摘要：随着国家信息化建设的不断发展，无线城市作为城市信息化建设的一项重要举措，已成为衡量一座城市竞争力的重要标尺。从无线城市网络建设出发，详细阐述了网络建设过程中网络规划、网络组网等环节，并对研究成果加以提炼，结合工程实际，对在某市的实际建设案例情况进行了简要介绍。希望能为以后的无线城市建设提供一定的参考价值。
关键词：网络建设；网络规划；组网方案；无线城市
中图分类号：TN925文献标识码：A文章编号：1005-3824（2014）04-0090-05
0引言
随着国家信息化建设的不断发展，无线城市作为城市信息化建设的一项重要举措，已成为衡量一座城市竞争力的重要标尺。无线局域网 （wireless local area networks，WLAN）技术以其灵活性、可扩展性、经济性和高速率等特点，成为建设无线城市的理想技术。但由于WLAN网络使用频段较高（2.4 G或5.8 G），且属于公开频段，加上损耗较大，易存在频点及网络间干扰。若网络规划或组网方式不合理，则会带来各种问题，降低用户体验，影响收益[1]。
本文着重对无线城市网络规划及组网方式进行探讨，并对某市的无线城市工程实例进行了深入分析，希望能为以后的无线城市建设和应用提供参考。
1无线城市网络规划
一般而言，无线城市应由政府牵头建设，或由政府与运营商合建。在进行网络规划的时候，必须考虑到此要素。基于WLAN的无线城市规划与普通WLAN规划流程相似，可分为网络勘察、网络覆盖规划、网络容量规划和网络数据规划这4个步骤[23]。由于本文更偏重于工程宏观设计，对网络数据规划部分就不再赘述，只对无线城市网络规划的基本原则和重要流程做进一步介绍。
1.1基本原则
1）根据现有数据流量分布、用户聚集区域和客户需求等，结合现有的网络分析系统。以室外热点建设为主，室内热点建设为辅。已有室内分布系统的区域，可通过共享室分系统的方式快速部署WLAN网络。无线城市因为本身的半公益特点，在覆盖方式上不是像国内三大运营商那样以室内覆盖为主，而是以大范围的室外公共区域覆盖为主，对个别高收益区域可进行深度覆盖，确保用户体验良好。
2）政企客户需求（政府机关）、普通用户投诉和重要商圈均是规划的重要参考因素。
3）在技术层面上，现阶段应该采取802.llN设备组网，但也可以在部分热点区域使用802.11AC设备展开试点，就目前的市售终端来看，主流的IPHONE4S/
5、三星S4和HTC ONE等均支持该技术。
4）在后期维护上，应改变传统观念，不再以网络监控为主，而是向用户体验改善转变。首先，应提高热点信息的准确性，对设备的安装位置、覆盖区域、工作状态、维护单位等均应详实可靠。其次，应充分利用现有WLAN网络管理系统，及时定位故障，处理故障。最后，利用网络优化相关系统，变被动处理故障为主动发现故障，通过提取分析数据，提前发现网络中干扰严重、信号弱等易出现用户投诉的区域，通过优化或工程手段及时予以处理，提高用户感知。
1.2网络勘察
现场勘查是成功部署的关键。首先要清晰了解用户对于网络的需求，包括用户密度、吞吐量、覆盖范围及网络期望等。同时网络所处的环境对勘查结果也有很大影响，需充分考虑天线位置、客观环境和外干扰等，最大程度降低对信号的影响[4]。而无线城市因为其本身特点，需要在室外公共区域大量施工，更是需要政府相关部门的全程参与，在勘测时应注意以下几方面：
1）现场实际网络情况摸查，包括WLAN信号覆盖范围、强度和信道等，这样在后期数据规划时可以最大化避免干扰，部分重点保障区域也可以请政府相关部门出面，要求已有覆盖的运营商关闭其WLAN信号，避免相互干扰；
2）根据场景特点，尽量选取用户最多的时候进行勘察，以便更加准确地预估用户数和所需带宽；
3）现场勘察时必须有政府相关人员陪同，对可以施工的位置应尽量多选取，以备日后使用；
4）对有线网络的组网结构、带宽资源和设备位置等也要一并核实，便于评估有线部分是否满足设计需求；
5）交换机的放置位置、供电方式、接地和防雷等需要落实清楚。
1.3网络覆盖规划
无线城市网络覆盖规划可以按照使用场景进行划分，大体可以分为以下2种场景3种方式，室内场景主要有单独布放方式和共享室内分布系统方式；室外覆盖场景主要有室外型AP覆盖方式[5]。
1） 单独布放方式。
单独布放方式是目前最简单、应用最广的方式。这种方式是在热点区域单独布放无线访问接入点（access point，AP），利用设备自带的全向天线实现重点区域的覆盖。该方式的特点是AP部署较为简单，但覆盖范围受限于AP的布放位置。对用户量很大的热点地区，可采用此方式进行覆盖。但是需要注意这种方式对设备的布放位置要求较高，不仅要最大化地对需求区域进行覆盖，还要考虑到易于维护和防盗等因素。
覆盖区域较大或用户数过多时，可以通过布放多个AP满足需求。但需注意合理规划信道和布放位置，这样一是可以规避干扰，二是可以使用POE交换机进行供电，避免因现场供电困难而造成AP无法开通。需求覆盖区域不大时，可以考虑由单个100 MW功率的AP完成覆盖。
但是对于大型的会议室，一般是结合会场容量，使用小功率AP进行直接布放。但在设备摆放时要注意尽量整个会场均能覆盖到，同时在信道规划上要尽量隔开相互干扰的信道，并将AP功率适当降低，同时开启设备间的负载均衡，尽量避免设备出现邻频干扰，影响用户使用。
2） 共享室内分布系统方式。
日前很多高档写字楼或者大型商圈卖场，在建设的同时就已经完成了室内分布系统的建设。在后续新建WLAN网络时，在施工条件和链路预算均满足的情况下，可以考虑共享已有的室分系统进行快速开通。 该建设方式的特点是WLAN网络，2G/3G，4G，语音网络共享室内分布系统，建设周期短、覆盖面积大。但在方案设计时，需做好链路预算，避免建设后达不到预期效果。对用户量较大的区域，也可考虑单独布放AP满足容量需求。
3）室外型AP覆盖方式。
对于步行街、校园室外、居民休闲区等以广覆盖为主、兼顾容量的地区，可以使用室外型AP覆盖方式。这种方式AP一般安装在高处，使用内置全向天线或外接高增益天线实现信号覆盖，具有部署方便、投资小收益高、易于维护等特点，但需注意由树木、广告牌、玻璃等障碍物引起的衰减。在规划时需考虑以下几方面问题：
（1）室外信号干扰较多，环境相对室内更加复杂，需要合理规划信道和布放位置，最大化规避外干扰，有条件的可以使用5.8 G设备；
（2）WLAN为共享带宽，因此在设计时尽量考虑光纤直连，保证设备带宽充足，提高用户体验；
（3）室外WLAN信号的覆盖效果受客观环境限制，一般不会太好。因此在功率上不易设置得太大，同时必须做好参数优化，保证在一定区域内用户体验良好即可。
1.4网络容量规划
WLAN网络容量的计算都是根据用户需求和场景需要来进行的。在规划网络容量时，需要知道网络中用户的分布状态，如用户流动情况以及用户位置的分布情况等。但由于实际网络状态总是不断变化的，对于以室外覆盖为主的无线城市网络更是如此，因此网络容量的计算，只是针对实际网络某一个特定时刻、特定状态下的容量计算，并不代表对网络一段时间以后的容量评估结果[6]。
网络容量规划可以从设备性能、覆盖范围、用户规模等几方面出发，估计出所需的AP数量，决定容量的主要因素有以下几点：
1）并发用户数。一般情况下：单个AP推荐接入用户数定为2025个，考虑到设备性能和用户感知，进行容量估算时应按照每个AP设备有效接入20个用户进行估算；
2）最大用户数。工程设计中，由于设备厂家的不同，单个AP支持的最大接入用户数也不同。在进行网络保障，预估网络最大承载用户数时，也需要加以考虑；
3）吞吐量要求。在设计中应充分考虑场景特点和用户行为模式：如会议室、大型商圈并发用户数多、单用户流量不大；学生宿舍并发用户数较小、单用户流量较高。因此，在实际设计时结合场景特点进行估算；
4）目标覆盖区域。根据目标覆盖区域，结合单独布放、共享室内分布系统等方式调整所需AP数量。
2无线城市组网方案
无线城市组网方案的核心是稳定，建议采用分层组网的网络架构，包括接入层、汇聚层和核心层3个部分。分层组网架构有利于业务的多样化发展、网络可靠性更高。
2.1接入层
接入层主要包括AP和接入交换机，对于大型热点，还包括一个或多个汇聚交换机，该层主要用于允许终端用户连接到网络，并提供到汇聚层的上行链路。
在实际应用中有胖AP和瘦AP 2种组网方式。胖AP一般采用“胖AP+接入交换机”的组网方式，但由于胖AP的管理功能集中在AP设备里，无法统一管理，在建设、维护、优化时必须登录每一台设备分别进行配置，在AP数量较多时工作量过大[7]。瘦AP一般采用“瘦AP+接入交换机+接入控制器（access controller，AC）”的组网方式，AP的管理功能全部上移到AC，统一的资源管理可带来如下优点：
1）管理功能强大。实现业务配置、数据配置、认证计费、移动漫游以及用户等所有功能的统一管理。
2）开通维护方便。在瘦AP开通的时候，先是将AP所需数据全部加载在AC中，然后在瘦AP接入网络的时候，AC自动将配置文件下载到瘦AP中。这种方式可以让工作人员不必到现场，在机房或者办公室就可完成对瘦AP的开通，同时，后期的维护和优化也可远程进行，十分方便。
3）多元化业务提供。能够提供推送页面定制、定位跟踪和VOIP等多种业务。
2.2汇聚层
汇聚层主要包括AC和汇聚交换机，采用的是“汇聚交换机+AC”的组网架构，主要用于接入层数据的汇聚、传输、管理和分发，并提供到核心层的上行链路。一般情况下， AC有集中转发和本地转发2种组网方式：集中转发减轻了核心层和接入层的数据配置量，用户VLAN由AC直接透传到宽带接入服务器 （broadband remote access server，BRAS）；本地转发减轻了AC的转发压力，但AP至BRAS间连接的设备均需要配置用户VLAN，不仅增加了配置量，还存在二层环路风险。因此，在AC处理能力满足需求的前提下，推荐使用集中转发的组网方式。 在“实际应用中，AC建议采用1+1或者N+1冗余备份方式，提高业务稳定性。
2.3核心层
核心层主要包括BRAS，远程用户拨号认证系统（remote authentication dial in user service，RADIUS）和Portal服务器等设备。其中，BRAS一般是用于连接、汇聚用户的流量，再通过与RADIUS，Portal服务器等配合实现用户接入的认证、计费、IP地址分配和管理功能。此外，该层还可以对业务种类或用户等级进行识别，实现业务差异化控制。
3无线城市工程实例
对城市的管理者而言，推进无线城市的建设，无疑将有利于普及互联网应用、提高市民信息能力，汇聚人气、优化商务和投资环境、提升城市品质。例如上海，就已经正式启动“iShanghai” （“爱上海”）无线上海服务标志，在公共场所以适度免费方式向所有市民开放WLAN服务，不仅方便了市民日常网络需求，同时也提升了城市竞争力。
下面就以某市的无线城市工程实例进行深入分析，希望能为以后的无线城市建设和应用提供参考。
3.1工程背景 2012年年底，某市政府和电信运营商一起启动了无线城市项目，把WLAN网络建设和民生应用充分结合，在为大众提供便捷公共服务的同时，也促进了电信运营商自有业务的发展，大大提升了其品牌知名度。
该项目采用“政府政策支持、协调引导、大力推动；企业投资建设，经营管理，运维服务” 的运营模式，利用WLAN网络无缝覆盖，打破地理空间阻隔，在辖区范围内提供随时随地的高速无线上网服务，让广大市民在外出游玩时尽享无线城市带来的精彩生活；同时也满足政府在城市管理、市政交通、商业推广等方面的需求，助力政府向“服务型政府”转变。在后期业务需求扩展上，企业事业单位还可以与政府、电信运营商进行协商，开发移动电子商务、社区无线监控、企业信息化等相关应用。计费上由于工程属于公益性质，所有用户均为免费上网，由市政府对电信运营商按年进行统一补贴[8]。
3.2工程建设思路
这次工程主要是对行政区主要公共室外区域进行WLAN覆盖，经过充分讨论后，决定充分利用市区内已有公话亭，内装室外500 MW型AP设备的方式进行建设，对于覆盖不足的区域，新建公话亭加强覆盖。从图1的无线城市网络拓扑图可以看出，AP上行采用光纤直连方式，不再在本地新建接入交换机，直接接入汇聚交换机，交换机部分连接采用分组的形式。BRAS终结用户连接请求、汇聚用户的流量，并与认证系统、计费系统相配合实现用户接入的统一认证、计费和管理功能。该项目的组网架构仍是典型的分层组网方式，包含完整的接入层、汇聚层和核心层，网络覆盖方式采用的是室外型AP覆盖方式。AP设备放置于专门定制的公话亭内，通过光纤直连接入交换机（9303，5328），然后接入汇聚交换机9312和华三AC，最后上联至核心层BRAS设备。其中，AC和汇聚交换机S9312均是采用1+1备份，避免设备故障引起大范围业务中断。
计费认证方面，由于考虑到工信部颁发的文件要求，用户上网数据必须能溯源，能定位到使用的个体上，采用以下方式进行认证计费操作：任意运营商的用户，在该行政区WLAN覆盖区域内连接上指定SSID，会弹出一个定制的认证页面要求输入手机号后，会在手机上获得一条包含动态密码的短信，用户输入动态密码后即可实现对互联网的访问，具体界面可以参见图2。
3.3工程中需注意的问题
在实际工程建设中，虽然承建的主体会有所不同，但有些问题是共通的：
1）对于无线城市建设而言，最好的建设方式还是政府与运营商合建，这样不仅业务宣传更为方便，后续维护也更有保障。而在国内的三大运营商中，中国电信的优势更为明显。因为中国电信建有随处可见的公话亭，将AP设备放置于已有的公话亭中进行信号覆盖，这样不光建设成本可控，对市政设施和市民日常生活的影响也最小。
2）对于现在主流的室外型AP设备而言，采用的都是802.11N技术，最大物理速率高达300 Mbit/s。为了避免有线宽带产生瓶颈，建议采用光纤直连汇聚交换机的方式，这样不仅网速更快更稳定，同时也给予了用户更好的使用体验。
3）政府作为无线城市的主体单位，不仅应做好工程建设时的市政协调工作，还应做好相关宣传工作，包括业务使用方法、广告投入等。
3.4无线城市应用
无线城市之所以作为推动城市信息化建设的重要举措，不光在于它为广大市民提供了便捷的随时上网服务，更在于它能提供多种多样的定制业务，这是传统3G/LTE技术所不具备的，也是无线城市采用WLAN技术的重要原因之一。下面就对无线城市中的几种热门应用进行介绍如下。
1） 用户定位。
广义上的用户定位是通过一定的技术手段确定用户的位置，现在的主流移动网络技术均可实现，而基于WLAN技术的用户定位则可以更近一步。因为普通的移动网络技术可以定位用户在哪个基站下，但一个基站的覆盖范围很广，用户定位不够精确。而WLAN技术则可以将用户定位在单个AP下，这样的定位更为精确。而对于无线城市而言，正需要这样精确的用户定位技术。通过提取每个AP的用户数、流量等信息，可以确定哪些地方是用户聚集的热门地区。对于政府而言，这些地方潜在的商业价值就大为增加，在以后城区规划发展时，这些数据就可以作为重要参考。扩展开来，对于一个商场的经营者来说，哪些地方用户黏性较高，卖场规划就可以做相应调整，以产生更大的商业价值。
2） 定制页面推送。
对于主流移动网络技术而言，要实现定制页面推送，有一定技术难度。而对于采用WLAN技术的无线城市而言，则易于实现。政府可以根据自身需要，定制一个包含商业价值或者民生政策等的推送页面，在用户进行认证或者使用过程中进行推送。这样不仅满足自身的各种需求，也可以在有重大突发事件时，给在线用户及时推送消息提醒。
3） 智慧商圈。
无线城市的价值不光在于为用户提供便捷的网络服务，如何更好地让城市智能起来，让广大市民切身体会到城市信息化带来的好处也非常重要。而开发“智慧商圈”应用，可以建成由WLAN、智能触屏终端、PAD电脑和智能手机应用构成的智慧商圈信息服务平台，在有限的区域内提高附加值，增强顾客黏性，增长人气。以该市正在开发的“智慧商圈”来说，它为消费者提供了公共交通查询、手机充值、酒店打折、智能停车、影院大片、休闲娱乐和网上购物等服务。用户仅仅通过这一个应用，就可以全方位地了解日常所须的吃、穿、住、行等各个方面的最新消息。
4总结
本文主要对基于WLAN的无线城市网络规划及组网方式进行了研究，并以某市的无线城市工程实例为蓝本，深入分析了它的组网架构、合作方式、功能实现方式和相关应用等情况，为以后类似合作的开展提供了一定的参考价值。
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