如何解決VoWLAN在質(zhì)量和可靠性方面的挑戰

Brad Meeks 2007/12/18

圖1：典型的基于接入點(diǎn)的VoWLAN設計架構。

　　接入點(diǎn)之間的漫游延遲。隨著(zhù)用戶(hù)從一個(gè)單元移入另一個(gè)單元，傳統的單元規劃無(wú)法簡(jiǎn)單地以最大數據率提供覆蓋，因為可用的信道數量有限。在單元間的有限交疊在接入點(diǎn)的切換點(diǎn)或者附近會(huì )產(chǎn)生“黑洞”-這將導致掉線(xiàn)和覆蓋差或無(wú)法覆蓋的區域。這是因為一個(gè)切換需要很多步驟，包括接入點(diǎn)恢復，這通常需要150～400毫秒，因而產(chǎn)生上述的延遲、抖動(dòng)和較差的語(yǔ)音質(zhì)量。

　　容量小，呼叫能力差。企業(yè)網(wǎng)中需要足夠的容量不能算夸張。容量決定著(zhù)所支持的并發(fā)呼叫和傳輸數量。在傳統的基于單元的架構中，如何維持足夠的容量一直是一個(gè)問(wèn)題，特別是在高峰呼叫期間。實(shí)際上，現行的推薦標準中建議每個(gè)802.11b網(wǎng)絡(luò )中需要支持的最少并發(fā)呼叫數為5到7個(gè)。

　　功耗需求。手機必須輕巧，便于攜帶，這就限制了所用電池的尺寸、功率容量和使用時(shí)間。的確，為了延長(cháng)電池的使用時(shí)間，并實(shí)現最大的數據率，手機應該盡可能靠近控制接入點(diǎn)。不過(guò)，這一要求外加電池功率的快速消耗，將與所謂的無(wú)限移動(dòng)性目標相違背。

　　網(wǎng)絡(luò )安全。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統中的安全問(wèn)題一直都是一個(gè)主要的關(guān)注點(diǎn)，這當然有很好的理由。目前業(yè)界已經(jīng)發(fā)現，原來(lái)用于802.11無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的安全協(xié)議-即有線(xiàn)對等私密(WEP)協(xié)議，還存在一些缺陷。

　　IEEE 802.11i標準為WLAN引入了小的安全標準。過(guò)渡的Wi-Fi保護接入(WPA)包括臨時(shí)密鑰，消息完整性檢查和強大的鑒權功能，從而解決了WEP的某些安全問(wèn)題。但是，由于這些額外的安全措施，WPA在每個(gè)接入點(diǎn)切換地方引入了額外的延遲，這是語(yǔ)音業(yè)務(wù)更加混亂。

表1：傳統VoWLAN技術(shù)與信道覆蓋技術(shù)的比較。

如何實(shí)現信道覆蓋來(lái)克服VoWLAN的挑戰

　　信道覆蓋基礎設施和拓撲架構從根本上不同于現有的基于單元的技術(shù)，該技術(shù)要求全面的射頻單元規劃來(lái)避免同頻干擾。信道覆蓋技術(shù)的第二層“邊緣架構”允許每個(gè)接入點(diǎn)的每個(gè)地方都可以使用每一個(gè)無(wú)線(xiàn)信道。因而實(shí)現了連續的無(wú)線(xiàn)覆蓋，沒(méi)有漫游延遲和同頻干擾問(wèn)題。

　　信道覆蓋技術(shù)已經(jīng)完成了全面的測試，在部署時(shí)只要得當，就與IEEE 802.11a/b/g協(xié)議和標準完全兼容。目前該技術(shù)只有少數無(wú)線(xiàn)技術(shù)提供商提供，隨著(zhù)其工作原理和性能優(yōu)勢在業(yè)界更加得到認識，將會(huì )更加普及。該技術(shù)是專(zhuān)門(mén)為了克服VoWLAN的性能缺陷并提供高性能，可升級的移動(dòng)通信基礎設施而設計的，目的是能夠均等地傳輸語(yǔ)音和數據。

　　對于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，一個(gè)主要的衡量指標之一是網(wǎng)絡(luò )能夠提供的總帶寬-或連接速率。各地點(diǎn)的信號強度越大，意味著(zhù)連接越可靠，能夠潛在地支持更多的用戶(hù)，提供更快的數據流傳輸率，或者說(shuō)是兩者都有改善。

　　通過(guò)這一創(chuàng )新設計，信道覆蓋技術(shù)能夠在網(wǎng)絡(luò )中始終提供較強的信號，沒(méi)有同頻干擾和延遲問(wèn)題。下面列舉了該技術(shù)與傳統基于單元的WLAN架構的區別：

　　在傳統的WLAN中，每個(gè)接入點(diǎn)構成一個(gè)單元，且為每個(gè)接入點(diǎn)分配一個(gè)信道。為了減小單元間的干擾，必須根據安裝部署前測得的詳盡的射頻站點(diǎn)電測方案，為業(yè)務(wù)區中的所有接入點(diǎn)分配信道。這種接入點(diǎn)部署方案需要大量的射頻經(jīng)驗和周密規劃，這通常是WLAN安裝過(guò)程中成本最高的一個(gè)方面。這種剛性的架構還迫使語(yǔ)音和數據用戶(hù)競用相同的無(wú)線(xiàn)資源，因此即便是基于單元的網(wǎng)絡(luò )安裝好并運行后，信號傳輸問(wèn)題依然會(huì )持續存在。隨著(zhù)運營(yíng)商機構的增加或變化，在確定新的接入點(diǎn)部署方案時(shí)還需額外的射頻規劃成本。

　　信道覆蓋技術(shù)則完全省去了上述所需的時(shí)間、工作量和成本。信道覆蓋架構起始于省去單獨的單元-這是傳統WLAN中的基礎。在該新技術(shù)中，每一個(gè)接入點(diǎn)共享同一MAC地址，并工作在相同的信道上，由無(wú)線(xiàn)交換來(lái)控制所有的路由決策。這樣，所有的接入點(diǎn)合起來(lái)實(shí)現了沒(méi)有空域的覆蓋。在信道覆蓋WLAN技術(shù)中所用的“thin AP”是一個(gè)簡(jiǎn)單的射頻/天線(xiàn)網(wǎng)關(guān)-即用戶(hù)和交換機之間的通道，這意味著(zhù)用戶(hù)只與交換機發(fā)生關(guān)聯(lián)，而與接入點(diǎn)無(wú)關(guān)。

　　由于交換完全受控，決策基于逐個(gè)數據包，故接入點(diǎn)間沒(méi)有競用。其結果，沒(méi)有同頻干擾，也不會(huì )在某個(gè)特定的接入點(diǎn)出現客戶(hù)集聚，從而引起容量緊張的現象。重要性均等，實(shí)現了高吞吐率，即便是單元流很高時(shí)也是如此，而且與IEEE 802.11a/b/g協(xié)議和安全標準全部兼容。

　　該信道覆蓋技術(shù)的Edge架構還省去了隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )增長(cháng)和變化所引起的復雜的和成本高昂的射頻單元規劃。實(shí)際上，采用該技術(shù)，可以根據所需的數據率，增加任意多的接入點(diǎn)。

信道覆蓋：超簡(jiǎn)單

　　如上所述，如果要求系統提供足夠的業(yè)務(wù)質(zhì)量，并滿(mǎn)足企業(yè)和個(gè)人用戶(hù)所期望向從電話(huà)系統中所獲取的方便性和移動(dòng)性體驗，VoWLAN的部署還有一些必須滿(mǎn)足的特殊需求。時(shí)常發(fā)生的延遲和抖動(dòng)是無(wú)法接受的。必須確保完全的覆蓋和無(wú)縫的移動(dòng)性，沒(méi)有業(yè)務(wù)的中斷。處理語(yǔ)音，數據和多媒體流傳輸時(shí)，容量(帶寬)必須足夠，即便是在峰值載荷條件下也應如此。安全性也必須經(jīng)得住考驗。

　　該技術(shù)為VoWLAN應用提供了理想的解決方案，因為它省去了接入點(diǎn)之間的連接，以及昂貴的射頻經(jīng)驗和單元規劃。事實(shí)上，該系統還提供了網(wǎng)絡(luò )工程師和系統集成商少有遇到的超簡(jiǎn)單性，因為系統的工作僅僅依賴(lài)于三個(gè)核心部件：

　　無(wú)線(xiàn)LAN交換機-這是一個(gè)2層設備，控制所有的單元交換和用戶(hù)接入，可以用以太網(wǎng)供電，無(wú)需中跨(midspan)或端接(endspan)設備。無(wú)論對什么類(lèi)型的用戶(hù)，也不管用戶(hù)的數量有多少，或者傳輸的數據包容量有多大，高質(zhì)量、多端口的無(wú)線(xiàn)交換機都是系統性能和可靠性的關(guān)鍵所在。為了升級，多臺交換機應該按主從配置菊鏈在一起。

　　“Thin”接入點(diǎn)對即插即用功能來(lái)說(shuō)是關(guān)鍵。由于所有的軟件和處理智能都位于控制接入點(diǎn)的交換機里，故thin接入點(diǎn)無(wú)需配置或編程IP或MAC地址。這些簡(jiǎn)單的(盡管仍很復雜)的接入點(diǎn)設備也可以用WLAN交換機提供的標準以太網(wǎng)供電(802.3af PoE)來(lái)提供能量。可以在任何時(shí)候增加額外的接入點(diǎn)來(lái)將WLAN擴展到任意的規模。

　　控制和安全軟件為無(wú)線(xiàn)交換機提供操作管理或“大腦”。軟件部分控制所有客戶(hù)端方面的事物，并提供整套的能預防攻擊的基于標準的安全選擇。為了確保軟件能夠支持WPA2，最新的安全協(xié)議基于IEEE 802.11i標準，用于鑒權和加密。WPA2設計的目的是保護所有的接入點(diǎn)并消除某個(gè)接入點(diǎn)安全出現問(wèn)題的風(fēng)險。此外，多路無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)提供了配置專(zhuān)用的安全覆蓋來(lái)防止欺騙式接入點(diǎn)探測的能力。

　　在尋求一個(gè)無(wú)線(xiàn)解決方案時(shí)的另一個(gè)所期望的功能是頻譜復用技術(shù)。該功能被植入無(wú)線(xiàn)交換機中，由于允許多個(gè)接入點(diǎn)同時(shí)使用相同的信道，從而能將帶寬擴展很多。該技術(shù)使得智能交換機能夠利用所有用戶(hù)和所有接入點(diǎn)的時(shí)間差，實(shí)時(shí)地確定是否有機會(huì )復用某個(gè)信道。如果可以復用，信道覆蓋寬度會(huì )被動(dòng)態(tài)細分，以提供多路同時(shí)鏈接，從而能夠增加網(wǎng)絡(luò )的容量，且不會(huì )引起同頻干擾。

快速獲取收益

　　對于許多運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，信道覆蓋WLAN技術(shù)使他們對無(wú)瑕疵的VoWLAN性能和無(wú)縫漫游的憧憬成為現實(shí)。與傳統的WLAN相比，基于信道覆蓋技術(shù)的WLAN的實(shí)現和部署要相對地快速和容易，從而加速了贏(yíng)利的時(shí)間。此外，這種架構模型的WLAN可以完美地升級，以應對業(yè)務(wù)的增長(cháng)，而且絲毫不影響許多企業(yè)已經(jīng)安裝的現有有線(xiàn)局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )。

　　簡(jiǎn)而言之，信道覆蓋WLAN架構代表著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的一個(gè)很好的突破。它是一個(gè)真正的“盒式系統”，能夠提供運營(yíng)商整個(gè)覆蓋范圍內無(wú)處不在的、可靠的和安全的漫游技術(shù)和無(wú)線(xiàn)數據傳輸，用戶(hù)的數量不加限制，無(wú)線(xiàn)設備和應用的總成本也都是網(wǎng)絡(luò )業(yè)界前所未有的。

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