WiFi网络架构及其优化方法研究
【摘 要】本文通过从分析WiFi的网络架构入手，对WiFi网络物理接入层架构和AC应用的网络架构进行分析分析探讨，并且针对性地提出了其优化方法，同时提出了自己的看法和意见，仅供参考。
【关键词】WiFi；网络架构；优化
随着无线数据通信业务的快速发展，高速无线接入的WiFi 网络在近几年得到大规模应用。作为3G 无线接入服务的一个重要组成部分，WiFi 网络以其高带宽的优势在无线数据业务流量中占的比重日益加大。但随着用户数量和使用量陡增，接入困难、网速慢、掉线多等各种影响用户感受的问题不断涌现出来。如何提升WiFi 网络质量，保障用户使用感受，从而有效构建WiFi 用户群体，有力分流3G 数据业务压力，成为运营商3G 无线数据通信发展的一个难点。
1 WiFi的网络架构
1.1物理接入层架构
WiFi的网络架构分为两个方面。一方面是运营商接入网络拓扑结构，分别以ADSL、LAN和EPON三种不同的接入方式予以实现，属于物理接入层架构，另一方面是FITAP+AC模式下的AC部署位置架构，属于网络层架构。不同的网络架构对用户的使用存在不同的影响。
1.2 AC应用的网络架构
在2009年以前，AP是作为一个个独立的无线接入点实现网络覆盖。但是随着WiFi网络规模的不断扩大和业务应用的不断增加，独立的无线接入点结构无法实现无缝漫游，没有统一集中管理的缺陷，难以满足日益增加的网络应用的需求。鉴于此，各大厂家提出了由一台三层交换机+服务器组成的AC对AP实现集中控制，AP仅作为无线信号接入点，所有的应用均在AC上实现，从而达到所有AP统一管理，各种业务集中应用的AC+AP网络架构。在这种架构下的AP被称为FITAP，而原来独立无线接入点的AP因其功能较多，被称为FATAP。AC+AP同FATAP相比，具备多个优势。AC+FITAP根据AC在城域网的部署位置不同，有两种不同的组网方式。
1.2.1 AC+FITAP的二层部署
AC的二层部署是指无线交换机仅仅作为两层设备来使用，并不作为无线用户的网关，无线交换机可以将不同的用户组分配到指定的VLAN。无线交换机将用户的数据包进行两层透传。
二层部署的优点：1）AC通过10GE口同专用BAS相连，无线用户数据不
需通过其他BAS，减轻其他BAS的负荷。BAS专用于无线数据，不接入有线数据，从一定程度上解决了流量的瓶颈效应；2）专用的BAS集中认证，鉴权，实现无线用户的无缝切换漫游；3）所有无线用户的业务均在一台专用的BAS上实现，同城域网中其他BAS设备相隔离，实现了与城域网数据共路径接入，但分隔应用的目的，即便无线数据出现问题，也不会对有线网络产生影响，保证了有线城域网业务的稳定性。
二层部署的缺点：1）AC同汇聚设备需要光缆资源实现物理连接，需要丰富的传输资源；2）二层部署下，需占用汇聚设备有限的物理端口（由于厂家间的AC不可通用，故使用几个厂家的AC，就要占用几个端口），当汇聚端口有限时，会产生问题；3）需专用一台BAS来实现，成本较高。
1.2.2 AC+FITAP的三层部署
AC的三层部署是指无线交换机作为认证计费点来使用，相对于BAS设备，无线交换机是无线用户的网关。无线交换机在用户通过认证后，将用户的数据包通过三层转发。
三层部署的优点：1）AC旁挂BAS，结构明确简单，对现有网络无需调整；2）AC通过10GE口同BAS相连，本BAS和其他BAS的数据均通过城域网现有的传输资源实现，无需另起传输；3）AC旁挂BAS，可在高层实现对AP的控制。特别是对于运营商前期FatAP部署时，存在的多个厂家设备并存的现象而言，几家厂家的AC可通过旁挂BAS，在FatAP升级成混合型AP后，即可实现全网统管；4）对广域零散AP的接入比较迅速。
三层部署的缺点：1）大量AP的数据汇集到一台BAS上，当流量较大时，会对BAS产生较大负荷，对运营商无线城域网大量用户接入时，单台BAS有限的GE口有可能出现瓶颈效应；2）其他BAS下AP的数据要通过本BAS→GSR→AC处BAS→AC，再原路返回，不仅路程较长，不利于网络中数据路由最优化原则，流量迂回也产生流量压力；3）各个AP的认证鉴权在本BAS下实现，当跨越BAS切换时，需重新认证鉴权。实现大范围的无缝漫游比较困。
2 通过网络架构优化实现WiFi网络质量提升
ADSL、LAN和EPON三种方式各有优缺点。虽然从网络建设角度看，中国电信以其广泛的ADSL上联有着部署快捷，资源广泛的优势，并在2008-2009年期间利用线路优势快速建立起大量ADSL上联的WiFi热点。但是ADSL2+的8Mbps带宽的瓶颈无法体现WiFi25Mbps的TCP/IP带宽特点，同时其Modem、外线的不稳定性也造成由于障碍频发而导致用户出现接入困难和掉线的情况。LAN方式较为稳定，但是其上联10Mbps的带宽在即将到来的802.11ab时代则无法充分体现WiFi的高速接入优势。而EPON以其100M/1000M的带宽，可以在802.11g时代有效提供802.11g的25Mbps的TCP/IP速率所需要的上联带宽，既可以满足即将推广应用的802.11n达200Mbps的端口需求，也还能达到未来802.11ab高达1000Mbps的接入要求。因此，在接入网方方面，EPON接入是提
升WiFi网络质量最优的接入网网络架构。通过分流效果图可知，某运营商在WiFi接入的EPON上联改造进度和对应流量占比看，随着EPON上联在网络中的比重越来越大，上联带宽的增加对用户使用感受有显著提升，故用户产生的流量也增长迅速。
由于AC+FITAP在网络应用中其效果优于FATAP，因此，通过将全网的FATAP全部升级、替换成FITAP将对WiFi网络质量的提升具有显著意义。在普通FATAP的情况下，由于AP间不具备平滑切换能力，故用户会在信号重叠覆盖区域产生因切换而导致的掉线，同时在多台FATAP共同覆盖的区域，由于无法集中管控分配用户接入，从而会出现终端集中于一台AP，导致其负荷过重，而另外的AP设备则无人连接的情况，无线资源无法做到统一调配。因此，需要规模采用FITAP+AC方式，通过AC的集中控制，实现网络接入的稳定和优化，保障用户在重叠覆盖、信号弱、切换等场景下能够稳定使用。以某市唯一一个无有线宽带，所有学生在宿舍均采用WiFi上网的信息职业技术学院为例，在原某运营商FATAP组网下，掉线率持续在10%以上，但是随着该运营商逐渐将FATAP升级为FITAP的，相关WiFi接入掉线率则呈显著下降趋势，用户使用感受得到有效提升。
而在AC+AP两种组网方式的中，其各有特点和利弊，但在目前各家电信运营商城域网架构中受投资限制，难以在全网每台BAS下都部署每个厂家的AC，结合目前核心网的传输带宽较为充裕的情况，故AC三层部署路由是目前最优的AC+AP网络结构。但在从提升WiFi网络质量的长远网络规划上，二层和三层部署将根据实际网络应用情况而出现变化。随着WiFi网络规模的扩大，AC节点需要不断的增加，通过分裂AC节点，可以有效缓解单AC上的流量和业务压力，减小突发核心网障碍造成的用户障碍影响面，同时对于无线内网的业务需求，由于内网存在较大的流量压力，故需要根据情况适时将AC下沉到二层，以避免内网流量对运营商核心网的压力。最终根据不同业务接入需求，实现AC二层和三层共同部署的网络结构。
3 结束语
本文的优化方法基于工程实践，可使WiFi 网络质量显著提升，从而有效地实现移动数据业务分流，成功构建移动数据业务和WiFi 无线数据业务相结合的电信运营商3G 战略架构。