基于云管端方式的广电公共WiFi组网架构研究
张伟 冯海亮 王晓霞
(广播科学研究院 北京 100866)
摘要：公共WiFi建设一直是各国电信业务系统建设的重点，因面向庞大的用户群和拥有灵活的业务接入能力，公共WiFi呈现出很强的生命力和扩展性。相比电信行业而言，广电有特殊的内容和渠道优势，并拥有传统累积的电视用户群， 同时，提供上网服务也是各地有线网络公司未来主要的增值业务之一，如何利用公共WiFi系统实现用户的增量突破和业务的创新是广电当前所思考的普遍问题。本文探讨了基于云管方式的瘦AP公共WiFi组网技术方案，结合广电特色和应用场景，对未来广电公共WiFi的应用进行了探讨。关键字：WiFi组网 WiFi漫游 云管端 瘦AP1. 概述
进入21世纪，中国网络覆盖、网络应用迅猛发展，广电原有庞大客户群逐渐被蚕食，网络内容资源比重逐渐加重，广播电视节目逐渐被“年轻一代”边缘化。伴随移动终端普及，移动手机作为新的客户群体增长点，被广电各部门所关注。WiFi产业虽然拥有相当长的发展历史，但是最近几年开始真正做到无处不在，真正开始为一般民众提供无差别的接入服务。WiFi产业的发展呈不断增长趋势，上网终端出货量和保有量持续爆发性增长，2012年，支持Wi-Fi功能的移动上网终端出货量超过15亿部；通过Wi-Fi设备上网的流量首次超过有线网络，到目前为止，中国拥有手机用户数突破了12.9亿[1]，并且数字仍在增长,而同时，约有46%的人选择WiFi作为首选的互联网接入方式。各地有线网络公司近几年开始将目光瞄向公共WiFi方向，希望借此增加用户、拓展业务，实现内容在电视和移动终端的整合。从成本和业务两方面考虑，广电在公共WiFi系统建设上不应遵循电信系统WiFi建设大而全的套路，而应该走，小而精，智能联合的方案，根据运营的实际需要，结合目前WiFi建设的最新技术进行组网设计和建设，从而实现业务的增长。2. 瘦AP和传统AP
电信WIFI组网建设主要采用AC/AP方式进行组网，一方面因为电信组网范围广，设备多，另一方面，电信长期被设备运营商进行利益绑架，AC设备拥有更好的利润率。采用AC/AP组网方式在进行业务划分方面仍旧存在一定的优势，但是这种优势随着新一代的智能组网方案的成熟也在被逐渐替代。同时，因为采用AC设备造成成本大幅上升，为了控制预算必须对AP设备进行成本压缩，其直接结果是厂商偷工减料，用户接入能力受限，从而造成用户体验的丧失。传统的AP/AC组网方式如下图所示：图 AP/AC 组网
广电运营商在运营能力和资金方面无法和电信运营商相比，需要的是灵活以及成本可控的建设方案。与传统无线网络的AC+AP架构不同，采用瘦AP云管端的方式，可以增强部署灵活性的同时，大幅降低成本，更符合广电的公共WiFi建设和业务发展的需要。采用分布式的瘦AP为用户提供灵活的控制管理和数据转发功能，每个AP间相互协作，协同控制属于自己范围内的所有终端，替代AC的集中控制，消除单点故障难题。所谓 “瘦AP”是新一代的WiFi建网AP设备。一般的“胖AP”只能管理自己，无法与临近的AP相互交互；而“瘦AP”不仅具有完整的数据转发和控制功能，还可以实时与临近AP通信，分享各自的控制信息，也就是说，所有的AP组成了一张智能的网络。当其中一台AP负载较大时，系统会自动采用相应的负载均衡机制，保障用户体验。而当终端接入网络后，AP会及时与周边AP通信，告知终端的网络连接及移动状态；当终端移动到另一AP范围时，AP可自动调节信道，提供基于L2/L3层的无缝漫游、安全等功能，保障用户体验。假如某个AP出现故障，临近的AP会自动增大功率来优化信号覆盖。采用瘦AP的无AC的架构的无线方案的整体成本将大幅减少。同时瘦AP与其他AP产品相比，仅仅采用了性能更高的CPU，在天线技术、接入数量方面并无不同，其所有的优势都来源于网络架构以及其SOC芯片上运行的通信协议更加优秀。采用瘦AP可以做到业务的灵活部署和扩展，消除了流量瓶颈和基于AC架构所带来的管理复杂性。因为分布式转发无需绕道AC，不会带来U型转弯，转发路径短，效率高。并且AP的数量可以随意扩展，简单易维护。采用瘦AP可以提高系统的稳定性，解决了单点故障的难题，提高客户关键任务的可靠和安全性。3. 基于云管端方式的公共WiFi组网
3.1 广电WiFi组网逻辑结构图 广电WiFi无线组网示意图
3.1.1 中心节点建设网络中心平台作为中心节点部署，中心平台是进行云化节点管理的核心平台。其主要责任由三，描述如下：1.对接资源池，进行各分节点间的资源调度，包括视频资源和其它业务资源等；2.部署第三方业务管理系统。第三方业务系统针对不同场所所需的特色业务，如医院排队看病时，可以登录WiFi热点访问挂号及排队相关业务，这些业务系统会下沉到分节点部署，但是对这些业务系统的信息汇聚和管理要由中心节点完成；3.管理全部瘦AP或智能网关，实现系统优化、流量和用户统计、故障检测和排除。3.1.2 分节点与中心机房对接，部署下移的业务服务器、流媒体服务器和Portal设备，业务服务设备用于为特定地点提供对应业务，如餐厅点餐等。流媒体服务设备用于承载区域中大量用户的访问和请求并发，相关服务。Portal设备用于匹配本节点的特色视频及业务内容。对于广电来说，全部的分节点构成一个大内网的概念，用户通过广电WiFi接入便进入了这个大内网，在大内网内我们所提供的一切业务不需要和电信进行流量结算，因此，我们会尽可能多的在分节点部署内容资源，协调分节点交换资源，争取把用户留在网内。在网内，用户即使长期进行视频资源消费，也不会造成显著的成本上升。3.1.3 用户量变更适应根据用户量可将户外分节点划分为2类，1类为人流量较大的场所如火车站、医院等，在特定时间会出现人流高峰，如春运时期人流暴涨即为典型情况。2类为人流量较少的场所，如商场空间。图 节点划分
针对1类情况，可通过并发协调机制应对用户量的非线性增长。总中心设定支持5000的并发承载能力，根据1/10的经验值计算共可支持5万用户。1类分节点设定支持2000并发，即2万用户，当用户流量超过2万时直接向总中心进行请求，使用总中心的5000并发能力作为缓冲。针对2类情况，较少的用户量无需单独下移并发能力设备，即光纤网络直接与场所AP热点相连，场所用户产生的并发直接向总中心进行请求。3.1.4 用户接入Portal支持多种Portal验证模式，用户接入WiFi网络，自动弹出“无线电视”Portal， Portal首页支持自定义，支持轮训广告、图片、文字等。进行推荐APP下载、视频节目推送等。Portal是用户登录WiFi看到的第一个页面，也是被强制观看的页面，对Portal的管理必须专业和灵活。3.1.5 一体化的智能分节点因为WiFi接入设备和存储设备的发展，我们现在可以将AP设备、Portal服务器、存储和数据库集成到半个鞋盒大小机框内，从而提供小微接入方案以适应过去无法进行WiFi热点部署的环境。仅需要提供5V的接入电源便可以为半径80米内的超过50个用户提供接入服务。设备可以集成互联无线模块依靠4G方式接入中央机房实现云管，本地可以存储超过160G的各种资源并实现相关联设备的资源交换，设备更可以集成充电宝，1万毫安时的电池就可以做到12小时的连续工作，从而使众多文物保护地区，无法布线和建筑保护地区，不具备持续供电条件的户外地区具备WiFi热点部署的条件。3.2 主干传输方案推荐基于广电的光纤网络进行部署，广电机房与户外分节点机房之间推荐光纤连接，以高质量的支持所有的双向互动业务的开展。在市区内，各分节点之间的连接有条件的可以使用光纤网络，也可以使用双向化的Cable方案,甚至于使用基于特定频率的无线连接方案。只要能有效的实现数据的互通，分节点间的互通方式不限制网络类型。对于部分有条件的地区，甚至可以采用专用频段的无线通讯方案。3.3 组网覆盖组网覆盖有两种方式，对于新建系统采用云平台+智能云AP架构如下图所示：图 方案-云平台+瘦AP
对于已有部分WiFi现网系统，需要整合扩建的，可以采用云平台+云网关架构，云网关下挂接已经部署的AP设备，对与点云管平台而言，将一个云网关设备作为一个节点进行管理，不再对其下的非瘦AP分开单独管理，从而整体降低运营成本。图 方案-云平台+智能云网关
对于小型空间如咖啡馆等区域有限的场景，可采用1-2个AP进行部署，Portal用户认证系统也置于中心节点，采用远程方式对为所有接入用户提供认证服务。对于大型空间如医院、火车站采用较多的AP，依靠云管端的方式对这些AP进行分组划分和管理，对应一定区域内的AP，Portal系统仍可采用中心部署方式。WIFI架构与IP服务平台对接方案两个体系相对独立，主要在用户认证体系中存在集成工作，可将WIFI的用户认证体系以业务形式接入IP服务平台中，完成用户认证行为的统一。3.4 既有设备整合对于已经部署的WiFi设备，已经有自己的设备管理平台，可以通过增加部署云网关设备实现和云管理平台的对接，实现业务方面的整合。而且，直接接受云平台管理的设备和通过云网关间接接受云平台业务管理设备可以混合组网。该方案可以确保整个省网可以实现业务管理的统一，而且设备管理方面比较灵活，以前部署的设备管理可以沿用以前的设备管理模式，新部署的设备可以接受云平台的统一管理。3.5 漫游服务为了方便未来全国各地广电组件WiFi系统之间的互联互通，设计广电用户漫游计费方案如下图所示，用户接入AP数据包携带本地市标签，计费流程与传统运营商计费流程相同。图 方案-漫游服务
4. 广电公共WiFi的优势和业务
4.1 广电的内容服务优势广电拥有长期的内容运营经验和大量的内容资源，在很多省份，随着广电运营商宽带业务的推广，在广电网内部也建立了海量的内容数据缓冲池。在构建公共WiFi系统时，将广电内网与WiFi网络相联通，为用户提供内网视听媒体服务将会是广电的特色服务之一。引导用户在内网进行视频媒体内容消费，不会增加广电网与电信网之间的互联网带宽结算费用，同时，又能使用户获得与众不同的在线视频收看体验，该业务具备很大的发展空间。广电WiFi内容联通方案如下图所示：图 内容连通方案
针对不同的运营区域，区域内容中心可以存储不同的节目内容，甚至于可以为本地商户提供包括自身宣传视频等在内的定制内网收看服务。商业WiFi运营广电的公共WiFi系统想要长久生存必须盈利，盈利的最直接途径就是进行商业运营。商业WiFi的运营分三个层次：第一个层次是与所部署的业主之间的业务无关系，仅仅推送商业广告，对业主的利益关系仅仅是提供了一个WiFi接入设备。第二个层次是客户引流宣传，为业主提供定制登录网页，网页内容多为业主的业务和服务宣传，免费WiFi上网的第三方认证服务。帮助住业主积累粉丝及简单推广业务，如餐饮娱乐场所等的引流服务等。第三个层次的运营能力是通过一些基于WiFi及移动互联技术的软件，介入到业主的主营业务当中，比如提供点餐或选美发技师等与业主业务紧密相关的移动互联业务服务。商业WiFi的层次越高，就和客户的黏合度越高，就越能通过WiFi的商业入口加入高价值服务。广电本身就拥有相当数量的数字电视用户，如果能将用户体系打通，再依靠广电本身具备的可信价值，会比其它商业机构更能构建起完整的商业WiFi运营体系。4.2 数据采集和数据分析对海量上网行为数据进行采集和分析是极具商业价值的价值积累，蕴藏很高的商业价值。用户就是价值，数据更是价值，用户量和数据量直接成为和其它在线业务服务商的谈判条件，WiFi加速大数据的生产，是未来数据时代的一个重要数据来源[2]。实现用户数据采集，从而发觉更多的业务可能，有助于实现广电大数据的价值。
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