WLAN供电及接入解决方案

潘 成，梁忠辉，龚志红(烽火网络有限责任公司，湖北 武汉，430074)

0 前言

2011年国内三大运营商不约而同地把WLAN作为网络建设的新重点，WLAN全国性布局已经启动。中国电信提出了“C+W”的战略(CDMA+WLAN)，中国移动也提出了四网战略(G网、TD-SCDMA网、WLAN网、TD-LTE网)，而中国联通则进行了大规模WLAN招标，国内三大运营商都加大了WLAN的建设力度。作为移动通信网络的一种补充形式，移动性高、成本低、建设速度快的WLAN一方面能够分流运营商在移动数据流量方面的压力；另一方面，它也很有可能成为未来运营商盈利的增长点。在移动网建设的同时配合WLAN部署，实现用户3G网+WLAN网的无缝连接体验，已经成为国内运营商当前的必然选择。

“2011中国互联网大会”上，中国移动表示，中国移动将对WLAN网络加大覆盖力度，逐步覆盖绝大部分数据业务热点地区，力争3年内达到100万个WLAN“热点”覆盖。中国电信2011年正式宣布启动“无线中国”战略计划，预计到2012年年底，将在全国范围内部署100万个“热点”，从而使得天翼WLAN进一步覆盖商务楼宇、机场、车站、酒店、商业区等广阔的生活领域，为市民提供方便快捷的无线接入。2010年中国联通WLAN招标设备数量为20万台，2011年又首次对802.11a/b/g与802.11n设备的采购分别提出了要求。随着“智慧城市”、“无线城市”纷纷写入各地“十二五”规划，国内三大运营商在城市重点地区布局“热点”的积极性相当高。可以预计，WLAN无线宽带接入网络正处于一个前所未有的高速增长时期。

在WLAN建设中，接入层的设备数量和种类繁多，对无线AP接入和供电方式也提出了不同的要求。本文主要对WLAN中AP供电方式和接入层的部署方式进行探讨，并给出解决方案。

1 WLAN接入及供电方式分类

在WLAN建设中，无线AP部署的数量巨大，接入部署位置和供电方式非常灵活，对运营商本地取电能力和网络延伸状况提出了不同的要求。

1.1 WLAN供电方式

在WLAN中关于无线AP取电，目前主要有AP本地就近取电和通过PoE技术远程取电2种方式。

在早期WLAN建设时，由于业务及终端较少，用户群单一，AP数量不多，本地就近取电是行之有效的方式。随着WLAN建设的加速，AP部署数量剧增，并且交通枢纽、商业中心、高等院校等用户对AP部署位置提出了不同的要求。AP通常要部署到天花板、墙壁甚至室外(悬挂方式)等特殊地方，AP就近取电非常困难，施工中不仅消耗人力物力，增加建网成本，而且拖延了建设时间。

IEEE 802.3af标准定义的PoE技术，提出了远程供电的方式，有效改善了上述问题。PoE技术通过提供一种在标准的以太网数据线缆上向网络设备供电的方法，消除了在每一台IP网络设备上都安装单独的电源设备的需求。在传递信号的同时也将电源传送给无线AP，PoE可以提供350 mA/12.95 W的功率，使大量基于IP的终端设备的应用更为方便和便宜。

PoE供电的原理为:标准的五类网线有4对双绞线共8根脚，2根金属线依距离周期性地扭绞组成电信传输线。IEEE 802.3af允许PoE供电设备(PSE)支持数据脚供电和空闲脚供电2种用法中的任意一种，受电设备(PD)2种用法必须都支持。应用空闲脚供电时，4、5脚连接为正极，7、8脚连接为负极，由PSE给PD供电，1、2、3、6脚传输数据 。 应用数据脚供电时，PSE可通过数据脚给PD供电，1、2、3、6脚同时传输电流和数据，电流和数据频率互不干扰。当PD通过网线与供电设备PSE连接后，PSE将自动对PD进行检测，进行功率分类，并根据当前端口供电优先级的配置、端口功率配置等参数，决定是否对此设备供电以及分配优先级。

IEEE 802.3af标准按分级确定PD正常工作时需要的最大功耗和其他要求，PSE提供相应电功率输出。输出功率为15.4 W的0级定义为默认级，输出功率为4.0、7.0和15.4 W的1～3级分别是允许选择的功率，第4级是为将来使用准备的(见表1)。

表1 IEEE 802.3af供电分级

1.2 WLAN接入方式

如何将无线AP接入运营商网络，目前主要存在以下几种接入方式:通过PoE供电模块接入供电、通过PoE交换机接入供电、通过支持PoE的ONU接入供电。

1.2.1 通过PoE供电模块接入供电

PoE供电模块是一种提供电源和数据传输的设备，它将接入的数据信息加入电源，通过对应的端口输出，这个输出的网线内包含了数据和电源，实现了对远端的无线AP供电的同时，完成数据传输。PoE供电模块通常有 1、2、4、8、16、24 等多种端口规格， 可根据需求灵活选择。PoE供电模块通常部署在ONU和无线AP之间，或者不支持PoE功能的以太网接入交换机和无线AP之间。

PoE供电模块价格便宜，功能简单，无需配置，即插即用，部署速度快，在部分投资有限、建设速度要求高的地方受到欢迎。但PoE供电模块不具备网管功能，如果出了问题，很难进行故障定位。而且如果是AP出现不正常的状况，无法通过网管实现远程控制，必须到现场重启AP。

1.2.2 通过PoE交换机接入供电

PoE交换机是在传统以太网交换机的基础上，增加了PoE功能，使交换机不仅具备了数据交换功能，还可以同时通过网线传输电源，另外还集成了传统交换机的安全、QoS、网管等功能。符合运营商传统使用习惯和电信级运营管理的要求。PoE交换机可以部署在汇聚交换机和无线AP之间，或者PON中ONU和无线AP之间。通过选择8口、16口、24口等不同端口密度的PoE交换机，可以部署在不同用户密度的热点区域。

1.2.3 通过支持PoE的ONU接入供电

支持PoE功能的ONU是在传统的OUN内集成了PoE供电功能，此类ONU主要部署在PON中OLT和无线AP之间。目前国内运营商在部分区域开展了实验室测试和少量试商用。

支持PoE功能的ONU设备集成度较高，其解决方案网络层次简洁。由于其推出时间较晚，支持的厂家少，因此价格较高，运营商部署用量较少。实际应用中，其环境适应性问题以及与AP兼容性问题尚有待充分验证。

1.2.4 3种方式对比分析

综上所述，WLAN 3种接入供电方式各有优缺点(见表2)。

表2 WLAN 3种接入供电方式对比

2 WLAN供电及接入解决方案

根据前述WLAN供电及接入方式的特点，结合不同的应用场景及用户需求，给出下列WLAN供电及接入解决方案。

2.1 PoE供电模块解决方案

随着运营商 “光网城市”、“宽带提速”的建设，PON得到了大规模的部署和应用，ONU已延伸至用户身边。在需要部署WLAN的场景，可就近将PoE供电模块下挂至ONU，然后与AP连接，选择PoE供电模块时，需考虑连接AP数量、受电功率和端口速率选择适合的PoE供电模块。此方案适合对价格敏感、对网管无要求的用户。由于ONU部署较为分散，因此该方案适合AP密度不高的热点区域。在一些已部署非PoE交换机的区域，还可以通过增加PoE供电模块实现远程供电功能，可有效利旧，保护原有投资。但从实际工程应用来看，PoE供电模块存在可靠性相对较差，故障率偏高的不足。

2.2 PoE交换机解决方案

WLAN网络结构庞大，设备数量多，作为运营级的网络，网管功能可以显著提高网络的业务管理效率和故障响应速度。PoE交换机的解决方案不仅可以有效克服PoE供电模块无法网管的缺点，还可以提供丰富的功能特性，如供电优先级管理、过热过载保护、QoS规划、安全特性支持等。另一方面，在一些IP城域网不完善，或者PON未覆盖的地区，通常只能采用传输网承载WLAN业务。在这种情况下，LAN+PoE交换机解决方案非常符合应用场景的需求。PoE交换机由于其技术成熟，功能丰富，可广泛适用于各类热点区域，特别适合用户密集的高等院校等场景。

PoE交换机技术成熟，运行稳定应用范围广、部署数量大，是各大运营商目前WLAN建设中的首选供电及接入方案。

2.3 带PoE功能的ONU解决方案

本方案中，将PoE功能集成到ONU后，通过ONU直接给AP供电，网络层次简洁，故障点少，PoE相关功能可与PON在统一界面和平台下管理维护。非常适用于PON覆盖广泛，用户密度不高的热点区域。带PoE功能的ONU解决方案日益受到运营商和设备厂商的关注，有望成为未来WLAN建设的主流接入及供电解决方案。

2.4 方案应用中的注意事项

在实际的工程应用中，关于WLAN供电及接入方面，还应注意以下问题:网线距离过长、网线质量不佳或者受环境影响会降低供电功率、甚至造成无法给AP供电，一般建议不超过70～80 m。另一方面，PoE供电设备虽然可以全端口满功率供电，但考虑到设备环境电压存在波动的可能，建议不要全端口给AP供电，可适当预留若干端口；在很多热点区域，供电设备离开通信机房，通常会部署在距离人们工作、学习、生活很近的位置，如学校的教室、图书馆、学生宿舍楼梯间等，对供电设备的静音降噪能力提出了更高的要求；在一些室外公共热点区域，供电设备的防雷能力也会受到考验。

3 WLAN供电及接入技术的新发展

3.1 IEEE 802.11n和全千兆PoE供电设备

WLAN手机、平板电脑、智能终端越来越普及，WLAN网络数据流量将迎来爆发式增长，迫使运营商不得不使用更加先进的技术，以提升更高的网络带宽，提供更好的用户体验。IEEE 802.11n技术被誉为下一代无线局域网标准，可以将WLAN的传输速率由目前IEEE 802.11a及 IEEE 802.11g的 54 Mbit/s，提高到300 Mbit/s，甚至600 Mbit/s，还可以向下兼容IEEE 802.11a/b/g。得益于MIMO、OFDM技术的应用，提高了无线传输质量，也使传输速率得到极大提升。 在覆盖范围方面，IEEE 802.11n采用智能天线技术，可以动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，并可以减少其他信号的干扰。因此其覆盖范围可以扩大到数km2，使WLAN移动性、覆盖能力极大提高，非常适合室外部署，是“无线城市”、“智慧城市”建设的必然选择。2011年国内三大运营商IEEE 802.11n设备部署比例将超过IEEE 802.11a/b/g。

当前WLAN供电及接入设备主要采用百兆PoE接口，理论上无法满足IEEE 802.11n上行带宽需求。但在实际应用测试中，IEEE 802.11n AP带宽体验与理论值还存在较大差距，原因主要是网络上行带宽受限、2.4 GHz工作频段影响、技术成熟度还需进一步提升。百兆PoE接口的交换机或ONU在较长的一段时间内应可以满足实际应用需求。但从未来的发展趋势看，在WLAN网络上层带宽有保证的前提下，同时考虑到IEEE 802.11n的向下兼容性，具备千兆PoE接口的交换机或ONU将是IEEE 802.11n AP接入的最佳选择。

3.2 IEEE 802.3at(PoE+)和大功率供电

目前业界所采用的PoE相关标准为IEEE 802.3af，该标准规定了供电设备可通过以太网向功率在15.4 W以下的受电设备供电。这对于目前常用的无线AP来说是够用的，但随着“无线城市”建设兴起，WLAN网络开始在城市开放的空间部署室外型无线AP，额定功率通常大于15.4 W，已超出IEEE 802.3af标准定义。 与 IEEE 802.3af相比，IEEE 802.3at(PoE+)可输出2倍以上的电力，单端口的输出功率可在30 W以上，因此可大幅拓宽PoE供电的应用领域。

4 结束语

WLAN建设中，AP供电及接入方式的选择是其中覆盖面最广，也是最重要的环节之一。国内运营商纷纷在研究适合自己的解决方案。烽火网络长期关注WLAN项目建设，致力于提供优秀的WLAN供电及接入解决方案，通过分析用户需求和应用场景的不同，提出了针对性的解决方案和部署建议，是一种兼顾现实和发展的思路。

[1]王维嘉.802.11 系列标准介绍 [J]. 数据通信，2011(4):19-22.

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