基于分享经济的智慧城市WLAN网络建设思路研究

杨 帆 李玉娟

(中通服资询设计研究院有限公司 四川 成都 610000)

0 引 言

2010年，中国物联网与智慧城市建设高峰论坛在北京召开，来自全世界的200余名相关人士出席了本次会议，拉开了中国智慧城市建设的序幕。近年来，国务院高度重视智慧城市的建设与发展，各地政府相继出台了智慧城市的建设计划。我国智慧城市在经历了十多年的发展和实践探索之后，取得了一定成效。但目前智慧城市的建设模式，往往强调政府信息化，企业和公众部分没有得到充分重视，造成“政府主导、企业投资和公众参与”的智慧城市发展、管理、运营模式尚未形成。另一方面，智慧城市在管理体制、标准化、投融资、评价考核等方面有待深入研究，智慧城市的“智慧性”尚未充分发挥效用[1]。尤其是以共享WIFI为代表的城市基础设施，在建设完成后，面临着运营困难的局面，造成了智慧城市建设投入的浪费。

未来，如何通过政府引导，撬动社会资金参与，带动产业发展，形成“万众创新”的城市发展产业格局，充分发挥“智慧城市”的“智慧性”，将作为我国智慧城市建设的重点发展方向。

1 相关工作

1.1 智慧城市

20世纪末，随着信息技术的快速发展，欧美一些城市提出了“智慧城市”的概念，其以物联感知网络为基础，聚焦城市治理与服务，强调市民对城市的全面感知，为城市提供以更加精细动态的管理方式和生产生活，从而达到城市运行的“智慧”状态[2]。

我国城市信息化在先后经历了数字城市、知识城市、虚拟城市、信息城市和智能城市等发展阶段后，正在向智慧城市迈进。然而，在智慧城市建设的热潮中，相关的理论研究还比较薄弱。作为一项复杂的系统工程，智慧城市是一个信息技术革新、发展理念更新、以及城市规划、建设和管理模式创新的过程，将面临一系列的难点。

1.2 分享经济

2008年金融危机爆发，互联网信息技术及其创新应用呈现井喷式发展，适应信息社会发展特点的分享经济由此产生。作为互联网时代的标志性产物，分享经济以“生产资料与生活资源的使用而非拥有”为产权基础，以互联网为手段实现对各种闲置资源的充分利用[3]，其涵义包括以下3方面：

(1) 作为新型经济形态，分享经济是信息革命发展到一定阶段后出现的，云计算、虚拟化、大数据、移动互联网等现代信息技术及创新应用的快速发展，为分享经济奠定了基础。

(2) 21世纪，资源将进一步决定社会发展。分享经济利用互联网将各类分散的闲置资源进行整合，通过对需求的准确发现实现供需双方的快速匹配，从而有效降低交易成本。

(3) 工业社会强调生产和收益最大化，崇尚资源与财富占有；信息社会则强调以人为本和可持续发展，崇尚最佳体验与物尽其用。分享经济适应信息社会发展的新理念，将“使用而不占有”和“不使用即浪费”作为其强调的两个核心理念，体现了新的消费观和发展观[4]。

分享经济的关键因素如图1所示。

图1 分享经济的关键因素

如图2所示，分享经济相比于传统经济模式，在技术、主体、客体、行为、效果和文化等方面具备新的特征。

图2 分享经济六大特征

2 基于分享经济的智慧城市WLAN网络建设思路

作为城市主要的基础设施，WLAN网络是智慧城市的重要建设内容，其影响着城市金融、交通、教育、政府和医疗等各方面。随着移动互联网技术的快速发展，社会公众对WLAN网络尤其是免费WLAN网络的接入需求也变得更加迫切。

在发达城市先行开展的智慧城市建设中，多采用由运营商建设部分WLAN网络的模式。但由于后期缺少良好的运营和管理方式，尤其是在公众已经习惯了免费WIFI服务的情况下，运营商自建的WLAN网络成本难以回收，造成了后续WLAN网络建设和维护的意愿较低。未来发展中，将有更多的中小型城市加入智慧城市的建设行列，但WLAN网络建设的问题将更加突显：一方面由于城市规模小造成运营商不愿意自建WLAN网络；另一方面，如果由政府牵头建设和运营WLAN网络，则政府部门将面临建设和运营成本过高的问题，也会对后期WLAN网络的运营和维护带来巨大影响。

基于分享经济的WLAN网络建设思路，在WLAN网络的运营与管理中采用提供广告位的激励机制，并且在必要时引入政府财政资金作为补贴，通过与拥有WLAN热点的商家或个人进行合作，将私人WLAN热点的一部分资源(包括互联网接入资源)划分出来作为统一管理的免费公共WLAN接入资源，从而有效降低智慧城市建设和运营WLAN接入设施的成本，具有实用和推广的价值。

2.1 网络的改造与实现

目前私人WLAN热点通常利用具有无线功能的路由器通过ADSL、光纤和FTTX+LAN等接入方式部署实现。同时，多数家用无线路由器能够支持多SSID功能，即可通过设置多个SSID来实现一台无线路由器部署多个WLAN热点，并为不同的热点配置各自的策略。基于分享经济的WLAN网络改造示意如图3所示。

图3 个人无线热点的升级划分

图3左图为升级前的无线接入示意图，WR1、WR2、WR3代表民用的无线路由器；图3右图为升级后的示意图。

网络改造由政府部门牵头，项目运营公司和有合作意愿的商家、组织或个人经过协商后，对后者拥有的无线路由器进行升级改造。升级后，每个路由器包含本地网关(GW)、作为私人WLAN接入的胖AP(WR)和作为公共WLAN接入的瘦AP(AP)。

其中，作为私人WLAN接入的胖AP部分供WLAN原拥有者管理和使用，并保证该部分的接入带宽优先得到保证，WLAN拥有者可像升级之前一样管理和使用该部分，该部分的SSID由热点拥有者自定义。

作为公共WLAN接入的瘦AP仅完成无线接入功能，其配置、管理及认证等功能均由远端的无线控制器完成，该部分的SSID统一设置为公共WLAN的SSID。必要时，可由项目运营公司适当补贴费用，增加WLAN拥有者的Internet接入带宽，新增带宽可用于私人WLAN和公共WLAN接入。

建设WLAN接入认证管理中心，实现对公共WLAN接入的瘦AP进行统一的配置、管理及认证。认证管理中心包括网关路由器、中心交换机、无线控制器(AC)以及服务器群。通过Internet与分布在各处的瘦AP热点建立通信，实现政府对公共WLAN热点的统一配置、管理及认证。管理内容包括无线电射频频段选择控制、客户端在AP间切换等。无线控制器(AC)与Portal服务器和Radius服务器进行交互，能够实现用户的在线注册、登录、接入认证等功能。

考虑到公共WLAN网络的主要终端设备为笔记本电脑、智能手机和PDA等便携式设备，且终端持有用户多具有一定的移动特征，因此在用户接入认证方式上，采用Portal认证模式。认证流程如图4所示。

图4 认证流程图

具体步骤如下：

步骤1未经过认证的用户连入AP访问网络时，在Web浏览器地址栏中输入任一互联网地址，此HTTP请求在经过AP时重定向到Portal服务器的认证主页上，用户的Web浏览器对认证界面进行显示，用户通过短信动态验证码进行认证。

步骤2用户在认证界面上输入手机号码，点击“获取验证码”，Portal服务器将用户手机号码发送至RADIUS服务器，RADIUS服务器将手机号码发送给SMS服务器获取短信动态验证码，与此同时，SMS服务器也会将短信动态验证码以短信方式发送到用户的手机上。

步骤3用户收到短信动态验证码后，在认证界面输入正确的短信验证码，点击“登录”，短信动态验证码将通过Portal服务器被发送至RADIUS服务器，完成最后的认证/计费交互。

步骤4若认证失败，Portal服务器向认证客户端推送认证失败页面；若认证成功，AP将打开用户与互联网的通路，Portal服务器会向认证客户端推送认证成功的页面。

步骤5认证过程完成，用户即可访问互联网。

2.2 总体网络架构

基于分享经济的WLAN网络总体架构图如图5所示。

图5 总体网络架构

图5中，AP_Pub为升级后的无线路由器被划分出来作为公共WLAN接入的瘦AP部分，用户数据通过ADSL、光纤或FTTX+LAN等方式接入Internet。AP_Pub由本地网关分配地址，通过域名解析获得AC地址，通过Internet与接入认证管理中心的AC建立通信。

无线控制器(AC)与Portal服务器及RADIUS服务器位于同一子网中。在客户端设备初次接入WLAN热点完成认证之前，用户所有的HTTP请求都将重定向到Portal服务器，而Portal服务器将提供基于Web认证的界面，与接入设备交互以完成后续的认证。

基于分享经济的WLAN网络建设思路使得政府不用花大力气在各公共场所部署公共无线接入设施，而是仅通过对个人无线路由器进行升级和专门配置，即可合理利用已有的私人WLAN接入设施来实现公共WLAN接入，可在不影响私人WLAN使用的情况下省去巨额的WLAN设施的部署成本。同时，在适当的情况下引入政府补贴，提供广告位激励的机制，能够为与之合作的私人和商家带来效益。

2.3 WLAN热点的部署

各处WLAN热点的部署按照具体场景的不同分为“单独AP模式”和“AC+瘦AP模式”两种结构，其部署结构情况对比如表1所示。

表1 WLAN热点的部署模式对比

“单独AP模式”和“AC+瘦AP模式”的WLAN热点的部署方式如图6所示。

图6 WLAN热点的部署示意图

3 激励措施与运维模式

通过在认证界面设置广告位，滚动展示各合作商的个性化广告来对提供WLAN热点的商家、组织或个人进行补偿与奖励。

其中，不同的合作商的广告展示时间将依据其提供的共享AP数量按照一定概率出现。值得注意的是，这种方式的广告推送范围覆盖了接入认证管理中心所管辖的所有AP设备，也即是覆盖了区域内所有的热点，即用户在该公共WLAN下的任意一个AP下接入，都有可能在认证界面看到任意合作商的广告。

通过升级WLAN接入设备将原有WLAN接入资源进行划分，能够满足私人WLAN接入的固有需求，同时又能提供公共WLAN接入的覆盖，使得区域接入互联网的方式更为丰富。另一方面，由于私人WLAN接入设施依旧布置在居民或商铺的家中，并由其拥有者日常维护，当地政府仅需要组建专门机构来为拥有共享式WLAN热点的居民提供技术支持和对接入认证管理中心设备进行日常维护，即可实现对WLAN网络的后期运营，有利于降低WLAN网络的运营和管理成本，符合“智慧城市”未来“智慧”运营的发展方向。

4 结 语

《国家新型城镇化规划(2014-2020年)》提出“大力推进智慧城市建设”，未来，我国将有更多的城市开启智慧城市建设。在国内目前发达城市率先开启的智慧城市建设中，由于缺少良好的运营模式，在智慧城市建设完成后，以共享WIFI为代表的城市基础设施不能充分发挥作用，这一问题在未来中小型城市智慧城市的建设中将进一步凸显。

如何在智慧城市建设完成后对城市进行“智慧”的运营和管理，通过政府少量资金撬动社会力量参与，带动产业发展，充分发挥智慧城市的“智慧性”将是未来发展的方向。

本文针对目前智慧城市基础设施共享WIFI现有建设模式存在的普遍问题，基于分享经济的理念，提出了一种WLAN网络建设思路：通过与拥有WLAN热点的商家或个人进行合作，在必要时引入政府财政资金作为补贴，能够有效降低智慧城市建设和运营WLAN接入设施的成本，具有实用和推广的价值。