基于廣電EPON的金湖無(wú)線城市WLAN覆蓋方案

孫焱 金湖縣文化廣電新聞出版局

朱忠智 南京廣播電視系統(tǒng)集成有限公司

1．引言

在城市化進(jìn)程不斷加快的背景下，信息隨時(shí)隨地的獲取在無(wú)線智慧城市建設(shè)中尤為重要。根據(jù)無(wú)線智慧城市的需求和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)原則，金湖無(wú)線城市項(xiàng)目依托現(xiàn)有的廣電EPON網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合無(wú)線系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)品的特點(diǎn)，構(gòu)建了一個(gè)高速、安全、穩(wěn)定、可靠的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。本次無(wú)線城市采用AC+Fit AP的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)了金湖無(wú)線城市的WIFI覆蓋。

2．金湖廣電雙向網(wǎng)概況

金湖廣電雙向網(wǎng)是基于EPON的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。EPON是當(dāng)今世界上新興的覆蓋最后一公里的寬帶光纖接入技術(shù)，中間采用光分路等無(wú)源設(shè)備接入各個(gè)用戶點(diǎn)ONU，節(jié)省光纜資源，并具有寬帶資源共享、節(jié)省機(jī)房投資、設(shè)備安全性高、建網(wǎng)速度快、綜合建網(wǎng)成本低等特點(diǎn)。廣電EPON組網(wǎng)模式包括：EPON + EOC、EPON + LAN 和 FTTH 等模式[1]。

（1）EPON + EOC模式

采用PON+EOC技術(shù)方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其組網(wǎng)方式為前端機(jī)房安裝光線路終端OLT 設(shè)備，數(shù)據(jù)光信號(hào)通過(guò)光纜送到終端交接箱，然后通過(guò)分光器將光信號(hào)分配送到不同樓棟單元，經(jīng)過(guò)ONU轉(zhuǎn)換后與EOC局端混合，然后通過(guò)同軸電纜傳送給用戶，用戶使用EOC終端接收數(shù)據(jù)信號(hào)。

（2）EPON + LAN模式

采用 EPON+LAN 技術(shù)方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，通過(guò)OLT 設(shè)備，經(jīng)過(guò)ODN網(wǎng)絡(luò)信號(hào)送到樓宇，再通過(guò)ONU 及交換機(jī)，利用五類線送到用戶。

（3）FTTH模式

采用FTTH技術(shù)方式，直接在用戶端通過(guò)ONU，便可實(shí)現(xiàn)高速寬帶接入。本地集團(tuán)用戶的無(wú)線覆蓋，都是基于 EPON 技術(shù)實(shí)現(xiàn)，EPON組網(wǎng)模式如圖1 所示。

3．組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

金湖無(wú)線城市WLAN建設(shè)采用無(wú)線控制器AC+無(wú)線瘦AP的部署方式，同時(shí)無(wú)線與現(xiàn)有有線認(rèn)證進(jìn)行整合，對(duì)接入用戶進(jìn)行統(tǒng)一認(rèn)證，無(wú)線認(rèn)證采用web+portal[2]的方式，采用H3C IMC內(nèi)置短信網(wǎng)關(guān)的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線短信認(rèn)證以及portal認(rèn)證的方式，用戶在彈出認(rèn)證的portal頁(yè)面，只需通過(guò)自己的手機(jī)號(hào)獲取驗(yàn)證碼，然后點(diǎn)擊連接上網(wǎng)即可。

在金湖廣電網(wǎng)絡(luò)原有城域網(wǎng)架構(gòu)基礎(chǔ)上，無(wú)線城市熱點(diǎn)AP通過(guò)EPON(無(wú)源光網(wǎng)絡(luò))和以太網(wǎng)交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將客戶請(qǐng)求信息傳至AC設(shè)備，AC與城市熱點(diǎn)AP在IP互通的基礎(chǔ)上通過(guò)封裝私有CAPWAP隧道，完成AC與AP之間的網(wǎng)管數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)二層網(wǎng)絡(luò)在三層網(wǎng)絡(luò)中的透明傳送。上網(wǎng)用戶的網(wǎng)關(guān)設(shè)置在ACG交換網(wǎng)關(guān)，WLAN 用戶的802，1x數(shù)據(jù)幀由AP轉(zhuǎn)換成802．3以太幀后由AP與AC之間的隧道轉(zhuǎn)發(fā)至AC，再由AC轉(zhuǎn)發(fā)給ACG交換；配置私網(wǎng)地址，通過(guò)ACG路由nat轉(zhuǎn)換，連接到Internet網(wǎng)絡(luò)。金湖縣無(wú)線城市設(shè)備構(gòu)架如圖2所示。

4．覆蓋方式

在無(wú)線城市網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中可以采用以下3種方式：戶外放置AP+定向天線，戶外放置AP+全向天線，室內(nèi)放置AP+有線覆蓋[3]。

（1）戶外放置AP+定向天線

戶外放置AP要選擇功率強(qiáng)、抗干擾強(qiáng)、適應(yīng)性好的產(chǎn)品。定向天線在天線后面有一個(gè)碗狀的反射面，信號(hào)只能向前面?zhèn)鬟f，射向后面的信號(hào)被碗狀反射面反射到前方，加強(qiáng)了前面的信號(hào)強(qiáng)度，其包括2.4G天線和5G天線。這種方式主要應(yīng)用在城區(qū)主干道路、游覽區(qū)域、停車場(chǎng)等場(chǎng)所。其特點(diǎn)是目標(biāo)覆蓋距離比較遠(yuǎn)，形狀呈長(zhǎng)條形，需求容量相對(duì)小。

在做規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)具體的現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)設(shè)置不同數(shù)量AP和定向天線的組合。對(duì)一般覆蓋要求的場(chǎng)所，可以選擇單AP+多天線組合；對(duì)特殊要求的場(chǎng)所，可以選擇多AP+多天線組合。戶外放置AP+定向天線如圖3所示。

圖2　金湖縣無(wú)線城市設(shè)備構(gòu)架

圖3　戶外放置AP+定向天線

圖4　戶外放置AP+全向天線

（2）戶外放置AP+全向天線

戶外放置AP要選擇功率強(qiáng)、抗干擾強(qiáng)、適應(yīng)性好的產(chǎn)品。全向天線會(huì)向四面八方發(fā)射信號(hào)，前后左右都可以接收到信號(hào)。這種方式主要應(yīng)用在城區(qū)市民廣場(chǎng)、休閑公園、旅游景點(diǎn)集散地等場(chǎng)所。其特點(diǎn)是目標(biāo)覆蓋距離比較近，形狀呈圓形，需求容量相對(duì)大，同時(shí)并發(fā)業(yè)務(wù)比較高。在做規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)具體的現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)設(shè)置多AP覆蓋交叉區(qū)域提高其承載容量。戶外放置AP+全向天線如圖4所示。

（3）室內(nèi)放置AP+有線覆蓋

室內(nèi)放置AP要選擇功率相對(duì)低、抗干擾強(qiáng)、美觀的產(chǎn)品。室內(nèi)通過(guò)有線接入，無(wú)線全面覆蓋。這種方式主要在企事業(yè)單位、學(xué)校、商業(yè)區(qū)、醫(yī)院等室內(nèi)場(chǎng)所應(yīng)用。其特點(diǎn)是目標(biāo)覆蓋用戶相對(duì)固定，同時(shí)具有有線連接和無(wú)線覆蓋的需求，網(wǎng)絡(luò)速度更快、安全更高。

5. 信道的規(guī)劃調(diào)試

圖6　信道復(fù)用

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋受周邊環(huán)境和自身設(shè)備影響很大，如果規(guī)劃不科學(xué)、調(diào)試不到位，會(huì)降低無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)性能。在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要實(shí)際勘測(cè)部署的環(huán)境、熟悉各種阻擋物的衰減系數(shù)、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)要求、合理控制AP的覆蓋范圍、選擇合適的AP產(chǎn)品和數(shù)量，確定安裝點(diǎn)的位置、選擇合適的發(fā)射天線等。

在網(wǎng)絡(luò)勘測(cè)的過(guò)程中，要做好如下工作：覆蓋區(qū)域平面情況，包括覆蓋區(qū)域的大小、平面圖；覆蓋區(qū)域障礙物的分布情況，以分析對(duì)信號(hào)的阻擋；需要接入的用戶數(shù)量和帶寬要求； 設(shè)備的安裝位置及安裝方式；設(shè)備的供電方式；已有有線網(wǎng)的組網(wǎng)情況，出口資源等。

在網(wǎng)絡(luò)部署調(diào)試過(guò)程中，要滿足無(wú)線接收要求，避免信號(hào)干擾，減少電磁輻射，同時(shí)保證數(shù)據(jù)的安全性。

在無(wú)線傳輸過(guò)程中，主要使用2.4GHz和5GHz頻段，其中2.4GHz使用最為常見(jiàn)。2.4GHz為ISM頻段，是開(kāi)放式頻段，不需授權(quán)即可使用。在相同的區(qū)域中，存在著WLAN設(shè)備之間的干擾，為避免其干擾，要采用蜂窩式無(wú)線覆蓋方式，在任意相鄰區(qū)域使用無(wú)頻率交叉的頻道，使用最多的1、6、11頻道在空間上進(jìn)行信道復(fù)用，如出現(xiàn)區(qū)域同頻干擾，可以適當(dāng)調(diào)整AP發(fā)射功率，減少交叉覆蓋范圍；如在區(qū)域中存在其他干擾設(shè)備，例如微波爐、藍(lán)牙設(shè)備、無(wú)繩電話等，需要遠(yuǎn)離其設(shè)備，避免其干擾。

6. 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置

無(wú)線城域網(wǎng)建設(shè)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置包括核心設(shè)備AC的配置和三層交換設(shè)備的配置。6.1 AC控制器的配置

（1）網(wǎng)絡(luò)基本配置

[AC] ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.10.6配置AC的缺省路由。

（2）配置AC的接口

# 創(chuàng)建VLAN 100及其對(duì)應(yīng)的VLAN接口，并為該接口配置IP地址。AC將使用該接口的IP地址與AP建立LWAPP隧道。同時(shí)VLAN 100也作為WLAN-ESS接口的缺省VLAN。

[AC] vlan 100

[AC] interface vlan-interface 100

[AC-Vlan-interface100] ip address 192.168.10.5

# 創(chuàng)建AP所在的vlan

[AC] vlan 91

# 配置二層GigabitEthernet1/0/1接口以及其對(duì)應(yīng)的成員端口的鏈路類型為trunk，當(dāng)前trunk口的PVID為100，允許AP所在VLAN通過(guò)。

[AC-GigabitEthernet1/0/1] port link-type trunk

[AC-GigabitEthernet1/0/1] port trunk permit vlan 91

（3）配置無(wú)線服務(wù)

# 創(chuàng)建接口WLAN-ESS 970并進(jìn)入其視圖

[AC] interface wlan-ess 970

# 配置端口的鏈路類型為Hybrid

[AC-WLAN-ESS970] port link-type hybrid

# 配置當(dāng)前Hybrid端口的PVID為970，禁止VLAN 1通過(guò)并允許VLAN 970不帶tag通過(guò)。

[AC-WLAN-ESS970] undo port hybrid vlan 1[AC-WLAN-ESS970] port hybrid pvid vlan 970

[AC-WLAN-ESS970] port hybrid vlan 970 untagged

# 在Hybrid端口上使能MAC-VLAN功能。

[AC-WLAN-ESS970] mac-vlan enable

# 創(chuàng)建clear類型的服務(wù)模板970。

[AC] wlan service-template 970 clear

# 配置當(dāng)前服務(wù)模板的SSID為JH-free。

[AC-wlan-st-970] ssid JH-free

# 將WLAN-ESS 970接口綁定到服務(wù)模板970

[AC-wlan-st-970] bind wlan-ess 970

# 使能服務(wù)模板。

[AC-wlan-st-970] service-template enable

（4）配置射頻接口并綁定服務(wù)模板

radio 指定不同的射頻接口，可連接不同的天線

# 在AC上配置AP名稱為3897-d6a1-a720，型號(hào)名稱選擇WA4320X，并配置序列號(hào)。

[AC] wlan ap 3897-d6a1-a720 model WA4320X id 84

[AC-wlan-ap] serial-id 219801A0REM161001361

# 配置AP的radio1的射頻類型為802.11gn。radio

[AC-wlan-ap] radio 1 type dot11gn

# 將服務(wù)模板1綁定到AP的radio 1口

[AC-wlan-ap -radio-1] service-template 970

[AC-wlan-ap -radio-1] radio enable

7. 實(shí)施過(guò)程中的問(wèn)題和解決措施

WLAN數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅芘c許多因素相關(guān)，本次實(shí)施的過(guò)程中主要遇到以下問(wèn)題：

（1）非WLAN無(wú)線設(shè)備干擾；

（2）WLAN無(wú)線設(shè)備間同頻/鄰頻干擾；

（3）終端處的信號(hào)強(qiáng)度；

（4）終端并發(fā)數(shù)；

（5）應(yīng)用（影響報(bào)文大小比例等）與工作速率。

為了解決以上問(wèn)題，在實(shí)際高密部署中，首先要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行仔細(xì)的工勘，并參考用戶數(shù)目、用戶應(yīng)用等情況，確定合適的AP與天線的類型、數(shù)目和位置，明確每個(gè)AP的目標(biāo)覆蓋范圍。在此基礎(chǔ)上，需要通過(guò)調(diào)整部分參數(shù)和實(shí)施一定的控制策略，以便將WLAN空間傳輸性能優(yōu)化到最佳水平。解決方案如下：

（1）功率調(diào)整。對(duì)于高密場(chǎng)所，每個(gè)AP設(shè)備既是服務(wù)的提供者，同時(shí)也是整個(gè)射頻環(huán)境的影響者，功率過(guò)大可能導(dǎo)致對(duì)其他無(wú)線設(shè)備造成不必要的干擾。通過(guò)調(diào)整功率，使得每個(gè)AP在自身的目標(biāo)覆蓋范圍內(nèi)保證有比較強(qiáng)的信號(hào)，最好不弱于-75dB，但在目標(biāo)覆蓋范圍之外信號(hào)很弱。

（2）信道劃分。相鄰AP使用不重疊信道能達(dá)到一定的規(guī)避干擾的目的，另外需要根據(jù)建筑特點(diǎn)，特別是在高密度部署的情況下，靈活調(diào)整部署方式，確保在較大范圍內(nèi)設(shè)備之間不可見(jiàn)，將設(shè)備間的彼此干擾降到最低。

（3）負(fù)載均衡。相鄰AP之間會(huì)出現(xiàn)用戶負(fù)載極不均衡的現(xiàn)象，如相鄰的2個(gè)AP，1個(gè)吸附20個(gè)用戶，另1個(gè)僅吸附3個(gè)用戶。H3C智能負(fù)載均衡技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線用戶的實(shí)時(shí)跟蹤，能夠動(dòng)態(tài)地準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)負(fù)載均衡組，結(jié)合高負(fù)載AP自動(dòng)隱藏技術(shù)，既有效實(shí)現(xiàn)無(wú)線用戶的負(fù)載均衡，又保證用戶的快速接入，同時(shí)還可以進(jìn)行信道、頻段之間的用戶分擔(dān)。（4）過(guò)濾干擾。在采取降低功率和信道隔離的措施后，仍然可能看到稍遠(yuǎn)處其他多個(gè)同頻WLAN設(shè)備的弱信號(hào)。因此，在高密場(chǎng)所WLAN干擾信號(hào)比較多的情況下，需要開(kāi)啟設(shè)備的高密工作模式，讓設(shè)備主動(dòng)過(guò)濾干擾信號(hào)，減少干擾信號(hào)對(duì)本設(shè)備通信性能的影響。試驗(yàn)表明通過(guò)該技術(shù)可提升50%效率。（5）速率保優(yōu)。無(wú)線AP與station之間的速率是動(dòng)態(tài)調(diào)整的。使用高速率發(fā)送報(bào)文對(duì)環(huán)境的要求比較高，在信噪比較好的情況下才能保證正確接收。針對(duì)WLAN干擾較多的高密環(huán)境，H3C提供了適應(yīng)該環(huán)境的速率調(diào)整算法，使得發(fā)送速率保持在一個(gè)最優(yōu)的水平。

（6）雙頻高密度接入。通過(guò)雙頻（2.4G/5G）的同時(shí)接入，以擴(kuò)大AP實(shí)際承載終端數(shù)，并可有效擴(kuò)大可用信道數(shù)量，已逐漸成為WLAN室內(nèi)覆蓋方法。H3C提出了基于802.11n技術(shù)的雙頻高密度解決方案，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能要求較高的區(qū)域，開(kāi)啟11n-only（2.4G/5G）功能，只允許11n模式的終端接入。同時(shí)，通過(guò)雙頻的承載，有效地增大了AP覆蓋區(qū)內(nèi)的接入終端數(shù)。在已有b/g無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的情況下，要升級(jí)為11n網(wǎng)絡(luò)，需要考慮兼容原有a/b/g用戶。在11n與11b/g混用的網(wǎng)絡(luò)中，建議使用雙頻11n AP，其中2.4G頻段提供給老的b/g用戶作接入，保證兼容性；5.8G頻段提供給有高帶寬需求的用戶接入，體現(xiàn)11n的高速帶寬性能。

（7）低速報(bào)文的優(yōu)化。無(wú)線WLAN網(wǎng)絡(luò)中不是使用固定的速率發(fā)送所有的報(bào)文，而是使用一個(gè)速率集進(jìn)行報(bào)文發(fā)送（例如11g支持1、2、5.5、11、6、9、12、18、24、36、48、54Mbps），實(shí)際無(wú)線網(wǎng)卡或者AP在發(fā)送報(bào)文時(shí)，會(huì)動(dòng)態(tài)在這些速率中選擇一個(gè)速率進(jìn)行發(fā)送。通常提到的11g可以達(dá)到速率，主要不是指所有的報(bào)文采用54M速率進(jìn)行發(fā)送的情況，而且是指一個(gè)空口信道的能力。實(shí)際上大量的廣播報(bào)文和無(wú)線的管理報(bào)文都使用最低速率1Mbps進(jìn)行發(fā)送，所以會(huì)消耗一定的空口資源。在大樓網(wǎng)絡(luò)中，信號(hào)傳輸?shù)木嚯x不是問(wèn)題，將1、2、6和9Mbps速率禁用，這樣整體上可減少?gòu)V播報(bào)文和管理報(bào)文對(duì)空口資源的占用?？筛鶕?jù)需要適當(dāng)關(guān)閉低速率報(bào)文，建議對(duì)1、2、6、9速率的報(bào)文進(jìn)行關(guān)閉。

8. 結(jié)束語(yǔ)

金湖無(wú)線城市WLAN覆蓋基于EPON技術(shù)承載在金湖廣電城域網(wǎng)，充分利用自身豐富的光纜資源和現(xiàn)有城域網(wǎng)資源，克服了無(wú)線接入點(diǎn)覆蓋廣泛、密集復(fù)雜的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)半年的緊張安裝調(diào)試，完成了400多個(gè)室內(nèi)室外無(wú)線接入點(diǎn)的線路施工，建立起一張覆蓋全縣主要區(qū)域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，極大地滿足了金湖的市民文化生活，推動(dòng)了金湖智慧城市的建設(shè)。

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