基于無線城市的WLAN發(fā)展探討

1、基于無線城市的WLAN發(fā)展探討摘要：發(fā)展WLAN業(yè)務，使用高速寬帶無線技術覆蓋城市熱點地區(qū)，隨時隨地向公眾提供基于無線終端的網(wǎng)絡接入服務，對于實現(xiàn)無線城市，提高城市化水平具有重要意義。簡述了WLAN產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，分析了WLAN熱點選取策略，結(jié)合WLAN與3G網(wǎng)絡融合方案，對松耦合架構(gòu)和緊耦合架構(gòu)進行了對比分析。關鍵詞：無線城市、無線局域網(wǎng)，3G，融合架構(gòu)Development of Wireless City Based on WLANAbstract：For wireless city, development of WLAN services, the use of high-speed

2、broadband wireless technology covering the city hot spots and providing network access services at anytime, anywhere improve the level of urbanization significance. This paper describes the WLAN industry development, analysis the WLAN hot spot selection strategy. At last, combination of WLAN and 3G

3、network integration strategies, the loosely coupled architecture and tightly coupled architecture were comparedKeywords：Wireless City, WLAN, 3G, Integration Architecture1. 背景隨著電信業(yè)重組的深化，寬帶接入業(yè)務的競爭越發(fā)激烈，同時，智能終端的不斷普及，資費不斷下降和日益豐富的多媒體業(yè)務，用戶對移動寬帶的需求也日益強烈，帶來了數(shù)據(jù)流量的劇增。宏網(wǎng)絡逐漸成為業(yè)務發(fā)展的主要瓶頸，由于數(shù)據(jù)業(yè)務的不均衡性，熱點區(qū)域尤為突出。傳統(tǒng)方案即

4、通過擴容來加大覆蓋，勢必帶來成本壓力，運營商希望尋找一種低成本接入方式卸載流量。鑒于WLAN技術在高帶寬、成本廉價和應用普及等方面具有獨到優(yōu)勢，WLAN為固定寬帶接入和移動數(shù)據(jù)業(yè)務形成有效的補充：對于固定寬帶接入業(yè)務，WLAN可以提供最后100米接入的無線延伸，大大方便了用戶的使用，使固定寬帶接入移動化；對于移動數(shù)據(jù)業(yè)務，將3G和WLAN融合，從而使得終端既能夠通過WLAN訪問大流量的Internet業(yè)務，以減少對3G的帶寬壓力，又能夠通過WLAN訪問運營商的PS域業(yè)務（例如MMS、手機郵箱、手機下載等），并可以利用3G的電信級能力補充WLAN功能（例如認證、計費、精細的業(yè)務控制）。因此，發(fā)展

5、WLAN業(yè)務，對于電信運營商發(fā)展寬帶戰(zhàn)略，在全業(yè)務運營環(huán)境下樹立寬帶競爭優(yōu)勢，實現(xiàn)固網(wǎng)和移動業(yè)務融合具有重要意義。可以借助WLAN來促進固網(wǎng)寬帶和移動數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展，提升客戶體驗，增強寬帶業(yè)務的品牌優(yōu)勢，對提高寬帶市場份額，拉動寬帶用戶增長和寬帶業(yè)務收入有著積極的促進作用。同時，將3G和WLAN融合，利用3G網(wǎng)絡提供話音和數(shù)據(jù)業(yè)務，WLAN網(wǎng)絡為數(shù)據(jù)業(yè)務提供補充，最終可以提升用戶的體驗，降低建網(wǎng)成本，增強競爭力。2. WLAN產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀目前中國無線局域網(wǎng)整體市場規(guī)模不大，但市場發(fā)展速度很快，是全球WLAN的發(fā)展熱點地區(qū)。近幾年得益于無線城市政府推動和運營商WLAN穩(wěn)步部署，國內(nèi)自主品牌設備商

6、積極配合以及產(chǎn)業(yè)鏈其他各方的積極合作，整體市場穩(wěn)步增長。預計2011年中國WLAN總體規(guī)模將達到85.3億元。中國WLAN設備市場增長迅速，近幾年來，以公共運營為主、行業(yè)和家庭市場為輔的市場格局逐漸發(fā)生著轉(zhuǎn)變，行業(yè)及家庭市場發(fā)展加快。越來越多的企業(yè)配置了具備移動功能的數(shù)據(jù)設備，接入WLAN的需求愈加強烈，推動了WLAN設備的迅速增長。中國WLAN運營市場，基礎運營商是主要的市場主體。2008-2010年，WLAN市場以網(wǎng)絡建設為主要特點，運營市場發(fā)展較為平穩(wěn)，保持了40%左右的增長速度。隨著網(wǎng)絡建設的逐漸完備及運營商業(yè)務推廣進行，運營市場將于2011年開始實現(xiàn)55%以上的增長速度。中國WLAN

7、市場發(fā)展的驅(qū)動因素主要來自以下幾方面：(1) 互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)民數(shù)龐大，為WLAN提供了巨大市場空間隨著我國經(jīng)濟的增長和信息化進程的加速推進，我國網(wǎng)民數(shù)量不斷攀升，穩(wěn)居世界第一。截至2009年6月30日，我國網(wǎng)民規(guī)模達3.38億，寬帶網(wǎng)民達3.2億，占總網(wǎng)民數(shù)的94.3%，手機上網(wǎng)用戶達1.55億。同時廣大網(wǎng)民的整體消費能力也已經(jīng)上升到了一個新臺階，這為運營商大力推廣IPTV、網(wǎng)絡游戲以及各類增值業(yè)務，進而提高ARPU提供了良好的條件基礎。(2) 無線寬帶用戶攀升，拉動WLAN需求強勁隨著移動通信的發(fā)展，特別是3G網(wǎng)絡及業(yè)務的推出，無線寬帶市場得到了很好的培育。龐大的移動寬帶用戶需求旺盛，特別是高帶寬

8、的業(yè)務需求，使得WLAN更加具有了存在的價值。中國WLAN部署在無線城市、奧運會、亞運會等推動下，政府和運營商的大力支持以及產(chǎn)業(yè)鏈各方合作的加強，共同推動了中國市場近兩年的快速增長。(3) 城市信息化進程帶動隨著城市信息化進程的不斷推進，中國無線城市建設發(fā)展迅速。企事業(yè)單位對無線城市的需求，尤其是市政公共安全和服務部門對城域網(wǎng)的強烈需求，成為了中國無線城市部署持續(xù)發(fā)展的強大內(nèi)在動力和商用市場重要的利潤增長點。(4) 設備價格下降降低運營商部署成本由于芯片領域的技術門檻有所下降，芯片市場競爭不斷加劇，加上芯片技術突飛猛進，促使WLAN芯片和相關產(chǎn)品價格不斷走低。此外，WLAN廠商之間競爭的加劇，

9、以及產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟也成為WLAN產(chǎn)品價格下降的重要因素。WLAN產(chǎn)品的下降使得運營商的WLAN部署成本逐步降低，降低了投資風險，與此同時，也為WLAN產(chǎn)品為更多用戶接受創(chuàng)造了基礎。(5) WAPI成為國際標準， 推動我國WLAN運營市場具有中國自主知識產(chǎn)權的WAPI在經(jīng)歷了五年坎坷發(fā)展歷程之后，終于在2009年6月初，重新進入國際標準流程。我國的WAPI標準日漸成熟，WAPI產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善，WAPI產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成員單位已由成立之初的22家增至43家。各成員間在產(chǎn)品開發(fā)合作、協(xié)同和市場推廣中合作程度不斷深入，形成了良好的發(fā)展態(tài)勢。與此同時，中國WAPI得到了芯片大廠的支持，其影響力日漸擴大，致使我

10、國在WLAN領域話語權顯著提升。擁有我國自主知識產(chǎn)權的WLAN設備產(chǎn)業(yè)化進程正在加快，必然對我國WLAN運營市場起到了推波助瀾的作用。從全球WLAN市場的區(qū)域發(fā)展來看，WLAN業(yè)務在國外發(fā)展得比較早，目前已經(jīng)得到廣泛應用。北美市場是最活躍的WLAN市場，在美國除傳統(tǒng)運營商，如Verizon、AT&T等陸續(xù)提供WLAN業(yè)務之外，眾多的ISP，如MobilePro、MetroFi、EarthLink，甚至Google和IBM公司推出了其WLAN服務。在歐洲，瑞典的Telia于1999年10月最早推出了P-WLAN接入服務Home Run。BT（英國電信）2005年時在全球的熱點數(shù)量就已達到

11、17000個，還推出了BT FON業(yè)務，鼓勵用戶分享出自己家中的無線信道為來訪用戶提供接入。法國電信則通過公共熱點覆蓋區(qū)與企業(yè)解決方案的捆綁，實現(xiàn)了規(guī)模覆蓋、漫游。3. WLAN熱點選取分析目前，由于WLAN系統(tǒng)的大規(guī)模建設已經(jīng)鋪開，WLAN的熱點選取規(guī)劃已經(jīng)成為工程建設前期的重點，既要考慮到熱點的數(shù)據(jù)流量情況，更要以市場為主導，結(jié)合當?shù)亟?jīng)濟、人民生活習慣、集團客戶需求等多方面考慮，選取最有可能發(fā)生WLAN業(yè)務的區(qū)域來部署熱點。只有這樣，才可能讓投入獲取回報，形成良性循環(huán)。根據(jù)WLAN用戶流動性強等特點，結(jié)合客戶實際需求，WLAN熱點優(yōu)先級別定義如下：熱點類型等級（1級最高）覆蓋要求重要交通樞

12、紐（機場、火車站）1密集覆蓋大學及專業(yè)院校1室內(nèi)密集覆蓋，室外薄覆蓋（覆蓋面積盡量大）大型會展中心2薄覆蓋休閑餐飲場所（咖啡館、茶社、連鎖快餐店等）2薄覆蓋電腦城、手機城、電器賣場（電腦銷售區(qū)域）3薄覆蓋3G漫游客戶3星以上酒店或連鎖型酒店、公共會議中心3薄覆蓋公共圖書館4薄覆蓋重要寫字樓、集團客戶辦公區(qū)域4薄覆蓋其他（如：重要營業(yè)廳）5薄覆蓋熱點區(qū)域需要進行有針對性的覆蓋，而不是整個熱點全覆蓋。分情況舉例說明如下：(1) 對有上網(wǎng)需求的公共區(qū)域進行重點覆蓋，如：酒店大堂、會議室；(2) 對于已有免費固定上網(wǎng)服務的區(qū)域可不覆蓋，如：酒店房間；(3) 對于無上網(wǎng)需求的區(qū)域不進行覆蓋，如：電梯、地

13、停。具體幾類型熱點覆蓋建議簡單分析如下：(1) 大學及專業(yè)院校熱點屬于大型、綜合性熱點，熱點內(nèi)通常包含有教學樓、圖書館、食堂、學生公寓、教師宿舍、體育館、操場等室內(nèi)外場所。對教學樓、圖書館和學生公寓等無線上網(wǎng)概率較大的區(qū)域進行重點覆蓋；對宿舍樓等有線上網(wǎng)方便的樓宇進行次要覆蓋；對食堂、體育館、操場的覆蓋可依學校具體特征來確定，如部分學校食堂在用餐時間之外可供學生看書用，可對這類食堂進行重點覆蓋；部分學校體育館比較簡單對WLAN業(yè)務的需求不高，此外操場、草地等室外區(qū)域的覆蓋以信號覆蓋為主，容量設置在其次。(2) 重要交通樞紐這類熱點的人流量比較大，但人流存在分區(qū)域特征，如汽車站/火車站的乘客等候

14、區(qū)、餐飲場所客人座席、體育館看臺等區(qū)域，人流較大也存在短時間個人位置穩(wěn)定性，這類熱點的人流密集區(qū)域?qū)儆谥攸c覆蓋對象室內(nèi)覆蓋為主。(3) 大型會展中心這類熱點通常面積較大，比較空曠，用戶密度較高，場館內(nèi)部環(huán)境可能因展會不同而發(fā)生較大變化，以室內(nèi)覆蓋為主；對于會議室、多功能廳的覆蓋可利用房間的分隔進行小區(qū)域覆蓋。(4) 電腦城、手機城、電器賣場這類熱點通?？傮w面積較大，熱點區(qū)域集中，有數(shù)據(jù)業(yè)務需求，而有線接入資源不足。以室內(nèi)覆蓋為主。(5) 重要寫字樓、集團客戶辦公區(qū)域，其特點是部分寫字樓層較高，大樓內(nèi)可存在辦公區(qū)、會議廳、休息區(qū)、餐廳等，需針對會議廳、休息區(qū)、餐廳進行重點覆蓋，辦公區(qū)進行次要覆蓋

15、，以室內(nèi)覆蓋為主，對較難通過室外覆蓋室內(nèi)的方式完成信號覆蓋，可結(jié)合室內(nèi)分布系統(tǒng)實現(xiàn)覆蓋。對AP、AC的組網(wǎng)原則，AP主要部署在各個熱點地區(qū)，如校園，機場，星級酒店，寫字樓群，商務區(qū)，會展中心，以及其他商務人員經(jīng)常聚集的公共場所。對于有蜂窩基站的區(qū)域，可優(yōu)先考慮蜂窩基站共址。按照AC的布放方式分為兩種：串接、旁掛，按照AC的組網(wǎng)拓撲分為；分布式與集中式。分布式是通過在WLAN的熱點地區(qū)部署AC，通過AC管理該熱點地區(qū)的AP，通過匯聚后接入BRAS，AC構(gòu)成分布式部署。集中式是通過在城域網(wǎng)或者BRAS旁掛方式來部署AC，集中控制本廠商的多臺AP設備，要求集中式部署的AC容量較高。根據(jù)業(yè)務的特點和網(wǎng)

16、絡的規(guī)模選擇AC布放的方式。如果熱點地區(qū)接入用戶少，建議采用集中式設置，以便于集中維護和管理，降低成本；如果熱點地區(qū)的用戶多，建議采用分布式設置，利于負載分擔。4. WLAN和蜂窩網(wǎng)融合網(wǎng)絡運營研究對于全業(yè)務運營商來說，如果能將WLAN和3G網(wǎng)絡有機地結(jié)合起來，以3G網(wǎng)絡的廣泛覆蓋能力彌補WLAN覆蓋范圍小的缺陷，在熱點區(qū)域以WLAN的高速數(shù)據(jù)業(yè)務接入彌補3G網(wǎng)絡數(shù)據(jù)業(yè)務接入速率較低的不足，將會達到優(yōu)勢互補的良好效果。然而WLAN最初是針對公司和家庭網(wǎng)絡設計的，缺乏公共環(huán)境中的很多特性。WLAN網(wǎng)絡中的AP（Access Points）可以將有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡連接起來，但是目前的WLAN協(xié)議只

17、定義了物理層和MAC層，而不涉及上層。這意味著認證過程取決于ISP所采用的具體架構(gòu)和認證協(xié)議，因此在不同的ISP間也不相同；其次，現(xiàn)有的標準沒有定義向用戶所提供的服務的特點，如QoS；現(xiàn)在也沒有公認的移動管理機制，使用戶可以在不同ISP所提供的WLAN網(wǎng)絡間進行無縫漫游。3G網(wǎng)絡中的BS（Base Stations）和RNC(Radio Network Controllers)負責連接有線和無線網(wǎng)絡。在WCDMA中，SGSN（Serving GPRS Service Nodes）和GGSN（Gateway GPRS Service Nodes）將數(shù)據(jù)包通過運營商的核心網(wǎng)傳送到Internet。

18、和WLAN網(wǎng)絡不同，3G協(xié)議包含媒體訪問的以上各層。所以認證過程、服務質(zhì)量保證、移動管理等協(xié)議都被標準化。用戶完全可以在由不同運營商所提供的3G網(wǎng)絡間無縫漫游，只要他們之間有漫游協(xié)議。但是，它們針對其他無線接入網(wǎng)絡（例如基于WLAN的WLAN網(wǎng)絡）的擴展卻存在很多兼容性問題。3G網(wǎng)絡和WLAN的融合有兩種不同的方案，分別稱為松耦合方式和緊耦合方式，如圖1所示。圖1 3G和WLAN網(wǎng)絡融合架構(gòu)4.1 松耦合方式松耦合方式需要在WLAN網(wǎng)絡中加入WLAN網(wǎng)關，但是松散集成的網(wǎng)關是和Internet相連的（如圖1所示），而不會直接連向GGSN、3G核心網(wǎng)絡交換機等3G網(wǎng)絡元素。訪問WLAN網(wǎng)關的用戶

19、不僅包括本地注冊用戶，還包括來自其他網(wǎng)絡的移動用戶。WLAN和3G的數(shù)據(jù)路徑完全分離開來。WLAN數(shù)據(jù)流量不注入3G核心網(wǎng)。在這種方案中，不同的協(xié)議和機制分別處理3G和WLAN中的認證、記帳和移動管理。3G網(wǎng)絡的 AAA服務器位于2G/3G核心網(wǎng)絡中，支持從HLR獲取認證和簽約數(shù)據(jù)，完成統(tǒng)一認證和WLAN計費功能。松耦合方式的優(yōu)勢：1)松耦合對現(xiàn)有網(wǎng)絡改動最小，實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡融合的技術要求較低，不需要對現(xiàn)有網(wǎng)絡設備進行大的升級和改造。松耦合方式允許對WLAN和3G網(wǎng)絡進行獨立的配置及流量管理。WLAN和3G網(wǎng)絡相互獨立，互不影響。松耦合的互聯(lián)方案基于移動IP的原理，最大限度的保持了WLAN和3G

20、PP網(wǎng)絡各自的獨立性，應用范圍廣泛。由于移動IP避免了對底層網(wǎng)絡的修改，現(xiàn)有網(wǎng)絡無需升級改造，只要添加相應的家鄉(xiāng)代理功能，用戶終端也只需實現(xiàn)移動IP協(xié)議。2)3G運行商不需要額外的資金投入就能從其他提供商的WLAN網(wǎng)絡中獲益。同時，他們可以繼續(xù)使用規(guī)范的工程技術和方法來部署3G。一方面，同多個合作者的漫游協(xié)議能提供對廣泛分布的網(wǎng)絡的訪問。另一方面，注冊用戶可以在只有一個服務提供商的情況下實現(xiàn)對所有網(wǎng)絡的訪問。他們不再需要和不同地域的提供商都建立單獨的帳目關系，或者是擁有不同的接入技術。由于采用移動IP技術實現(xiàn)WLAN與3G移動通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)互聯(lián)，所以WLAN和3G移動通信網(wǎng)可以獨立地發(fā)展，適合多

21、個運營商共同提供無線數(shù)據(jù)業(yè)務的局面。3)WLAN作為3G網(wǎng)絡的補充形式與移動網(wǎng)絡相結(jié)合。WLAN只是與3G網(wǎng)絡分享對AAA的使用，避免了兩種不同的接入技術所帶來的數(shù)據(jù)流量到3G核心網(wǎng)絡節(jié)點的混合。這種結(jié)合方式，保證了兩個無線網(wǎng)絡完全分開，兩者完全獨立。分享AAA的架構(gòu)，使3G的運營商在3G和WLAN混合的網(wǎng)絡環(huán)境中可以使用一致的用戶鑒權機制，實現(xiàn)統(tǒng)一認證和統(tǒng)一賬單。盡管松散集成有其自身優(yōu)勢，但是它也存在著至關重要的缺陷：1)當用戶采用雙模終端時，必須采用移動IP的方式才能實現(xiàn)移動終端在兩個網(wǎng)絡間的切換，需要對移動終端進行大量的修改。2)兩個網(wǎng)絡間僅共用一個鑒權服務器，融合程度較低。3)不同業(yè)務

22、區(qū)間無法相互分擔負荷。4)由于網(wǎng)絡建設的獨立性，眾多WLAN無法成片覆蓋，產(chǎn)生“孤島”效應。4.2 緊耦合方式緊耦合方式是讓WLAN網(wǎng)絡對3G核心網(wǎng)絡來說，如同另外一個3G接入網(wǎng)絡。WLAN網(wǎng)絡模擬3G接入網(wǎng)的功能。通過增加WLAN網(wǎng)關對3G核心網(wǎng)隱藏了WLAN網(wǎng)絡的細節(jié)。數(shù)據(jù)通道通過新建的WAG（WLAN access gateway）和PDG（packet data gateway）實現(xiàn)PS業(yè)務的接入，實現(xiàn)WLAN和3G的統(tǒng)一接入。為實現(xiàn)WLAN和3G網(wǎng)絡間的漫游和無縫切換的功能，一種方案是使用移動IP，另一種方案是將PDG拆分成TTG（tunnel termination gateway

23、）+GGSN的方式， TTG完成用戶隧道到GTP隧道的映射功能，GGSN部分與PS域GGSN功能一致，其中AAA服務器、WAG 、TTG功能可以考慮合入一個物理實體，使之具備Gn接口功能，與PS域SGSN GGSN做到互聯(lián)互通，實現(xiàn)漫游和無縫切換功能。緊耦合方式的優(yōu)勢：1)緊耦合的互聯(lián)方案把WLAN看作移動網(wǎng)絡的無線接入部分，通過已有的接口相連接。這種方式非常適合移動運營商擴充自己的網(wǎng)絡能力。2)WLAN網(wǎng)絡采用和3G相同的方式與3G的核心網(wǎng)相連，這一方式充分利用了3G核心網(wǎng)絡已有的移動、鑒權、記帳和安全等方面的功能，保護3G運營商的投資。3)可以采用統(tǒng)一的接入服務器為兩個網(wǎng)絡提供接入服務，能方便地把新業(yè)務推廣到兩種網(wǎng)絡中?；?GPP分組域的所有業(yè)務均可在WLAN環(huán)境下得到支持，且基本能夠具有相同的QoS保障（需要完成3GPP和WLAN無線資源的映射）。5)不同業(yè)務區(qū)間可以相互分擔負荷。6)可以在WLAN加密的基礎上，在上層使用3G的鑒權和加密機制，從而增強WLAN的安全性。雖然緊密耦合的互聯(lián)方案具有很多結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，但是現(xiàn)有的緊耦合架構(gòu)還存在如下挑戰(zhàn)：1)實現(xiàn)技術難度大，需要升級和改造現(xiàn)有的網(wǎng)絡設備。3G移動網(wǎng)絡和WLAN相比，