華為園區(qū)網絡Wi-Fi7零漫游技術白皮書華為園區(qū)網絡Wi-Fi7零漫游技術白皮書摘要華為醫(yī)療Wi-Fi7零漫游解決方案是面向智慧醫(yī)療網絡無線化趨勢而設計，為解決醫(yī)療系統中漫游丟包卡頓問題而設計的一種創(chuàng)新方案，實現全院移動零漫游，打造業(yè)務零中斷醫(yī)療輔助網。本文將介紹華為新一代醫(yī)療零漫游技術的產生背景、實現原理、典型組網應用。版權所有?華為技術有限公司ii華為園區(qū)網絡Wi-Fi7零漫游技術白皮書版權所有?華為技術有限公司iii 41.1現狀和問題 41.2技術方案 41.2.1零漫游AP架構 41.2.2ASFN零漫游技術 51.3客戶價值 6 72.1虛擬AP技術 72.2零漫游切換技術 82.3內外網物理隔離技術 2.4豐富的物聯拓展 2.5多種部署方式 2.6智能運維 133.1場景 3.2組網部署 17華為園區(qū)網絡Wi-Fi7零漫游技術白皮書版權所有?華為技術有限公司4 1.1現狀和問題“無線醫(yī)療”成為近兩年醫(yī)療行業(yè)最關注的信息化技術和手段。目前大部分三甲醫(yī)院已經建立了比較完備的醫(yī)療信息系統（如HIS、PACS等醫(yī)護人員可以通過有線網絡來訪問、修改、輸入患者信息、診斷報告和治療方案。但有線網絡存在信息點固定的局限性，也制約了系統發(fā)揮更大的作用，因此使用Wi-Fi承載的無線醫(yī)療正在快速發(fā)展。由于醫(yī)療生態(tài)自身的一些特點，如應用軟件系統魯棒性差，無線終端老舊等特點，其對WIFI網絡漫游性能有非?？量痰囊蟆ａt(yī)院方面希望Wi-Fi網絡能夠提供一種既能屏蔽終端差異，又能保證盡可能少丟包、甚至不丟包的漫游性能，來保證手持終端進行病房巡視（包括輸液核對，藥物核對，輸液巡視，生命體征錄入等業(yè)務操作）時，業(yè)務不中斷。基于分布式Wi-Fi架構，華為推出了增強同頻網（ASFN，AdvancedSameFrequencynetwork）漫游方案：在分布式Wi-Fi架構下，不同的AP使用相同的信道組網，終端在移動過程中，當前關聯AP可以實時感知不同AP接收該終端的RSSI，當前關聯AP發(fā)現更好的鄰居AP可以為該終端服務時，會通過“接力棒”的方式實現AP間漫游。相對于傳統的由終端觸發(fā)的主動漫游技術而言，這種方案具有漫游終端無感知，切換丟包少等顯著優(yōu)點，非常適合于醫(yī)療這種對移動漫游的平滑性有較高要求的場景。1.2.1零漫游AP架構一臺零漫游AP支持通過饋線拉遠8個AU，部署到多個房間。終端在AU間移動時始終關聯在同一臺AP下，無須切換信道，不發(fā)生漫游，因此從根源上解決了漫游切換時間帶來的丟包和業(yè)務中斷問題。華為園區(qū)網絡Wi-Fi7零漫游技術白皮書版權所有?華為技術有限公司5圖1-1Wi-Fi7零漫游結構1.2.2ASFN零漫游技術零漫游ASFN技術，將多AP的BSSID設置為一樣，合并為虛擬“大AP”，通過時間同步技術，實現虛擬“大AP”的beacon幀合并發(fā)送。在多個物理AP中，針對每個終端存在唯一一個服務AP和多個監(jiān)聽AP，終端在移動過程中，服務AP實時計算是否存在更好的服務AP，若是存在則觸發(fā)服務AP的交接，在漫游的過程中無需關聯流程，終端不感知漫游過程，對終端而言真正的做到了零漫游。圖1-2Wi-Fi7零漫游技術方案示意圖華為園區(qū)網絡Wi-Fi7零漫游技術白皮書版權所有?華為技術有限公司6廣覆蓋零漫游：全院一個信號，一臺AP覆蓋8房間支持無限擴展，全院終端移動零丟包。房間級定位：創(chuàng)新IoTAU物聯方案，實現房間級定位效果，更精準的資產管理與人員追蹤。三網物理隔離：內網/外網/物聯網三網物理隔離，更好的保障數據安全。華為園區(qū)網絡Wi-Fi7零漫游技術白皮書版權所有?華為技術有限公司72.1虛擬AP技術所有零漫游AP虛擬成一個AP，全網所有終端感知到一個AP（同一信道/同一SSID/同一鏈路層MAC(也即BSSID)全院無限擴展。多個零漫游AP的信道、SSID和BSSID都設置為一樣，這樣網絡中的零漫游AP就虛擬成一個AP，從而實現零漫游效果。圖2-1虛擬BSSID示意圖將多個零漫游AP虛擬成一個AP的關鍵是控制全部AP同時（誤差不超過200ns）發(fā)送相同的信標幀，終端側只感知到一個AP在發(fā)送信標幀，其關鍵技術是AP間的時間同步，時間同步技術是基于時間同步幀的發(fā)送和接收實現。以兩AP為例，若AP1是授時AP(以本AP系統時間作為基線，并通知其他AP)，AP2是被授時AP，則AP1記錄時間同步幀SN1的發(fā)送時刻tN1，AP2記錄接收到時間同步幀SN1的接收時刻tN1，當AP1發(fā)送時間同步幀SN2時，將上一幀SN1的發(fā)送時刻tN1在幀SN2內攜帶，此時AP2接收到SN2時便得知SN1的發(fā)送時刻tN1，此時AP2便可以計算與授時AP1的系統時間差值diff=tN1一tN1，通過該diff值修正AP2的系統時間，則能夠實現AP1與AP2的時間同步。華為園區(qū)網絡Wi-Fi7零漫游技術白皮書版權所有?華為技術有限公司8圖2-2時間同步原理零漫游Wi-Fi內的所有AP組成虛擬“大AP”之后，所有AP通過芯片的定時發(fā)送技術和時間同步結果實現所有AP定時同步發(fā)送beacon的功能。如圖所示，AP1定時宣告beacon的發(fā)送時刻、報文內容，通過該方式實現各AP同時發(fā)送beacon且發(fā)送的beacon內容完全一致。AP1將宣告消息發(fā)出之后，根據發(fā)送的消息內容設置AP1的beacon發(fā)送時刻、beacon發(fā)送內容，其余AP收到AP1的指示內容之后，開始根據指示時間和時間同步結果計算得到相對于Ap1的發(fā)送時刻此時本AP的beacon發(fā)送時刻，同時將beacon的內容設置為和AP1的beacon內容完全一致。當預定時間到達時，AP1和其余AP同時同步的將beacon內容發(fā)送至空口，此時對于終端而言就實現了只感知虛擬“大AP”的beacon，從而實現了虛擬AP的組網。圖2-3beacon同步發(fā)送流程原理2.2零漫游切換技術在傳統WLAN網絡中，組成無線網絡的每個物理AP對應不同的BSSID，終端根據信號強度選擇合適的AP進行漫游，漫游過程因為需要在不同的BSSID間切換，終端需要斷開與原關聯AP的物理鏈路，再向新的AP發(fā)起重關聯請求，重新協商密鑰與數據聚合窗口信息，該流程不可避免的會產生業(yè)務中斷，而同頻組網內的各個AP均發(fā)送相同的BSSID，發(fā)送相同BSSID的AP組成一個大型小區(qū)，AP間通過軟切換的方式實現終端側的零漫游的效果。華為園區(qū)網絡Wi-Fi7零漫游技術白皮書版權所有?華為技術有限公司9如圖所示，在不改變傳統網絡部署方案的前提下，設置覆蓋范圍內的所有AP發(fā)送攜帶相同BSSID的Beacon報文，終端側只能接收到相同BSSID的Beacon報文，認為網絡只存在一個邏輯上的大AP，該AP可以完成全部區(qū)域覆蓋，終端的實際業(yè)務仍然根據其實際位置由距離最近的物理AP承載。圖2-4零漫游切換示意圖在ASFN同頻組網中各AP利用同頻優(yōu)勢可以實時監(jiān)控終端的上行報文信號強度，終端真實接入AP通過實時收集鄰居AP反饋的信號強度測量結果，可以及時的為終端選擇目標AP進行相應的軟件切換處理，從而保證終端在移動過程中始終接入最近的AP，保障最佳的上下行業(yè)務體驗。終端切換接入AP的過程需要由網絡側完成軟件切換，軟件切換的過程由網絡側設備（AC、AP）負責將終端漫游前接入AP中上下文信息(用戶表項、密鑰、聚合窗口等)準確轉移到新的接入AP中，轉移完成后終端數據報文將由新接入的AP負責完成接收和發(fā)送，軟切換過程終端無感知，終端鏈路始終保持連接，最終實現零漫游效果。華為園區(qū)網絡Wi-Fi7零漫游技術白皮書版權所有?華為技術有限公司10圖2-5物理隔離示意圖針對醫(yī)療場景內外網強隔離的需求，以往方案要么是使用多個VAP實現邏輯隔離，要么是使用多個AP獨立組網，但也帶來了問題：邏輯隔離本質上還是內外網共用一個AP，一方面無法完全避免借由外網攻擊內網的可能，另一方面也存在外網故障導致內網也不可用的問題；而多AP獨立組網不僅布設成本高昂，現場施工也異常復雜，導致維護極其困難。華為帶來的新一代零漫游方案，零漫游AP使用雙CPU系統技術與雙PoE供電技術，實現一個AP包含內網和外網兩個獨立AP，擁有不同的名稱，不同的MAC，兩個系統可獨立運行，互不影響，內網或外網AP斷電或其他故障，不會導致另一個AP服務也不可用；內外網5G射頻分別使用不同的信道，避免空口互相干擾，性能提升4倍以上。2.4豐富的物聯拓展零漫游AP支持多種物聯拓展方式，包括獨立物聯基站、物聯插卡與IoTAU方式。華為聯合生態(tài)伙伴推出IoTAU技術，將IoT基站集成到AU中，實現一個AU同時具備Wi-Fi信號與IoT信號，無需額外部署獨立的IoT基站，簡化了客戶網絡部署復雜度。物聯平臺通過記錄每個IoTAU對應的房間號，同時能夠獲取到每一個IoT終端與IoTAU的配對關系（通過MAC地址配對從而得知IoT終端所在的房間，實現房間級定位，能夠更準確的查看資產位置與追蹤人員軌跡。華為園區(qū)網絡Wi-Fi7零漫游技術白皮書版權所有?華為技術有限公司11圖2-7房間級定位示意圖零漫游AP支持PoEout方式外接獨立物聯網基站，支持Sub1G或2.4G基站，其中Sub1G基站支持內置天線，2.4G基站支持內置天線與饋線兩種方式。圖2-8獨立物聯基站部署示意圖零漫游AP支持IoT插卡，同時支持插卡自帶天線或者通過饋線（只支持2.4G）將信號到每個房間。一個AP最大支持2個IoT插卡。圖2-9物聯插卡部署示意圖2.5多種部署方式支持以太、全光多種部署方式，最大化利舊客戶現網部署。圖2-10以太網部署示意圖華為園區(qū)網絡Wi-Fi7零漫游技術白皮書版權所有?華為技術有限公司12圖2-11光電混合部署示意圖圖2-12全光部署示意圖2.6智能運維所有AP的下的AU狀態(tài)、IoT在位狀態(tài)全局可視，快速實現故障定位，且單個AP下的AU狀態(tài)清晰可見，可快速定位具體哪個房間的AU出問題。圖2-13AU狀態(tài)查詢示意圖華為園區(qū)網絡Wi-Fi7零漫游技術白皮書版權所有?華為技術有限公司133典型組網應用3.1場景3.1.1醫(yī)療場景Wi-Fi7零漫游醫(yī)療的典型使用場景包括：病房、走廊、護士站等，其特點如下：空間：功能區(qū)較多，不同功能區(qū)墻體結構差異大，多為普通層高場景，特殊區(qū)域層高可能超4m。漫游：醫(yī)護人員在移動過程中需要保證業(yè)務不中斷，不會造成信息丟失以及影響醫(yī)護人員的工作體驗。組網：醫(yī)院無線網絡通常區(qū)分內外網，內網主要供醫(yī)務人員使用，醫(yī)護外網供醫(yī)務人員的私人手機訪問外網，患者外網供來院病人和家屬使用。圖3-1Wi-Fi7零漫游醫(yī)療典型場景3.1.2倉儲場景場景包括了高貨架區(qū)域、矮貨架區(qū)域、AGV、立體庫區(qū)域等，該場景典型特征有帶寬需求低、漫游多、丟包敏感?？臻g：倉庫層高一般較高，部分高度超過10米。貨架高度不等，按高度分為高貨架區(qū)與矮貨架區(qū)漫游：倉庫內AGV小車移動性強，漫游次數較多，對漫游的丟包和時延敏感遮擋：倉庫的遮擋比較多，主要遮擋來自貨架以及貨架上的貨物，這些都會對信號形成一定的阻擋華為園區(qū)網絡Wi-Fi7零漫游技術白皮書版權所有?華為技術有限公司14圖3-2Wi-Fi7零漫游倉儲場景3.2組網部署Wi-Fi7零漫游推薦僅部署在有零漫游需求的區(qū)域（比如：病房區(qū)域，護士站區(qū)域其他區(qū)域推薦使用傳統AP進行覆蓋。圖3-3Wi-Fi7零漫游醫(yī)療典型場景l(fā)純內網場景：零漫游AP的兩個AP都用于內網業(yè)務，其中一個用于處理零漫游業(yè)務，例如PDA之類對漫游較為敏感的；另一個用于處理高容量業(yè)務，例如手機、筆記本等。該場景下AP支持單上行與雙上行兩種部署模式，其中單上行模式部署更為簡單，只需連一根網線到交換機；雙上行模式則更強調可靠性，兩個AP互不影響，但需要兩根網線連接交換機。版權所有?華為技術有限公司15圖3-4雙內網場景l(fā)內網+醫(yī)生護士外網：零漫游AP的內外網AP分別用于內外網業(yè)務，此場景下提供三種組網方式，一是完全的物理隔離模式，內外網AP分別通過獨立的上行鏈路連接獨立的內外網交換機。第二、三種方式針對內外網邏輯隔離（通過VLAN等區(qū)分）場景，使用單上行或雙上行部署圖3-5內網+醫(yī)生護士外網場景l(fā)內網+醫(yī)生患者外網：與內網+醫(yī)生護士外網網絡拓撲相同，區(qū)別在于本場景接入終端數較多，干擾較大，因此建議外網使用40M部署。l物聯拓展場景：純內網場景和內網+外網場景均支持擴展物聯網，在原組網的基礎上通過IoT插卡、外接IoT基站或使用IoTAU的形式進行擴展。其中，IoT基站的上行流量可以通過AP上的IoTWLAN口轉發(fā)，也可以通過內網上行口或外網上行口轉發(fā)。華為園區(qū)網絡Wi-Fi7零漫游技術白皮書版權所有?華為技術有限公司