ay: block;">本文討論了現(xiàn)有VoWLAN技術(shù)的性能和可靠性方面遭遇的挑戰(zhàn),并提出一個創(chuàng)新性的WLAN Edge架構(gòu)來克服這些挑戰(zhàn)。
為了節(jié)約成本,VoIP技術(shù)已經(jīng)日益被各企業(yè)所接受,為了進一步解決成本,接下來需要考慮的就是如何在WLAN上部署VoIP(VoWLAN),為用戶提供移動性和方便性。
不過,正如系統(tǒng)設(shè)計工程師和網(wǎng)絡(luò)管理員所了解的那樣,隨著匯聚無線語音/數(shù)據(jù)/視頻網(wǎng)絡(luò)上用戶的增加和發(fā)送的數(shù)據(jù)量的激增,會導(dǎo)致一系列問題,這些問題限制了VoWLAN的廣泛普及。
本文中,我們將討論現(xiàn)有基于單元的VoWLAN技術(shù)相應(yīng)的性能和可靠性方面的挑戰(zhàn)。在提出這些問題后,我們將推出一個稱作為信道覆蓋技術(shù)的創(chuàng)新型WLAN Edge架構(gòu)。該技術(shù)在克服這些挑戰(zhàn)的同時,可以使用戶體驗到VoWLAN的成本和生產(chǎn)率方面的優(yōu)勢。
傳統(tǒng)的VoWLAN性能方面的挑戰(zhàn)
傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的絕大多數(shù)問題都產(chǎn)生于其基于單元的架構(gòu),在這種架構(gòu)中,每個用戶連接到一個接入點(AP),而每一個接入點服務(wù)于一個單元。
特別是在VoWLAN應(yīng)用中,該結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致“性能縮水”(performance thieves)的重復(fù)產(chǎn)生,這將嚴重地影響整個系統(tǒng)的業(yè)務(wù)性能和可靠性。所產(chǎn)生的問題包括:
同頻干擾。當兩個接入點工作在同一個信道上并同時發(fā)射時,將會產(chǎn)生這種信號傳輸問題。這與有線網(wǎng)絡(luò)中的交叉干擾類似,將減慢網(wǎng)絡(luò)的速度,因為每個接入點在試圖重發(fā)之前必須等待。
過大的延遲和抖動。在數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中,像互聯(lián)網(wǎng)接入,文件傳輸和電子郵件等,其對延遲性能的需求遠不及對吞吐率的需求,有一些延遲通常也是可以接受的。但是,語音傳輸卻希望是實時的,即便是幾十毫秒的延遲也是無法接受的。
對抖動的靈敏度也是如此。抖動指的是延遲的隨機變化,在語音應(yīng)用中,這將會產(chǎn)生語音的不延續(xù),莫名其妙的停頓,或無法理解的斷續(xù)語音-所有這些在語音通話中都是無法接受的。在基于單元的WLAN中,漫游開銷,安全機制,重發(fā),以及數(shù)據(jù)/語音匯聚都會增加延遲和抖動。
邊緣用戶和混合模式問題。在基于單元的方案中的一個邊緣用戶指的是距離接入點過遠以至于無法以最高數(shù)據(jù)率連接的用戶。連接時速度很慢,使得其他用戶也被迫使用低速率,由于需要足夠的時間總量來保證邊緣用戶來發(fā)送其數(shù)據(jù)包。
混合模式用戶-通過各種無線設(shè)備(IEEE )訪問系統(tǒng)的那些用戶-能夠產(chǎn)生類似的延遲,因為他們的設(shè)備連接速度不一。例如,對于一個單獨的用戶,其速度是慢速,這將迫使其他用戶也要用慢速訪問。
圖1:典型的基于接入點的VoWLAN設(shè)計架構(gòu)。
接入點之間的漫游延遲。隨著用戶從一個單元移入另一個單元,傳統(tǒng)的單元規(guī)劃無法簡單地以最大數(shù)據(jù)率提供覆蓋,因為可用的信道數(shù)量有限。在單元間的有限交疊在接入點的切換點或者附近會產(chǎn)生“黑洞”-這將導(dǎo)致掉線和覆蓋差或無法覆蓋的區(qū)域。這是因為一個切換需要很多步驟,包括接入點恢復(fù),這通常需要150～400毫秒,因而產(chǎn)生上述的延遲、抖動和較差的語音質(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。容量決定著所支持的并發(fā)呼叫和傳輸數(shù)量。在傳統(tǒng)的基于單元的架構(gòu)中,如何維持足夠的容量一直是一個問題,特別是在高峰呼叫期間。實際上,現(xiàn)行的推薦標準中建議每個網(wǎng)絡(luò)中需要支持的最少并發(fā)呼叫數(shù)為5到7個。
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、功率容量和使用時間。的確,為了延長電池的使用時間,并實現(xiàn)最大的數(shù)據(jù)率,手機應(yīng)該盡可能靠近控制接入點。不過,這一要求外加電池功率的快速消耗,將與所謂的無限移動性目標相違背。
網(wǎng)絡(luò)安全。無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的安全問題一直都是一個主要的關(guān)注點,這當然有很好的理由。目前業(yè)界已經(jīng)發(fā)現(xiàn),原來用于無線網(wǎng)絡(luò)的安全協(xié)議-即有線對等私密(WEP)協(xié)議,還存在一些缺陷。
IEEE i標準為WLAN引入了小的安全標準。過渡的Wi-Fi保護接入(WPA)包括臨時密鑰,消息完整性檢查和強大的鑒權(quán)功能,從而解決了WEP的某些安全問題。但是,由于這些額外的安全措施,WPA在每個接入點切換地方引入了額外的延遲,這是語音業(yè)務(wù)更加混亂。
表1:傳統(tǒng)VoWLAN技術(shù)與信道覆蓋技術(shù)的比較。
如何實現(xiàn)信道覆蓋來克服VoWLAN的挑戰(zhàn)
信道覆蓋基礎(chǔ)設(shè)施和拓撲架構(gòu)從根本上不同于現(xiàn)有的基于單元的技術(shù),該技術(shù)要求全面的射頻單元規(guī)劃來避免同頻干擾。信道覆蓋技術(shù)的第二層“邊緣架構(gòu)”允許每個接入點的每個地方都可以使用每一個無線信道。因而實現(xiàn)了連續(xù)的無線覆蓋,沒有漫游延遲和同頻干擾問題。
信道覆蓋技術(shù)已經(jīng)完成了全面的測試,在部署時只要得當,就與IEEE 協(xié)議和標準完全兼容。目前該技術(shù)只有少數(shù)無線技術(shù)提供商提供,隨著其工作原理和性能優(yōu)勢在業(yè)界更加得到認識,將會更加普及。該技術(shù)是專門為了克服VoWLAN的性能缺陷并提供高性能,可升級的移動通信基礎(chǔ)設(shè)施而設(shè)計的,目的是能夠均等地傳輸語音和數(shù)據(jù)。
對于無線網(wǎng)絡(luò)來說,一個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。各地點的信號強度越大,意味著連接越可靠,能夠潛在地支持更多的用戶,提供更快的數(shù)據(jù)流傳輸率,或者說是兩者都有改善。
通過這一創(chuàng)新設(shè)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,沒有同頻干擾和延遲問題。下面列舉了該技術(shù)與傳統(tǒng)基于單元的WLAN架構(gòu)的區(qū)別:
在傳統(tǒng)的WLAN中,每個接入點構(gòu)成一個單元,且為每個接入點分配一個信道。為了減小單元間的干擾,必須根據(jù)安裝部署前測得的詳盡的射頻站點電測方案,為業(yè)務(wù)區(qū)中的所有接入點分配信道。這種接入點部署方案需要大量的射頻經(jīng)驗和周密規(guī)劃,這通常是WLAN安裝過程中成本最高的一個方面。這種剛性的架構(gòu)還迫使語音和數(shù)據(jù)用戶競用相同的無線資源,因此即便是基于單元的網(wǎng)絡(luò)安裝好并運行后,信號傳輸問題依然會持續(xù)存在。隨著運營商機構(gòu)的增加或變化,在確定新的接入點部署方案時還需額外的射頻規(guī)劃成本。
信道覆蓋技術(shù)則完全省去了上述所需的時間、工作量和成本。信道覆蓋架構(gòu)起始于省去單獨的單元-這是傳統(tǒng)WLAN中的基礎(chǔ)。在該新技術(shù)中,每一個接入點共享同一MAC地址,并工作在相同的信道上,由無線交換來控制所有的路由決策。這樣,所有的接入點合起來實現(xiàn)了沒有空域的覆蓋。在信道覆蓋WLAN技術(shù)中所用的“thin AP”是一個簡單的射頻/天線網(wǎng)關(guān)-即用戶和交換機之間的通道,這意味著用戶只與交換機發(fā)生關(guān)聯(lián),而與接入點無關(guān)。
由于交換完全受控,決策基于逐個數(shù)據(jù)包,故接入點間沒有競用。其結(jié)果,沒有同頻干擾,也不會在某個特定的接入點出現(xiàn)客戶集聚,從而引起容量緊張的現(xiàn)象。重要性均等,實現(xiàn)了高吞吐率,即便是單元流很高時也是如此,而且與IEEE 協(xié)議和安全標準全部兼容。
該信道覆蓋技術(shù)的Edge架構(gòu)還省去了隨著網(wǎng)絡(luò)增長和變化所引起的復(fù)雜的和成本高昂的射頻單元規(guī)劃。實際上,采用該技術(shù),可以根據(jù)所需的數(shù)據(jù)率,增加任意多的接入點。
信道覆蓋:超簡單
如上所述,如果要求系統(tǒng)提供足夠的業(yè)務(wù)質(zhì)量,并滿足企業(yè)和個人用戶所期望向從電話系統(tǒng)中所獲取的方便性和移動性體驗,VoWLAN的部署還有一些必須滿足的特殊需求。時常發(fā)生的延遲和抖動是無法接受的。必須確保完全的覆蓋和無縫的移動性,沒有業(yè)務(wù)的中斷。處理語音,數(shù)據(jù)和多媒體流傳輸時,容量(帶寬)必須足夠,即便是在峰值載荷條件下也應(yīng)如此。安全性也必須經(jīng)得住考驗。
該技術(shù)為VoWLAN應(yīng)用提供了理想的解決方案,因為它省去了接入點之間的連接,以及昂貴的射頻經(jīng)驗和單元規(guī)劃。事實上,該系統(tǒng)還提供了網(wǎng)絡(luò)工程師和系統(tǒng)集成商少有遇到的超簡單性,因為系統(tǒng)的工作僅僅依賴于三個核心部件:
無線LAN交換機-這是一個2層設(shè)備,控制所有的單元交換和用戶接入,可以用以太網(wǎng)供電,無需中跨(midspan)或端接(endspan)設(shè)備。無論對什么類型的用戶,也不管用戶的數(shù)量有多少,或者傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包容量有多大,高質(zhì)量、多端口的無線交換機都是系統(tǒng)性能和可靠性的關(guān)鍵所在。為了升級,多臺交換機應(yīng)該按主從配置菊鏈在一起。
“Thin”接入點對即插即用功能來說是關(guān)鍵。由于所有的軟件和處理智能都位于控制接入點的交換機里,故thin接入點無需配置或編程IP或MAC地址。這些簡單的(盡管仍很復(fù)雜)的接入點設(shè)備也可以用WLAN交換機提供的標準以太網(wǎng)供電( PoE)來提供能量。可以在任何時候增加額外的接入點來將WLAN擴展到任意的規(guī)模。
控制和安全軟件為無線交換機提供操作管理或“大腦”。軟件部分控制所有客戶端方面的事物,并提供整套的能預(yù)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 i標準,用于鑒權(quán)和加密。WPA2設(shè)計的目的是保護所有的接入點并消除某個接入點安全出現(xiàn)問題的風(fēng)險。此外,多路無線接入點提供了配置專用的安全覆蓋來防止欺騙式接入點探測的能力。
在尋求一個無線解決方案時的另一個所期望的功能是頻譜復(fù)用技術(shù)。該功能被植入無線交換機中,由于允許多個接入點同時使用相同的信道,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和所有接入點的時間差,實時地確定是否有機會復(fù)用某個信道。如果可以復(fù)用,信道覆蓋寬度會被動態(tài)細分,以提供多路同時鏈接,從而能夠增加網(wǎng)絡(luò)的容量,且不會引起同頻干擾。
快速獲取收益
對于許多運營商來說,信道覆蓋WLAN技術(shù)使他們對無瑕疵的VoWLAN性能和無縫漫游的憧憬成為現(xiàn)實。與傳統(tǒng)的WLAN相比,基于信道覆蓋技術(shù)的WLAN的實現(xiàn)和部署要相對地快速和容易,從而加速了贏利的時間。此外,這種架構(gòu)模型的WLAN可以完美地升級,以應(yīng)對業(yè)務(wù)的增長,而且絲毫不影響許多企業(yè)已經(jīng)安裝的現(xiàn)有有線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。
簡而言之,信道覆蓋WLAN架構(gòu)代表著無線技術(shù)的一個很好的突破。它是一個真正的“盒式系統(tǒng)”,能夠提供運營商整個覆蓋范圍內(nèi)無處不在的、可靠的和安全的漫游技術(shù)和無線數(shù)據(jù)傳輸,用戶的數(shù)量不加限制,無線設(shè)備和應(yīng)用的總成本也都是網(wǎng)絡(luò)業(yè)界前所未有的。
作者:Brad Meeks
產(chǎn)品線經(jīng)理
Belden公司
