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华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书摘要文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司ii摘要敏捷分布式Wi-Fi对传统AC+AP的架构进行了创新.
在原有的AC+AP的架构的基础上,引入了中心AP,将原来AC和AP的功能在AC+中心AP+RU上进行了重新分配.
本文将介绍什么是敏捷分布式Wi-Fi,以及敏捷分布式Wi-Fi是如何实现的.
华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书目录文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司iii目录摘要.
ii1产生背景.
12技术实现.
32.
1敏捷分布式Wi-Fi的业务部署.
42.
2敏捷分布式Wi-Fi的AP上线流程62.
3敏捷分布式Wi-Fi的业务的处理优化82.
4同频网漫游方案103客户价值.
124典型应用.
144.
1密集房间覆盖场景.
144.
2SMB场景.
154.
3无线医疗.
154.
4园区场景.
17A缩略语.
18华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书1产生背景文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司11产生背景随着各种智能终端以及PAD的普及,Wi-Fi进入爆发性的增长阶段.
据相关机构预测:到2019年,Wi-Fi数据流量预计将超过有线数据流量.
Wi-Fi爆发性的增长带来了海量用户的接入与漫游,同时各类应用场景对Wi-Fi也提出了各种功能和性能的需求.
在这些场景面前,现有AC+AP架构显得有些无法适应.
比如,在AC+AP架构中,用户关联请求/重关联请求报文都需要上送AC处理,当海量用户接入或者漫游时,这些报文上送AC处理对AC的冲击是巨大的,造成AC出现性能瓶颈;如果把这些报文都放在每个AP本地作处理,AP的负担也会越来越重.
再比如,在教育(宿舍)、酒店(房间)以及医疗(病房)等密集房间场景中,为了解决每个独立的房间的覆盖,通常采用将AP上天线拉远的方式把信号引入各个房间.
但这种方案存在拉远距离受限(距离拉得越远,信号衰减越大),同时多个房间共享一个AP,性能存在瓶颈等问题.
图1-1敏捷分布式Wi-Fi架构为了应对网络规模和应用不断升级带来的挑战,华为推出了敏捷分布式Wi-Fi,如上图所示,其包括AC、中心AP和RU三部分.
敏捷分布式Wi-Fi将传统的AP创新性地分解为中心AP和RU(RadioRemoteUnit)两个独立的设备,并将业务模型进行了在AC、中心AP和RU上做了重新分配和部署.
这种革新的架构卸载了传统AC和AP的负荷,提升了性能和规模组网能力;解决了教育(宿舍)、酒店(房间)以及医疗(病房)等密集房间场景中信号衰减导致的拉远距离受限和多个房间共享一个射频带来的华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书1产生背景文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司2性能瓶颈问题;同时,这种层次化和模块化的架构也为各种特性的创新和性能持续提升带来了各种的可能.
华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书2技术实现文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司32技术实现为了保证足够的灵活性,适配不同的应用场景,敏捷分布式Wi-Fi的中心AP提供了两种不同的工作模式:胖AP模式和瘦AP模式.
当中心AP工作在胖AP模式时,不需要AC,自己完成组网.
中心AP可以对RU进行管理和配置,多应用于SMB这种部署少量AP的场景(中心胖AP可管理的最大RU数取决于所选用的中心AP型态).
中心AP工作在瘦AP模式时,需要AC一起完成组网,多应用于园区这种规模部署AP的场景.
图2-1敏捷分布式Wi-Fi典型组网无论是瘦中心AP还是胖中心AP,本身都不直接提供射频,都需要通过RU收发无线信号.
RU本质就是一个从传统AP上剥离出来拉远的射频模块,通过网线直接连接到中心AP或者通过PoE交换机再连接到中心AP.
这里需要说明的是,不管是直接连接中心AP还是通过PoE交换机中转再连接中心AP,都要求RU和中心AP之间必须满足二层组网,这是由RU需要通过广播发现中心AP的方式决定的.
华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书2技术实现文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司4在这种全新的架构下,AP上线的流程发生了一些变化(多了一层设备:RU),也让传统的WLAN的功能在AC、中心AP和RU之间进行了重新的分配和部署.
基于这种新的业务部署,部分WLAN业务的处理也发生了变化.
同时这种层次化和模块化的架构也为各种特性的创新提供了条件.
基于这种全新的架构,华为推出了同频网(SFN)漫游的方案.
2.
1敏捷分布式Wi-Fi的业务部署当中心AP是瘦AP时,敏捷分布式架构是一种三层架构;当中心AP是胖AP时,敏捷分布式架构是一种二层架构.
WLAN的业务模型在这两种架构下的部署模型也是不一样的.
1、中心AP为瘦AP(三层架构)与传统的AC+AP的Wi-Fi架构相比,三层敏捷分布式Wi-Fi改变了网络的架构层次,业务模型也在不同层次的网元上进行了重新部署和分配.
当中心AP为瘦AP时,各自网元的业务部署模型如下图所示.
图2-2中心瘦AP时的业务部署模型RURU本质就是一个从传统AP上剥离出来拉远的射频模块.
只负责与802.
11相关的空口报文的处理,其通过CAPWAP隧道与中心AP进行通信.
不同RU之间是独立的射频,不存在共享射频的问题.
RU将从空口收到的802.
11报文直接转换成802.
3的报文上送到中心AP进行处理或者将来自中心AP的802.
3的报文转换成802.
11的报文从空口发送出去.
中心AP中心AP保留了原来AC+AP架构中AP的功能(除了射频部分),并增加了部分AC的功能,比如终端关联控制,中心AP内切换等功能.
同时增加了对RU的管理功能.
其他传统AP中部署的QoS,ACL等宽带业务相关的功能和业务转发相关的功能仍然存在.
其与AC之间的通信仍然通过CAPWAP隧道进行,与RU之间的通信也是通过CAPWAP隧道进行.
AC华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书2技术实现文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司5AC部署了AP管理,用户管理等WLAN组件相关的业务.
同时部署了作为业务网关时的功能如NAC,DHCP等.
另外还部署了业务转发相关的功能.
三层架构下引入的中心AP是一个关键的角色.
向上,中心AP帮助AC处理了部分业务,分流了对AC业务处理需求,分担了AC的负载.
向下,传统AP的转发、频谱分析和统计数据采集等功能上移到了中心AP,RU仅承担射频的处理,释放了RU的处理能力.
同时,中心AP还负责对RU的管理,在网络层次变成三层的情况下,仍然保持配置管理上为两层的扁平架构.
中心AP也为RU间的协同提供了天然的平台,为一些先进特性功能的创新创造了条件.
总的来说,中心AP的引入提升了整体的网络能力(包括组网能力和创新能力),但配置管理并没有变得更复杂.
2、中心AP为胖AP(二层架构)当中心AP为胖AP时,敏捷分布式架构是一种二层架构,仅包括中心AP和RU两部分,业务部署模型如下图所示.
图2-3中心胖AP时的业务部署模型各个网元的功能如下:RURU与中心AP是瘦AP时的功能是一样的,请参考中心为瘦AP的描述.
中心AP中心AP是胖AP时,在原来中心瘦AP功能的基础上增加了原来AC的功能.
相当于中心胖AP等于中心瘦AP加上AC.
二层架构的敏捷分布式Wi-Fi,组网不再依赖于独立的AC,中心胖AP充当了AC的角色,可实现自组网、自管理.
中心胖AP集成了业务网关,可以为用户提供网关等相关功能.
中心胖AP还集成了交换端口,提供交换端口和PoE供电等能力.
另外,中心胖AP还保留了丰富的综合业务演进能力.
二层架构的敏捷分布式Wi-Fi特别适用于SOHO,SMB和多分支组网的场景.
华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书2技术实现文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司62.
2敏捷分布式Wi-Fi的AP上线流程中心AP是瘦AP场景下,AP上线涉及到中心AP和RU的上线.
这两个网元的上线存在先后顺序,即先中心AP上线再RU上线,并且RU的配置是从中心AP上获取的.
中心AP是胖AP场景下,只涉及到RU上线.
1、中心AP上线中心AP上线与普通的瘦AP上线过程并没有什区别.
AP上线是CAPWAP协议里定义的一个标准流程,下图中给出了AP上线整个过程(DTLS加密是可选的,在AP上线的流程中没有体现).
在上线过程中的每个阶段AP和AC之间具体需要做哪些交互,在本文中不一一做具体介绍,详细可参考CAPWAP协议.
图2-4AP上线流程图这里需要关注的是下载配置这个环节.
RU的配置是从中心AP上获取的,所以中心AP从AC上获取的配置既包括中心AP自己的配置也包括自己所辖的RU的配置.
RU获取配置的过程如下图所示:发现AC加入AC版本过期YesNo下载配置运行软件升级重启华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书2技术实现文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司7图2-5RU获取配置过程1)在AC上基于每个AP-Group维护一张使用该AP-Group的中心AP列表.
中心AP上线,AC把中心AP使用的所有AP-Group的配置下发;RU上线时,下发RU的个性配置.
2)中心AP接收到AC下发的AP-Group和RU个性配置,先保存;根据分RU所属的AP-Group和个性配置,控制配置下发给RU.
2、RU上线图2-6RU上线流程图华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书2技术实现文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司8RU通过CAPWAP隧道与中心AP建立通信,在中心AP上完成注册,再由中心AP上报给AC.
RU上线流程如上图所示,简单的过程描述如下:1)RU通过广播DiscoveryRequest报文的方式发现中心AP,所以要求RU和中心AP之间必须满足二层组网,中心AP和RU申请同一网段的地址.
2)中心AP先和RU完成CAPWAP建链,向AC上报RU的信息,由AC对RU进行认证.
具体方式是MAC或SN认证.
同时AC将这个RU对应的个性配置下发给中心AP.
3)AC将认证的结果反馈给中心AP.
如果认证不通过,中心AP断开与RU之间连接.
如果认证通过,则进一步检查RU携带的版本是否过期.
4)中心AP检查RU的版本是否过期,如果过期则启动软件升级的过程.
升级完成后,RU重启,并重新进入发现中心AP的流程.
如果没有过期则从中心AP上获取RU的配置.
RU与中心AP之间的CAPWAP隧道也分为控制隧道和数据隧道.
控制隧道主要承载配置等相关的控制信息.
数据隧道主要承载数据相关的信息.
中心AP与RU之间的CAPWAP控制隧道支持加密,加密方式为DTLSPSK方式.
PSK可以由AC或RU本地命令行配置.
AC上修改DTLSPSK密钥,下发中心AP,中心AP分发到各个RU.
上面描述的RU上线是中心AP是瘦AP场景下的上线过程.
实际上当中心AP是胖AP时,RU的上线过程几乎是一样的,只不过AC不是独立的设备,而是在中心AP上的一个模块.
2.
3敏捷分布式Wi-Fi的业务的处理优化敏捷分布式Wi-Fi引入的中心AP,可以承担部分原本在AC上处理的工作.
这种架构分流了对AC业务的处理需求,卸载了AC的负担.
同时,这些业务分布在不同的中心AP上工作,也提升了整网的处理能力,加快了业务的响应速度.
在系统中,利用敏捷分布式Wi-Fi,已经将原来AC上处理的业务下沉到中心AP上处理的业务包括关联控制和用户漫游.
1、关联控制华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书2技术实现文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司9图2-7802.
1x认证时的用户上线流程这里所说的关联控制包括关联(上线)、去关联(下线)和重关联(漫游).
关联是用户上线的一部分,上图给出了一个802.
1x认证场景下,简单的用户上线流程,从图中可以看出关联请求已经可以不再上送到AC处理,而是在中心AP本地处理完后报告给AC.
当前在中心AP本地直接回复关联请求也是需要满足一定条件的,下面结合用户上线流程说明敏捷分布式Wi-Fi下对关联(上线)的控制处理.
1)终端发送关联请求Assocrequest,RU收到后上送中心AP2)中心AP查询本地用户表项,如果用户表项已存在,则走漫游流程.
否则继续向下走上线流程.
3)中心AP检查是否可以直接本地回关联响应:未配置负载均衡,未配置终端黑名单.
如果上述条件都满足,中心AP本地回关联响应.
否则向AC上报关联请求.
4)中心AP向AC上报关联请求,请求消息中除携带终端基本信息外,还携带当前是否已回关联响应,是否已完成密钥协商,是否已开通业务,关联时间点距当前时间的时长等信息.
5)中心AP本地回关联响应后,AC对终端进行认证,向中心AP下发PMK和授权信息.
中心AP收到后与终端进行密钥协商,开通用户业务.
6)AC定时与中心AP同步用户数据,中心AP可一次上报多个RU下的终端信息.
上报用户信息中包括终端当前所关联的RU.
华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书2技术实现文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司102、用户漫游当用户在中心AP下的RU之间漫游时(不论二层还是三层),漫游消息不再需要上送AC进行处理,可以在中心AP上直接处理,中心AP只需上报漫游事件即可.
图2-8同一个中心AP用户漫游流程1)终端发起关联/重关联请求,RU收到后上送中心AP.
2)中心AP查询本地用户表项,如果用户表项不存在,走用户上线流程.
否则继续走用户漫游流程,进一步校验SSID.
当配置为802.
1x认证时,还需要校验PMK信息,校验通过认为用户为中心AP内漫游,直接在本地回复关联响应,并基于PMK协商单播和组播密钥信息.
3)中心AP向AC上报用户漫游事件,上报消息中除携带用户最新关联RU、Radio和VAP等基本信息外,还携带用户漫游时间点距离当前时间的时长.
这里的漫游是指传统的漫游方式,基于敏捷分布式架构,华为还推出了同频网漫游方案,这是一种区别与传统漫游方式的特性.
详见下一节.
2.
4同频网漫游方案基于敏捷分布式架构,华为推出了同频网(SFN,SameFrequencynetwork)漫游方案:在敏捷分布式架构下,不同的RU使用相同的信道组网,中心AP可以实现不同RU之间协同,统一控制协调由哪个RU来接收和发送.
相对于传统的由终端触发的主动漫游技术而言,这种方案具有漫游终端无感知,切换丢包少等显著优点,非常适合于医疗这种对移动漫游的平滑性有较高要求的场景.
华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书2技术实现文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司11SFN的技术实现原理和主要应用场景,请参考《华为WLAN同频网(SFN)技术白皮书》.
华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书3客户价值文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司123客户价值1、提升了规模组网能力和无线性能敏捷分布式Wi-Fi引入的中心AP是一个关键的角色.
向上,中心AP帮助AC处理了部分业务,分流了对AC业务处理需求,分担了AC的负载.
向下,将传统AP的转发、频谱分析和统计数据采集等功能上移到了中心AP,RU仅承担射频的处理,释放了RU的处理能力.
敏捷分布式Wi-Fi提升了规模组网能力和无线性能.
比如,以WLAN网络并发漫游处理能力为例,在传统AC+瘦AP架构下可以处理120个/秒,而在AC+中心AP+RU架构下,可以处理400个/秒(假设80%的漫游发生在中心AP内),提升了3倍以上.
2、减少了管理节点规模,简化了管理中心AP负责对RU的管理,在网络层次变成三层的情况下,仍然保持配置管理上为两层的扁平架构.
这种架构下AC只需要完成对中心AP的管理,而中心AD9431DN-24X默认管理24个RU,最多可以扩展管理48个RU.
也就是说与传统架构(管理每个AP)相比,管理节点数只有原来的5%不到(1/24=4.
17%),大大简化了管理.
3、带来了各类创新的解决方案敏捷分布式这种模块化和层次化的架构为各类功能特性创造了条件,基于这些功能特性也带来了各种创新的解决方案.
在教育(宿舍)、酒店(房间)以及医疗(病房)等密集房间场景下,使用敏捷分布式Wi-Fi,RU可以通过面板、挂墙、吸顶等不同的安装方式直接在每个房间安装,保证了信号无损耗的覆盖到每个房间.
同时每个房间的RU是独立的射频,不会出现共享射频和隐藏终端导致的空口性能下降问题.
这种方案与放装方案、室分方案以及"智分"方案相比有覆盖或者容量上的优势,与面板覆盖方式相比也有管理节点少,License需求少和组网规模更有保障的优势.
在无线医疗场景下,使用敏捷分布式Wi-Fi,不同的RU使用相同的信道组网,中心AP可以实现不同RU之间协同,统一控制协调由哪个RU来接收和发送,实现同频网漫游方案.
相对于传统的由终端触发的主动漫游技术而言,这种方案具有漫游速度快,终华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书3客户价值文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司13端无感知,切换无丢包的显著优点,非常适合于各种对移动漫游的平滑性有较高要求的场景.
5、具备了丰富的业务演进能力敏捷分布式架构,具有明显的模块化和层次化的特点.
在中心AP这个层级,无需外界的帮助天然可以实现不同RU之间协同,这为需要RU间协同类的特性创新提供了条件.
同时中心AP对AC和RU处理负荷的卸载,也为其他功能特性的创新或者演进在设备上腾出了处理能力,创造了演进条件.
另外,在中心AP上也保留了丰富的综合业务演进能力,这种能力包括云管理、DPI、防火墙、VPN、IOT模块管理等.
华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书4典型应用文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司144典型应用敏捷分布式Wi-Fi是华为新推出的一种架构.
这种架构具有组网能力强,覆盖性能好和演进性佳等优势,可以应用于高密房间覆盖、SMB、无线医疗以及园区等各种场景.
4.
1密集房间覆盖场景在教育(宿舍)、酒店(房间)以及医疗(病房)等密集房间场景中,为了解决每个独立的房间的覆盖,曾经出现发展出几种不同的方案,从放装覆盖到室分覆盖,再到"智分"覆盖和面板覆盖,每种都有一些自身的问题.
图4-1几种密集房间解决方案对比华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书4典型应用文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司15使用敏捷分布式Wi-Fi,RU可以直接入室.
RU通过面板、挂墙、吸顶等不同的安装方式直接在每个房间安装,保证了信号无损耗的覆盖到每个房间.
同时每个房间的RU是独立的射频,不会出现共享射频和隐藏终端导致的空口性能下降问题.
这种方案与放装方案、室分方案以及"智分"方案相比有覆盖或者容量上的优势,与面板覆盖方式相比也有管理节点少,License需求少和组网规模更有保障的优势.
4.
2SMB场景SMB(SmallandMedium-sizedBusiness)是指经营规模不大,人员、资金有限的中小规模企业.
在SMB场景下,通常有组网规模小,没有专业的运维人员,对设备有"allinone"的需求(低成本)等特点.
图4-2敏捷分布式Wi-Fi在SMB场景中的应用华为敏捷分布式Wi-Fi中,当中心AP工作在胖AP模式正好迎合了这种需求.
组网不再依赖于独立的AC,中心胖AP充当了AC的角色,可实现自组网、自管理.
中心胖AP集成了业务网关,可以为用户提供网关等相关功能.
中心胖AP还集成了交换端口,提供交换端口和PoE供电等能力.
另外,中心胖AP还保留了丰富的综合业务演进能力,包括云管理、DPI、SVN和防火墙等面向SMB场景的能力.
4.
3无线医疗"无线医疗"成为近两年医疗行业最关注的信息化技术和手段.
目前大部分三甲医院已经建立了比较完备的的医疗信息系统(如HIS、PACS等),医护人员可以通过有线网络来广域中心AP分布AP云控制SMB分布AP华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书4典型应用文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司16访问、修改、输入患者信息、诊断报告和治疗方案.
但有线网络存在信息点固定的局限性,也制约了系统发挥更大的作用,因此使用Wi-Fi承载的无线医疗正在快速发展.
由于医疗应用的特殊性,对于Wi-Fi终端在移动漫游时的业务连续性具有很高要求,需要达到快速切换、零丢包的完全平滑漫游效果,这也是Wi-Fi在无线医疗应用中面临的一个挑战.
图4-3敏捷分布式Wi-Fi在无线医疗中的应用基于敏捷分布式架构,华为推出了同频网漫游方案,不同的RU使用相同的信道组网,中心AP可以实现不同RU之间协同,统一控制协调由哪个RU来接收和发送,实现同频网漫游方案.
相对于传统的由终端触发的主动漫游技术而言,这种方案具有漫游速度快,终端无感知,切换无丢包的显著优点,非常适合于各种对移动漫游的平滑性有较高要求的场景.
华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书4典型应用文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司174.
4园区场景图4-4敏捷分布式Wi-Fi在园区场景中的应用敏捷分布式Wi-Fi可以同样用在普通园区场景中.
在园区中利用敏捷分布式架构,可以提升规模组网能力和无线性能.
向上,中心AP帮助AC处理了部分业务,分流了对AC业务处理需求,分担了AC的负载.
向下,将传统AP的转发、频谱分析和统计数据采集等功能上移到了中心AP,RU仅承担射频的处理,释放了RU的处理能力.
同时中心AP也可以替代接入交换机,为中心AP提供PoE供电和业务转发能力.
华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书A缩略语文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司18A缩略语AAPAccessPoint接入点ACAccessControl接入控制器AAAAuthentication,AuthorizationandAccounting认证、授权和计费CCAPWAPControlandProvisioningofWirelessAccessPoints无线接入点控制协议DDHCPDynamicHostConfigurationProtocol动态主机配置协议NNACNetworkAccessControl网络接入控制RRURemoteRadioUnit远端接入单元SSFNSameFrequencynetwork同频网SMBSmallandMedium-sizedBusiness中小型企业华为智简园区WLAN敏捷分布式Wi-Fi技术白皮书A缩略语文档版本01(2019-03-16)版权所有华为技术有限公司19VVAPVirtualAccessPoint虚拟接入点WWIPSWirelessIntrusionPreventionSystem无线干扰防御系统华为技术有限公司深圳龙岗区坂田华为基地电话:+8675528780808邮编:518129www.
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