基于无线城市的WLAN发展探讨

1、基于无线城市的WLAN发展探讨摘要：发展WLAN业务，使用高速宽带无线技术覆盖城市热点地区，随时随地向公众提供基于无线终端的网络接入服务，对于实现无线城市，提高城市化水平具有重要意义。简述了WLAN产业发展现状，分析了WLAN热点选取策略，结合WLAN与3G网络融合方案，对松耦合架构和紧耦合架构进行了对比分析。关键词：无线城市、无线局域网，3G，融合架构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. 背景随着电信业重组的深化，宽带接入业务的竞争越发激烈，同时，智能终端的不断普及，资费不断下降和日益丰富的多媒体业务，用户对移动宽带的需求也日益强烈，带来了数据流量的剧增。宏网络逐渐成为业务发展的主要瓶颈，由于数据业务的不均衡性，热点区域尤为突出。传统方案即

4、通过扩容来加大覆盖，势必带来成本压力，运营商希望寻找一种低成本接入方式卸载流量。鉴于WLAN技术在高带宽、成本廉价和应用普及等方面具有独到优势，WLAN为固定宽带接入和移动数据业务形成有效的补充：对于固定宽带接入业务，WLAN可以提供最后100米接入的无线延伸，大大方便了用户的使用，使固定宽带接入移动化；对于移动数据业务，将3G和WLAN融合，从而使得终端既能够通过WLAN访问大流量的Internet业务，以减少对3G的带宽压力，又能够通过WLAN访问运营商的PS域业务（例如MMS、手机邮箱、手机下载等），并可以利用3G的电信级能力补充WLAN功能（例如认证、计费、精细的业务控制）。因此，发展

5、WLAN业务，对于电信运营商发展宽带战略，在全业务运营环境下树立宽带竞争优势，实现固网和移动业务融合具有重要意义。可以借助WLAN来促进固网宽带和移动数据业务的发展，提升客户体验，增强宽带业务的品牌优势，对提高宽带市场份额，拉动宽带用户增长和宽带业务收入有着积极的促进作用。同时，将3G和WLAN融合，利用3G网络提供话音和数据业务，WLAN网络为数据业务提供补充，最终可以提升用户的体验，降低建网成本，增强竞争力。2. WLAN产业发展现状目前中国无线局域网整体市场规模不大，但市场发展速度很快，是全球WLAN的发展热点地区。近几年得益于无线城市政府推动和运营商WLAN稳步部署，国内自主品牌设备商

6、积极配合以及产业链其他各方的积极合作，整体市场稳步增长。预计2011年中国WLAN总体规模将达到85.3亿元。中国WLAN设备市场增长迅速，近几年来，以公共运营为主、行业和家庭市场为辅的市场格局逐渐发生着转变，行业及家庭市场发展加快。越来越多的企业配置了具备移动功能的数据设备，接入WLAN的需求愈加强烈，推动了WLAN设备的迅速增长。中国WLAN运营市场，基础运营商是主要的市场主体。2008-2010年，WLAN市场以网络建设为主要特点，运营市场发展较为平稳，保持了40%左右的增长速度。随着网络建设的逐渐完备及运营商业务推广进行，运营市场将于2011年开始实现55%以上的增长速度。中国WLAN

7、市场发展的驱动因素主要来自以下几方面：(1) 互联网网民数庞大，为WLAN提供了巨大市场空间随着我国经济的增长和信息化进程的加速推进，我国网民数量不断攀升，稳居世界第一。截至2009年6月30日，我国网民规模达3.38亿，宽带网民达3.2亿，占总网民数的94.3%，手机上网用户达1.55亿。同时广大网民的整体消费能力也已经上升到了一个新台阶，这为运营商大力推广IPTV、网络游戏以及各类增值业务，进而提高ARPU提供了良好的条件基础。(2) 无线宽带用户攀升，拉动WLAN需求强劲随着移动通信的发展，特别是3G网络及业务的推出，无线宽带市场得到了很好的培育。庞大的移动宽带用户需求旺盛，特别是高带宽

8、的业务需求，使得WLAN更加具有了存在的价值。中国WLAN部署在无线城市、奥运会、亚运会等推动下，政府和运营商的大力支持以及产业链各方合作的加强，共同推动了中国市场近两年的快速增长。(3) 城市信息化进程带动随着城市信息化进程的不断推进，中国无线城市建设发展迅速。企事业单位对无线城市的需求，尤其是市政公共安全和服务部门对城域网的强烈需求，成为了中国无线城市部署持续发展的强大内在动力和商用市场重要的利润增长点。(4) 设备价格下降降低运营商部署成本由于芯片领域的技术门槛有所下降，芯片市场竞争不断加剧，加上芯片技术突飞猛进，促使WLAN芯片和相关产品价格不断走低。此外，WLAN厂商之间竞争的加剧，

9、以及产业链的不断成熟也成为WLAN产品价格下降的重要因素。WLAN产品的下降使得运营商的WLAN部署成本逐步降低，降低了投资风险，与此同时，也为WLAN产品为更多用户接受创造了基础。(5) WAPI成为国际标准， 推动我国WLAN运营市场具有中国自主知识产权的WAPI在经历了五年坎坷发展历程之后，终于在2009年6月初，重新进入国际标准流程。我国的WAPI标准日渐成熟，WAPI产业链不断完善，WAPI产业联盟成员单位已由成立之初的22家增至43家。各成员间在产品开发合作、协同和市场推广中合作程度不断深入，形成了良好的发展态势。与此同时，中国WAPI得到了芯片大厂的支持，其影响力日渐扩大，致使我

10、国在WLAN领域话语权显著提升。拥有我国自主知识产权的WLAN设备产业化进程正在加快，必然对我国WLAN运营市场起到了推波助澜的作用。从全球WLAN市场的区域发展来看，WLAN业务在国外发展得比较早，目前已经得到广泛应用。北美市场是最活跃的WLAN市场，在美国除传统运营商，如Verizon、AT&T等陆续提供WLAN业务之外，众多的ISP，如MobilePro、MetroFi、EarthLink，甚至Google和IBM公司推出了其WLAN服务。在欧洲，瑞典的Telia于1999年10月最早推出了P-WLAN接入服务Home Run。BT（英国电信）2005年时在全球的热点数量就已达到

11、17000个，还推出了BT FON业务，鼓励用户分享出自己家中的无线信道为来访用户提供接入。法国电信则通过公共热点覆盖区与企业解决方案的捆绑，实现了规模覆盖、漫游。3. WLAN热点选取分析目前，由于WLAN系统的大规模建设已经铺开，WLAN的热点选取规划已经成为工程建设前期的重点，既要考虑到热点的数据流量情况，更要以市场为主导，结合当地经济、人民生活习惯、集团客户需求等多方面考虑，选取最有可能发生WLAN业务的区域来部署热点。只有这样，才可能让投入获取回报，形成良性循环。根据WLAN用户流动性强等特点，结合客户实际需求，WLAN热点优先级别定义如下：热点类型等级（1级最高）覆盖要求重要交通枢

12、纽（机场、火车站）1密集覆盖大学及专业院校1室内密集覆盖，室外薄覆盖（覆盖面积尽量大）大型会展中心2薄覆盖休闲餐饮场所（咖啡馆、茶社、连锁快餐店等）2薄覆盖电脑城、手机城、电器卖场（电脑销售区域）3薄覆盖3G漫游客户3星以上酒店或连锁型酒店、公共会议中心3薄覆盖公共图书馆4薄覆盖重要写字楼、集团客户办公区域4薄覆盖其他（如：重要营业厅）5薄覆盖热点区域需要进行有针对性的覆盖，而不是整个热点全覆盖。分情况举例说明如下：(1) 对有上网需求的公共区域进行重点覆盖，如：酒店大堂、会议室；(2) 对于已有免费固定上网服务的区域可不覆盖，如：酒店房间；(3) 对于无上网需求的区域不进行覆盖，如：电梯、地

13、停。具体几类型热点覆盖建议简单分析如下：(1) 大学及专业院校热点属于大型、综合性热点，热点内通常包含有教学楼、图书馆、食堂、学生公寓、教师宿舍、体育馆、操场等室内外场所。对教学楼、图书馆和学生公寓等无线上网概率较大的区域进行重点覆盖；对宿舍楼等有线上网方便的楼宇进行次要覆盖；对食堂、体育馆、操场的覆盖可依学校具体特征来确定，如部分学校食堂在用餐时间之外可供学生看书用，可对这类食堂进行重点覆盖；部分学校体育馆比较简单对WLAN业务的需求不高，此外操场、草地等室外区域的覆盖以信号覆盖为主，容量设置在其次。(2) 重要交通枢纽这类热点的人流量比较大，但人流存在分区域特征，如汽车站/火车站的乘客等候

14、区、餐饮场所客人座席、体育馆看台等区域，人流较大也存在短时间个人位置稳定性，这类热点的人流密集区域属于重点覆盖对象室内覆盖为主。(3) 大型会展中心这类热点通常面积较大，比较空旷，用户密度较高，场馆内部环境可能因展会不同而发生较大变化，以室内覆盖为主；对于会议室、多功能厅的覆盖可利用房间的分隔进行小区域覆盖。(4) 电脑城、手机城、电器卖场这类热点通常总体面积较大，热点区域集中，有数据业务需求，而有线接入资源不足。以室内覆盖为主。(5) 重要写字楼、集团客户办公区域，其特点是部分写字楼层较高，大楼内可存在办公区、会议厅、休息区、餐厅等，需针对会议厅、休息区、餐厅进行重点覆盖，办公区进行次要覆盖

15、，以室内覆盖为主，对较难通过室外覆盖室内的方式完成信号覆盖，可结合室内分布系统实现覆盖。对AP、AC的组网原则，AP主要部署在各个热点地区，如校园，机场，星级酒店，写字楼群，商务区，会展中心，以及其他商务人员经常聚集的公共场所。对于有蜂窝基站的区域，可优先考虑蜂窝基站共址。按照AC的布放方式分为两种：串接、旁挂，按照AC的组网拓扑分为；分布式与集中式。分布式是通过在WLAN的热点地区部署AC，通过AC管理该热点地区的AP，通过汇聚后接入BRAS，AC构成分布式部署。集中式是通过在城域网或者BRAS旁挂方式来部署AC，集中控制本厂商的多台AP设备，要求集中式部署的AC容量较高。根据业务的特点和网

16、络的规模选择AC布放的方式。如果热点地区接入用户少，建议采用集中式设置，以便于集中维护和管理，降低成本；如果热点地区的用户多，建议采用分布式设置，利于负载分担。4. WLAN和蜂窝网融合网络运营研究对于全业务运营商来说，如果能将WLAN和3G网络有机地结合起来，以3G网络的广泛覆盖能力弥补WLAN覆盖范围小的缺陷，在热点区域以WLAN的高速数据业务接入弥补3G网络数据业务接入速率较低的不足，将会达到优势互补的良好效果。然而WLAN最初是针对公司和家庭网络设计的，缺乏公共环境中的很多特性。WLAN网络中的AP（Access Points）可以将有线网络和无线网络连接起来，但是目前的WLAN协议只

17、定义了物理层和MAC层，而不涉及上层。这意味着认证过程取决于ISP所采用的具体架构和认证协议，因此在不同的ISP间也不相同；其次，现有的标准没有定义向用户所提供的服务的特点，如QoS；现在也没有公认的移动管理机制，使用户可以在不同ISP所提供的WLAN网络间进行无缝漫游。3G网络中的BS（Base Stations）和RNC(Radio Network Controllers)负责连接有线和无线网络。在WCDMA中，SGSN（Serving GPRS Service Nodes）和GGSN（Gateway GPRS Service Nodes）将数据包通过运营商的核心网传送到Internet。

18、和WLAN网络不同，3G协议包含媒体访问的以上各层。所以认证过程、服务质量保证、移动管理等协议都被标准化。用户完全可以在由不同运营商所提供的3G网络间无缝漫游，只要他们之间有漫游协议。但是，它们针对其他无线接入网络（例如基于WLAN的WLAN网络）的扩展却存在很多兼容性问题。3G网络和WLAN的融合有两种不同的方案，分别称为松耦合方式和紧耦合方式，如图1所示。图1 3G和WLAN网络融合架构4.1 松耦合方式松耦合方式需要在WLAN网络中加入WLAN网关，但是松散集成的网关是和Internet相连的（如图1所示），而不会直接连向GGSN、3G核心网络交换机等3G网络元素。访问WLAN网关的用户

19、不仅包括本地注册用户，还包括来自其他网络的移动用户。WLAN和3G的数据路径完全分离开来。WLAN数据流量不注入3G核心网。在这种方案中，不同的协议和机制分别处理3G和WLAN中的认证、记帐和移动管理。3G网络的 AAA服务器位于2G/3G核心网络中，支持从HLR获取认证和签约数据，完成统一认证和WLAN计费功能。松耦合方式的优势：1)松耦合对现有网络改动最小，实现两个网络融合的技术要求较低，不需要对现有网络设备进行大的升级和改造。松耦合方式允许对WLAN和3G网络进行独立的配置及流量管理。WLAN和3G网络相互独立，互不影响。松耦合的互联方案基于移动IP的原理，最大限度的保持了WLAN和3G

20、PP网络各自的独立性，应用范围广泛。由于移动IP避免了对底层网络的修改，现有网络无需升级改造，只要添加相应的家乡代理功能，用户终端也只需实现移动IP协议。2)3G运行商不需要额外的资金投入就能从其他提供商的WLAN网络中获益。同时，他们可以继续使用规范的工程技术和方法来部署3G。一方面，同多个合作者的漫游协议能提供对广泛分布的网络的访问。另一方面，注册用户可以在只有一个服务提供商的情况下实现对所有网络的访问。他们不再需要和不同地域的提供商都建立单独的帐目关系，或者是拥有不同的接入技术。由于采用移动IP技术实现WLAN与3G移动通信网的数据互联，所以WLAN和3G移动通信网可以独立地发展，适合多

21、个运营商共同提供无线数据业务的局面。3)WLAN作为3G网络的补充形式与移动网络相结合。WLAN只是与3G网络分享对AAA的使用，避免了两种不同的接入技术所带来的数据流量到3G核心网络节点的混合。这种结合方式，保证了两个无线网络完全分开，两者完全独立。分享AAA的架构，使3G的运营商在3G和WLAN混合的网络环境中可以使用一致的用户鉴权机制，实现统一认证和统一账单。尽管松散集成有其自身优势，但是它也存在着至关重要的缺陷：1)当用户采用双模终端时，必须采用移动IP的方式才能实现移动终端在两个网络间的切换，需要对移动终端进行大量的修改。2)两个网络间仅共用一个鉴权服务器，融合程度较低。3)不同业务

22、区间无法相互分担负荷。4)由于网络建设的独立性，众多WLAN无法成片覆盖，产生“孤岛”效应。4.2 紧耦合方式紧耦合方式是让WLAN网络对3G核心网络来说，如同另外一个3G接入网络。WLAN网络模拟3G接入网的功能。通过增加WLAN网关对3G核心网隐藏了WLAN网络的细节。数据通道通过新建的WAG（WLAN access gateway）和PDG（packet data gateway）实现PS业务的接入，实现WLAN和3G的统一接入。为实现WLAN和3G网络间的漫游和无缝切换的功能，一种方案是使用移动IP，另一种方案是将PDG拆分成TTG（tunnel termination gateway

23、）+GGSN的方式， TTG完成用户隧道到GTP隧道的映射功能，GGSN部分与PS域GGSN功能一致，其中AAA服务器、WAG 、TTG功能可以考虑合入一个物理实体，使之具备Gn接口功能，与PS域SGSN GGSN做到互联互通，实现漫游和无缝切换功能。紧耦合方式的优势：1)紧耦合的互联方案把WLAN看作移动网络的无线接入部分，通过已有的接口相连接。这种方式非常适合移动运营商扩充自己的网络能力。2)WLAN网络采用和3G相同的方式与3G的核心网相连，这一方式充分利用了3G核心网络已有的移动、鉴权、记帐和安全等方面的功能，保护3G运营商的投资。3)可以采用统一的接入服务器为两个网络提供接入服务，能方便地把新业务推广到两种网络中。基于3GPP分组域的所有业务均可在WLAN环境下得到支持，且基本能够具有相同的QoS保障（需要完成3GPP和WLAN无线资源的映射）。5)不同业务区间可以相互分担负荷。6)可以在WLAN加密的基础上，在上层使用3G的鉴权和加密机制，从而增强WLAN的安全性。虽然紧密耦合的互联方案具有很多结构上的优势，但是现有的紧耦合架构还存在如下挑战：1)实现技术难度大，需要升级和改造现有的网络设备。3G移动网络和WLAN相比，