论文部分内容阅读
摘 要：本文在对比WLAN两种工作模式的基础上，基于广电网络的现有状况，提出了2种可实现的家庭无线网关技术方案，并分析了可能的组网模式，这两模式将是南京广电网络未来的主要技术方向。
关键词：家庭无线网关；WLAN；胖瘦模式；CMTS；FTTx
1 概述
目前用于WLAN的无线接入点（AP，Access Point）主要有两种模式，即胖模式AP和瘦模式AP，而未来运营商家庭无线网关将通过WLAN来实现手机、电视、pad及其他智能家庭终端的互联互通，选择不同的WLAN模式意味着不同的技术方案。作为广电网络运营商，必须基于现有的网络架构，构建一个可管理、可控制、易维护的方案。
2 WLAN胖瘦模式
2.1 胖AP工作模式
胖AP又称为自治型设备，AP设备作为单独的个体独立工作，通过无线方式与用户进行数据接收与发送。在设备运行前需对每一个AP设备进行单独配置。AP可单独组网，也可与BRAS等接入控制设备一起组网，BRAS等接入控制设备对AP下的用户进行接入认证，对带宽及用户安全等方面进行管理。BRAS设备不限制AP接入数量，只与网络下接入用户数量有关。
目前胖AP模式在国内应用比较广泛，它技术成熟，并且兼容性强，可实现不同厂家设备之间兼容，前期投资成本低。目前主要应用包括普通个人用户、中小企业、电信运营商部署的家庭无线网关设备等。
2.2 瘦AP工作模式
瘦AP模式，即以WLAN无线交换机为核心+简单接入点（瘦AP）的集中式管理架构。在这种无线网架构下，无线交换机集中实现了射频监控、数据流量管理、安全认证、QoS、接入控制、负载均衡以及AP的控制管理等功能，AP只实现802.11的空口功能，完成无线电波的收发任务。采用瘦AP架构，实质就是降低了AP的复杂性，将网络智能向上层控制设备转移，从而有效地解决上述传统WLAN基础架构模式下暴露出来的问题。
瘦AP称为集中控制型设备，需要由AC来统一进行配置管理。AP本身不带有任何软件及配置，通过广播、DHCP或DNS方式来获得位于网络骨干上的AC的IP地址信息，之后采用CAPWAP协议与AC取得通信，AC将AP运行所需的相关配置数据发送给AP，AP收到这些信息后，随即进行系统启动并根据AC提供的配置进行自身参数的配置。
目前瘦主要应用在办公楼、酒店等商业热点以及校园网、大型场馆乃至无线城市等。
3 家庭无线网关WLAN工作模式
3.1 家庭无线网关需求分析
随着业务的发展，江苏有线南京分公司今年将推出云媒体2.0业务，实现三屏融合。云媒体不仅能够在电视屏上完美实现，也能够在PC、和手机等无线移动设备上得到良好体验。这就要求提供一个无线家庭网关方便各种设备的接入和协调。
目前家庭网关的项目建设需求主要包括以下几个方面：
⑴网络结构方面。家庭无线网关作为家庭网络物理线路上的核心结点，对外连接运营商有线、无线等宽带网络，对内连接各种智能电子终端和家用电器，并作为家庭网络的控制中心，负责指挥协调各种终端设备，提供各类家庭业务。
⑵业务方面。多业务承载，完美支持三网融合，支持多种增值业务，如通信类（包括IMS即时通信）、娱乐类、控制类等。
⑶管理和认证方面。支持TR069等协议，通过远程终端管理平台，为运营商提供自动开通、业务下发、远程升级、远程诊断等运维管理功能。支持灵活QoS策略，安全高效承载各类业务
⑷其他方面。支持DLNA在网络互连，网络协议，媒体传输，设备的发现控制和管理，媒体格式等方面的各类技术和协议。
3.2 模式选择
通过对胖模式和瘦模式的比较可以看出，胖瘦模式各有利弊，需要根据家庭无线网关的实际需求做出选择。
在组网结构方面，瘦模式AP的优势重点体现在覆盖组网上，由于AC可以对信道、功率、抗干扰、负载均衡方面进行统一管理和优化，提高了网络动态覆盖特性，并支持漫游切换等功能，更适合应用在大型、连续、协调的无线网络中。但是，对于我们的家庭无线网关项目，应用场景突出“家庭”，并不要求类似移动通信式的全覆盖特性，在家庭的简单网络环境中，一般也不存在复杂的抗干扰、无线质量优化需求。至于未来远景规划的城市无线网络覆盖，对于用户来说，也很难接受将家中的无线网关提供给我们作为一个公共热点来使用，瘦模式AP的诸多功能显得无用武之地。
在网络部署方面，胖模式仅包括终端和网管，部署简单；而瘦模式除部署终端盒网管外，需要在汇聚层增加AC设备，并权衡集中转发和本地转发等网络模型，对现有网络变动较大。此外，由于目前AC+瘦AP还没有任何国际标准， AP至AC隧道通信统一标准尚在制定中，各厂家的设备互不兼容，也增加了选型和部署的难度。
在业务功能方面，胖瘦模式的AP都具有较好的业务承载能力，根据前期调研和测试情况，目前电信运营商所使用的家庭网关多为胖模式AP，已经能很好的支持各类家庭业务，如宽带、多媒体通信、IPTV、和物联网等功能。而专门针对家庭业务的瘦模式AP产品较少，如多媒体通信等业务需要根据需求进行二次开发。
在安全方面，瘦模式具有较大优势，具有统一的安全防护体系，而胖模式使用存在于自身的独立的安全策略。因为考虑到相比公共热点的环境，家庭环境相对安全性要求较低，胖模式的安全性也基本符合要求。
在网络管理方面，通过TR069协议，胖瘦模式网管均能较好的管理终端，由于瘦模式将管理节点上移后，运维数据采集针对AC而非AP，解决了网管系统受限于AP处理能力和性能的问题，可以在大规模组网中实现更加复杂的网管功能。
对于DLNA的支持，因为胖模式AP支持路由模式，可以更方便的在家庭中构建一个由个人电脑、家用电器和移动设备组成的有线与无线互操作网络，为共享和创建内容服务提供一个无缝的网络环境。而瘦模式AP仅支持桥接模式，实现DLNA功能难度较大。
3.3 建议方案
综上所述，在考虑到家庭无线网关的实际需求并结合网络现状，同时充分借鉴电信运营商的成功经验的基础上，建议采用胖模式构建家庭无线网关系统，系统包括网管平台和终端。
网管的基本要求包括：
⑴应支持远程管理和维护操作：参数配置、软件升级、故障诊断、家庭网关统计信息及状态查询等；
⑵支持TR069和其他可能的扩展参数要求；
⑶应保证远程管理过程中的响应速度；
⑷支持EMS通过OAM方式对家庭无线设备进行远程管理。
终端入户方面，目前江苏有线南京分公司的接入网方式主要有两种，分别是CMTS的三层接入方式和FTTx的二层接入方式。
⑴CMTS的三层接入方式（即互动I型机顶盒用户），利用互动机顶盒后预留网口级联家庭无线网关，向下采用五类线或无线接入CPE，如下图1所示：
对于这类用户，家庭无线网关上联口接机顶盒，LAN和WLAN采用路由模式，在认证方面建议不做改动，仍由BCC和DHCP Server协作完成，由BCC系统负责CM的认证并确定CPE的用户权限，而无线设备等可以通过用户自定义的密码接入无线家庭网关。
对于这类用户，接STB的LAN口采用桥接模式，STB终端携带option 60信息，根据option 60信息STB分配相应的地址段，在ACL中为STB获取的地址段放开内网访问权限。接其他终端的LAN口或WLAN口采用路由模式，外网访问认证方面初期通过MAC绑定，通过ENUS系统配合完成认证过程。待未来BRAS设备上线后，采用DHCP+Web方式，在BRAS配置域并且实现Web页面的推送能够实现用户的控制，建立一套认证系统来控制BRAS设备，通过区分认证前后不同的地址域实现访问控制，实现对用户的访问控制。
关键词：家庭无线网关；WLAN；胖瘦模式；CMTS；FTTx
1 概述
目前用于WLAN的无线接入点（AP，Access Point）主要有两种模式，即胖模式AP和瘦模式AP，而未来运营商家庭无线网关将通过WLAN来实现手机、电视、pad及其他智能家庭终端的互联互通，选择不同的WLAN模式意味着不同的技术方案。作为广电网络运营商，必须基于现有的网络架构，构建一个可管理、可控制、易维护的方案。
2 WLAN胖瘦模式
2.1 胖AP工作模式
胖AP又称为自治型设备，AP设备作为单独的个体独立工作，通过无线方式与用户进行数据接收与发送。在设备运行前需对每一个AP设备进行单独配置。AP可单独组网，也可与BRAS等接入控制设备一起组网，BRAS等接入控制设备对AP下的用户进行接入认证，对带宽及用户安全等方面进行管理。BRAS设备不限制AP接入数量，只与网络下接入用户数量有关。
目前胖AP模式在国内应用比较广泛，它技术成熟，并且兼容性强，可实现不同厂家设备之间兼容，前期投资成本低。目前主要应用包括普通个人用户、中小企业、电信运营商部署的家庭无线网关设备等。
2.2 瘦AP工作模式
瘦AP模式，即以WLAN无线交换机为核心+简单接入点（瘦AP）的集中式管理架构。在这种无线网架构下，无线交换机集中实现了射频监控、数据流量管理、安全认证、QoS、接入控制、负载均衡以及AP的控制管理等功能，AP只实现802.11的空口功能，完成无线电波的收发任务。采用瘦AP架构，实质就是降低了AP的复杂性，将网络智能向上层控制设备转移，从而有效地解决上述传统WLAN基础架构模式下暴露出来的问题。
瘦AP称为集中控制型设备，需要由AC来统一进行配置管理。AP本身不带有任何软件及配置，通过广播、DHCP或DNS方式来获得位于网络骨干上的AC的IP地址信息，之后采用CAPWAP协议与AC取得通信，AC将AP运行所需的相关配置数据发送给AP，AP收到这些信息后，随即进行系统启动并根据AC提供的配置进行自身参数的配置。
目前瘦主要应用在办公楼、酒店等商业热点以及校园网、大型场馆乃至无线城市等。
3 家庭无线网关WLAN工作模式
3.1 家庭无线网关需求分析
随着业务的发展，江苏有线南京分公司今年将推出云媒体2.0业务，实现三屏融合。云媒体不仅能够在电视屏上完美实现，也能够在PC、和手机等无线移动设备上得到良好体验。这就要求提供一个无线家庭网关方便各种设备的接入和协调。
目前家庭网关的项目建设需求主要包括以下几个方面：
⑴网络结构方面。家庭无线网关作为家庭网络物理线路上的核心结点，对外连接运营商有线、无线等宽带网络，对内连接各种智能电子终端和家用电器，并作为家庭网络的控制中心，负责指挥协调各种终端设备，提供各类家庭业务。
⑵业务方面。多业务承载，完美支持三网融合，支持多种增值业务，如通信类（包括IMS即时通信）、娱乐类、控制类等。
⑶管理和认证方面。支持TR069等协议，通过远程终端管理平台，为运营商提供自动开通、业务下发、远程升级、远程诊断等运维管理功能。支持灵活QoS策略，安全高效承载各类业务
⑷其他方面。支持DLNA在网络互连，网络协议，媒体传输，设备的发现控制和管理，媒体格式等方面的各类技术和协议。
3.2 模式选择
通过对胖模式和瘦模式的比较可以看出，胖瘦模式各有利弊，需要根据家庭无线网关的实际需求做出选择。
在组网结构方面，瘦模式AP的优势重点体现在覆盖组网上，由于AC可以对信道、功率、抗干扰、负载均衡方面进行统一管理和优化，提高了网络动态覆盖特性，并支持漫游切换等功能，更适合应用在大型、连续、协调的无线网络中。但是，对于我们的家庭无线网关项目，应用场景突出“家庭”，并不要求类似移动通信式的全覆盖特性，在家庭的简单网络环境中，一般也不存在复杂的抗干扰、无线质量优化需求。至于未来远景规划的城市无线网络覆盖，对于用户来说，也很难接受将家中的无线网关提供给我们作为一个公共热点来使用，瘦模式AP的诸多功能显得无用武之地。
在网络部署方面，胖模式仅包括终端和网管，部署简单；而瘦模式除部署终端盒网管外，需要在汇聚层增加AC设备，并权衡集中转发和本地转发等网络模型，对现有网络变动较大。此外，由于目前AC+瘦AP还没有任何国际标准， AP至AC隧道通信统一标准尚在制定中，各厂家的设备互不兼容，也增加了选型和部署的难度。
在业务功能方面，胖瘦模式的AP都具有较好的业务承载能力，根据前期调研和测试情况，目前电信运营商所使用的家庭网关多为胖模式AP，已经能很好的支持各类家庭业务，如宽带、多媒体通信、IPTV、和物联网等功能。而专门针对家庭业务的瘦模式AP产品较少，如多媒体通信等业务需要根据需求进行二次开发。
在安全方面，瘦模式具有较大优势，具有统一的安全防护体系，而胖模式使用存在于自身的独立的安全策略。因为考虑到相比公共热点的环境，家庭环境相对安全性要求较低，胖模式的安全性也基本符合要求。
在网络管理方面，通过TR069协议，胖瘦模式网管均能较好的管理终端，由于瘦模式将管理节点上移后，运维数据采集针对AC而非AP，解决了网管系统受限于AP处理能力和性能的问题，可以在大规模组网中实现更加复杂的网管功能。
对于DLNA的支持，因为胖模式AP支持路由模式，可以更方便的在家庭中构建一个由个人电脑、家用电器和移动设备组成的有线与无线互操作网络，为共享和创建内容服务提供一个无缝的网络环境。而瘦模式AP仅支持桥接模式，实现DLNA功能难度较大。
3.3 建议方案
综上所述，在考虑到家庭无线网关的实际需求并结合网络现状，同时充分借鉴电信运营商的成功经验的基础上，建议采用胖模式构建家庭无线网关系统，系统包括网管平台和终端。
网管的基本要求包括：
⑴应支持远程管理和维护操作：参数配置、软件升级、故障诊断、家庭网关统计信息及状态查询等；
⑵支持TR069和其他可能的扩展参数要求；
⑶应保证远程管理过程中的响应速度；
⑷支持EMS通过OAM方式对家庭无线设备进行远程管理。
终端入户方面，目前江苏有线南京分公司的接入网方式主要有两种，分别是CMTS的三层接入方式和FTTx的二层接入方式。
⑴CMTS的三层接入方式（即互动I型机顶盒用户），利用互动机顶盒后预留网口级联家庭无线网关，向下采用五类线或无线接入CPE，如下图1所示：
对于这类用户，家庭无线网关上联口接机顶盒，LAN和WLAN采用路由模式，在认证方面建议不做改动，仍由BCC和DHCP Server协作完成，由BCC系统负责CM的认证并确定CPE的用户权限，而无线设备等可以通过用户自定义的密码接入无线家庭网关。
对于这类用户，接STB的LAN口采用桥接模式，STB终端携带option 60信息，根据option 60信息STB分配相应的地址段，在ACL中为STB获取的地址段放开内网访问权限。接其他终端的LAN口或WLAN口采用路由模式，外网访问认证方面初期通过MAC绑定，通过ENUS系统配合完成认证过程。待未来BRAS设备上线后，采用DHCP+Web方式，在BRAS配置域并且实现Web页面的推送能够实现用户的控制，建立一套认证系统来控制BRAS设备，通过区分认证前后不同的地址域实现访问控制，实现对用户的访问控制。