WLAN供電及接入解決方案

潘 成，梁忠輝，龔志紅(烽火網絡有限責任公司，湖北 武漢，430074)

0 前言

2011年國內三大運營商不約而同地把WLAN作為網絡建設的新重點，WLAN全國性布局已經啟動。中國電信提出了“C+W”的戰略(CDMA+WLAN)，中國移動也提出了四網戰略(G網、TD-SCDMA網、WLAN網、TD-LTE網)，而中國聯通則進行了大規模WLAN招標，國內三大運營商都加大了WLAN的建設力度。作為移動通信網絡的一種補充形式，移動性高、成本低、建設速度快的WLAN一方面能夠分流運營商在移動數據流量方面的壓力；另一方面，它也很有可能成為未來運營商盈利的增長點。在移動網建設的同時配合WLAN部署，實現用戶3G網+WLAN網的無縫連接體驗，已經成為國內運營商當前的必然選擇。

“2011中國互聯網大會”上，中國移動表示，中國移動將對WLAN網絡加大覆蓋力度，逐步覆蓋絕大部分數據業務熱點地區，力爭3年內達到100萬個WLAN“熱點”覆蓋。中國電信2011年正式宣布啟動“無線中國”戰略計劃，預計到2012年年底，將在全國范圍內部署100萬個“熱點”，從而使得天翼WLAN進一步覆蓋商務樓宇、機場、車站、酒店、商業區等廣闊的生活領域，為市民提供方便快捷的無線接入。2010年中國聯通WLAN招標設備數量為20萬臺，2011年又首次對802.11a/b/g與802.11n設備的采購分別提出了要求。隨著“智慧城市”、“無線城市”紛紛寫入各地“十二五”規劃，國內三大運營商在城市重點地區布局“熱點”的積極性相當高。可以預計，WLAN無線寬帶接入網絡正處于一個前所未有的高速增長時期。

在WLAN建設中，接入層的設備數量和種類繁多，對無線AP接入和供電方式也提出了不同的要求。本文主要對WLAN中AP供電方式和接入層的部署方式進行探討，并給出解決方案。

1 WLAN接入及供電方式分類

在WLAN建設中，無線AP部署的數量巨大，接入部署位置和供電方式非常靈活，對運營商本地取電能力和網絡延伸狀況提出了不同的要求。

1.1 WLAN供電方式

在WLAN中關于無線AP取電，目前主要有AP本地就近取電和通過PoE技術遠程取電2種方式。

在早期WLAN建設時，由于業務及終端較少，用戶群單一，AP數量不多，本地就近取電是行之有效的方式。隨著WLAN建設的加速，AP部署數量劇增，并且交通樞紐、商業中心、高等院校等用戶對AP部署位置提出了不同的要求。AP通常要部署到天花板、墻壁甚至室外(懸掛方式)等特殊地方，AP就近取電非常困難，施工中不僅消耗人力物力，增加建網成本，而且拖延了建設時間。

IEEE 802.3af標準定義的PoE技術，提出了遠程供電的方式，有效改善了上述問題。PoE技術通過提供一種在標準的以太網數據線纜上向網絡設備供電的方法，消除了在每一臺IP網絡設備上都安裝單獨的電源設備的需求。在傳遞信號的同時也將電源傳送給無線AP，PoE可以提供350 mA/12.95 W的功率，使大量基于IP的終端設備的應用更為方便和便宜。

PoE供電的原理為:標準的五類網線有4對雙絞線共8根腳，2根金屬線依距離周期性地扭絞組成電信傳輸線。IEEE 802.3af允許PoE供電設備(PSE)支持數據腳供電和空閑腳供電2種用法中的任意一種，受電設備(PD)2種用法必須都支持。應用空閑腳供電時，4、5腳連接為正極，7、8腳連接為負極，由PSE給PD供電，1、2、3、6腳傳輸數據 。 應用數據腳供電時，PSE可通過數據腳給PD供電，1、2、3、6腳同時傳輸電流和數據，電流和數據頻率互不干擾。當PD通過網線與供電設備PSE連接后，PSE將自動對PD進行檢測，進行功率分類，并根據當前端口供電優先級的配置、端口功率配置等參數，決定是否對此設備供電以及分配優先級。

IEEE 802.3af標準按分級確定PD正常工作時需要的最大功耗和其他要求，PSE提供相應電功率輸出。輸出功率為15.4 W的0級定義為默認級，輸出功率為4.0、7.0和15.4 W的1～3級分別是允許選擇的功率，第4級是為將來使用準備的(見表1)。

表1 IEEE 802.3af供電分級

1.2 WLAN接入方式

如何將無線AP接入運營商網絡，目前主要存在以下幾種接入方式:通過PoE供電模塊接入供電、通過PoE交換機接入供電、通過支持PoE的ONU接入供電。

1.2.1 通過PoE供電模塊接入供電

PoE供電模塊是一種提供電源和數據傳輸的設備，它將接入的數據信息加入電源，通過對應的端口輸出，這個輸出的網線內包含了數據和電源，實現了對遠端的無線AP供電的同時，完成數據傳輸。PoE供電模塊通常有 1、2、4、8、16、24 等多種端口規格， 可根據需求靈活選擇。PoE供電模塊通常部署在ONU和無線AP之間，或者不支持PoE功能的以太網接入交換機和無線AP之間。

PoE供電模塊價格便宜，功能簡單，無需配置，即插即用，部署速度快，在部分投資有限、建設速度要求高的地方受到歡迎。但PoE供電模塊不具備網管功能，如果出了問題，很難進行故障定位。而且如果是AP出現不正常的狀況，無法通過網管實現遠程控制，必須到現場重啟AP。

1.2.2 通過PoE交換機接入供電

PoE交換機是在傳統以太網交換機的基礎上，增加了PoE功能，使交換機不僅具備了數據交換功能，還可以同時通過網線傳輸電源，另外還集成了傳統交換機的安全、QoS、網管等功能。符合運營商傳統使用習慣和電信級運營管理的要求。PoE交換機可以部署在匯聚交換機和無線AP之間，或者PON中ONU和無線AP之間。通過選擇8口、16口、24口等不同端口密度的PoE交換機，可以部署在不同用戶密度的熱點區域。

1.2.3 通過支持PoE的ONU接入供電

支持PoE功能的ONU是在傳統的OUN內集成了PoE供電功能，此類ONU主要部署在PON中OLT和無線AP之間。目前國內運營商在部分區域開展了實驗室測試和少量試商用。

支持PoE功能的ONU設備集成度較高，其解決方案網絡層次簡潔。由于其推出時間較晚，支持的廠家少，因此價格較高，運營商部署用量較少。實際應用中，其環境適應性問題以及與AP兼容性問題尚有待充分驗證。

1.2.4 3種方式對比分析

綜上所述，WLAN 3種接入供電方式各有優缺點(見表2)。

表2 WLAN 3種接入供電方式對比

2 WLAN供電及接入解決方案

根據前述WLAN供電及接入方式的特點，結合不同的應用場景及用戶需求，給出下列WLAN供電及接入解決方案。

2.1 PoE供電模塊解決方案

隨著運營商 “光網城市”、“寬帶提速”的建設，PON得到了大規模的部署和應用，ONU已延伸至用戶身邊。在需要部署WLAN的場景，可就近將PoE供電模塊下掛至ONU，然后與AP連接，選擇PoE供電模塊時，需考慮連接AP數量、受電功率和端口速率選擇適合的PoE供電模塊。此方案適合對價格敏感、對網管無要求的用戶。由于ONU部署較為分散，因此該方案適合AP密度不高的熱點區域。在一些已部署非PoE交換機的區域，還可以通過增加PoE供電模塊實現遠程供電功能，可有效利舊，保護原有投資。但從實際工程應用來看，PoE供電模塊存在可靠性相對較差，故障率偏高的不足。

2.2 PoE交換機解決方案

WLAN網絡結構龐大，設備數量多，作為運營級的網絡，網管功能可以顯著提高網絡的業務管理效率和故障響應速度。PoE交換機的解決方案不僅可以有效克服PoE供電模塊無法網管的缺點，還可以提供豐富的功能特性，如供電優先級管理、過熱過載保護、QoS規劃、安全特性支持等。另一方面，在一些IP城域網不完善，或者PON未覆蓋的地區，通常只能采用傳輸網承載WLAN業務。在這種情況下，LAN+PoE交換機解決方案非常符合應用場景的需求。PoE交換機由于其技術成熟，功能豐富，可廣泛適用于各類熱點區域，特別適合用戶密集的高等院校等場景。

PoE交換機技術成熟，運行穩定應用范圍廣、部署數量大，是各大運營商目前WLAN建設中的首選供電及接入方案。

2.3 帶PoE功能的ONU解決方案

本方案中，將PoE功能集成到ONU后，通過ONU直接給AP供電，網絡層次簡潔，故障點少，PoE相關功能可與PON在統一界面和平臺下管理維護。非常適用于PON覆蓋廣泛，用戶密度不高的熱點區域。帶PoE功能的ONU解決方案日益受到運營商和設備廠商的關注，有望成為未來WLAN建設的主流接入及供電解決方案。

2.4 方案應用中的注意事項

在實際的工程應用中，關于WLAN供電及接入方面，還應注意以下問題:網線距離過長、網線質量不佳或者受環境影響會降低供電功率、甚至造成無法給AP供電，一般建議不超過70～80 m。另一方面，PoE供電設備雖然可以全端口滿功率供電，但考慮到設備環境電壓存在波動的可能，建議不要全端口給AP供電，可適當預留若干端口；在很多熱點區域，供電設備離開通信機房，通常會部署在距離人們工作、學習、生活很近的位置，如學校的教室、圖書館、學生宿舍樓梯間等，對供電設備的靜音降噪能力提出了更高的要求；在一些室外公共熱點區域，供電設備的防雷能力也會受到考驗。

3 WLAN供電及接入技術的新發展

3.1 IEEE 802.11n和全千兆PoE供電設備

WLAN手機、平板電腦、智能終端越來越普及，WLAN網絡數據流量將迎來爆發式增長，迫使運營商不得不使用更加先進的技術，以提升更高的網絡帶寬，提供更好的用戶體驗。IEEE 802.11n技術被譽為下一代無線局域網標準，可以將WLAN的傳輸速率由目前IEEE 802.11a及 IEEE 802.11g的 54 Mbit/s，提高到300 Mbit/s，甚至600 Mbit/s，還可以向下兼容IEEE 802.11a/b/g。得益于MIMO、OFDM技術的應用，提高了無線傳輸質量，也使傳輸速率得到極大提升。 在覆蓋范圍方面，IEEE 802.11n采用智能天線技術，可以動態調整波束，保證讓WLAN用戶接收到穩定的信號，并可以減少其他信號的干擾。因此其覆蓋范圍可以擴大到數km2，使WLAN移動性、覆蓋能力極大提高，非常適合室外部署，是“無線城市”、“智慧城市”建設的必然選擇。2011年國內三大運營商IEEE 802.11n設備部署比例將超過IEEE 802.11a/b/g。

當前WLAN供電及接入設備主要采用百兆PoE接口，理論上無法滿足IEEE 802.11n上行帶寬需求。但在實際應用測試中，IEEE 802.11n AP帶寬體驗與理論值還存在較大差距，原因主要是網絡上行帶寬受限、2.4 GHz工作頻段影響、技術成熟度還需進一步提升。百兆PoE接口的交換機或ONU在較長的一段時間內應可以滿足實際應用需求。但從未來的發展趨勢看，在WLAN網絡上層帶寬有保證的前提下，同時考慮到IEEE 802.11n的向下兼容性，具備千兆PoE接口的交換機或ONU將是IEEE 802.11n AP接入的最佳選擇。

3.2 IEEE 802.3at(PoE+)和大功率供電

目前業界所采用的PoE相關標準為IEEE 802.3af，該標準規定了供電設備可通過以太網向功率在15.4 W以下的受電設備供電。這對于目前常用的無線AP來說是夠用的，但隨著“無線城市”建設興起，WLAN網絡開始在城市開放的空間部署室外型無線AP，額定功率通常大于15.4 W，已超出IEEE 802.3af標準定義。 與 IEEE 802.3af相比，IEEE 802.3at(PoE+)可輸出2倍以上的電力，單端口的輸出功率可在30 W以上，因此可大幅拓寬PoE供電的應用領域。

4 結束語

WLAN建設中，AP供電及接入方式的選擇是其中覆蓋面最廣，也是最重要的環節之一。國內運營商紛紛在研究適合自己的解決方案。烽火網絡長期關注WLAN項目建設，致力于提供優秀的WLAN供電及接入解決方案，通過分析用戶需求和應用場景的不同，提出了針對性的解決方案和部署建議，是一種兼顧現實和發展的思路。

[1]王維嘉.802.11 系列標準介紹 [J]. 數據通信，2011(4):19-22.

[2]潘成.WLAN 接入及供電方式分析[J].通信世界，2011(7):70-72.