流量管理。同時可對各種P2P/IM、網(wǎng)絡游戲、網(wǎng)絡多媒體、文件共享、郵件收發(fā)、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)庫應用等各種上網(wǎng)行為提供全方面的行為監(jiān)控和記錄;同時,通過綜合分析、檢測用戶網(wǎng)絡流量與流向趨勢,對歷史數(shù)據(jù)進行分析,為用戶提供細粒度的網(wǎng)絡應用審計管理系統(tǒng)。網(wǎng)絡應用流量控制如圖3所示。

表2 用戶上網(wǎng)行為規(guī)劃

(3) 重點客戶帶寬保障。在有重大會議、會展活動時,可部署參展工作專用SSID、參展游客專用SSID,對不同的SSID部署不同的QoS帶寬保障,優(yōu)先保障工作SSID,在此基礎上為游客提供無線上網(wǎng)服務。帶寬方案對比如圖4所示。

圖3 網(wǎng)絡應用流量控制

圖4 帶寬方案對比

5 結(jié) 語

昆明滇池國際會展中心WLAN系統(tǒng)于2015年10月建成,已保障2016年與2017年度的“南亞博覽會”和近20場次的各種展覽會。隨著移動智能終端技術(shù)的高速發(fā)展,各類APP應用技術(shù)的成熟應用,可為大型商場、交通樞紐等類似業(yè)態(tài)WLAN系統(tǒng)規(guī)劃建設和運行提供參考。