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如何解决VoWLAN在质量和可靠性方面的挑战

2015-04-21   来源:互联网   点击:
本文讨论了现有VoWLAN技术的性能和可靠性方面遭遇的挑战,并提出一个创新性的WLAN Edge架构来克服这些挑战。为了节约成本,VoIP技术已经日益被各企业所接受,为了进一步解决成本,接下来需要考虑的就是如何在WL
本文讨论了现有VoWLAN技术的性能和可靠性方面遭遇的挑战,并提出一个创新性的WLAN Edge架构来克服这些挑战。

为了节约成本,VoIP技术已经日益被各企业所接受,为了进一步解决成本,接下来需要考虑的就是如何在WLAN上部署VoIP(VoWLAN),为用户提供移动性和方便性。

不过,正如系统设计工程师和网络管理员所了解的那样,随着汇聚无线语音/数据/视频网络上用户的增加和发送的数据量的激增,会导致一系列问题,这些问题限制了VoWLAN的广泛普及。

本文中,我们将讨论现有基于单元的VoWLAN技术相应的性能和可靠性方面的挑战。在提出这些问题后,我们将推出一个称作为信道覆盖技术的创新型WLAN Edge架构。该技术在克服这些挑战的同时,可以使用户体验到VoWLAN的成本和生产率方面的优势。

传统的VoWLAN性能方面的挑战

传统无线网络相关的绝大多数问题都产生于其基于单元的架构,在这种架构中,每个用户连接到一个接入点(AP),而每一个接入点服务于一个单元。

特别是在VoWLAN应用中,该结构将导致“性能缩水”(performance thieves)的重复产生,这将严重地影响整个系统的业务性能和可靠性。所产生的问题包括:

同频干扰。当两个接入点工作在同一个信道上并同时发射时,将会产生这种信号传输问题。这与有线网络中的交叉干扰类似,将减慢网络的速度,因为每个接入点在试图重发之前必须等待。

过大的延迟和抖动。在数据传输应用中,像互联网接入,文件传输和电子邮件等,其对延迟性能的需求远不及对吞吐率的需求,有一些延迟通常也是可以接受的。但是,语音传输却希望是实时的,即便是几十毫秒的延迟也是无法接受的。

对抖动的灵敏度也是如此。抖动指的是延迟的随机变化,在语音应用中,这将会产生语音的不延续,莫名其妙的停顿,或无法理解的断续语音-所有这些在语音通话中都是无法接受的。在基于单元的WLAN中,漫游开销,安全机制,重发,以及数据/语音汇聚都会增加延迟和抖动。

边缘用户和混合模式问题。在基于单元的方案中的一个边缘用户指的是距离接入点过远以至于无法以最高数据率连接的用户。连接时速度很慢,使得其他用户也被迫使用低速率,由于需要足够的时间总量来保证边缘用户来发送其数据包。

混合模式用户-通过各种无线设备(IEEE 802.11a/b/g)访问系统的那些用户-能够产生类似的延迟,因为他们的设备连接速度不一。例如,对于一个单独的802.11b用户,其速度是慢速,这将迫使其他用户也要用慢速访问。

图1:典型的基于接入点的VoWLAN设计架构。
图1:典型的基于接入点的VoWLAN设计架构。

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接入点之间的漫游延迟。随着用户从一个单元移入另一个单元,传统的单元规划无法简单地以最大数据率提供覆盖,因为可用的信道数量有限。在单元间的有限交叠在接入点的切换点或者附近会产生“黑洞”-这将导致掉线和覆盖差或无法覆盖的区域。这是因为一个切换需要很多步骤,包括接入点恢复,这通常需要150~400毫秒,因而产生上述的延迟、抖动和较差的语音质量。

容量小,呼叫能力差。企业网中需要足够的容量不能算夸张。容量决定着所支持的并发呼叫和传输数量。在传统的基于单元的架构中,如何维持足够的容量一直是一个问题,特别是在高峰呼叫期间。实际上,现行的推荐标准中建议每个802.11b网络中需要支持的最少并发呼叫数为5到7个。

功耗需求。手机必须轻巧,便于携带,这就限制了所用电池的尺寸、功率容量和使用时间。的确,为了延长电池的使用时间,并实现最大的数据率,手机应该尽可能靠近控制接入点。不过,这一要求外加电池功率的快速消耗,将与所谓的无限移动性目标相违背。

网络安全。无线网络系统中的安全问题一直都是一个主要的关注点,这当然有很好的理由。目前业界已经发现,原来用于802.11无线网络的安全协议-即有线对等私密(WEP)协议,还存在一些缺陷。

IEEE 802.11i标准为WLAN引入了小的安全标准。过渡的Wi-Fi保护接入(WPA)包括临时密钥,消息完整性检查和强大的鉴权功能,从而解决了WEP的某些安全问题。但是,由于这些额外的安全措施,WPA在每个接入点切换地方引入了额外的延迟,这是语音业务更加混乱。

表1:传统VoWLAN技术与信道覆盖技术的比较。
表1:传统VoWLAN技术与信道覆盖技术的比较。

如何实现信道覆盖来克服VoWLAN的挑战

信道覆盖基础设施和拓扑架构从根本上不同于现有的基于单元的技术,该技术要求全面的射频单元规划来避免同频干扰。信道覆盖技术的第二层“边缘架构”允许每个接入点的每个地方都可以使用每一个无线信道。因而实现了连续的无线覆盖,没有漫游延迟和同频干扰问题。

信道覆盖技术已经完成了全面的测试,在部署时只要得当,就与IEEE 802.11a/b/g协议和标准完全兼容。目前该技术只有少数无线技术提供商提供,随着其工作原理和性能优势在业界更加得到认识,将会更加普及。该技术是专门为了克服VoWLAN的性能缺陷并提供高性能,可升级的移动通信基础设施而设计的,目的是能够均等地传输语音和数据。

对于无线网络来说,一个主要的衡量指标之一是网络能够提供的总带宽-或连接速率。各地点的信号强度越大,意味着连接越可靠,能够潜在地支持更多的用户,提供更快的数据流传输率,或者说是两者都有改善。

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通过这一创新设计,信道覆盖技术能够在网络中始终提供较强的信号,没有同频干扰和延迟问题。下面列举了该技术与传统基于单元的WLAN架构的区别:

在传统的WLAN中,每个接入点构成一个单元,且为每个接入点分配一个信道。为了减小单元间的干扰,必须根据安装部署前测得的详尽的射频站点电测方案,为业务区中的所有接入点分配信道。这种接入点部署方案需要大量的射频经验和周密规划,这通常是WLAN安装过程中成本最高的一个方面。这种刚性的架构还迫使语音和数据用户竞用相同的无线资源,因此即便是基于单元的网络安装好并运行后,信号传输问题依然会持续存在。随着运营商机构的增加或变化,在确定新的接入点部署方案时还需额外的射频规划成本。

信道覆盖技术则完全省去了上述所需的时间、工作量和成本。信道覆盖架构起始于省去单独的单元-这是传统WLAN中的基础。在该新技术中,每一个接入点共享同一MAC地址,并工作在相同的信道上,由无线交换来控制所有的路由决策。这样,所有的接入点合起来实现了没有空域的覆盖。在信道覆盖WLAN技术中所用的“thin AP”是一个简单的射频/天线网关-即用户和交换机之间的通道,这意味着用户只与交换机发生关联,而与接入点无关。

由于交换完全受控,决策基于逐个数据包,故接入点间没有竞用。其结果,没有同频干扰,也不会在某个特定的接入点出现客户集聚,从而引起容量紧张的现象。重要性均等,实现了高吞吐率,即便是单元流很高时也是如此,而且与IEEE 802.11a/b/g协议和安全标准全部兼容。

该信道覆盖技术的Edge架构还省去了随着网络增长和变化所引起的复杂的和成本高昂的射频单元规划。实际上,采用该技术,可以根据所需的数据率,增加任意多的接入点。

信道覆盖:超简单

如上所述,如果要求系统提供足够的业务质量,并满足企业和个人用户所期望向从电话系统中所获取的方便性和移动性体验,VoWLAN的部署还有一些必须满足的特殊需求。时常发生的延迟和抖动是无法接受的。必须确保完全的覆盖和无缝的移动性,没有业务的中断。处理语音,数据和多媒体流传输时,容量(带宽)必须足够,即便是在峰值载荷条件下也应如此。安全性也必须经得住考验。

该技术为VoWLAN应用提供了理想的解决方案,因为它省去了接入点之间的连接,以及昂贵的射频经验和单元规划。事实上,该系统还提供了网络工程师和系统集成商少有遇到的超简单性,因为系统的工作仅仅依赖于三个核心部件:

无线LAN交换机-这是一个2层设备,控制所有的单元交换和用户接入,可以用以太网供电,无需中跨(midspan)或端接(endspan)设备。无论对什么类型的用户,也不管用户的数量有多少,或者传输的数据包容量有多大,高质量、多端口的无线交换机都是系统性能和可靠性的关键所在。为了升级,多台交换机应该按主从配置菊链在一起。

“Thin”接入点对即插即用功能来说是关键。由于所有的软件和处理智能都位于控制接入点的交换机里,故thin接入点无需配置或编程IP或MAC地址。这些简单的(尽管仍很复杂)的接入点设备也可以用WLAN交换机提供的标准以太网供电(802.3af PoE)来提供能量。可以在任何时候增加额外的接入点来将WLAN扩展到任意的规模。

控制和安全软件为无线交换机提供操作管理或“大脑”。软件部分控制所有客户端方面的事物,并提供整套的能预防攻击的基于标准的安全选择。为了确保软件能够支持WPA2,最新的安全协议基于IEEE 802.11i标准,用于鉴权和加密。WPA2设计的目的是保护所有的接入点并消除某个接入点安全出现问题的风险。此外,多路无线接入点提供了配置专用的安全覆盖来防止欺骗式接入点探测的能力。

在寻求一个无线解决方案时的另一个所期望的功能是频谱复用技术。该功能被植入无线交换机中,由于允许多个接入点同时使用相同的信道,从而能将带宽扩展很多。该技术使得智能交换机能够利用所有用户和所有接入点的时间差,实时地确定是否有机会复用某个信道。如果可以复用,信道覆盖宽度会被动态细分,以提供多路同时链接,从而能够增加网络的容量,且不会引起同频干扰。

快速获取收益

对于许多运营商来说,信道覆盖WLAN技术使他们对无瑕疵的VoWLAN性能和无缝漫游的憧憬成为现实。与传统的WLAN相比,基于信道覆盖技术的WLAN的实现和部署要相对地快速和容易,从而加速了赢利的时间。此外,这种架构模型的WLAN可以完美地升级,以应对业务的增长,而且丝毫不影响许多企业已经安装的现有有线局域网网络。

简而言之,信道覆盖WLAN架构代表着无线技术的一个很好的突破。它是一个真正的“盒式系统”,能够提供运营商整个覆盖范围内无处不在的、可靠的和安全的漫游技术和无线数据传输,用户的数量不加限制,无线设备和应用的总成本也都是网络业界前所未有的。

作者:Brad Meeks

   产品线经理

    Belden公司

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