移动通信行业发展：5G 商用临近，WLAN 助力满足用户数据业务需求

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    1 简介

    随着全球移动通信产业的快速发展，移动通信网络（蜂窝通信网络）已从2G（第二代通信技术）演进到5G（第五代通信技术）。中国即将在2020年实现5G商用，国内移动通信已全面构建IP化的蜂窝通信网络，从而推动移动互联网的进步。

    4G的普及，显着提升了移动互联网的网络带宽和速度，极大提升了用户终端设备的上网体验。但迄今为止，4G的流量成本仍然居高不下，这在很大程度上也限制了用户的大流量。业务发展。

    因此，仅靠蜂窝技术的发展已经无法满足庞大的用户群对数据业务的需求。 WLAN（Local Area，无线局域网），是一种像4G、5G一样的宽带无线接入技术，具有成本低、速度快、可靠性高等特点。实现快速部署等优势已成为各电信运营商网络整合的重要途径。与传统的有线网络相比，WLAN技术使网络更加自由，使网络建设更加经济，使通信更加便捷，使工作更加高效。

    近年来，WLAN技术逐渐成为终端产品的标准功能配置和承载网络流量的主要方式之一，极大地推动了移动互联网应用的发展。正是在这种科技和时代背景下，“移动直播”诞生了一种新的社交“现象”，也成为广电行业“全媒体融合”的新方式。下面以五维凤凰公园演播室的网络建设为例，探讨利用WLAN技术实现演播室之间的互联。

    2 校园网总体设计

    2.1

    园区环境

    整个五维凤凰公园可分为A、B两个区域，如图1所示，分为6个部分：

    图1 五维凤凰公园平面图

    2.2

    网络总体规划

    全媒体演播室后期的服务对象主要是广电系统的电视台和网络视频平台。

    园区主干线为中国联通专线，同时还有中国电信、中国移动。共有三个网络运营商可供选择。专用光缆与核心机房相连，互为备份线路。每个通道的最大带宽可提高到1 Gb/s，为客户提供多种运营商和带宽选择，并且可以按天计费。中国联通/电信网络与园区专线网络相连，带宽100Mb/s，上下行速率1:1。带宽可以随时增加。

    校园专线网络采用大二层部署原则。各类下行终端网关均部署在核心S7700-CSS上，接入和汇聚交换机均为二层透传。由于网络为树形结构，且核心交换机和汇聚交换机均采用堆叠方式，因此不存在二层环路。 S7700-CSS在线部署动态路由协议OSPF（Open Pass First，开放最短路径优先），减少路由维护工作量。 出口采用静态路由部署，在出口设备的OSPF协议内下发默认路由，引导上行流量。 AC（ ）和AP（ Point）之间采用直接转发模式。 USG防火墙与核心交换机之间串联互联网短信认证和行为管理设备。

    为了保证网络的稳定性和可靠性，尽量减少校园网的节点数量，接入网采用专线接入，并保证到达运营商骨干网的跳数≤3跳。

    2.3

    网络拓扑

    园区网络拓扑如图2所示。两台防火墙作为整个网络的外网出口；两台S7700核心交换机组成CSS系统，作为整个园区的核心和网关； S7700-CSS系统与数据中心出口防火墙互联，实现园区内所有点与数据中心互联；每层部署汇聚交换机S5700-52C-EI，形成两个绑定Eth-trunk的端口，分别互连两台S7700；每层部署接入交换机S5700-52C-EI，作为下游AP、PC、IP电话、视频终端等终端接入。

    图2 网络拓扑图

    2.4

    VLAN（虚拟局域网）规划

    设备管理分为两类：三层（网络层）设备和二层（数据链路层）设备。三层设备采用带有路由协议的设备，包括核心S7700、USG防火墙等。第二层设备采用具有第二层透传功能的设备，包括室内外接入交换机以及各楼层和演播室的AP汇聚交换机。每层需要配置一个专用的VLAN（Local Area，虚拟LAN）管理，网关放置在核心S7700上，每个汇聚和接入交换机都使用这个VLAN下的地址（见表1），所有交换机透传该VLAN。

    表1 园区VLAN规划

    2.5

    用户管理和信息安全规划

    系统管理方面，设置互联网短信认证和行为管理设备，对登录校园网的用户进行实名认证，监控上网行为。监测数据可保证保存30天。

    2.6

    无线网络布局

    2.6.1 综合楼覆盖方案

    A、B区综合楼AP（接入点），每层有3个点。具体分布位置如图3、图4所示。

    图3 室内覆盖方案—A栋（AP-IN-A）

    图4 室内覆盖方案-综合楼B（AP-IN-B）

   

    2.6.2 室外覆盖方案

    整个园区的室外AP分布位置如图5所示。

    图5 室外覆盖方案—A、B栋综合体

    2.6.3 演播室覆盖方案

    在演播厅规划WLAN网络时，首先要考虑的是满足AP与无线终端信号的交互，让用户有效接入网络。为了保证AP无线信号的有效覆盖，在选择AP摆放位置及相关配置时必须遵循以下原则：

    2.6.3.1 AP选择及参数

    对于演播室AP的选择，考虑到人群密集对WiFi信号覆盖的影响，AP选择-AGN，并采用主机加定向天线的吊装方式。安装方法如图6所示。该设计取消了传统的电源布线，改用 6e PoE（以太网供电）供电，支持2.4GHz和5GHz双频。单个AP的最大发射功率为25dBm。频点模式下，每个AP可支持60~80个终端设备，单AP最大功率15.7W。无线协议支持802.11a/b/g/n，最大速率支持900Mb/s。

    2.6.3.2 2.4G&5G场强模拟及布局

    1号演播室舞台区位于西侧，观众区位于东侧。南侧为2、3号演播室舞台区，北侧为观众区。观众区是AP部署的重点区域。

    通过模拟（见图7、图8），1号演播室安装了10个无线AP，预留10个点用于后期业务调整，如图9所示； 2、3号演播室每个安装点有7个无线AP，5个预留点，如图10所示。大厅内各点场强均大于-75dBm，满足技术要求。因此，演播室1的最大接入终端数量为600～800个，演播室2和演播室3的最大接入终端数量为420～560个。

    图7  1 2.4G&5G仿真图 场强规划仿真图

    图8 2、3演播室2.4G&5G仿真图。场强规划仿真图

    图9  1 AP点图

    图10 2、3工作室AP点位图

    2.7

    网络调优设计

    目前，WLAN已成为承载网络流量的主要方式之一。根据思科2013年发布的分析报告，在蜂窝网络、有线接入和WLAN接入三种方式中，WLAN承载着相当大的流量比例。 2012年，WLAN流量占比为38.8%，2017年将与有线相当，达到45.4%。

    802.11ac作为IEEE无线技术的新标准，借鉴了802.11n的各种优点，并对其进行了进一步优化。除了最明显的高吞吐量特性外，它可以很好地兼容802.11a/n设备，也提高了很多方面。项目用户体验。在802.11ac网络中，每个无线接入点可以容纳更多的客户端，为每个并行服务流提供更多的带宽，并具有更低的延迟和省电的优点。

    2.7.1 调谐2.4GHz/5GHz频段

    802.11ac拥有更好的5GHz频段体验，不仅拥有更快的传输速率，而且支持更宽的带宽。因此，在调谐过程中，将无线AC端调整为优先使用终端的5GHz频段。 2.4GHz频段信号更强。当信号质量较差时，动态调整连接至2.4GHz频段。

    2.7.2 WLAN信号带宽和信道优化

    信道（）是使用无线电波信号作为传输介质的数据信号传输信道。在常用的2.4GHz（2.4GHz～2.483 5GHz）频段，分为11或13个通道，每个通道的带宽为20MHz。图 11 显示了 13 个通道的分布。带宽越大，越容易失真。 20 MHz 在 802.11n 下可以达到 144 Mb/s 带宽。穿透力较好，传输距离远（100m左右）； 40 MHz 在 802.11n 下可以达到 144 Mb/s。带宽300Mb/s，但穿透力稍差，传输距离短（50m左右）。

    图11 2.4GHz信号通道分布图

    由于大多数802.11n设备都是针对2.4GHz频段设计的，2.4GHz本身可用信道较少，而且还存在工作在2.4GHz频段的其他设备（如蓝牙、微波炉、无线监控摄像头等）的干扰.)，即使在双空间中，在40 MHz的流媒体带宽下连接速率也可以达到300 Mb/s。但在实际网络环境中，由于相互信道冲突等原因，实际吞吐量不高，用户体验较差。

    802.11ac 专为 5 GHz 频段而设计。其独特的射频特性可以将现有无线局域网的吞吐量提高到与有线千兆位网络相当的水平。 802.11n和802.11ac的参数对比如表2所示。在传统的WLAN系统中，AP和无线用户通常只有一根天线，采用802.11 a/b/g协议进行传输。信号传输速率最高可达54Mb/s，且速率难以提升。

    表2 802.11n与802.11ac参数对比

    随着WLAN技术的普及和广泛应​​用，用户对大幅提升无线通信速率的需求日益强烈。 802.11n协议采用MIMO（多输入多输出）多天线技术，WLAN信号传输可以轻松有效地突破单天线带来的速率瓶颈，满足用户对带宽和信号质量的要求。

    3 网络安全和带宽估计

    3.1

   

    网络安全和优先级管理

    公共领域的互联网安全问题从不同的出发点可以分为用户和提供者。对于用户来说，欺诈、扣费、强行安装APP等各种形式的“流氓”行为一直是用户最关心的焦点。 ;对于提供商而言，严格禁止用户的论坛评论、政治或色情内容。

    如何避免此类网络安全和用户上网行为问题，是各公共场所需要解决的重大问题。因此，网站链接和内容识别库的建设就显得尤为重要。

    为保证园区上网安全，在用户登录认证方面，实行短信验证码登录。用户连接网络后，会自动弹出认证界面。用户输入手机号码，登录密码将通过短信发送至用户手机。用户通过填写​​验证码即可登录校园网。

    对上网行为进行科学管理，不仅能让用户接入网络更加安全，还能直接提高接入用户的网络质量。五维凤凰早期的全网VLAN架构设计针对不同的应用采用不同的网段和时间段。控制如图12所示，在合理的时间占用合理的带宽，使得后期的网络行为管理更加高效。

    图12 五维网络行为管理及带宽策略

    五维凤凰网络采用联通/电信双线接入主备设计。 OSPF策略路由的建立，使得演播室网络和办公网络相对独立，互惠互利。对于工作时间的基础应用，如邮件系统、财务系统、OA系统等，将网络优先级设置为高，并设置总带宽的60%，以保证应用带宽。下班时间，基础应用的带宽优先级会降低，用于添加到演播室无线网络，保证业务应用的业务开展。

    3.2

    带宽估算

    3.2.1 WiFi移动端直播带宽估算

    通过节目排练时多终端后端上行数据流量的采集，计算出主流直播平台的上行带宽占用情况。单个终端（移动终端）上行最大带宽为2.5Mb/s，最小带宽为1Mb/s。为了保证移动终端直播的流畅，预计单终端上行带宽至少为2.5Mb/s，如图13所示。

    图13 主流直播平台移动直播占用带宽监测

    3.2.2 专线直播带宽估算

    直播的带宽取决于流媒体视频的比特率。视频比特率是数据传输过程中单位时间传输的数据位数。基本算法为：码率（Kb/s）=文件大小（GB）×1024×8/时间（s）。由于推送编码中还包含音频数据，为了让直播时网络更加安全、流畅，一般建议直播上行带宽为推送视频码率占用带宽的2倍以上。

    3.2.3 受众网络交互带宽估算

    观众的在线互动一般采取投票、弹幕的形式，多以H5页面的形式呈现。观众通过点击页面或留言、发送弹幕等方式与现场嘉宾互动。随着微信、直播平台、社交应用的普及，越来越多的人进行互动、拍摄大量的短视频，这实际上考验着网络的上行带宽。因此，在观众互动的带宽估算方面，一般建议使用上下行比例为1:1的专线网络。

    4 应用案例分析

    4.1

    《有趣的谈话》

    图14“有趣的梦话”移动直播

    4.2

    《年轻的选择》——优酷十周年庆典

    图15《青春的选择》直播

    4.3

    《2017巅峰演唱会》——央视

    图16 “2017高峰音乐会”观众互动场景

    5 结论

    五维凤凰全媒体演播室定制的WLAN传输解决方案，具有灵活高效的带宽计费方式、高速稳定的无线WiFi信号覆盖、强大的终端接入能力、更高的带宽接入能力。弥补了目前蜂窝网络连接终端数量不足、高密度人群场所连接质量差的问题。

    随着信息技术的发展，5G商用试验已经开始。 5G的发展既是机遇，也是挑战。但对于全媒体演播室来说，WLAN技术高效的本地部署能力、密集地点更强的终端接入能力以及更可靠安全的主备信息交换能力仍然是5G的关键。蜂窝网络短期内无法被完全取代。因此，在5G完全适应全媒体演播室的信息交互方式之前，WLAN技术仍将是全媒体演播室的主流技术。当然，随着5G的发展，技术成熟稳定后，IT技术在演播室的应用将变得越来越普遍和重要。

    选自《演艺科技》2019年第4期李永祥《基于WLAN技术的全媒体直播网络解决方案》，转载请注明：演艺科技传媒。详细内容请参阅“演艺技术”。