WLAN共建共享方案研究

爱卫生

曹磊 张杨 潘峰 闫丽

摘要：重点研究了WLAN共建共享的组网方案以及实施展望。根据WLAN共建共享层级的不同，WLAN共建共享方案可以分为非漫游解决方案和漫游解决方案。通过研究不同方案的组网方式、特点和适用场景，从技术上分析了各种方案的可行性和适用性。在实施展望中，从方案可行性、网络安全性、维护管理、计费结算和实际推广等方面出发，分析了WLAN共建共享进一步实施存在的问题，并给出分析结果和解决方法。

关键词：WLAN，共建共享，非漫游解决方案，漫游解决方案

1  背景

为了深入贯彻落实科学发展观以及建设资源节约型、环境友好型社会的要求，节约土地、能源和原材料的消耗，保护自然环境和景观，减少电信重复建设，提高电信基础设施利用率，工业和信息化部、国务院国资委决定大力推进电信基础设施共建共享，于2008年颁布了《关于推进电信基础设施共建共享的紧急通知》(工信部联通[2008]235号)，在后继的不到三年内，工信部、国资委相继下发了四份关于推进电信基础设施共建共享的文件，尤其是《关于2011年推进电信基础设施共建共享的实施意见》提出了2011年将管道和室内分布系统纳入共建共享考核。各省通信管理局也相继出台电信基础设施共建共享技术标准和考核办法，意在将共建共享落到实处。

随着移动互联网的快速发展，数据业务呈现暴发式增长，运营商在大力兴建、优化3G网络的同时，不遗余力地推进WLAN部署。目前，3G网络无法全部满足数据业务发展的需求，LTE还未大规模商用，而WLAN由于在低成本高效提供大流量、高速率无线数据接入方面具有明显的技术优势，已经成为运营商快速提升无线接入能力以及缓解3G网络压力、增强客户体验和留住用户的手段。

从2009年开始，三大运营商开始各自建设WLAN网络，由于各家运营商从自身业务角度出发划定热点区域，缺乏统一的规划协调，导致WLAN的重复建设，除了造成资源浪费之外，共用有限的开放频段还引发各运营商WLAN设备频率干扰问题，导致网络质量下降，严重影响到用户感知。

因此，无论从国家政策节约资源要求还是从实际网络建设需求来考虑，运营商之间的WLAN共建共享已是大势所趋。

2  共建共享组网方案

WLAN共建共享是指运营商共享各自WLAN网络无线接入点(AP: Acess Point)、接入控制器(AC: Access
Controller)以及交换机等设备，以保证用户实现至不同运营商网络的认证、计费和业务接入等。根据WLAN共建共享层级的不同，WLAN共建共享方案可分为非漫游解决方案和漫游解决方案。

非漫游解决方案主要是指WLAN网络的接入网部分共享，采用设备级的共享方式，即多个运营商共享一个物理AP，这个物理AP可以支持多个逻辑AP。通过这种方式，运营商可以通过共享WLAN接入网来向用户提供各种不同的业务和应用，采用不同的安全机制。这样，即使是运营商采用了不同的安全策略、业务策略和计费策略，依然能够实现WLAN接入网的共享。

从实际组网出发，非漫游解决方案主要涉及以下三个层次的问题。

(1)逻辑AP的实现方式

多个运营商共享一个物理AP。共享的物理AP可以支持多个逻辑AP，逻辑AP的实现方式有多服务集标识方式(SSID:
ServiceSetIdentifier)和共门户网站(WEB Portal)方式。

多SSID方式：多个逻辑AP具有不同的SSID和能力集，这样的多个逻辑AP对于用户来说就是多个SSID接入点，运营商可以设置各自的SSID来支持用户接入，针对不同的SSID各运营商可以有不同的业务、计费、安全策略。承建运营商分配给其他运营商不同的SSID，每个运营商通过共同的物理AP连接到各自的认证计费和网管平台。

共WEB Portal方式：多个逻辑AP具有相同的SSID，但是具有不同的能力集。用户使用同一个SSID，通过Portal的方式接入各个运营商的鉴权、认证、计费系统。

(2)网络分离点和转发方式

多个运营商的网络分离点在AC处或者在AC以下的交换机处，转发方式采用集中转发或者本地转发。

(3)网络分离之后的连接方式

网络分离之后采用直接拉线连接各自城域网的方式或者通过承建运营商的IP网络连接非承建运营商的IP网络的方式(城域网以及互联网平台的互通)。

综合考虑各个运营商WLAN现网的情况，我们主要从上述第2个和第3个层次的问题出发来分场景，分别提出各种网络场景下的非漫游解决方案。

2.1  交换机共享方案

承建运营商在AC以下的交换机(接入交换机或者汇聚交换机)设置网络分离点，逻辑AP 一般采用多SSID方式，非承建运营商从各自IP城域网拉线缆接至承建运营商的分离点交换机，各运营商通过各自的网络承载业务和计费认证消息。示意图如图1。

交换机共享方案的优点主要有：

(1)AP采用多SSID方式组网时，可以满足各运营商在WLAN认证、安全、计费等方面的不同要求；只需在承建运营商的分离点交换机和AP处做部分升级和改动，除了承建运营商的计费系统需要添加业务的网间结算功能以外，其他各运营商的计费认证系统均不需要做改动。由于各运营商保持独立的SSID和安全、认证机制，各运营商的用户体验和使用习惯没有变化。

(2)承建运营商建设并管理整个网络，能实现运营商的分片建设，分片维护，产权和设备管理界限分明。



图1  交换机共享方案组网示意

(3)共建共享设备维护工作原则上由承建运营商与非承建运营商协商维护，可以采用承建运营商负责维护，非承建运营商协助维护的方式。

(4)对承建运营商汇聚层以上影响不大，不涉及核心设备的共享。

交换机共享方案的缺点主要有：

(1)交换机处设置网络分离点，承建运营商可以采用集中转发或者本地转发，而非承建运营商采用本地转发，需新建传输接入链路接入承建运营商的交换机，投资相对较大，不便于大规模网络的扩展(相比于无线控制器共享方案)。

(2)分离点交换机负荷较大，对其质量带来挑战。

(3)非承建运营商对承建运营商共享网络的监控难度较大，针对各运营商的用户及流量控制较难实现(相比于无线控制器共享方案)。

交换机共享方案中的网元改造，主要涉及到分离点交换机及其以下共享部分设备的升级和配置。

2.2  无线控制器共享方案

承建运营商在AC处设置网络分离点，逻辑AP 样般采用多SSID方式，AC集中转发数据，非承建运营商从各自IP城域网拉线缆接至承建运营商的AC，各运营商通过各自的IP城域网承载业务和计费认证消息。示意图如图2。

无线控制器共享方案的优点主要有：

(1)AP采用多SSID方式组网时，可以满足各运营商在WLAN认证、安全、计费等方面的不同要求；只需在承建运营商的AC和AP处做部分升级和改动，除了承建运营商的计费系统需要添加业务的网间结算功能以外，其他各运营商的计费认证系统均不需要做改动。由于各运营商保持独立的SSID和安全、认证机制，各运营商的用户体验和使用习惯没有变化。

(2)AC处设置网络分离点，采用集中转发方式，便于大规模网络的扩展(相比于交换机共享方案)。

图2  无线控制器共享方案组网示意

(3)承建运营商建设并管理整个网络，能实现运营商的分片建设，分片维护，产权和设备管理界限分明。非承建运营商监控AC。

(4)共建共享设备维护工作原则上由承建运营商与非承建运营商协商维护，可以采用承建运营商负责维护，非承建运营商协助维护的方式。

无线控制器共享方案的缺点主要有：

(1)集中转发使得AC负荷较大，对其质量带来挑战。

(2)非承建运营商对承建运营商AC的监控难度较大。

另外，在AC处设置网络分离点的方式适合于WLAN现网中胖AP的共享。

无线控制器共享方案中的网元改造，主要涉及到分离点AC及其以下共享部分设备的升级和配置。

2.3  IP网络互通方案

在无线控制器共享方案架构的基础上，考虑AC以上三方运营商的IP网络互联互通(骨干网级或者城域网级)。运营商之间的WLAN数据通过IP网络相互转发。在承建运营商IP城域网内BRAS或AC上做配置，将相关认证、计费信息转发到对方的Portal、Radius认证计费平台(示意图中黑色实线)；用户经过各运营商认证平台认证后，业务流量从承建运营商直接接入互联网(示意图中点划线)，或者非承建运营商用户业务流量经过承建运营商IP网络转发至非承建运营商，由非承建运营商接入互联网(示意图中虚线)。示意图如图3。

图3  IP网络互通方案组网示意

这种方案涉及到运营商IP网络的互联互通，可以考虑以下两种连接方式：

(1)承建运营商将AC转发至非承建运营商的数据封装后通过省级互联接口统一转发。

(2)三家运营商在IP城域网上实现互联互通，承建运营商通过自身IP城域网转发非承建运营商的数据到各自IP城域网。

此方案的部分优缺点如交换机共享方案和无线控制器共享方案所述，此外其他优缺点如下。

优点包括：

(1)此方案避免了非承建运营商新建过多的传输接入链路接入承建运营商WLAN网络，更大程度节省投资(相比于交换机共享方案和无线控制器共享方案)。

(2)实现不同运营商在不同厂家WLAN系统之间的共享互联，解决设备的兼容性问题。

缺点包括：

(1)城域网内BRAS、AC等设备需进行相关配置与对方Portal、Radius互通，对运营商城域网的开放带来挑战。

(2)非承建运营商用户认证数据流需要通过承建运营商城域网，时延相对较大(相比于交换机共享方案和无线控制器共享方案)。

(3)非承建运营商无法监控网络情况。

(4)在各运营商的IP网络上存在可能的流量迂回。

2.4  第三方认证方案

运营商分片共享建设，第三方认证计费方案。示意图如图4。

此方案由各运营商根据协商分片建设网络，共享WLAN接入网，并通过第三方统一进行计费和认证。

第三方认证方案的优点主要有：

(1)分片建设的方式便于运营商的建设、维护和管理。

(2)第三方统一计费和认证，减少了各运营商独立的计费和认证系统，便于组织和管理，较为适合未规模建设WLAN网络的城市统一规划和建设。

第三方认证方案的缺点主要有：

图4  第三方认证方案组网示意

(1)选择合适的第三方来建设和管理统一认证系统较难操作。

(2)需要各运营商统一认证策略。

(3)WLAN分片建设和运维造成的网络质量和安全机制等的不同将影响用户业务体验的一致性。

(4)将一定程度影响各运营商根据自己的需求灵活开展业务。

(5)对现有系统改动较大。

2.5  漫游解决方案

WLAN共建共享漫游解决方案可以借鉴运营商开展的WLAN国际漫游业务。具体来说，漫游方案通过运营商之间签订漫游协议，共享运营商相互独立覆盖的区域来完成(如运营商1覆盖A区，运营商2覆盖B区，运营商通过漫游实现A和B区完整的覆盖要求)。示意图如图5。

漫游解决方案的优点主要有：

(1)网络间费用结算精确。

(2)网络维护和所有权清晰，用户故障感知明确。

(3)运营商通过网络互补方式共赢。

漫游解决方案的缺点主要有：

(1)采用共WEB Portal方式，需要对Portal服务器做相应的改动，使得Portal界面较为复杂。

(2)用户登陆的方式有所不同，不同运营商的用户接入统一的SSID，用户需选择自己的归属运营商，影响运营商的品牌宣传和用户的业务体验(相比于多SSID方式)。

图5  漫游解决方案组网示意 3  共建共享实施展望 3.1  方案可行性 从上述各种方案和已有的实例来看，WLAN共建共享在技术上是完全可行的。一般来说，非漫游解决方案采用多SSID方式，漫游解决方案采用共WEB Portal方式。在非漫游解决方案中，由于网络分离点设备(交换机或者AC)的共享，质量要求较高。各个厂家AP与AC之间的通信采用的是私有协议，没有统一标准，因此非漫游解决方案中的交换机共享方案在实际应用中需采用同一厂家的设备，而无线控制器共享方案在AC以上不存在设备兼容性问题，而IP网络互通方案和漫游解决方案可以避开各厂家设备不兼容的问题。 3.2  网络安全性 WLAN共建共享不会降低WLAN网络本身的安全性，但是运营企业之间共享设备会带来一些潜在的安全隐患。共建共享之后主要有两种类型的安全隐患。 (1)互通端口处的安全隐患：各自的WLAN网络各自运行，网络安全隐患来自于其他运营企业在该端口的侵入，可以利用防火墙来规避。 (2)共享设备内的安全隐患：非承建企业数据流量通过承建企业的设备，存在非承建企业数据被监听和分析的安全隐患，需提高WLAN数据的加密能力。 3.3  网络维护管理及投诉处理 WLAN共建共享维护管理及投诉处理流程中的难点在于保证运营企业接口部门的沟通顺畅，以及保证承建方对于非承建方用户投诉处理的及时性。总体来看，网络维护管理及投诉的处理可以通过详细的规范、合理的处理原则和流程来协商解决；漫游解决方案相对于非漫游解决方案，在故障定位和维护责任区分等方面操作相对容易。 3.4  计费和结算 在WLAN计费方面，目前各运营企业主要采用时长计费。在WLAN共建共享结算方面，目前各运营企业之间都没有结算，一般采用对等置换的方式共建共享，具体考虑对等置换的热点的AP数来执行。除了运营企业相互之间对等置换，实际的WLAN共建共享的结算可以考虑用流量结算。非漫游方式通过设备升级记录流量情况，漫游方式可以考虑在承建企业已有的漫游平台来进行。结算标准直接采用纯流量结算还是需要结合业务的流量结算有待进一步研究确定。 3.5  WLAN共建共享推广 WLAN共建共享的实际需求和动力，包括以下几个方面。 (1)政府或者业主直接要求运营企业WLAN共建共享。比如政府和企业大楼、大型公共场所等。 (2)运营企业实际建网中避免相互之间严重的干扰，在有条件的地方主动协商进行WLAN共建共享。比如高校等流量大的地区。 (3)对于进场费高的场所可以通过WLAN共建共享来共进退。 随着政府加强企业节能减排的要求以及整个社会环保意识的增强，政府或者业主直接要求运营企业相互支持对方网络接入的情况会不断增加。 与此同时，由于WLAN目前主要在2.4 GHz的开放频段内运行，并且可用的不重叠信道有限，三大运营企业在大规模建设WLAN网络的过程中不可避免地会存在相互网络之间的干扰，特别是在高校等流量大、AP部署密集的地区，严重的干扰很可能使得三方网络都无法使用，这样的情况促使三大运营企业对WLAN进行共建共享，避免过度竞争带来的大范围网络干扰。 面对目前普遍的进场费用高昂的问题，各运营企业可以通过WLAN共建共享的框架来和业主进行沟通协商，共同进退，降低整体的投资成本。 从网络共享和应用规模来看，WLAN系统共享的层级越高，越能适应各运营企业之间网络的大规模共享。非漫游解决方案中的交换机共享方案和无线控制器共享方案适合对单个或者多个热点地区的共建共享，漫游解决方案也适合于解决单个或者多个热点地区的共享，但是当需要考虑地市级及其以上规模的整体共享，漫游解决方案或者IP网络互通方案更容易实现系统更高层级的网络共享。因此，WLAN共建共享的推广需要根据不同场景的实际情况来采用相应的解决方案。 综合来看，WLAN共建共享的推广能够有效推动WLAN运营模式由恶性竞争向合作竞争的转变，实现整个网络无干扰、低能耗、高效益的良好运营状态，既满足用户的信息化需求，有利于规范电信市场环境和保护用户及运营企业利益，又避免重复建设，深化共建共享和节能降耗工作，共同推进中国电信行业和移动互联网的健康可持续发展。 4  结语 目前，WLAN的共建共享在技术上已经不是问题，技术实现已日趋成熟；共享并不会影响WLAN系统本身的安全性，带来的潜在安全隐患也可以通过防火墙等技术手段规避；网络维护管理及投诉的处理可以通过详细的规范、合理的处理原则和流程来协商解决；已有的设备和解决方案可以支持部分方案的计费和结算，暂时不支持的可以通过设备升级或者增加设备以及进一步制定计费和结算标准来实现。WLAN共建共享推进中涉及到的各方面问题都已经解决或者在短期内能够解决。 但是考虑到目前各运营企业WLAN网络建设的实际情况，以及各运营企业对WLAN网络不同的定位，WLAN共建共享的推进存在一定困难，还需要进一步的研究和试验。 作者简介： 曹磊，工业和信息化部电信规划研究院工程师； 张杨，工业和信息化部电信规划研究院工程师； 潘峰，工业和信息化部电信规划研究院高级工程师； 闫丽，工业和信息化部电信规划研究院教授级高工。 参考文献 [1]郭靖，梁志平，潘峰.WLAN网络共享的机遇和挑战[J].通信世界，2009(31).

《现代电信科技》2013年第04期