發布日期：2022-07-15 點擊率：48
為了節約成本,VoIP技術已經日益被各企業所接受,為了進一步解決成本,接下來需要考慮的就是如何在WLAN上部署VoIP(VoWLAN),為用戶提供移動性和方便性。
不過,正如系統設計工程師和網絡管理員所了解的那樣,隨著匯聚無線語音/數據/視頻網絡上用戶的增加和發送的數據量的激增,會導致一系列問題,這些問題限制了VoWLAN的廣泛普及。
本文中,我們將討論現有基于單元的VoWLAN技術相應的性能和可靠性方面的挑戰。在提出這些問題后,我們將推出一個稱作為信道覆蓋技術的創新型WLAN Edge架構。該技術在克服這些挑戰的同時,可以使用戶體驗到VoWLAN的成本和生產率方面的優勢。
傳統的VoWLAN性能方面的挑戰
傳統無線網絡相關的絕大多數問題都產生于其基于單元的架構,在這種架構中,每個用戶連接到一個接入點(AP),而每一個接入點服務于一個單元。
特別是在VoWLAN應用中,該結構將導致“性能縮水”(performance thieves)的重復產生,這將嚴重地影響整個系統的業務性能和可靠性。所產生的問題包括:
同頻干擾。當兩個接入點工作在同一個信道上并同時發射時,將會產生這種信號傳輸問題。這與有線網絡中的交叉干擾類似,將減慢網絡的速度,因為每個接入點在試圖重發之前必須等待。
過大的延遲和抖動。在數據傳輸應用中,像互聯網接入,文件傳輸和電子郵件等,其對延遲性能的需求遠不及對吞吐率的需求,有一些延遲通常也是可以接受的。但是,語音傳輸卻希望是實時的,即便是幾十毫秒的延遲也是無法接受的。
對抖動的靈敏度也是如此。抖動指的是延遲的隨機變化,在語音應用中,這將會產生語音的不延續,莫名其妙的停頓,或無法理解的斷續語音-所有這些在語音通話中都是無法接受的。在基于單元的WLAN中,漫游開銷,安全機制,重發,以及數據/語音匯聚都會增加延遲和抖動。
邊緣用戶和混合模式問題。在基于單元的方案中的一個邊緣用戶指的是距離接入點過遠以至于無法以最高數據率連接的用戶。連接時速度很慢,使得其他用戶也被迫使用低速率,由于需要足夠的時間總量來保證邊緣用戶來發送其數據包。
混合模式用戶-通過各種無線設備(IEEE )訪問系統的那些用戶-能夠產生類似的延遲,因為他們的設備連接速度不一。例如,對于一個單獨的用戶,其速度是慢速,這將迫使其他用戶也要用慢速訪問。
圖1:典型的基于接入點的VoWLAN設計架構。
接入點之間的漫游延遲。隨著用戶從一個單元移入另一個單元,傳統的單元規劃無法簡單地以最大數據率提供覆蓋,因為可用的信道數量有限。在單元間的有限交疊在接入點的切換點或者附近會產生“黑洞”-這將導致掉線和覆蓋差或無法覆蓋的區域。這是因為一個切換需要很多步驟,包括接入點恢復,這通常需要150～400毫秒,因而產生上述的延遲、抖動和較差的語音質量。
容量小,呼叫能力差。企業網中需要足夠的容量不能算夸張。容量決定著所支持的并發呼叫和傳輸數量。在傳統的基于單元的架構中,如何維持足夠的容量一直是一個問題,特別是在高峰呼叫期間。實際上,現行的推薦標準中建議每個網絡中需要支持的最少并發呼叫數為5到7個。
功耗需求。手機必須輕巧,便于攜帶,這就限制了所用電池的尺寸、功率容量和使用時間。的確,為了延長電池的使用時間,并實現最大的數據率,手機應該盡可能靠近控制接入點。不過,這一要求外加電池功率的快速消耗,將與所謂的無限移動性目標相違背。
網絡安全。無線網絡系統中的安全問題一直都是一個主要的關注點,這當然有很好的理由。目前業界已經發現,原來用于無線網絡的安全協議-即有線對等私密(WEP)協議,還存在一些缺陷。
IEEE i標準為WLAN引入了小的安全標準。過渡的Wi-Fi保護接入(WPA)包括臨時密鑰,消息完整性檢查和強大的鑒權功能,從而解決了WEP的某些安全問題。但是,由于這些額外的安全措施,WPA在每個接入點切換地方引入了額外的延遲,這是語音業務更加混亂。
表1:傳統VoWLAN技術與信道覆蓋技術的比較。
如何實現信道覆蓋來克服VoWLAN的挑戰
信道覆蓋基礎設施和拓撲架構從根本上不同于現有的基于單元的技術,該技術要求全面的射頻單元規劃來避免同頻干擾。信道覆蓋技術的第二層“邊緣架構”允許每個接入點的每個地方都可以使用每一個無線信道。因而實現了連續的無線覆蓋,沒有漫游延遲和同頻干擾問題。
信道覆蓋技術已經完成了全面的測試,在部署時只要得當,就與IEEE 協議和標準完全兼容。目前該技術只有少數無線技術提供商提供,隨著其工作原理和性能優勢在業界更加得到認識,將會更加普及。該技術是專門為了克服VoWLAN的性能缺陷并提供高性能,可升級的移動通信基礎設施而設計的,目的是能夠均等地傳輸語音和數據。
對于無線網絡來說,一個主要的衡量指標之一是網絡能夠提供的總帶寬-或連接速率。各地點的信號強度越大,意味著連接越可靠,能夠潛在地支持更多的用戶,提供更快的數據流傳輸率,或者說是兩者都有改善。
通過這一創新設計,信道覆蓋技術能夠在網絡中始終提供較強的信號,沒有同頻干擾和延遲問題。下面列舉了該技術與傳統基于單元的WLAN架構的區別:
在傳統的WLAN中,每個接入點構成一個單元,且為每個接入點分配一個信道。為了減小單元間的干擾,必須根據安裝部署前測得的詳盡的射頻站點電測方案,為業務區中的所有接入點分配信道。這種接入點部署方案需要大量的射頻經驗和周密規劃,這通常是WLAN安裝過程中成本最高的一個方面。這種剛性的架構還迫使語音和數據用戶競用相同的無線資源,因此即便是基于單元的網絡安裝好并運行后,信號傳輸問題依然會持續存在。隨著運營商機構的增加或變化,在確定新的接入點部署方案時還需額外的射頻規劃成本。
信道覆蓋技術則完全省去了上述所需的時間、工作量和成本。信道覆蓋架構起始于省去單獨的單元-這是傳統WLAN中的基礎。在該新技術中,每一個接入點共享同一MAC地址,并工作在相同的信道上,由無線交換來控制所有的路由決策。這樣,所有的接入點合起來實現了沒有空域的覆蓋。在信道覆蓋WLAN技術中所用的“thin AP”是一個簡單的射頻/天線網關-即用戶和交換機之間的通道,這意味著用戶只與交換機發生關聯,而與接入點無關。
由于交換完全受控,決策基于逐個數據包,故接入點間沒有競用。其結果,沒有同頻干擾,也不會在某個特定的接入點出現客戶集聚,從而引起容量緊張的現象。重要性均等,實現了高吞吐率,即便是單元流很高時也是如此,而且與IEEE 協議和安全標準全部兼容。
該信道覆蓋技術的Edge架構還省去了隨著網絡增長和變化所引起的復雜的和成本高昂的射頻單元規劃。實際上,采用該技術,可以根據所需的數據率,增加任意多的接入點。
信道覆蓋:超簡單
如上所述,如果要求系統提供足夠的業務質量,并滿足企業和個人用戶所期望向從電話系統中所獲取的方便性和移動性體驗,VoWLAN的部署還有一些必須滿足的特殊需求。時常發生的延遲和抖動是無法接受的。必須確保完全的覆蓋和無縫的移動性,沒有業務的中斷。處理語音,數據和多媒體流傳輸時,容量(帶寬)必須足夠,即便是在峰值載荷條件下也應如此。安全性也必須經得住考驗。
該技術為VoWLAN應用提供了理想的解決方案,因為它省去了接入點之間的連接,以及昂貴的射頻經驗和單元規劃。事實上,該系統還提供了網絡工程師和系統集成商少有遇到的超簡單性,因為系統的工作僅僅依賴于三個核心部件:
無線LAN交換機-這是一個2層設備,控制所有的單元交換和用戶接入,可以用以太網供電,無需中跨(midspan)或端接(endspan)設備。無論對什么類型的用戶,也不管用戶的數量有多少,或者傳輸的數據包容量有多大,高質量、多端口的無線交換機都是系統性能和可靠性的關鍵所在。為了升級,多臺交換機應該按主從配置菊鏈在一起。
“Thin”接入點對即插即用功能來說是關鍵。由于所有的軟件和處理智能都位于控制接入點的交換機里,故thin接入點無需配置或編程IP或MAC地址。這些簡單的(盡管仍很復雜)的接入點設備也可以用WLAN交換機提供的標準以太網供電( PoE)來提供能量。可以在任何時候增加額外的接入點來將WLAN擴展到任意的規模。
控制和安全軟件為無線交換機提供操作管理或“大腦”。軟件部分控制所有客戶端方面的事物,并提供整套的能預防攻擊的基于標準的安全選擇。為了確保軟件能夠支持WPA2,最新的安全協議基于IEEE i標準,用于鑒權和加密。WPA2設計的目的是保護所有的接入點并消除某個接入點安全出現問題的風險。此外,多路無線接入點提供了配置專用的安全覆蓋來防止欺騙式接入點探測的能力。
在尋求一個無線解決方案時的另一個所期望的功能是頻譜復用技術。該功能被植入無線交換機中,由于允許多個接入點同時使用相同的信道,從而能將帶寬擴展很多。該技術使得智能交換機能夠利用所有用戶和所有接入點的時間差,實時地確定是否有機會復用某個信道。如果可以復用,信道覆蓋寬度會被動態細分,以提供多路同時鏈接,從而能夠增加網絡的容量,且不會引起同頻干擾。
快速獲取收益
對于許多運營商來說,信道覆蓋WLAN技術使他們對無瑕疵的VoWLAN性能和無縫漫游的憧憬成為現實。與傳統的WLAN相比,基于信道覆蓋技術的WLAN的實現和部署要相對地快速和容易,從而加速了贏利的時間。此外,這種架構模型的WLAN可以完美地升級,以應對業務的增長,而且絲毫不影響許多企業已經安裝的現有有線局域網網絡。
簡而言之,信道覆蓋WLAN架構代表著無線技術的一個很好的突破。它是一個真正的“盒式系統”,能夠提供運營商整個覆蓋范圍內無處不在的、可靠的和安全的漫游技術和無線數據傳輸,用戶的數量不加限制,無線設備和應用的總成本也都是網絡業界前所未有的。
作者:Brad Meeks
產品線經理
Belden公司
