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(jìn)一步解決成本,接下來(lái)需要考慮的就是如何在WLAN上部署VoIP(VoWLAN),為用戶(hù)提供移動(dòng)性和方便性。

不過(guò),正如系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師和網(wǎng)絡(luò)管理員所了解的那樣,隨著匯聚無(wú)線語(yǔ)音/數(shù)據(jù)/視頻網(wǎng)絡(luò)上用戶(hù)的增加和發(fā)送的數(shù)據(jù)量的激增,會(huì)導(dǎo)致一系列問(wèn)題,這些問(wèn)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(wèn)題后,我們將推出一個(gè)稱(chēng)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(shí),可以使用戶(hù)體驗(yàn)到VoWLAN的成本和生產(chǎn)率方面的優(yōu)勢(shì)。

傳統(tǒng)的VoWLAN性能方面的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的絕大多數(shù)問(wèn)題都產(chǎn)生于其基于單元的架構(gòu),在這種架構(gòu)中,每個(gè)用戶(hù)連接到一個(gè)接入點(diǎn)(AP),而每一個(gè)接入點(diǎn)服務(wù)于一個(gè)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(yán)重地影響整個(gè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)性能和可靠性。所產(chǎn)生的問(wèn)題包括:

同頻干擾。當(dāng)兩個(gè)接入點(diǎn)工作在同一個(gè)信道上并同時(shí)發(fā)射時(shí),將會(huì)產(chǎn)生這種信號(hào)傳輸問(wèn)題。這與有線網(wǎng)絡(luò)中的交叉干擾類(lèi)似,將減慢網(wǎng)絡(luò)的速度,因?yàn)槊總€(gè)接入點(diǎn)在試圖重發(fā)之前必須等待。

過(guò)大的延遲和抖動(dòng)。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(duì)延遲性能的需求遠(yuǎn)不及對(duì)吞吐率的需求,有一些延遲通常也是可以接受的。但是,語(yǔ)音傳輸卻希望是實(shí)時(shí)的,即便是幾十毫秒的延遲也是無(wú)法接受的。

對(duì)抖動(dòng)的靈敏度也是如此。抖動(dòng)指的是延遲的隨機(jī)變化,在語(yǔ)音應(yīng)用中,這將會(huì)產(chǎn)生語(yǔ)音的不延續(xù),莫名其妙的停頓,或無(wú)法理解的斷續(xù)語(yǔ)音-所有這些在語(yǔ)音通話中都是無(wú)法接受的。在基于單元的WLAN中,漫游開(kāi)銷(xiāo),安全機(jī)制,重發(fā),以及數(shù)據(jù)/語(yǔ)音匯聚都會(huì)增加延遲和抖動(dòng)。

邊緣用戶(hù)和混合模式問(wèn)題。在基于單元的方案中的一個(gè)邊緣用戶(hù)指的是距離接入點(diǎn)過(guò)遠(yuǎn)以至于無(wú)法以最高數(shù)據(jù)率連接的用戶(hù)。連接時(shí)速度很慢,使得其他用戶(hù)也被迫使用低速率,由于需要足夠的時(shí)間總量來(lái)保證邊緣用戶(hù)來(lái)發(fā)送其數(shù)據(jù)包。

混合模式用戶(hù)-通過(guò)各種無(wú)線設(shè)備(IEEE )訪問(wèn)系統(tǒng)的那些用戶(hù)-能夠產(chǎn)生類(lèi)似的延遲,因?yàn)樗麄兊脑O(shè)備連接速度不一。例如,對(duì)于一個(gè)單獨(dú)的用戶(hù),其速度是慢速,這將迫使其他用戶(hù)也要用慢速訪問(wèn)。

圖1:典型的基于接入點(diǎn)的VoWLAN設(shè)計(jì)架構(gòu)。

接入點(diǎn)之間的漫游延遲。隨著用戶(hù)從一個(gè)單元移入另一個(gè)單元,傳統(tǒng)的單元規(guī)劃無(wú)法簡(jiǎn)單地以最大數(shù)據(jù)率提供覆蓋,因?yàn)榭捎玫男诺罃?shù)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(dǎo)致掉線和覆蓋差或無(wú)法覆蓋的區(qū)域。這是因?yàn)橐粋€(gè)切換需要很多步驟,包括接入點(diǎn)恢復(fù),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(gè)問(wèn)題,特別是在高峰呼叫期間。實(shí)際上,現(xiàn)行的推薦標(biāo)準(zhǔn)中建議每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中需要支持的最少并發(fā)呼叫數(shù)為5到7個(gè)。

功耗需求。手機(jī)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(zhǎng)電池的使用時(shí)間,并實(shí)現(xiàn)最大的數(shù)據(jù)率,手機(jī)應(yīng)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(biāo)相違背。

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

IEEE i標(biāo)準(zhǔn)為WLAN引入了小的安全標(biāo)準(zhǔn)。過(guò)渡的Wi-Fi保護(hù)接入(WPA)包括臨時(shí)密鑰,消息完整性檢查和強(qiáng)大的鑒權(quán)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(tǒng)VoWLAN技術(shù)與信道覆蓋技術(shù)的比較。

如何實(shí)現(xiàn)信道覆蓋來(lái)克服VoWLAN的挑戰(zhàn)

信道覆蓋基礎(chǔ)設(shè)施和拓?fù)浼軜?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(lái)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(gè)接入點(diǎn)的每個(gè)地方都可以使用每一個(gè)無(wú)線信道。因而實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的無(wú)線覆蓋,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(cè)試,在部署時(shí)只要得當(dāng),就與IEEE 協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。目前該技術(shù)只有少數(shù)無(wú)線技術(shù)提供商提供,隨著其工作原理和性能優(yōu)勢(shì)在業(yè)界更加得到認(rèn)識(shí),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(jí)的移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施而設(shè)計(jì)的,目的是能夠均等地傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)。

對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō),一個(gè)主要的衡量指標(biāo)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(hào)強(qiáng)度越大,意味著連接越可靠,能夠潛在地支持更多的用戶(hù),提供更快的數(shù)據(jù)流傳輸率,或者說(shuō)是兩者都有改善。

通過(guò)這一創(chuàng)新設(shè)計(jì),信道覆蓋技術(shù)能夠在網(wǎng)絡(luò)中始終提供較強(qiáng)的信號(hào),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(tǒng)基于單元的WLAN架構(gòu)的區(qū)別:

在傳統(tǒng)的WLAN中,每個(gè)接入點(diǎn)構(gòu)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(jù)安裝部署前測(cè)得的詳盡的射頻站點(diǎn)電測(cè)方案,為業(yè)務(wù)區(qū)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(yàn)和周密規(guī)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(gòu)還迫使語(yǔ)音和數(shù)據(jù)用戶(hù)競(jìng)用相同的無(wú)線資源,因此即便是基于單元的網(wǎng)絡(luò)安裝好并運(yùn)行后,信號(hào)傳輸問(wèn)題依然會(huì)持續(xù)存在。隨著運(yùn)營(yíng)商機(jī)構(gòu)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(guī)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(gòu)起始于省去單獨(dú)的單元-這是傳統(tǒng)WLAN中的基礎(chǔ)。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(xiàn)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/天線網(wǎng)關(guān)-即用戶(hù)和交換機(jī)之間的通道,這意味著用戶(hù)只與交換機(jī)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(shù)據(jù)包,故接入點(diǎn)間沒(méi)有競(jìng)用。其結(jié)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(xiàn)客戶(hù)集聚,從而引起容量緊張的現(xiàn)象。重要性均等,實(shí)現(xiàn)了高吞吐率,即便是單元流很高時(shí)也是如此,而且與IEEE 協(xié)議和安全標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)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(shí)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(diǎn)。

信道覆蓋:超簡(jiǎn)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(mǎn)足企業(yè)和個(gè)人用戶(hù)所期望向從電話系統(tǒng)中所獲取的方便性和移動(dòng)性體驗(yàn),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(shù)據(jù)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(yīng)如此。安全性也必須經(jīng)得住考驗(yàn)。

該技術(shù)為VoWLAN應(yīng)用提供了理想的解決方案,因?yàn)樗∪チ私尤朦c(diǎn)之間的連接,以及昂貴的射頻經(jīng)驗(yàn)和單元規(guī)劃。事實(shí)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(jiǎn)單性,因?yàn)橄到y(tǒng)的工作僅僅依賴(lài)于三個(gè)核心部件:

無(wú)線LAN交換機(jī)-這是一個(gè)2層設(shè)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(shè)備。無(wú)論對(duì)什么類(lèi)型的用戶(hù),也不管用戶(hù)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(wú)線交換機(jī)都是系統(tǒng)性能和可靠性的關(guān)鍵所在。為了升級(jí),多臺(tái)交換機(jī)應(yīng)該按主從配置菊鏈在一起。

“Thin”接入點(diǎn)對(duì)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(jī)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(fù)雜)的接入點(diǎn)設(shè)備也可以用WLAN交換機(jī)提供的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)供電( 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(kuò)展到任意的規(guī)模。

控制和安全軟件為無(wú)線交換機(jī)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(yù)防攻擊的基于標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn),用于鑒權(quán)和加密。WPA2設(shè)計(jì)的目的是保護(hù)所有的接入點(diǎn)并消除某個(gè)接入點(diǎn)安全出現(xiàn)問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。此外,多路無(wú)線接入點(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(cè)的能力。

在尋求一個(gè)無(wú)線解決方案時(shí)的另一個(gè)所期望的功能是頻譜復(fù)用技術(shù)。該功能被植入無(wú)線交換機(jī)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(kuò)展很多。該技術(shù)使得智能交換機(jī)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(jī)會(huì)復(fù)用某個(gè)信道。如果可以復(fù)用,信道覆蓋寬度會(huì)被動(dòng)態(tài)細(xì)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(duì)于許多運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō),信道覆蓋WLAN技術(shù)使他們對(duì)無(wú)瑕疵的VoWLAN性能和無(wú)縫漫游的憧憬成為現(xiàn)實(shí)。與傳統(tǒng)的WLAN相比,基于信道覆蓋技術(shù)的WLAN的實(shí)現(xiàn)和部署要相對(duì)地快速和容易,從而加速了贏利的時(shí)間。此外,這種架構(gòu)模型的WLAN可以完美地升級(jí),以應(yīng)對(duì)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng),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(jiǎn)而言之,信道覆蓋WLAN架構(gòu)代表著無(wú)線技術(shù)的一個(gè)很好的突破。它是一個(gè)真正的“盒式系統(tǒng)”,能夠提供運(yùn)營(yíng)商整個(gè)覆蓋范圍內(nèi)無(wú)處不在的、可靠的和安全的漫游技術(shù)和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸,用戶(hù)的數(shù)量不加限制,無(wú)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