运营商WLAN整体解决方案v

Axelwave运营商WLAN全面解决方案htttp://www.A800-8868868E-mail：sales@A-PAGE21-运营商无线校园网络建设WLAN解决方案美国Axelwave艾克赛尔亚太运营中心2007年1月目录一、WLAN概述 2二、运营商WLAN网络概述 42.1基本要求 42.2网络结构 4三、运营商解决方案 63.1村通宽带解决方案 63.2楼宇无线覆盖 93.2.1多层楼宇覆盖 93.2.2高层楼宇覆盖 103.2.3回字型楼宇覆盖 113.2.4楼群的覆盖 123.3WLAN与GSM合路的覆盖 133.4无线VoIP与Wi-Fi手机 14四、构建无线网络的注意事项 14五、运营商WLAN无线漫游 165.1同一运营商网络间的漫游 165.2同一运营商不同子网间的漫游 16六、运营商WLAN的管理 17七、运营商WLAN网络计费系统 18八、运营商WLAN网络IP规划 19九、美国Axelwave公司简介 20

一、WLAN概述随着以太网的广泛应用，因特网的日益普及，以及移动终端的不断增加，人们对移动IP接入的需求迅速增长。无线局域网WLAN（WirelessLocalAreaNetwork）作为有线以太网的延伸，一定程度上满足了这种需求。对运营商而言，数据业务在电信总业务中的比例不断扩大，而一些运营商又缺乏用于开展宽带业务的有线网络资源。因此，无线局域网WLAN就成为运营商快速而低成本地向用户提供

“最后一公里”的宽带接入以及初装电话的有效途径和重要手段。同时还是能提高运营商服务品质，增强运营商自身品牌的重要手段。无线局域网采用射频技术构成局域网络,是一种便利的数据传输系统。设备一般工作于免授权频段，在频段的使用上无需高便昂的许可费用。随着WLAN技术的发展和成熟，WLAN在性能上已经和传统的有线网络相差无几，因此WLAN的应用已经从单纯的有线网络的延伸逐渐发展成为热点地区重要的高速数据网络接入方式之一，应用范围广阔，潜力巨大。同时，WLAN的先期部署也进一步将促进移动数据业务需求的增长和相关应用的成熟。今天，无线局域网的应用范围已经相当广泛，如果将其应用划分为室内应用和室外应用的话，室内应用包括大型办公室、车间、智能仓库、临时办公地点、会议室、证券市场、体育馆、会展中心、酒店、机场、医院、娱乐场所等等；室外应用包括城市建筑群间通信、学校校园网络、工厂企业厂区自动化控制与管理网络、银行金融证券城区网、税务、矿山、油田、水利、港口、码头、江河湖坝区、野外勘察实验、军事流动网、公安流动网等等。可以预见，凭借无线接入技术本身具有的应用灵活、安装速度快、建设周期短等优势，以及地理应用环境的无限制特性，WLAN必将作为一种高速无线数据接入手段与有线网络一起，构成灵活、高效、完善的宽带网络。无线局域网的优点：(1)高移动性：通信范围不受环境的限制，拓宽了网络的传输范围。(2)抗干扰性强：我们知道微波信号传输质量低，往往是因为在发送信号的中心频点附近有能量较强的同频噪声干扰，导致信号失真。无线局域网使用的无线扩频设备直扩技术产生的11位随机码元能将源信号在中心频点向上下各展宽11MHz，使源信号独占22MHz带宽，且信号平均能量降低。在实际传输中，接收端接收到的是混合信号，即混合了（高能量低频宽的）噪声。混合信号经过同步随机码元解调，在中心频点处重新解析出高能的源信号，依据同样算法，混合的噪声反而被解调为平均能量很低可忽略不计的背景噪声。(3)安全性能强：无线扩频通信本身就起源于军事上的防窃听(Anti-Jamming)技术；扩频无线传输技术本身使盗听者难以捕捉到有用的资料；无线局域网采取网络隔离及网络认证措施；无线局域网设置有严密的用户口令及认证措施，防止非法用户入侵；无线局域网设置附加的第三方资料加密方案，即使信号被盗听也难以理解其中的内容。对于有线局域网中的诸多安全问题，在无线局域网中基本上可以避免。(4)扩展能力强：在己有无线网络的基础上，只需通过增加AP（无线接入点）及相应的软件设置即可对现有网络进行有效扩展。无线网络的易扩展性是有线网络所不能比拟的。(5)建网容易，管理方便：相对于有线网络，无线局域网的组建、配置和维护较为容易，一般计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。(6)组网速度快、工程周期短：无线扩频通信可以迅速（数十分钟内）组建起通信链路，实现临时、应急、抗灾通信的目的，而有线通信则需要较长的时间。(7)开发运营成本低：无线局域网在人们的印象中是价格昂贵的，但实际上，在购买时不能只考虑设备的价格，因为无线局域网可以在其它方面降低成本。有线通信的开通必须架设电缆，或挖掘电缆沟或架设架空明线；而架设无线链路则无需架线挖沟，线路开通速度快。将所有成本和工程周期统筹考虑，无线扩频的投资是相当节省的。使用无线局域网不仅可以减少对布线的需求和与布线相关的一些开支，还可以为用户提供灵活性更高、移动性更强的信息获取方法。(8)受自然环境、地形及灾害影响小：有线通信除电信部门外，其它单位的通信系统没有在城区挖沟铺设电缆的权力；而无线通信方式则可根据客户需求灵活定制专网。有线通信受地势影响，不能任意铺设；而无线通信覆盖范围大，几乎不受地理环境限制。二、运营商WLAN网络概述2.1基本要求WLAN业务描述为了推广和发展移动数据的业务，目的是满足用户随时随地接入Internet，进行数据传输通讯的需求。在WLAN网络覆盖地区，用户通过笔记本电脑、PDA等移动终端，在配备WLAN上网卡时以无线方式高速接入互联网／企业网，获取信息、移动办公或者娱乐，共享接入速率最高可达54Mbps。WLAN业务特征(1)提供高速共享接入速率运营商WLAN采用802.11g标准，可提供54Mbps的带宽，满足用户浏览互联网、收发EMAIL、网上办公及娱乐的需求。(2)支持漫游用户可以在覆盖范围内有运营商WLAN网络覆盖的热点地区使用WLAN业务。2.2网络结构运营商将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来作为无线客户端接入运营商IP数据网的桥梁；在汇聚层采用二层交换机和访问控制服务器(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AAAServer、Billingsystem、NMS三部分，这三部分作为WLAN的核心部分提供了认证、计费和网络管理的重要功能——客户的合法性查询、客户使用WLAN网络的状况、账单的记录和输出，NMS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。各部分职能：接入层：1．用户的连接2．用户的IP地址分发3．用户的数据服务汇聚层：1．用户的身份认证2．用户的数据传输3．用户的服务提供骨干传输层：1．主干的数据传输2．WLAN全网设备的管理，配置和升级3．WLAN全网的实时性能监控和跟踪4．用户的身份数据查取和认证5．WLAN全网的用户情况查询运营商网络架构示意图运营商WLAN网络是运营商开展的新的业务。运营商WLAN说明：运营商WLAN网络按地区来架构，各个地区通过城域网与全省骨干网连接起来，以做到全省的无缝漫游。运营商WLAN整体网络架构分为：网卡无线接入点(AP)访问控制服务器(AC)NMS四个层次。运营商采用WEB认证方式来保证网络的安全和有效的使用。运营商提供统一的RadiusServer、PortalServer、AS、HLR/AUC来进行鉴权认证。认证方式：使用WLAN接入用户方式，既要满足用户对Internet网络资源高速访问的需求，还要提供多种安全机制，包括访问控制、用户验证、安全管理等技术，以便于运营商在网络建成后更好的运营和维护。运营商WLAN系统采用基于WEB认证方式来对用户进行鉴权、授权、计费，保证网络的安全和对网络资源的控制。WEB认证是用户使用web的方式，通过在浏览的页面中输入用户名和密码实现用户的认证。Web认证是目前比较流行的认证力式。已不需要特殊的客户端软件，与系统平台无关，使用DHCP得到IP地址，没有额外的封装开销，并支持多播协议。三、运营商解决方案目前WLAN应用范围广阔，因此我们针对WLAN的不同应用，为运营商提供多种针对性的解决方案。3.1村通宽带解决方案村通工程目前正如火如荼的进行，对运营商来说，在农村信息化建设中应用无线局域网技术有着无可比拟的优势：建网成本低、一次性投入资金少、运营成本低、建网速度快、可靠性高等，同时其高度灵活的扩容性，也非常适应农村网络应用需求逐步发展的过程。这是整个系统的组网示意图，终端用户通过接入AP就可以访问Internet。采用Axelwave的无线网络设备，在覆盖范围中，半径800M内的客户看网上电影都非常流畅，1KM内的客户可以很快地打开网页进行网上浏览。基本可以保证没有网络信号盲点。根据实际情况，以下是几种覆盖的示意图：对于用户较为集中且用户数量较少的情况，采用AP加定向天线直接对该区域进行覆盖。随着用户数量的增加，只需要增加AP的数量。在部署多个AP时要注意将各AP的覆盖区域分开，并遵循WLAN信道分布理论，把临近的AP的信道分别使用1、6、11信道，最大限度的减少同频干扰。另外，还可以采用AP加全向天线的方式对整个区域进行覆盖，同样可以达到很好的使用效果。对于分散较远的用户还可以采用AP加定向天线的方式单独进行覆盖。3.2楼宇无线覆盖3.2.1多层楼宇覆盖不管是学校宿舍还是小区，大多数楼宇都是多层结构，最常见的是高约7层，长约60米。对于多层楼宇的覆盖，一般使用AP与定向天线直接从楼宇的一面或正反两面进行整体楼宇覆盖。这样可以得到很好的覆盖效果，满足用户的使用需求。随着用户数量增加只需要再增加AP的数量就可以满足需要。3.2.2高层楼宇覆盖高层楼宇一般在现代小区或是商务楼出现，楼层高度一般在20层以上。由于楼层较高，天线的垂覆盖角度达不到要求，由于入射角度大，信号会进行多次反射才能到达，这样信号就会变得很弱。如图所示：因此，对于高层楼宇的覆盖，为了减小天线入射角度，那么就需要提高天线的高度来使天线入射角度减小，如图所示，对于21层的高楼，则某一个面需要用3套设备来进行覆盖，同时也根据用户数量来配以相应的设备数量。3.2.3回字型楼宇覆盖如果高层的商务楼或高层住宅周围没有能够提升天线的高度来减少天线入射角度的条件，室外覆盖就不现实，那么就只能考虑室内覆盖。像“回”字型这样复杂的商务楼也比较多，那么我们考虑通过在每一层楼放置AP设备并配以室内吸顶天线来实现每层楼的覆盖。具体部署设备时，使相邻楼层的AP成对角线，使得AP在覆盖本身楼层的同时，还可以覆盖靠近AP的相邻楼层的部分空间，各个AP之间形成互补覆盖，减少或消除盲区。另外根据用户数量也需要考虑AP的数量。如下图所示：3.2.4楼群的覆盖目前的新兴小区、学校等等，大多都是比较集中的楼群。而对于集中的楼群的覆盖，我们也提供相关的解决方案。如图所示：某小区有20幢楼，由于初期用户较少，所以用了16套设备将所有地方地进行覆盖，有的地方是用AP配以定向天线覆盖一幢楼，有的则是用AP配以全向天线覆盖2幢楼。相邻设备间的频道隔开在5个频道以上。所有设备的ESSID设成一样，就可以满足用户无缝漫游需求。3.3WLAN与GSM合路的覆盖在拥有室内分布系统大型建筑内，如饭店、写字楼、商场、地铁、机场、车站，运营商已经设置了各自的覆盖系统，在这些地方进行室内WLAN的覆盖就可以考虑采用WLAN与GSM合路覆盖的方法，避免机房和管线的重复投资和资源的浪费，同时还能达到与新建同样的覆盖效果。所谓WLAN和GSM两系统共建合路是指是将WLAN的无线射频信号通过合路器馈入GSM室内覆盖系统，各频段信号共用天馈进行覆盖。在天馈系统无源器件无法满足合路频段要求，或由于天线安装位置不合理导致无法达到预定信号覆盖强度等情况下，可对原有天馈系统进行扩频或结构改造，以实现双网（GSM、WLAN）或多网（如GSM、3G、WLAN）合路。通过上面合路示意图可以知道，GSM网、3G网和WLAN之间并不存在直接的相互关系，只是通过合路器（多频合路器）实现射频信号共用天馈传输。由于合路以后WLAN系统信号直接馈入GSM室内信号分布系统，因此由多系统共用天线对用户区进行覆盖，但是，由于AP发射功率有限，在天馈系统中经过层层分支后，信号到达末端时功率不足会成为制约双网合路应用的一个因素。为了使单个AP的信号覆盖更大区域，工程中需要采用WLAN功率放大器，将AP信号放大。传输部分可视容量及现有条件与原GSM系统交叉复用E1或专用E1的形式来解决。Axelwave艾克赛尔可以提供与双网合路有关的高质量元器件，主要包括合路器、功分器、耦合器、天线等。通过使用这些高质量的元器件，可以最大限度的减小器件对不同频段射频信号通过造成的插损和线路损耗，达到最好的WLAN覆盖效果。3.4无线VoIP与Wi-Fi手机随着WLAN技术的发展，WLAN功能方面的拓展也变得更加丰富多彩。无线VoIP和Wi-Fi手机等更是站在这些应用的前沿。无线VoIP结合了无线网络的可移动性、隐蔽性和高扩展性的特点及VoIP的实时性、综合性特点，可以根据所传输的图像质量调节占用的带宽。预计无线VoIP在3到5年内将会大规模应用，尤其是一些企业将对WlAN基础架构进行升级，使之能够支持更多传统网络应用，而基于WLAN架构的新型语音技术的出现，无疑将提高企业服务质量和生产效率，从根本上改变传统的商务处理进程。GSM/Wi-Fi双模手机成为市场的焦点是IP手机开始进入实质性商业化阶段的重要基础和趋势反映，IP手机用户可以在WLAN覆盖区域内拨打便宜或免费的VoIP，同时Wi-Fi技术提供的高速接入能力可使用户尽享各种丰富多彩的宽带应用。四、构建无线网络的注意事项设备的数量与位置在做室内覆盖时，设备的位置尽量安排在覆盖范围的中心，相邻设备的距离要略小于单套设备的覆盖直径。也就是说要让所有设备的信号有交叉的地方，但又不能交叉太多。做室外覆盖时，尽量让设备的高度与被覆盖主体的中心高度上一致，收保证信号的入射角度最小。不管室内覆盖还是室外覆盖，设备的数量由并发用户的总数除以15为宜。比如某小区有150个用户，那么用10套设备是比较理想的选择。天线的选型与位置天线分为全向天线和定向天线，根据不同的情况选确定是全向天线还是定向天线，然后根据现场的情况来选择天线的增益大小。在选择天线增益大小的时候不能一味地选择大增益的天线，而要结合天线的覆盖角度和干扰的影响，天线增益太大，它的水平和垂直角都就会变小，覆盖范围也会变小，当然信号的强度会增强，但太强了可能会造成多径干扰影响到其它的AP。天线的安装位置也很重要，特别是大功率的设备接了大增益的天线时，在规划和安装时天线的前后3米内不能有阻挡物。因为很近距离内有阻挡物，发出去信号会被反射回来，造成多径干扰，不仅会影响信号的强度，也会加重设备的负担。设备的频道的规划虽然2.4GHz的产品按照不同国家的划分标准有10多个频道，但实际真正独立的，没有干扰的只有3个频道，如1、6、11信道。那么为了避免设备间干扰，则我们在规划频道时相邻设备间的频道一定要错开。设备干扰的因素2.4GHz工作的WLAN设备的干扰源主要有微波炉、无绳电话、同类无线设备。WLAN设备一般都具有抗微波炉干扰的能力，无绳电话、同类无线设备对信号是有一定干扰，但它的范围是有限的，并且时间是有限的。一般来说，功率比较大的设备对功率较小的设备影响大一些，如果两种设备功率差不多，且频率一样时，相互都会受到干扰，信号强度方面都会降低约20%，而链路的质量却下降得比较多，无线网络中此时会产生比较大的CRC校验错误，大大的浪费了网络带宽和AP的处理能力，所以我们在做AP的分布点和天线的选型与安装方向时一定要注意避免。网络升级策略无线网络虽然已经发展了好几年了，中国的用户数量增长还是比发达国家慢些。从目前的现状来看，11b的产品已经完全能满足小区或学校的应用需求。随着用户数量的不断增长，11g产品会取代11b的产品为用户服务。在不远的将来，11g产品及配套产品将逐步成为主流，网络的覆盖范围、信号的稳定性、网络的带宽、支持并发用户的数量、设备的价格将有明显的优势。此时对于用户量比较大的区域应选用11g产品。而以前的11b产品又可以应用到新开发的，并发用户相对较少的区域，充分的保护了前期的投资。五、运营商WLAN无线漫游随着各个运营商对WLAN网络建设不断的完善，客户群不断地扩大，用户之间的漫游变得越来越重要。对于运营商而言，通过为客户提供WLAN漫游业务可以获得许多益处，包括：增加业务收入；增加企业用户，特别是大客户；提高用户忠诚度；通过改进账户、计费管理、充分有效的利用运营商网络，减少运维成本；增强运营商核心竞争力等。用户则可以在更大的范围内简单方便地享受WLAN的高速接入服务，最大限度地满足了用户的需求。运营商漫游分为：1．同一个运营商网络间的漫游2．同一运营商不同子网间的漫游5.1同一运营商网络间的漫游如果作为接入层设备的AP能够支持IAPP协议，能够做到越区切换，那么当用户认证成功后，由一个AP连接到另外一个AP后，不需要重新认证仍旧能够正常地进行网络访问，同时用户的计费信息能够连续进行。5.2同一运营商不同子网间的漫游一般情况下，在IP网络中，当接入某一子网的个人电脑移动到其他子网覆盖的区域时，如果不及时转换为包含新网址在内的IP地址的话，那么IP数据包就无法到达个人电脑。所谓子网通常是指由路由器划分的IP网络区域。如果一边使用无线LAN接入服务，一边移动接入位置，那么一旦超越子网覆盖范围，就会无法继续进行通信。此时就要用到移动IP技术。所谓移动IP就是指在IP网络上的多个区域均可使用同一IP地址的技术。这种技术是通过使用被称为本地代理（HomeAgent）和外地代理（ForeignAgent）的特殊路由器对网络终端所处位置的网络进行管理来实现的。六、运营商WLAN的管理WLAN接入控制器WLANAC能有效的为运营商完成对WLAN的管理，WLANAC（accesscontrol）是一种专用的无线局域网的访问控制服务器，是无线网络与IP核心网之间的网关设备，AC通过IP协议与Internet网连接可向用户提供互联网服务。AC具有DHCP服务器、NAT等功能。AC与认证服务器一起完成对用户的认证功能，并负责收集用户的计费信息，将计费信息送到认证服务器中。为运营商等ISP提供可运营、可盈利的无线网络。WLANAC支持多种认证协议，并且能够实时的根据移动运营商所制定的账号规则，对账号的认证请求转发至指定的认证平台进行认证和计费，满足移动运营商对漫游的需求。Axelwave艾克赛尔的AC常用认证方式介绍：EAP-SIM认证方式。EAP-SIM认证方式主要用于蜂窝移动运营商WLAN的SIM卡认证方式，支持用户与网络之间的双向认证和动态密钥下发。在该认证方式中，用户端采用装有SIM卡读卡器的WLAN网卡。网络侧的认证服务器（AS）与移动交换系统原有的HLR/AUC协同工作共同完成对用户的认证。因此，SIM用户接入流程包括认证、DHCP地址分配、强制Portal、运营商门户网站推送、计费等。PPPOE认证方式。PPPoE认证是出现最早也是最为成熟的一种接入认证机制，现有的宽带接入技术多数采用这种接入认证方式。在无线局域网中，采用PPPoE认证，只需对原有的后台系统增加相关的软件模块，就可以到达认证的目的，从而大大节省投资，因此使用较为广泛。PPPoE认证是一种成熟的认证方式，实现方便。但是由于它是基于用户名／口令的认证方式，并只能实现网络对用户的认证。WEB认证方式。WEB认证相比于PPPoE认证，一个非常重要的特点就是客户端除了IE浏览器外不需要安装认证客户端软件，给用户免去了安装、配置与管理客户端软件的烦恼，也给运营维护人员减少了很多相关的维护压力。同时，WEB认证配合Portal服务器，还可在认证过程中向用户推送门户网站，有助于开展新的增值业务。在WEB认证过程中，用户首先通过DHCP服务器获得IP地址，使用这个地址可以与Portal服务器通信，也可访问一些内部服务器。在认证过程中，用户的认证请求被重定向到Portal服务器，由Portal服务器向用户推送认证界面。因此，WEB用户接入流程包括DHCP地址分配、强制Portal、认证、运营商门户网站推送、计费等。WLANAC的另外一个特点是，能够实时对用户执行各种网络管理策略，并针对目前中国宽带网运营中的一些特点提供有效的解决方案，Axelwave艾克赛尔的AC可以控制用户的带宽，还采用了专有的防BT和电驴等P2P软件技术，可以限制用户使用P2P软件下载，有效地减轻网络的负担。七、运营商WLAN网络计费系统在大型的运营商网络里，计费系统对于运营至关重要，大致分为两种架