车载Wi-Fi组网方案探讨

2015-12-19李雪馨

移动通信 2015年14期

关键词：核心网示意图车载

李雪馨

（中国电信股份有限公司广州研究院，广东广州 510630）

车载Wi-Fi组网方案探讨

李雪馨

（中国电信股份有限公司广州研究院，广东广州 510630）

针对公交车的无线上网需求，结合现有Wi-Fi和LTE网络组网，对车载Wi-Fi的组网拓扑、网络配置等关键问题进行研究，给出了业务发展初期有利于快速部署的组网方案。同时，还对业务发展后期的优化方案提出了建议。

LTE-Fi Wi-Fi 车载组网方案

1 引言

在LTE网络发展初期，4G终端的匮乏和高昂的价格将会给LTE业务的普及带来难度。但是，Wi-Fi模块却已成为智能终端的标准配置。另一方面，公交车是市民出行的主要交通工具，乘车期间用户对各类网络信息服务的需求增大。LTE-Fi是4G和Wi-Fi的融合产品，取两者之长，利用LTE网络实现数据业务的移动回传，Wi-Fi模块使用户轻易地接入网络，能快速为用户提供体现4G网络的机会。

2 LTE-Fi介绍

LTE-Fi产品主要用于公众热点的多用户接入，其典型逻辑结构如图1所示。LTE通信模块实现与LTE网络通信及业务功能；Wi-Fi通信模块实现与Wi-Fi终端的通信及业务功能；机卡接口模块是指与用户标识模块（用户卡）通信的软硬件；外围器件接口模块是指与USB、充电器等外围器件交互的硬件接口及软件实现。上联网络是指连接LTE-Fi终端与核心网的无线接入网；下联网络是指连接LTE-Fi终端与Wi-Fi客户端的无线接口、硬件接口及软件实现。

图1 LTE-Fi终端逻辑结构图

3 Wi-Fi组网方案

Wi-Fi网络组网架构如图2所示，主要网元是瘦AP（Access Point，接入点）和AC（AP Controller，AP控制器）。AP通过接入网连接城域网的BRAS（Broadband Remote Access Server，宽带远程接入服务器）设备，AC设备以大容量为主，集中部署于城域网的骨干层，连接在CR（Core Router，核心路由器）/ BR（Broadband Router，汇聚路由器）设备上，统一管理城域网内各个热点的集中控制型AP。

图2 Wi-Fi网络组网架构示意图

各网元和系统的主要功能如下：

（1）AP：Wi-Fi网络接入点，用户终端通过AP设备接入Internet。

（2）AC：主要完成对AP设备的管理和配置，为AP分配IP地址。

（3）BRAS：在Wi-Fi网络中的功能主要是与Portal、AAA（Authentication、Authorization、Accounting，认证、授权、计费）配合，完成认证界面的推送和用户认证。用户IP地址由AC旁挂的BRAS统一分配。

（4）Portal：与BRAS配合，完成认证界面的推送。

（5）AAA：接收来自BRAS的用户认证请求服务，对Wi-Fi用户进行认证，并将认证结果通知给BRAS。

（6）网管：不同厂家的AC均需接入网管，从而实现网管对所有瘦AP的管理、状态监控、故障诊断、配置下发等。

4 LTE网络结构

LTE网络组网架构如图3所示，主要包括eNodeB（Evolved Node B，演进型Node B）、S-GW（Serving Gateway，服务网关）、P-GW（Packet Date Network Gateway，分组数据网络网关）、MME（Mobility Management Entity，移动管理实体）、HSS（Home Subscriber Server，归属用户服务器）等网元。

由于LTE核心网集中建设于各省的省会城市，因此省会城市的eNodeB可直接通过IPRAN（IP Radio Access Network，IP化的移动回传网）方式接入LTE核心网，非省会城市则需要通过CN2骨干网再接入LTE核心网。

LT E核心网的P-G W网元同时接入C N 2和ChinaNet，继而连接Internet。

5 车载Wi-Fi组网方案

5.1 业务开展初期组网方案

图3 LTE网络组网架构示意图

LTE-Fi是4G和Wi-Fi的融合产品，为了遵循快速开通、对现网设备改造尽量少的原则，业务发展初期组网架构如图4所示，不改变现有Wi-Fi网络和LTE网络的组网结构，但需要打通LTE-Fi的Wi-Fi模块与AC的连接。

该组网方案的网络拓扑如图5和图6所示。

网络部署配置如下：

（1）P-GW通过增加板卡的方式完成NAT（Network Address Translation，网络地址转换）转换，或者直接增加NAT转换设备，实现P-GW与AC之间的连接。

（2）LTE-Fi的LTE模块由P-GW分配私网IP地址。

（3）LTE-Fi的Wi-Fi模块与AC之间建立CAPWAP（Control And Provisioning of Wireless Access Points Protocol Specification，无线接入点的控制和配置协议）隧道，并由AC分配私网IP地址。

（4）AC旁挂的BRAS为用户分配公网IP地址，数据流量选择集中转发方式。

（5）如有需要，可设置不同的SSID，Portal服务器将根据不同的SSID推送不同的Portal认证页面。

5.2 后期组网方案建议

由上可见，初期组网方案网络拓扑穿越IPRAN、CN2、ChinaNet、IP城域网等多个网络。由于经过的网元很多，因某个网元拥塞导致用户体验下降和发生网络故障的风险增大。因此，后续随着用户量和业务流量的增加，为保证用户体验，建议在省会城市部署车载LTE-Fi专用的AC和BRAS，并通过私网方式接入4G核心网，缩短路由拓扑。具体如图7和图8所示。

图4 LTE-Fi网络组网架构示意图

图5 省会城市LTE-Fi网络拓扑示意图

图6 非省会城市LTE-Fi网络拓扑示意图

图7 业务发展后期LTE-Fi网络组网架构示意图

图8 业务发展后期LTE-Fi网络拓扑示意图

6 组网性能和QoS分析

由于目前车载Wi-Fi业务尚未上线，因此尝试从理论上对车载LTE-Fi的组网性能和QoS（Quality of Service，服务质量）进行分析。

对于用户侧，支持802.11n模式的LTE-Fi设备，根据设备入网要求，平均每用户单向吞吐量不低于200kbps前提下，设备应支持至少48个用户同时工作，应支持128个用户同时附着，并发用户数能满足公交车的用户上网需求；对于目前商用的LTE网络，使用Speedtest工具测试，多用户并发情况下，单用户下行速率均高于10Mbps。如果每辆公交车并发用户数维持在20个左右，用户的平均速率将达到500kbps，已经达到很好的运营级Wi-Fi网络用户体验水平。

依照3GPP标准规范，LTE网络通过在现有分组网络中引入控制层网元PCRF（Policy Control and Charging Rules Function，策略控制和计费规则功能），根据用户服务等级、时间、地点、业务类型等参数动态配置差异化的QoS服务，实现差异化的服务能力、资源调度能力、网络流量优化能力。具体业务控制流程如图9所示，前端部门制定的或者用户订购的业务控制策略通过IT支撑系统传递至PCRF，PCRF根据获取的QoS信息生成网络管控策略，并下发给LTE网络侧网元，RNC（Radio Network Controller，无线网络控制器）、S-GW、P-GW等网元执行QoS规则，实现端到端的承载资源管理。

7 结束语

实现公交车内Wi-Fi覆盖是LTE-Fi的典型应用之一，在满足车内乘客上网需求的同时，不仅可以为公交车运营公司提供远程视频监控，还可以实时推送广告。由于LTE-Fi具备LTE和Wi-Fi的优点，在有线宽带无法到达或者有线宽带建设成本高的场景，如游轮、农村地区等，都可以利用LTE-Fi来满足用户的无线上网需求。

图9 QoS控制流程示意图

[1] 马向辰,薛强. LTE-Fi应用及规划组网方案研究[J]. 电信工程技术与标准化, 2013(10): 3-6.

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[10] 陈子翀. PCRF规则策略管理机制及优化方案[J]. 移动通信, 2015(5): 53-56.★

Discussion on Solution to Vehicular Wi-Fi Networking

LI Xue-xin
(Guangzhou Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China)

According to the demand on wireless network on bus, several key problems such as networking topology and network configuration of vehicular Wi-Fi were discussed in the light of existing Wi-Fi and LTE networking. Fast networking deployment scheme at early stage of business development was presented. In the meantime, optimization scheme at late stage of business development was recommended.

LTE-Fi Wi-Fi vehicular networking scheme