利用路灯杆实现热区WiFi网络部署的设计

2013-06-29 01:47马宇飞杨瑞峰张奥扬

电视技术 2013年9期

马宇飞，杨瑞峰，张奥扬

(中北大学信息与通信工程学院，山西太原 030051)

目前无线数据吞吐量的迅速增长对电信运营商3G网络造成了很大的冲击，因此在LTE尚未商用的情况下，各运营商纷纷采用WiFi作为无线高速数据业务的重要补充，以减轻3G网络的压力。

WiFi组网方式分为胖AP和瘦AP组网，早期网络多为胖AP组网。随着WiFi大规模建设以及无线城市的快速推进，出现了越来越多的问题，如WiFi建网时需要对成百上千的AP进行逐一配置，包括网管IP地址、SSID和加密认证方式等，工作量巨大且容易因误配置导致各种网络问题;为了管理AP，需要维护大量AP的IP地址和设备的映射关系;无法自动完成AP软件升级，带来大量工作量。鉴于胖AP部署方式越来越难适应WiFi规模部署的需要，国内外主流运营商都转向AC(无线控制器)+Fit AP(瘦AP)的集中控制型WiFi组网模式。

1 集中控制型WiFi组网模式

1.1 组网模式

集中控制型AC+Fit AP组网模式中，根据网络需求及所管辖AP的范围不同，AC可灵活部署于城域网的骨干层、业务控制层或下沉于接入层。

AC+Fit AP集中控制架构对设备的功能进行了重新划分，其中无线控制器负责无线网络的接入控制、转发和统计、AP的配置监控、漫游管理、AP的网络代理、安全控制;而瘦AP负责IEEE802.11报文的加解密、IEEE802.11的PHY功能、接收无线控制器的管理、RF空口的统计等简单功能。

集中控制型AC+Fit AP架构中，Fit AP首先获得IP地址及AC地址;然后AP发现AC并完成向AC注册;接着与AC建立隧道(如基于CAPWAP协议);AP从AC下载相应的配置文件，完成自身配置后即可正常工作。

1.2 组网特点

集中控制型组网解决了传统AP组网的不足，通过AC对网络进行集中管理，极大提高了可管理性和维护性，使得网络总体性能大大提高，这些特点使其很适于电信级的大型WiFi网络的部署。相较于传统的WiFi AP组网，集中控制型组网的优势如表1所示。

表1 技术对比表

2 室外热区WiFi部署需要考虑的问题及相关解决方案

2.1 网络架构

高数据热区(街区)要求采用WiFi专用BRAS和专用接入设备(ONU、交换机等)，BRAS与AC的功能逐步向融合的方向发展［1］。零散数据热点要求结合现有网络架构，与其他专业统筹建设，共享接入设备、BRAS等。WiFi网络目标组网架构如图1所示。

图1 WiFi网络目标组网架构示意图

2.2 频率规划与干扰控制

2.2.1 频率规划

目前 IEEE802.11b，IEEE802.11g 工作在 2.4 GHz频段上，IEEE802.11a 工作在5.8 GHz频段上，IEEE802.11n工作在2.4 GHz或5.8 GHz频段上。

IEEE802.11b，IEEE802.11b 和 IEEE802.11n 工作在2.4 GHz(2.410 ～2.483 GHz)时，工作频率带宽为83.5 MHz，划分为14个子频道，实际使用为1～13频道，每个子频道带宽为22 MHz。详见图2。

图2 2.4 GHz子频道分配图

如图2所示，IEEE802.11b和IEEE802.11g最多有13个信道可用，13个信道的标号及所用中心频率以及频带的情况如表2所示。

表2 2.4 GHz频段13个信道的标号、所用中心频率以及频带的情况表

在多个频道同时工作的情况下，为保证频道之间不相互干扰，要求两个频道的中心频率间隔不能低于25 MHz。因此从图3可以看出，在一个蜂窝区内，直序扩频技术最多可以提供3个不重叠的频道同时工作，提供高达3×11 Mbit/s的吞吐量。

图3 5.8GHz子频道分配图

IEEE802.11a 和 IEEE 802.11n 工作在 5.8 GHz(5.725 ～5.850 GHz)时，可用带宽为 125 MHz，划分为 5个信道，每个信道带宽为20 MHz。5.8 GHz子频道分配如图3所示。

IEEE802.11a 和 IEEE802.11n 工作在5.8GHz(5.725 ～5.850 GHz)时，信道的标号及所用中心频率以及频带的情况如表3所示。

表3 5.8 GHz频段信道的标号、所用中心频率以及频带的情况表

2.2.2 干扰控制

1)室外AP覆盖区频点配置时，为了实现AP的有效覆盖，避免信道间的相互干扰，在信道分配时宜引入移动通信系统的蜂窝覆盖原理。对1，6，11信道进行复用，频点配置示意如图4所示。

图4 频点配置示意图

2)系统设计时应注意避免干扰源的影响。

3)WiFi规划设计时结合现场勘察和测试之后，应指定覆盖区域每个AP的工作频率，不宜考虑AP自动频率调整功能，以防止频率的频繁调整而导致用户无法接入。

2.3 传输光缆设计

2.3.1 EPON接入技术的应用

1)EPON接入组网技术

配套传输采用EPON技术的光纤组网模式组网，EPON是基于以太网方式的无源光网络的简称，是一种采用点到多点(P2MP)结构的单纤双向光接入网络，由局侧的光线路终端(OLT)、用户侧的光网络单元(ONU)和光分配网络(ODN)组成。

2)EPON技术主要特点

(1)相对成本低，容易扩展，易于升级。EPON结构在传输途中不需电源，没有电子部件，能够充分利用市政路灯杆管井资源铺设，基本不用维护，长期运营成本和管理成本节省很大。

(2)EPON目前可以提供上下行对称1.25 Gbit/s的带宽，并且随着以太技术的发展升级到10 Gbit/s。

(3)服务范围大。EPON作为一种点到多点网络，以一种扇区的结构来节省CO的资源，服务大量用户。

2.3.2 基于EPON组网模式

1)组网模式种类

现在基于PON技术的光纤接入网的接入模式主要分为以下几大类:FTTH/O(光纤到户/办公室)，FTTB(光纤到楼宇)，FTTB+WLAN等。其中，FTTB中包括以五类线连接ONT(光网络终端)与ONU的FTTB+LAN、用双绞线连接ONT与ONU的FTTC+DSL，以及广电经常使用的FTTC+EoC。FTTH由于具有提供带宽高、组网灵活等优点，已成为目前的主流接入模式。全业务光纤接入网的规划需重点关注OLT的设置、ODN的规划以及ONU的部署三大部分。

2)FTTB的网络结构

配线光缆是按照用户需求敷设，由于用户分布较分散等原因，本工程用户配光缆的拓扑结构采用点对点的星形结构，如图5所示。

图5 FTTB组网模式

2.4 室外街区场景案例分析

本文以3G EV－DO［2］网络为背景，举例说明方案的设计流程及分流效果。

2.4.1 高流量扇区筛选

根据高话务DO筛选条件，找出X基站一扇区属于高话务扇区，即信道平均时隙占用率≥70%，DO平均每载扇等效用户数≥4，以周为单位进行EV－DO数据统计，一周内满足条件数大于2次，且持续2周都出现。话务统计如表4所示。

表4 扇区话务统计表

2.4.2 数据分析

从表5数据分析可以看出，单次连接平均占用时长与单用户平均占用时长差别很大，说明用户上网每次连接时长大多短且次数频繁。由该载扇单次连接平均流量与单用户平均流量分析，说明该区域用户数多为小流量用户。

表5 数据分析表

2.4.3 分析结果

根据话务统计数据分析，X基站一扇区覆盖区域存在用户数多且为小流量用户，用户每次上网时间短且次数频繁，如表6所示。X基站一扇区1X配置为3载波，EV－DO配置为4载波，目前无法满足用户需求，而800 MHz已无频点可用。在EV－DO已扩4载波的情况下，解决此问题的有效方法就是使用WiFi热点分流DO流量。