详情
本书基于华为在WLAN领域多年的技术积累和对客户业务的了解，以企业无线网络所面临的业务挑战为切入点，详细介绍了Wi-Fi标准的最新演进、企业场景下的空口性能和提升用户体验的解决思路，以及企业WLAN的典型组网、规划和场景化设计，旨在向读者全面呈现企业WLAN的规划设计、技术实现等，并给出部署建议。 本书是了解和设计WLAN的实用指南，内容通俗易懂、实用性强，适合WLAN技术支持工程师、WLAN规划工程师、网络管理员及网络技术爱好者阅读。
国之重器出版工程
网络强国建设
新一代信息技术·华为数据通信系列
企业WLAN架构与技术
吴日海 杨 讯 主 编
周 霞 王义博 副主编
人 民 邮 电 出 版 社
北 京
图书在版编目（CIP）数据
企业WLAN架构与技术 / 吴日海，杨讯主编. -- 北京：人民邮电出版社，2019.12
国之重器出版工程. 新一代信息技术.华为数据通信系列
ISBN 978-7-115-53093-6
Ⅰ.①企… Ⅱ. ①吴… ②杨… Ⅲ． ①无线电通信-局域网 Ⅳ. ①TN92
中国版本图书馆CIP数据核字(2019)第276291号
主 编 吴日海 杨 讯
副 主 编 周 霞 王义博
责任编辑 韦 毅
责任印制 李 东 杨林杰
人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
网址 http://www.ptpress.com.cn
开本：720×1000 1/16
印张：23.5 2019年12月第1版
字数：434千字 2019年12月河北第1次印刷
定价：99.00元
读者服务热线：(010)81055552 印装质量热线：(010)81055316
反盗版热线：(010)81055315
本书基于华为在WLAN领域多年的技术积累和对客户业务的了解，以企业无线网络所面临的业务挑战为切入点，详细介绍了Wi-Fi标准的最新演进、企业场景下的空口性能和提升用户体验的解决思路，以及企业WLAN的典型组网、规划和场景化设计，旨在向读者全面呈现企业WLAN的规划设计、技术实现等，并给出部署建议。
本书是了解和设计WLAN的实用指南，内容通俗易懂、实用性强，适合WLAN技术支持工程师、WLAN规划工程师、网络管理员及网络技术爱好者阅读。
本章首先围绕Wi-Fi技术的诞生和演进，介绍企业WLAN的发展历程；其次介绍企业WLAN所面临的变革和挑战；最后重点介绍为应对上述挑战而提出的新一代企业WLAN解决方案。
Wi-Fi技术的诞生，首先是为了解决有线网络布线的烦琐问题。收银机（POS机）制造商NCR公司在为百货商店和超市（简称商超）等客户提供服务时发现，每次改变店面格局都需要为收银机重新布线，费时费力。1988年，NCR公司联合AT&T和朗讯推出WaveLAN无线网络技术方案，实现了收银机的无线化接入，这一技术也被公认为Wi-Fi技术的前身。WaveLAN技术的诞生促使IEEE 802 LAN/MAN标准委员会在1990年成立了802.11无线局域网工作委员会，开始制定WLAN的技术标准。
下面依据WLAN技术的演进，结合企业WLAN架构和协议，分阶段介绍企业WLAN的发展历程，如图1-1所示。
1.第一阶段：初级移动办公时代——无线网络作为有线网络的补充
WaveLAN技术的应用可以被认为是企业WLAN的雏形。早期的Wi-Fi技术主要应用在类似“无线收银机”这样的物联设备上，但是随着802.11a/b/g标准的推出，无线连接的优势越来越明显，终端模组的成本也在快速下降，企业和消费者开始认识到Wi-Fi技术的应用潜力，无线热点开始出现在咖啡店、机场和酒店。Wi-Fi这个名字也在这一时期诞生，它是Wi-Fi联盟的商标。该联盟最初的目的是推动802.11b标准的制定，并在全球范围内推行Wi-Fi产品的兼容认证。随着标准的演进和符合标准的产品的普及，人们往往将Wi-Fi等同于802.11标准。需要说明的是，802.11标准是众多WLAN技术中的一种，只是802.11标准已成为业界的主流标准，而人们提到WLAN时，通常是指使用Wi-Fi技术的WLAN。这是企业WLAN应用的第一阶段，主要是解决“无线接入”的问题，核心价值是摆脱有线的束缚，让设备在一定范围内可以自由移动，这也是WLAN最直接的价值体现，用无线网络延伸了有线网络。但是这一阶段的WLAN对安全、容量和漫游能力等方面没有明确的诉求，AP的形态还是单个接入点，用于单点组网的无线覆盖。通常称单个接入点架构的AP为FAT AP。
图1-1 企业WLAN的发展历程
2.第二阶段：无线办公时代——有线和无线网络一体化
随着无线设备的进一步普及，企业WLAN从起初仅仅作为有线网络的补充，发展到和有线网络一样不可或缺，由此进入第二阶段。在这个阶段中，企业WLAN作为企业网络的一部分，除了需要满足BYOD的需求外，还需要为企业的访客提供网络接入。
单个咖啡店的接入用户数一般为十几人，但是企业的接入用户数可能成百上千，此时单个AP已经无法满足建设大规模WLAN的需求，由此新的WLAN架构——WAC+FIT AP应运而生。在网络中引入一个集中的无线接入控制器（Wireless Access Controller，WAC），通过无线接入点控制和配置（Control And Provisioning of Wireless Access Points，CAPWAP）协议来实现集中信道管理、统一配置、全网的漫游和认证，如图1-2所示。
图1-2 WAC+FIT AP架构
另外，在企业办公场景下，存在大量视频、语音等大带宽业务，对企业WLAN的带宽有更大的需求。从2012年开始，802.11ac标准趋于成熟，对工作频段、信道带宽、调制与编码方式等做出了诸多改进，与以往的802.11标准相比，其具有更高的吞吐量、更少的干扰，能够允许更多的用户接入，引领WLAN进入了吉比特时代。这种技术的改进为企业无线办公创造了充分的条件。
在此背景下，AP不但需要支持新的802.11标准，同时也需要更强劲的业务处理能力。企业级AP和家用AP开始分道扬镳，走向不同的演进路线。
作为企业网络的基础设施，企业级AP不仅需要更长的使用寿命和更加牢固的结构设计，更重要的是，需要更强大的处理能力和更高效的空口调度算法，来满足高并发、大容量的接入场景。企业级AP和家用AP的差异如表1-1所示。
表1-1 企业级AP和家用AP的差异
续表
3.第三阶段：全无线办公时代——全无线办公，以无线为中心
目前，企业WLAN已经进入第三阶段，在企业办公环境中，使用无线网络彻底替代有线网络。办公区采用全Wi-Fi网络覆盖，办公位不再提供有线网口，办公环境更为开放和智能。未来，企业云桌面办公、智真会议、4K视频等大带宽业务将从有线网络迁移至无线网络，而虚拟现实（Virtual Reality，VR）/增强现实（Augmented Reality，AR）、虚拟助手、自动化工厂等新技术将直接基于无线网络部署。新的应用场景对企业WLAN的设计与规划提出了更高的要求。
2018年，新一代Wi-Fi标准Wi-Fi 6（这是Wi-Fi联盟的命名，IEEE将其命名为802.11ax标准）发布，这是Wi-Fi发展史上的又一重大里程碑，它的核心价值是容量的进一步提升，引领室内无线通信进入10吉比特时代；多用户并发性能提升4倍，让网络在高密接入、业务重载的情况下，依然保持优秀的服务能力。
企业WLAN的另一个演进方向是基于WLAN的位置服务功能和物联网连接功能发展。例如，通过融合Wi-Fi技术和蓝牙定位技术支持高精度室内导航和定位；通过融合射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）和ZigBee等短距离物联技术支持电子价签、智能手环等物联网应用。
企业WLAN发展至今，在标准快速迭代和需求场景爆炸式增长双重因素的推动下，已经由最初的“有线网络的补充”发展到全无线办公。承载在网络上的业务也不再是“访问互联网”这样简单的消费需求。企业WLAN已经成为支撑各行各业实现数字化转型、提升生产和工作效率的基础设施，其面临的挑战也变得更为艰巨，如图1-3所示。
图1-3 企业WLAN面临的挑战
1.WLAN业务超大的带宽需求
在未来，各行各业都面临着数字化转型，以企业办公为例，数字化转型的一个重要方面就是移动化和云化。通过集成了即时通信、电子邮件、视频会议、待办审批等服务的一站式办公平台，越来越多的工作可以随时随地在移动端处理。移动化和云化可以帮助企业摆脱地域差异，完成协同办公，特别是随着4K智真会议等新技术的兴起，多地人员可以参与同一个项目，不同地区办公的项目成员可以随时随地召开智真会议进行交流，清晰流畅的4K视频会议与面对面的会议并无二致。当然，智真会议对带宽的要求很高，需要至少50 Mbit/s的带宽和低于50 ms的时延。
此外，教育领域中，数字化课堂已经成为新趋势，在线互动教学、高清教学视频点播、学术视频会议重新定义了学习空间，学生不必安安静静地坐在课堂上，而是随时随地都可使用移动终端学习，充分利用碎片化时间。VR技术的出现还带来了参与度高的沉浸式课程，从而增强教师的教学效果。举个最常见的VR教学的例子——手术示教，通过部署4K/VR手术示教系统，将手术场景实时同步到各个教室，让更多的学生参与到观摩和学习当中，同时手术现场的医生可以通过高清视讯设备和会诊专家进行远程实时交流，而这一切都需要超大带宽的支撑。
传统业务单个用户的带宽都不超过10 Mbit/s，如何满足大带宽业务并发成为企业WLAN面临的一大挑战。
2.Wi-Fi技术瓶颈影响用户体验
在使用WLAN的过程中，除了对带宽的需求外，还存在很多用户体验差的问题。
举个比较典型的例子，在大型展会中，主办方都会提供无线接入服务供参展人员上网。但是参展人员可能会发现，明明能够搜索到主办方提供的WLAN热点，但就是关联不上，即使连上了，打开网页的速度也很慢，特别是在移动过程中，感觉信号更差了。其实造成这种情况的原因有很多，可能是无线信道分配不合理，导致出现严重的同频干扰；可能是信道功率配置不合理，导致部分区域信号弱，速率低；可能是场地中存在一些干扰源，例如微波炉等设备，影响到无线信号的稳定性；也可能是接入用户数过多，使得网络存在着一些拥塞区域，导致速率低，接入困难；还有可能是部分手机漫游不及时。上述这些原因都会影响到用户体验。同时，在展会中还有一些特殊的应用场景。例如，一些展台会设计使用VR技术的互动体验环节，它对时延的要求极高；参展的记者可能会利用无线网络进行现场直播或者进行文字报道，如何保证其流畅性也是一项难题。
3.WLAN业务的安全性被质疑
WLAN采用无线电波传输数据的特殊性使得无线信道成为黑客、违法分子攻击和破坏数据传输的重要目标。特别是进入全无线办公时代后，WLAN取代了有线网络承载核心业务的传输，如果WLAN受到攻击，那么产生的损失和破坏将是毁灭性的。
以金融行业为例，中国银行业协会发布的《2017年中国银行业服务报告》指出，截至2017年，我国手机银行业务快速增长，其中手机银行个人客户已达15.02亿户。人们利用无线网络，可以在移动终端上随时随地对自己的账户进行查询、转账、理财等操作，免去了以往跑银行办理业务的麻烦。但是客户在获得便利的同时，也要承担风险，一旦在使用手机银行的过程中遭到攻击，数据被窃取，将会造成直接的经济损失。特别是2017年下半年被媒体广泛报道的KRACK攻击，经过媒体的发酵，引发了用户对无线安全的担心。
4.网络设备的增加带来更复杂的规划部署和维护
传统的有线网络只为固定区域的人群服务，区域内有多少终端，需要配置多少上网口，都是可以预知的。但规划无线网络的时候，情况将变得极为复杂。试想一下，有一个50人的会议室，要求在实现Wi-Fi网络全覆盖的同时，还需支持实时视频会议。传统网络方案中，网络管理员需要准确预估覆盖区域的业务模型，然后规划Wi-Fi网络，设置无线射频参数，避免AP间的同频干扰并保证无线信号的覆盖率和质量；为了满足实时视频会议对带宽、时延、丢包率等指标的要求，还需要设置复杂的QoS参数；最后，再人工逐台设备去配置命令行，如果出现配置错误，还需要逐条命令去检查，费时费力。另外，由于无线设备的特殊性，一旦设备故障，会影响一片区域用户的接入，因此需要实时监控AP和交换机设备的工作状态。但是如果AP数量庞大，人工监测的工作量会非常大。
5.WLAN与物联网融合的挑战
在WLAN迅猛增长的同时，连接物与物的物联网技术也在快速发展并被广泛应用。现在是万物互联的时代，企业的物联网也是随处可见。在企业办公场景中，物联网可以用于企业资产管理，实现资产移动轨迹查看和自动盘点等功能；在学校中，物联网可用于学生的健康管理，实现学生自动考勤和学生体征检测；在医院中，物联网可以用于输液管理、药品管理和生命体征的实时监控等；在工厂中，物联网可用于车间生产资源的实时互联，实现生产资源的精细化管控。
WLAN和物联网技术都在迅猛发展着，业界也在不断探索二者融合的可能性。一方面，独立部署物联网投资成本较高，同时，分别管理和维护WLAN和物联网两套网络也比较复杂；另一方面物联网和WLAN有很多相似之处，包括物理层（PHY层）的协议、使用的频段、部署和组网方式，因此二者从共存到融合，最终到归一，这是一个重要的技术演进方向。
为了应对以上的种种挑战，新一代企业WLAN解决方案应运而生，如图1-4所示。
图1-4 新一代企业WLAN解决方案
1.支持802.11ax标准，应对超高带宽需求
随着4K/8K高清视频、AR/VR等新兴业务的普及，对WLAN提出了高带宽、低时延的要求。为了应对超高带宽的需求，802.11标准一直致力于传输速率的突破。从最开始802.11b标准传输速率仅为11 Mbit/s，到802.11ac标准传输速率突破1 Gbit/s大关，再到最新802.11ax（Wi-Fi 6）标准将传输速率提升到10 Gbit/s，并且引入了多种多用户技术，提升了用户的实际吞吐率。
2.创新无线空口技术，打造卓越用户体验
为打造最优的用户体验，需要在以下关键技术中做出改进。
（1）无线覆盖
为了使WLAN获得最优的网络覆盖范围，必须为WLAN规划合理的信道和功率。射频调优功能可以自动部署信道和调整发射功率：一方面可以应对多样化的网络环境，规避干扰和填补盲区，使得无线覆盖达到最优；另一方面，针对网络中存在的不确定因素，射频调优也可以进行自动检测，进而优化无线网络参数，应对网络变化。
（2）抗干扰
WLAN的一个显著特点是在自由空间中传输数据，而这种开放的无线环境中存在大量的干扰。新一代企业WLAN解决方案提供了一系列技术手段应对干扰。首先，对于非Wi-Fi干扰，可以通过频谱分析功能进行识别；其次，针对Wi-Fi干扰可以通过空闲信道评估（Clear Channel Assessment，CCA）和请求发送（Request to Send，RTS）/允许发送（Clear to Send，CTS）技术来降低有效信号与干扰信号发生冲突的概率；最后，自适应调制编码（Adaptive Modulation and Coding，AMC）算法可以在干扰无法避免的情况下减少干扰带来的性能损失。
除了通过软件算法提升抗干扰能力外，各类先进的天线技术也能助力AP规避干扰。一方面，高密天线可以有效控制AP的覆盖范围，减小相邻AP之间的干扰；另一方面，智能天线可以通过波束成形技术保障无线信号质量。
（3）用户QoS
用户业务的多样化决定了WLAN需要对其进行区分对待才能让用户获取最佳体验。对待不同的业务，新一代企业WLAN解决方案提供了多种QoS技术。空口优先级调度可以帮助重要业务优先调度；Airtime调度则可以让多个用户公平地共享无线资源，传输更多的数据；智能应用控制（Smart Application Control，SAC）技术可以进一步识别业务类型，特别是高优先级的业务，如语音和视频业务，对业务进行更为精细化的控制。
（4）移动体验
WLAN不同于有线网络，用户的相对位置并不是固定的，因此保证用户在漫游过程中的体验也非常关键。快速漫游功能使得用户在移动过程中业务不会中断，且无须重新认证；智能漫游功能则可以针对无法顺利漫游的黏性终端提供服务，提升使用此类终端的用户在漫游中的体验。
3.融合安全技术，开启无线全面防护
随着802.11标准的演进，WLAN的安全防护措施也在不断地升级。
新一代企业WLAN解决方案尤其关注网络的安全性，通过多样化的用户认证机制，建立安全的关联，确保参与通信的各方身份的合法性；通过无线数据加密，确保无线数据链路的安全性；对于WLAN中可能存在的非法攻击，可通过无线攻击检测实现对非法终端、恶意用户的攻击和入侵WLAN的行为进行安全检测，更进一步，还可以通过无线攻击反制进一步保护企业WLAN的安全，如阻止非法无线设备非授权访问企业网络，提供针对网络系统攻击的防护。
4.基于场景的网络规划部署和维护
新一代企业WLAN解决方案根据不同的企业和组织对WLAN的不同要求，提供了多种组网方案。此外，由于WLAN的特殊性，不仅需要确定组网方案，还需要进行网络规划。除了通用的无线网规设计方法外，还需要根据不同业务的特点，包括业务类型和业务使用频度、用户分布和终端类型、关键业务和关键区域，按照不同场景设计网络规划方案。网络规模的扩大导致网络规划难度加大，可以通过在网络规划、部署、验收和维护阶段引入专业的工具，实现一键智能规划部署，用工具取代繁复的设计过程，从而缩短项目交付的时间。当网络在自身或者外部环境出现异常的时候，能够自动地提示异常的发生，则会大大降低人工维护成本。
5.WLAN和物联网融合方案
新一代企业WLAN解决方案还包含WLAN和物联网融合方案。例如，通过物联网AP融合蓝牙定位技术，支持高精度室内导航和定位；通过物联网AP融合RFID/ZigBee等短距离物联技术，支持电子价签、智能手环等物联网应用。
