基于云管端方式的广电公共WiFi 技术架构研究

张 伟

(国家新闻出版广总局广播科学研究院，北京100866)

进入21 世纪，中国网络覆盖、网络应用迅猛发展，广电原有庞大客户群逐渐被蚕食，网络内容资源比重逐渐加重，广播电视节目逐渐被“年轻一代”边缘化。伴随移动终端普及，移动手机作为新的客户群体增长点，被广电各部门所关注。WiFi 产业虽然拥有相当长的发展历史，但是最近几年开始真正做到无处不在，真正开始为一般民众提供无差别的接入服务。WiFi 产业的发展呈不断增长趋势，上网终端出货量和保有量持续爆发性增长，2012 年，支持WiFi 功能的移动上网终端出货量超过15 亿部;通过WiFi 设备上网的流量首次超过有线网络。到目前为止，中国拥有手机用户数突破了12.9 亿户［1］，并且数字仍在增长，而同时，约有46%的人选择WiFi作为首选的互联网接入方式。

各地有线网络公司近几年开始将目光瞄向公共WiFi 方向，希望借此增加用户、拓展业务，实现内容在电视和移动终端的整合。从成本和业务两方面考虑，广电在公共WiFi 系统建设上不应遵循电信系统WiFi 建设大而全的套路，而应该走小而精、智能联合的方案，根据运营的实际需要，结合目前WiFi 建设的最新技术进行组网设计和建设，从而实现业务的增长。

1 新一代AP 接入设备

电信WiFi 组网建设主要采用AC/AP 方式进行组网，一方面因为电信组网范围广，设备多，另一方面，电信长期被设备运营商进行利益绑架，AC 设备拥有更好的利润率。采用AC/AP 组网方式在进行业务划分方面仍旧存在一定的优势，但是这种优势随着新一代的智能组网方案的成熟也在被逐渐替代。同时，因为采用AC 设备造成成本大幅上升，为了控制预算必须对AP 设备进行成本压缩，其直接结果是厂商偷工减料，用户接入能力受限，从而造成用户体验的丧失。传统的AP/AC 组网方式如图1 所示。

图1 AP/AC 组网

广电运营商在运营能力和资金方面无法和电信运营商相比，需要的是灵活以及成本可控的建设方案。与传统无线网络的AC+AP 架构不同，采用瘦AP 云管端的方式，可以增强部署灵活性的同时，大幅降低成本，更符合广电的公共WiFi建设和业务发展的需要。采用分布式的瘦AP 为用户提供灵活的控制管理和数据转发功能，每个AP 间相互协作，协同控制属于自己范围内的所有终端，替代AC 的集中控制。

所谓“瘦AP”是新一代的WiFi 建网AP 设备［2］。一般的“胖AP”只能管理自己，无法与临近的AP 相互交互;而“瘦AP”不仅具有完整的数据转发和控制功能，还可以实时与临近AP 通信，分享各自的控制信息，也就是说，所有的AP 组成了一张智能的网络。当其中一台AP 负载较大时，系统会自动采用相应的负载均衡机制，保障用户体验。而当终端接入网络后，AP 会及时与周边AP 通信，告知终端的网络连接及移动状态;当终端移动到另一AP 范围时，AP 可自动调节信道，提供基于L2/L3 层的无缝漫游、安全等功能，保障用户体验。假如某个AP 出现故障，临近的AP 会自动增大功率来优化信号覆盖。

采用瘦AP 的无AC 架构无线方案，整体成本将大幅减少。同时瘦AP 与其他AP 产品相比，仅仅采用了性能更高的CPU，在天线技术、接入数量方面并无不同，其所有的优势都来源于网络架构以及其SoC 芯片上运行的通信协议更加优秀。

采用瘦AP 可以做到业务的灵活部署和扩展，消除了流量瓶颈和基于AC 架构所带来的管理复杂性。因为分布式转发无需绕道AC，不会带来U 型转弯，转发路径短，效率高。并且AP 的数量可以随意扩展，简单易维护。

采用瘦AP 可以提高系统的稳定性，解决了单点故障的难题，提高客户关键任务的可靠和安全性。

2 基于云管端方式的公共WiFi 组网

广电WiFi 无线组网示意图如图2 所示。

图2 广电WiFi 无线组网示意图

2.1 广电WiFi 组网逻辑结构

2.1.1 中心节点

建设网络中心平台作为中心节点部署，中心平台是进行云化节点管理的核心平台［3］。其主要责任描述如下:

1)对接资源池，进行各分节点间的资源调度，包括视频资源和其他业务资源等。

2)部署第三方业务管理系统。第三方业务系统针对不同场所所需的特色业务，如医院排队看病时，可以登录WiFi热点访问挂号及排队相关业务，这些业务系统会下沉到分节点部署，但是对这些业务系统的信息汇聚和管理要由中心节点完成。

3)管理全部瘦AP 或智能网关，实现系统优化、流量和用户统计、故障检测和排除。

2.1.2 分节点

与中心机房对接，部署下移的业务服务器、流媒体服务器和Portal 设备，业务服务设备用于为特定地点提供对应业务，如餐厅点餐等。流媒体服务设备用于承载区域中大量用户的访问，请求并发和相关服务。Portal 设备用于匹配本节点的特色视频及业务内容。

对于广电来说，全部的分节点构成一个大内网的概念，用户通过广电WiFi 接入便进入了这个大内网，在大内网内所提供的一切业务不需要和电信进行流量结算，因此，会尽可能多地在分节点部署内容资源，协调分节点交换资源，争取把用户留在网内。在网内，用户即使长期进行视频资源消费，也不会造成显著的成本上升。

2.1.3 用户量变更适应

根据用户量可将户外分节点划分为两类:一类为人流量较大的场所如火车站、医院等，在特定时间会出现人流高峰，如春运时期人流暴涨即为典型情况;另一类为人流量较少的场所，如商场空间，节点划分如图3 所示。

图3 节点划分

针对第一类情况，可通过并发协调机制应对用户量的非线性增长。总中心设定支持5 000 的并发承载能力，根据1/10 的经验值计算共可支持5 万用户。第一类分节点设定支持2 000并发，即2 万用户，当用户流量超过2 万时直接向总中心进行请求，使用总中心的5 000 并发能力作为缓冲。针对第二类情况，较少的用户量无需单独下移并发能力设备，即光纤网络直接与场所AP 热点相连，场所用户产生的并发直接向总中心进行请求。

2.1.4 用户接入Portal

支持多种Portal 验证模式，用户接入WiFi 网络，自动弹出“无线电视”Portal，Portal 首页支持自定义，支持轮训广告、图片、文字等，并推荐APP 下载、视频节目推送等。Portal 是用户登录WiFi 看到的第一个页面，也是被强制观看的页面，对Portal 的管理必须专业和灵活。

2.1.5 一体化的智能分节点

因为WiFi 接入设备和存储设备的发展，现在可以将AP设备、Portal 服务器、存储和数据库集成到半个鞋盒大小的机框内，从而提供小微接入方案以适应过去无法进行WiFi 热点部署的环境。仅需要提供5 V 的接入电源便可以为半径80 m内的超过50 个用户提供接入服务。设备可以集成互联无线模块依靠4G 方式接入中央机房实现云管，本地可以存储超过160 Gbyte 的各种资源并实现相关联设备的资源交换，设备更可以集成充电宝，1 万毫安时的电池就可以做到12 小时的连续工作，从而使众多文物保护地区、无法布线和建筑保护地区、不具备持续供电条件的户外地区具备WiFi 热点部署的条件，同时这些智能分发设备可以通过多种方式接入互联网从而实现云化管理，完成内容的更新推送和调度。

2.2 主干传输方案

在各分节点的连接上，推荐基于广电光纤网络进行数据通信，广电机房与户外分节点机房之间通过光纤连接，以高质量地支持所有的双向互动业务的开展。在市区内，各分节点之间的连接有条件的可以使用光纤网络，也可以使用双向化的Cable 方案，甚至使用基于特定频率的无线连接方案。只要能有效地实现数据的互通，分节点间的互通方式不限制网络类型。对于部分有条件的地区，甚至可以采用专用频段的无线通信方案。

2.3 组网覆盖

组网覆盖有两种方式，对于新建系统采用云平台+智能云AP 架构如图4 所示。

图4 云平台+瘦AP 方案

对于已有部分WiFi 现网系统，需要整合扩建的，可以采用云平台+云网关架构，如图5 所示。云网关下挂接已经部署的AP 设备，对与平台而言，将一个云网关设备作为一个节点进行管理，不再对其下的非瘦AP 分开单独管理，从而整体降低运营成本。

图5 云平台+智能云网关方案

对于小型空间如咖啡馆等区域有限的场景，可采用1 ～2个AP 进行部署，Portal 用户认证系统也置于中心节点，采用远程方式为所有接入用户提供认证服务。

对于大型空间如医院、火车站采用较多的AP，依靠云管端的方式对这些AP 进行分组划分和管理，对应一定区域内的AP，Portal 系统仍可采用中心部署方式。

WiFi 架构与IP 服务平台对接方案两个体系相对独立，主要在用户认证体系中存在集成工作，可将WiFi 的用户认证体系以业务形式接入IP 服务平台中，完成用户认证行为的统一。

2.4 既有设备整合

对于已经部署的WiFi 设备，已经有自己的设备管理平台，可以通过增加部署云网关设备实现和云管理平台的对接，实现业务方面的整合。而且，直接接受云平台管理的设备和通过云网关间接接受云平台业务管理的设备可以混合组网。

该方案可以确保整个省网实现业务管理的统一，而且设备管理方面比较灵活，以前部署的设备可以沿用以前的设备管理模式，新部署的设备可以接受云平台的统一管理。

2.5 漫游服务

为了方便未来全国各地广电组件WiFi 系统之间的互联互通，设计广电用户漫游计费方案如图6 所示，用户接入AP数据包携带本地市标签，计费流程与传统运营商计费流程相同。

图6 漫游服务方案

3 广电公共WiFi 的优势和业务

3.1 广电的内容服务优势

广电拥有长期的内容运营经验和大量的内容资源，在很多省份，随着广电运营商宽带业务的推广，在广电网内部也建立了海量的内容数据缓冲池。在构建公共WiFi 系统时，将广电内网与WiFi 网络相连通，为用户提供内网视听媒体服务将会是广电的特色服务之一。引导用户在内网进行视频媒体内容消费，不会增加广电网与电信网之间的互联网带宽结算费用，同时，又能使用户获得与众不同的在线视频收看体验，该业务具备很大的发展空间。广电WiFi 内容连通方案如图7 所示。

图7 内容连通方案

针对不同的运营区域，区域内容中心可以存储不同的节目内容，甚至可以为本地商户提供包括自身宣传视频等在内的定制内网收看服务。

广电的公共WiFi 系统想要长久生存必须盈利，盈利的最直接途径就是进行商业运营。商业WiFi 的运营分3 个层次:

第1 个层次是与所部署的业主之间的业务无关系，仅仅推送商业广告，对业主的利益关系仅仅是提供了一个WiFi 接入设备。

第2 个层次是客户引流宣传，为业主提供定制登录网页，网页内容多为业主的业务和服务宣传、免费WiFi 上网的第三方认证服务。帮助业主积累粉丝及简单推广业务，如餐饮娱乐场所等的引流服务等。

第3 个层次的运营能力是通过一些基于WiFi 及移动互联技术的软件，介入到业主的主营业务当中，比如提供点餐或选美发技师等与业主业务紧密相关的移动互联业务服务。

商业WiFi 的层次越高，就和客户的黏合度越高，就越能通过WiFi 的商业入口加入高价值服务。广电本身就拥有相当数量的数字电视用户，如果能将用户体系打通，再依靠广电本身具备的可信价值，会比其他商业机构更能构建起完整的商业WiFi 运营体系。

3.2 数据采集和数据分析

对海量上网行为数据进行采集和分析是极具商业价值的价值积累，蕴藏很高的商业价值。用户就是价值，数据更是价值，用户量和数据量直接成为和其他在线业务服务商的谈判条件，WiFi 加速大数据的生产，是未来数据时代的一个重要数据来源。实现用户数据采集，从而发觉更多的业务可能，有助于实现广电大数据的价值。

4 总结

互联网元素不断向广播电视领域渗入，新技术引领新业务的表现愈发明显。公共WiFi 因为面向庞大的移动智能终端用户群，从而拥有巨大的发展潜力，可以成为广电拓展新用户群的跷板。广电拥有不同于电信运营商的运营理念，更拥有独特的内容和用户资源，在网络内容服务方面拥有先天的优势。依托有线电视注册用户，发展城市公共WiFi 热点服务，在提供用户互联网接入的同时，进行内网音视频在线服务，可以大大提升广电公共WiFi 对用户的粘性，让用户意识到广电的创新性和积极服务的态度。当前的技术可以通过广电有线电视分配网接入的宽带信号，在家庭(或宾馆客房等)端采用WiFi 无线传输方式供用户使用，同时保证原数字电视信号正常使用，互不影响，这将大大提升广电WiFi 覆盖的范围［3］。引入商业WiFi 运营理念，依托广电长期积累的可信口碑，开展商户服务、引流服务、推广服务，更可以进一步打开广电WiFi 业务市场，从而有效地拓展新业务。

广电行业的发展也是一个从保守到开放，从消极到积极的发展过程，互联网技术的发展为广电提供了新的业务发展空间，广电可以依托成熟的技术，进一步拥抱网络服务，并且可以借此机会拉拢新的用户群。可以预见，公共WIFi 服务会为广电带来一次新的服务革命，为广电的新业务带来重大机遇。

［1］工业和信息化部.2015 年3 月通信业经济运行情况［R］.北京:工业和信息化部，2015.

［2］李四军.无线网络“胖”AP 与“瘦”AP 性能探讨［J］.电脑知识与技术，2012(18):4346－4353.

［3］胡晓东.基于三网融合的WiFi 覆盖研究［J］.电视技术，2014，38(21):82－84.