一、资源池技术
图1 3G核心网资源池示意
在网络设备初期部署时，核心设备缺乏可靠的保护机制。如图1中，早期GSM网络的SGSN节点（Serving GPRS Support Node），存在单点故障。随着业务的开展，核心设备要求部署1+1备份，提升可靠性。但随之大幅提升了备份成本。其次，由于业务发展的不均衡，部分核心网设备业务量较大，而部分设备基本闲置。总体来说，核心网资源部署成本高，利用率不均衡。
为了解决这一问题，网络部署中广泛采用资源池技术，来提升可靠性和资源利用效率。所谓资源池，就是把设备、链路、IP/VLAN等各种相关资源集中管理，统一调度，以达到提升资源利用效率，降低设备性能压力，增加网络可靠性，同时降低了备份成本的目的。
目前，国内运营商已经明确提出将WLAN作为长期的战略目标，未来很长一段时间将和2G/3G/4G技术并行发展。随着WLAN网络建设规模的快速增长，现有核心网架构暴露出很多问题，主要体现在以下几个方面。
1.资源利用效率低
- 城域网机房内，AC数量较多，接入AP不均衡，AC资源未得到充分利用；
- 不同AC链路使用率不均衡，有的链路已经饱和需要扩容，有的链路却闲置；
- AP负载不平衡，AP更换位置，需要重新调整网络。
2.城域网资源浪费
- 每台AC都需要和BAS直连，浪费BAS端口、IP地址及VLAN资源；
- BAS上有流量迂回，实际流量减半且增加BAS性能消耗。
3.可扩展性差
- 新增AC时，需要城域网设备同步进行接口和路由配置，运维难度大，流程复杂；
- 不同场点、不同厂家AP分配不同的管理网段，需维护多个AP地址池，城域网设备上也需进行相应的DHCP配置。
H3C提出了建设AC资源池的解决方案，即将AC组网平台化，通过电信级虚拟化设备集中汇聚AC资源，实现AC集中部署，统一管理，提高核心网资源利用率和网络可靠性，从而满足未来WLAN大网演进的需求。
二、AC资源池介绍
在传统的AC-AP架构中（如图2左图所示），一个AP只能连接固定的一个AC，而AC在部署中往往按照区域划分，即每个AC负责固定片区的AP接入。但由于WLAN业务发展的不均衡，实际网络中经常出现AC容量和链路负载不均衡的情况，部分AC容量负荷大，带宽利用率高，故障几率增加，并且经常需要进行设备和链路扩容升级；而部分AC资源经常闲置。不同AC间链路资源和容量资源无法实现共享，造成资源的浪费。
而在AC资源池架构中（如图2右图所示），AP共享资源池内所有AC资源，AP可以动态的选择AC池中的任意AC, 从AP侧看，AC池其实是一个超大容量的AC。AC资源池集中多个AC节点，共用服务节点标识，AC池共用上行和下行链路资源，对外呈现为一个逻辑实体。AP可以按照负载均衡、链路质量等原则注册到资源池中的任意一个AC节点，获得更好的服务。无线终端可以在此区域中漫游而不需改变服务节点标识，AC间信令交互和漫游数据流量无需占用核心网资源。
图2 传统AC组网与AC池组网架构
总体来说，AC资源池技术有如下优点：
- 提升AC容量利用效率：AP根据负载情况均衡接入AC，充分利用每台AC资源，降低AC性能压力风险，增加可靠性；
- 提升链路和带宽利用效率：不同流量负荷的AC共享链路和带宽资源，无需针对重载AC频繁扩容带宽，提升链路利用效率；
- 增强可靠性，降低备份成本：当资源池中某个AC设备宕机后，其它节点将实时自动分担这个宕机节点的业务，不需要人工干预且能够快速恢复，提高了网络的高可靠性；
- 漫游优化：减少用户漫游时延，提升业务体验；同时减轻漫游对网络和业务系统的影响，提高核心网容量利用率；
- 随需扩容：资源池内的网元可随需扩容，即插即用，减少网络割接影响。
- 资源集中部署，优化了网络的操作维护与管理，降低维护成本。
H3C AC池技术已经成功应用在上海电信、安徽电信、深圳移动等市场，解决了运营商无线城市建设中的大容量WLAN核心网资源部署问题，是未来网络演进和发展的方向。
三、AC资源池解决方案
3.1.1同机房AC池方案
AC池首先要实现资源的物理集中，同时AP和AC间全部路由可达，便于维护和管理。由于AC数量的增加，在实际组网中需要增加汇聚节点对AC进行汇聚，从而减少对城域网BAS/SR等核心节点路由端口的占用。
由于AC池中的汇聚节点汇聚了所有WLAN流量，为了确保可靠性，一般采用双汇聚节点部署。这种情况下，为实现网元和链路备份，防止环路，经常需要部署MSTP、VRRP、动态路由协议等技术。但由于AC数量众多，导致网络配置复杂度、维护难度大大增加，资源不能充分利用，可靠性也无法得到充分保证。
H3C 汇聚节点设备支持IRF2虚拟化技术，可以成倍降低组网复杂度，提升网络可靠性。如图3所示，IRF2虚拟化技术部署后，多台设备可以看作一台设备，网络之间的互联关系可以直接简化为设备之间的互联，单设备故障切换时间小于50ms。
图3 IRF2虚拟化简化网络结构
3.1.2跨机房AC池方案
在WLAN的实际部署中，一般AC规划最大容量需满足近三年AP扩容需求。但由于场点资源，用户和业务发展等制约，不同地域的AC也经常出现业务量分布不均衡的情况(一般高校用户比较集中，社会热点用户比较分散)。通过跨机房组环把分散的AC资源或者小型的AC池互联，可以大大提升AC的利用率，并且使AP的部署更加灵活（如图4所示）。
为了避免环网中产生广播风暴，最初采用了已被普遍应用的STP协议环路保护机制。但实际应用中STP协议的收敛时间受网络拓扑的影响，在网络直径较大时收敛时间较长，因而往往不能满足传输质量较高的数据的要求。H3C RRPP快速以太环网保护协议支持普通以太链路组环，不需增加额外硬件成本，同时满足接入网性能和成本的双重要求，具有良好的扩展性；此外，环网可扩展性好，节省光纤资源，可靠性更高。
图4 AC池结合以太环网技术实现跨机房电信级可靠性
H3C RRPP技术还可以实现电信级50ms切换，相对STP/RSTP/MSTP收敛时间为秒级有很大优势，完全满足WLAN核心网高可靠性业务需求。
3.1.3 AC池组网方案演进
图5 AC池组网方案演进
随着WLAN无感知认证、基于SSID的广告推送等业务的开展，AC承担无线认证和业务控制功能逐渐成为趋势。AC功能融合为运营商带来无线网管信息采集、网络扁平化、新业务功能扩展的一系列价值的同时，AC池的组网将进一步演进。
如图5所示，现网BAS仍完成WLAN用户的流量汇聚，但不再承担无线认证的功能，WLAN用户流量经BAS汇聚，到达AC池完成认证后，不在迂回到BAS，而是直接由AC池汇聚设备路由转发到CR。该组网有如下优势：
1）无线流量在BAS上无迂回，减轻了BAS设备的负载；
2）AC主备切换、新增AC和删除AC、AC配置更改等对核心网设备和认证计费业务系统完全透明，无需进行网络割接。
3）无线有线资源独立，互不影响；
4）NAT地址转换、安全防护、智能业务感知等业务功能扩展方便。
3.1.4 AC池负载均衡方案
常用的AC负载均衡方案，由AP根据AC的负荷情况选择接入，其基本流程如下（如图6所示）：
1）AP在发现AC的过程中，会向AC发送接入请求报文，AC在收到接入请求后，会向AP发接入回应报文，其中包含了该AC上的负载信息（AC允许接入的最大AP数、当前接入的AP数、允许接入的最大STA数、当前接入的STA数）和AP在此AC上的接入优先级；
2）AP在接收到AC的回应报文后，会选择接入优先级高的AC接入，如果优先级相同，则根据AC的接入负载情况来判断；
3）AP比较各AC（即允许接入的最大AP数-当前接入的AP数）的数量，选取值最大的AC接入，如果值相同，则根据当前接入AC的无线用户数判断；
4）AP比较各AC上 （允许接入的最大STA数-当前接入的STA数）的数量，选取值大的AC接入。如果值仍然相等，则随机接入。
图6 传统负载均衡接入
这种AP选择AC的方式，存在一些问题。以图7所示为例，如果AP1和AP2部署在相同的热点，AP接入时，由于AC的负载均衡特性，AP1连接到AC1，AP2连接到AC2。当用户在热点内，在AP1和AP2间漫游切换时，会造成AC1和AC2间频繁的信令交互，甚至误均衡。
图7 热点内跨AP漫游
AC池负载均衡技术则解决了上述问题。通过主控AC，负责整网AC设备的统一调度，以及IP地址、频率等网络资源的集中管理。AP上电后，由主控AC，根据热点、地理位置、AC负载情况、AC链路质量或者管理员的指定配置等信息决定AP的归属AC。 AC资源池架构可确保同一热点内的AP只能连接到同一台AC，减少用户跨AC漫游发生的几率。当AC容量已经饱和，而该AC下的热点又新增AP时，AC池主控中心会触发热点AP在AC间的平滑迁移，即把同一热点的AP业务平滑切换到闲置AC，而业务不中断。
3.1.5 AC池备份
传统AC组网采用1:1的备份方案，备份成本高。而在AC池部署下，可以利用AC资源集中的优势，实现N:1和N:N的方式，在确保备份的同时降低部署成本。
N:1备份，是由一台AC集中完成池内AC的备份。如图8所示，每台主用AC和备份AC间建立备份关系，主备AC间通过快速检测技术实时监测对方状态。此时只有主用AC控制器会接受AP的注册请求。当AP和主用AC注册建立CAPWAP关联时，主用AC会将备份AC的信息通告给AP，AP会根据此信息和备份的AC也建立CAPWAP链路，但只有和主用AC建立的CAPWAP链路处于工作状态。当主用AC异常宕机时，备份AC和主用AC之间的心跳检测机制可以快速检测到主用AC设备的故障，并及时通知AP进行主备用CAPWAP隧道的切换，保证AP的连接不中断。
图8 AC池内N:1备份方案
N:N备份的实现比较复杂，在AC池中没有专门备份AC的角色，主要通过AC池的快速检测和调度实现AC备份。基本过程是，任何一台AC故障，其他N台AC分担做其备份。AC池调度中心定期探测各业务AC的工作状态。当任一台AC故障时，AC池调度中心快速通知其关联的AP下线，并引导AP分担接入到其他业务AC。以5台AC设备组成的资源池为例：每台AC设备接入容量限制为满配规格的80%，5台设备正常工作时不超过4台设备满配的容量。当其中一台AC故障时，其他4台每台分担其1/4的容量，即可满足备份要求。N:N备份具有明显的优势，即正常工作状态下，AC的负荷较低，而且不需要维护单独的备份设备，对备份设备的性能要求也不高。
AC N:N备份有明显优势，但备份机制复杂，维护难度较大。在实际部署中，N:1和N:N可以灵活选择，一般AC网元不多的时候（如4台以下）建议采用N:1备份。
3.1.6 AC池资源管理
在完成AC物理集中的基础上，AC池的公共逻辑资源，如IP地址资源，AP业务VLAN配置、AP的射频资源配置、AP归属热点信息等，可以由主控中心统一调度，既能降低管理维护复杂度，又可提升共享资源的使用效率。
此外，AC池还可平滑支持NAT，防火墙，IPS，应用层流量控制等业务功能模块，集中解决WLAN网络的公私网IP地址转换问题，以及未来打造可运营、可管理的WLAN智能管道。
3.1.7 AC池漫游优化
在实际部署中，部分区域需要连续覆盖，如校园、大型商务楼宇等热区场所。由于AP数量很大，需要部署多台AC。因此，在一些临界区域会经常出现无线终端跨AC漫游切换的情况。如图9所示，AP1连接到AC1，AP2连接到AC2。在没有AC池的情况下，用户在AP1和AP2间漫游切换时，会造成AC1和AC2间频繁的信令交互。为保证用户漫游后业务不中断，漫游用户的流量也会跨AC转发给漫游前的AC传输，增大了核心网带宽压力，同时增加了网络时延。
图9 用户跨AC漫游的影响
而在AC池方案中，AC实现了物理集中，AC间的信令交互和漫游流量在AC池内完成，不会对核心网产生任何影响，提高了核心网带宽使用效率。
3.1.7 AC池随需扩容
资源池中新增业务AC时，AC只需和AC池汇聚设备建立连接，即可自动注册到主控中心上。主控中心基于资源池内其他AC的业务负载情况，通知相关热点AP进行迁移，迁移过程中已在线AP无需重新上下线，用户业务不中断，即可实现平滑扩容和动态负载均衡，整个过程无需城域网设备进行配置更改；同时，AC链路扩容或配置更改时，仅需AC池汇聚设备做相应调整，对城域网也是完全透明，极大的增加了网络可扩展性。
四、结束语
AC池技术上优势明显：除了具备强大的容灾能力，同时还带来了诸如负荷分担、减少核心网资源占用、提高AC容量利用率、随需扩容等优点。建议在规划初期就应该立足于全网的角度进行考虑，打造高效、智能、可靠、可扩展的运营级WLAN核心网，尽量减少后续业务量发展对现网的影响和对将来网络的调整。 
