WLAN AC池组化技术部署策略研究

黄宙 中讯邮电咨询设计院有限公司工程师

张琦 中国移动北京分公司工程师

WLAN AC池组化技术部署策略研究

黄宙 中讯邮电咨询设计院有限公司工程师

张琦 中国移动北京分公司工程师

随着WLAN网络规模的不断扩大，网络维护困难、设备利用率低等问题日益突出。而在网络建设中适当应用虚拟化，即采用AC池组化技术，可提升WLAN网络的可靠性和资源利用效率。本文探讨了如何在WLAN网络中进行AC池组化部署，并给出了在某运营商中部署的实际案例。

WLAN网络；AC池组化；网络部署

1 引言

无线局域网（WLAN）具有技术成熟、高带宽、低成本、易于部署等特点，通过在数据业务需求旺盛的区域部署WLAN，实现对移动数据业务的分流，可大大降低无线宽带每比特成本，在全业务运营的背景下，WLAN网络受到各大运营商的高度重视。

而随着WLAN网络建设规模的不断扩大，网元数量急剧增加，但WLAN设备厂家数量多，各家设备技术水平不一，网络维护困难、设备利用率低等问题日益突出。

通过应用虚拟化技术可以创建一个全局共享的资源池，从根本上摆脱传统的烟囱式架构的约束。因此，适时在WLAN网络应用虚拟化技术，建立部署AC池，能够有效提高资源利用率、节约机房配套、降低建设和管理成本、提高设备使用灵活性和安全性、提供更好的可扩展性等。

在WLAN网络建设中应用部署AC池组化技术，将大大提升WLAN网络的可靠性和资源利用效率，是目前可选的一种解决方案和思路，其部署策略也成为国内电信运营商重点关注的内容。

2 WLAN网络架构及组网方式

2.1 WLAN网络架构

运营商WLAN网络一般由WLAN业务平台和WLAN接入网络两部分构成。WLAN业务平台包含Radius系统、Portal服务器、WLAN网管系统以及需要对接的CRM系统、计费账务系统、短信平台等周边系统。WLAN接入网络则为在各热点地区部署的WLAN覆盖网络。

WLAN接入网络包括以下4部分：

（1）WLAN终端设备

用户可通过内置WLAN无线模块的终端（如PC、PDA、手机等）或终端+WLAN网卡的方式获得互联网接入服务和数据通信服务。目前，WLAN终端设备主要支持IEEE802.11a/b/g/n协议等。

（2）接入点设备（AP）

AP是WLAN网络的小型无线基站设备，完成802.11系列标准的无线接入，要求支持802.11b/g/n等，采用智能天线技术，通过多组独立天线组成的天线阵列，动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，并可以减少其它信号的干扰。AP同时也是一种网络桥接设备，是连接有线网络与无线网络的桥梁，任何WLAN终端设备均可通过相应的AP设备接入到有线网络资源。因配置管理方式不同，AP设备分为“胖”AP和“瘦”AP两种。

（3）无线控制器（AC）

AC负责对WLAN内所有（集中管理型）“瘦”AP进行管理和控制，通过与认证服务器的通信来进行信息过滤。一般采用AC旁挂或直挂于BRAS的方式实现对AP接入设备的管理及控制。目前，由于各厂家AC与AP间CAPWAP协议实现方式不同限制，导致AC/AP设备间无法实现完全厂家解耦。

（4）接入控制设备

作为接入控制点和后台的WLAN认证计费系统（Radius服务器）相连，完成对WLAN用户的认证。当采用多种认证方式时，WLAN接入系统必须能够识别不同的认证方式，通常采用的认证方式主要有DHCP+ Web认证、PPPoE认证和专用客户端认证。在接入控制器与无线控制器分开独立设置的组网模式下，接入控制器一般采用BRAS设备实现。

2.2 WLAN组网方式

WLAN组网模式一般分为两种，即独立控制型AP设备的组网和集中管理型AP设备的组网模式。其中，集中管理型AP设备的组网模式是运营商级WLAN主要的组网方式，其使用“瘦”AP和无线控制器进行组网，无线控制器用来管理AP，接入控制器采用BRAS设备负责用户的认证接入。在具体的WLAN组网中，AC部署方式有如下两种：

（1）AC旁挂BRAS上

如图1所示，在BRAS上对隧道VLAN不启用认证，通过三层转发到无线控制器上。此方案可以解决热点部署初期，用户量少且比较分散的问题。当WLAN网络规模扩大时，可以考虑下移无线控制器到汇聚点。

图1 AC旁挂BRAS上方式

（2）AC直挂BRAS下

如图2所示，无线流量通过AC转发，最终由BRAS进行处理。此方式无线流量没有迂回，可以针对汇聚交换机下用户密度比较高的场景下。

图2 AC直挂BRAS下方式

3 AC池组化技术分析

3.1 资源池介绍

资源池的概念由来已久，在实际工程中已有较多应用。如图3所示，在传统的移动通信网络中，一个RNC/BSC只能与一个MSC相连，资源利用率不均衡，导致部分设备业务量较大，而其他部分设备处于闲置状态。而在MSCPool组网中，一个RNC/BSC可以与多个MSC相连，从B侧看，MSCPool实质是一个超大容量的MSC。采用MSCPool池技术，可以优化网络资源、合理分配话务量、提高网络性能、保证网络安全、提高投资效益和资源利用率等。

以此类推，可以在其它类型网络中利用虚拟化的资源池技术，同样可以提升网络可靠性和设备资源利用率。

所谓资源池技术，就是把设备、链路、IP/VLAN等各种相关资源进行集中管理、统一调度，以达到提升资源利用效率，降低设备性能压力，增加网络可靠性，同时降低备份成本的目的。

由WLAN网络架构可知，在“瘦”AP方式下，AC设备作为WLAN网络的核心控制设备，在整个网络中占有举足轻重的地位，如何高效、合理地部署AC设备在网络建设中备受关注。

图3 MSC池应用示意图

随着WLAN网络建设规模的快速增长，现有网络架构在实际部署中存在以下几个问题：

（1）厂家互通性差

CAPWAP协议具体实现方式不同，WLAN各设备厂家的AP只能与自家的AC设备进行通信，即在业务区域内有多少个厂家的AP就需要配置多少个厂家的AC设备。

（2）资源利用效率低

在同一WLAN业务区域及设备机房内，通常AC设备数量较多，但接入AP量不均衡，AC设备资源未能得到充分的有效利用；不同AC设备链路使用率不均衡，有的链路已经饱和需要进行扩容，而有的链路却闲置。

（3）可扩展性差

当网络中将要新增AC设备时，需要城域网内相关设备同步进行接口和路由配置，运维难度大，流程复杂。

（4）建设和运维成本增加

随着网络建设规模的扩大，AC设备的数量急剧增长，给工程建设和网络运维都带来了很大的压力，对机房空间和电源系统也提出了更高的要求。同时，不同热点、不同厂家AP设备需分配不同的管理网段，需同时维护多个AP地址池。

通过在WLAN网络中适当引入虚拟化资源池技术，引入AC池组化可以有效解决上述问题，即将AC组网平台化，通过电信级虚拟化设备集中汇聚AC资源，实现AC设备的集中部署和统一管理，提高核心网资源利用率和网络可靠性，从而满足未来WLAN网演进的需求。

3.2 AC池组化概述

在传统的WLANAC-AP组网架构中，一个AP只能连接固定的一个AC，而AC在部署中往往按照区域进行划分，即每个AC负责固定片区的AP接入。

而在AC池组化组网架构中，AP共享资源池内所有的AC资源，AP可以动态地选择AC池中的任意AC进行连接。从AP侧看，AC池实际上是一个超大容量的AC。AC资源池集中了多个AC，共用服务节点标识，AC池共用上行和下行链路资源，对外呈现为一个逻辑实体。AP可以按照负载均衡、链路质量等原则注册到资源池中的任意一个AC设备，从而获得更好的服务。图4为传统AC组网与AC池组网架构示意图。

总体来说，AC资源池技术具有如下优点：

（1）提升AC设备容量利用效率：AP根据负载情况均衡接入AC，充分利用每台AC的资源，降低AC性能压力风险，增加可靠性。

（2）提升链路和带宽利用效率：不同流量负荷的AC共享链路和带宽资源，无需针对重载AC频繁扩容带宽，提升链路利用效率。

（3）增强可靠性，降低备份成本：当资源池中某个AC设备宕机后，其它节点将实时自动分担这个宕机节点的业务，不需要人工干预且能够快速恢复，提高了网络的高可靠性。

（4）随需扩容：资源池内的网元可随需扩容，即插即用，减少了网络割接影响。

图4 传统AC组网与AC池组网架构

（5）资源集中部署，优化了网络的操作维护与管理，降低了维护成本。

3.3 虚拟化技术在AC池中的应用

资源池的基本实现方式和关键技术是虚拟化，业界常见的虚拟化技术包括华三的IRF、思科的VSS等。

在WLAN网络中，AC池首先要实现资源的物理集中，同时AP和AC之间全部路由可达，便于维护和管理。由于WLAN业务的快速发展，AC设备数量急剧增加，在实际组网中需要部署一定量业务控制和汇聚节点对WLAN业务和AC设备进行汇聚。由于AC池中的汇聚节点汇聚了所有WLAN业务流量，因此需要确保网络的可靠性，同时需要网络配置简单、便于维护。

采用支持虚拟化技术的汇聚设备，在传统纵向组网中增加横向联系，建立平台型AC资源池，可以成倍降低组网复杂度，提升网络可靠性和资源利用率。在部署虚拟化技术后，多台设备可以看作一台设备，网络之间的互联关系可以直接简化为设备之间的互联，单设备故障切换时间将小于50ms（见图5）。

4 AC池组化部署策略

4.1 AC池部署划分

在AC池组化组网部署中，单个AC池的AC设备规模，以及城域网络内AC池的数量成为需要首先确定的内容。

对于新建WLAN网络，可以通过整体规划，根据城域网络大小，预测WLAN业务量、热点分布，以及机房、光缆资源情况，首先确定AC池部署的数量和选点。

对于已有WLAN网络，由于已具有一定量AP、AC及BRAS设备规模，同时承载了一定规模的WLAN业务量，故对现网影响最小成为首要考虑的问题；在此前提下，可结合现有设备规模和节点机房现状，进行AC池的部署规划。

4.2 AC池组网结构

图5 虚拟化部署前后网络结构对比

对于AC池组网结构通常采用两种方式，即根据虚拟化设备所处网络的部署位置进行区别。如新建WLAN网络，两种组网方式可灵活使用，而对于已有WLAN网络，则需以对现网影响最小为前提，灵活选择适当的方式进行组网。

（1）虚拟化设备直挂方式

是指支持AC池的虚拟化设备部署于WLAN BRAS设备与汇聚交换机之间，而AC设备旁挂于虚拟化设备上。在对现网改造的情况下，此方式对于原WLAN组网采用AC直挂BRAS方式连接的节点，网络改造和割接影响相对较小。

（2）虚拟化设备旁挂方式

是指支持AC池的虚拟化设备部署于WLAN BRAS设备旁，WLANBRAS设备与汇聚交换机之间为直连链路。在对现网改造的情况下，此方式对于原WLAN组网采用AC旁挂BRAS方式连接的节点，网络改造和割接影响相对较小。

4.3 AC池组化案例分析

如图6所示，某运营商WLAN网络采用BRAS与AC分设的组网模式，WLAN业务BRAS设备超过100台，AC数量230余台，AP数量8万余个，活跃用户30万个。其采用BRAS旁挂AC的方式部署。在部署AC池组化后，仍保持旁挂AC方式，AC池节点（即虚拟化功能交换机）与AC采用串联旁挂方式连接至城域网BRAS设备。

每两台AC为一组，采用热备工作模式。

图6 某运营商AC池组网结构

AC同机房部署2台支持虚拟化功能的汇聚交换机，AC采用交叉互联的方式与2台交换机互联，AC通过交换机与该区域的所有BRAS直连。BRAS采用2路GE直连2台交换机，BRAS启用三层（路由）转发模式，即BRAS负责将AP的DHCP报文定向到对应的AC。每对AC管理同一片区或多个片区BRAS下同一厂家的“瘦”AP设备。

通过AC池技术的应用，该运营商轻松实现了AC设备集中管控，所有AC都可以被城域网上所有的AP共用，实现AC负载均衡、N+1备份，同时网络可靠性达到电信级要求（5个9）集中管控，并为后续AC的扩容提供便利。

5 AC池组化技术应用路线展望

AC池组化能够给WLAN网络带来诸多便利，但在实际网络中进行具体部署时，应根据现网设备及资源情况分步骤进行。如图7所示，AC池组化的应用随技术本身演进发展将分为3个阶段：

图7 AC池组化技术演进路线图

（1）阶段一

各厂家AP和AC之间的接口尚未标准化，不同厂家的AP和AC设备不能互通，只能通过池组化平台建立AC资源池，同一厂家的AP共享资源。

（2）阶段二

AP和AC之间的接口标准化，不同厂家的AP和AC可以互通，建立一个大的AC资源池，服务于所有AP。

（3）阶段三

最终建立AC云，根据AP建设规模动态申请AC资源，实现“按需分配”，进一步提高资源利用率。

目前，AC池组化技术尚处于第一步，由于接口尚未标准化，AC池技术部署后，仅能达到池内同厂家设备资源的共享，成为一个最基本的AC池平台，池内资源通过预先配置进行调度和分配。随着WLAN网络的发展，应逐步促成各厂家AP和AC间CAPWAP协议接口的标准化，使设备兼容性提高，最终通过AC池技术建立AC云，实现设备的集中管控，使资源动态申请和按需分配，提高网络可靠性，促进WLAN网络和业务高效发展。

6 结束语

随着WLAN业务的发展和虚拟化概念的提出，通信系统对网络资源整合提出了更多需求。本文在此背景下，探讨了WLAN AC资源池技术在WLAN网络中的应用，通过引入AC池的概念，达到提高WLAN设备资源利用率和网络可靠性的目的，并提出WLAN网络建设中的实际部署策略。希望本文能够起到抛砖引玉的作用，促使运营商及WLAN设备厂家，积极加大对AC池组化的研究和部署，为WLAN业务发展和网络建设提供更多的便利。

参考文献

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WLAN AC pooling technology deployment strategy

HUANG Zhou，ZHANG Qi

With the continuous expansion of WLAN network scale， network maintenance difficulties， low utilization problems have become increasingly prominent. The AC virtualization and pooling technique can improve the reliability and efficiency of resource use WLAN networks. This article discusses how to deploy WLANAC pooling network， and gives practical examples deployed communications operators.

WLAN network；virtualization；AC pooling

2016-09-05）