深度剖析华为云园区网络解决方案中的关键技术

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华为云园区网络解决方案通过全无线接入、全球一张网、全云化管理、全智能运维为企业打造云时代的园区网络,那么华为云园区网络解决方案是如何实现四个价值的呢?本章将围绕四个价值特性介绍华为云园区网络解决方案中的关键技术。

01

Wi-Fi 6连续组网实现全无线接入

连续组网指的是用户随时随地获取无线网络;在多AP同时组网的情况下,网络可以提供无缝的、连续的信号覆盖。而园区传统无线网络存在覆盖有空洞、同频率干扰、漫游易掉线等问题,无法实现无线连续组网。此外,无线数据传输也往往因为线缆距离远、传输速率低导致传输画面不清晰。华为云园区网络解决方案,通过Wi-Fi 6连续覆盖技术提供Wi-Fi 6连线组网,通过光电混合缆和RTU License,提供远距离、高速率的WLAN数据传输。

Wi-Fi 6连续覆盖

华为云园区网络解决方案采用智能天线、智能漫游技术和多媒体智能调度技术,解决传统Wi-Fi网络无法连续覆盖的问题,实现无线网络覆盖无盲点、覆盖零死角、漫游切换无中断的高密度连续组网,提供业界领先的漫游性能。 智能天线

Wi-Fi网络覆盖存在三个较为突出的难点问题。一,边缘覆盖,AP边缘用户的覆盖一直是亟需克服的难点。目前一般AP采用的是全向天线,天线增益有限,对于近距离用户可以提供较好的服务,对于中远距离用户无法提供服务或者只能提供较低吞吐率的服务。二,跨越障碍物覆盖,为有障碍物遮挡的用户提供高吞吐率的服务也是一个有待克服的难点。三,高密场景覆盖,在高密组网环境下,多用户并发将导致链路间干扰大大增加,虽然在802.11ac中引入了下行多用户MIMO以提升下行传输吞吐率,但是如何提供更高的下行传输吞吐率仍是需要克服的难点。

为解决以上三大难点,华为创新研发了智能天线。华为智能天线由多个天线组成天线阵列,然后根据天线选择算法选择其中部分天线阵子进行信号的发射和接收,不同天线的组合可以形成不同的信号辐射方向,从而为处于不同位置的STA选择最佳的天线,提高信号接收质量,提升系统吞吐量,提供更好的覆盖服务。

也就是说,华为智能天线不仅能够根据用户的接入方向,灵活动态调整信号覆盖方向,让信号跟随用户而动,还可以将向多个方向的信号向一个方向聚焦,好比探照灯集中光束追踪物体,获得更精准的效果,带来更强的障碍穿透能力或者更远的覆盖距离,使信号覆盖距离更远,信号更强。所以,与传统的全向天线相比,智能天线让信号的覆盖距离远20%,信号干扰减少15%,特别适合软性隔断较多、终端移动性较多的无线网络场景。

智能漫游

智能漫游技术指的是终端移动场景下,通过采集终端信息,将终端引导到信号更好的AP上,提升用户体验。如图1-1所示,终端如果不及时切换到信号更好的AP,Wi-Fi信号就会越来越差,速率也会越来越低。

图1-1 终端不能漫游示意图

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智能漫游技术在终端发生漫游时会通过5步将AP切换到信号更优的AP上,具体流程如图1-2所示。

AP将采集到的终端信息上报到AC(无AC时,会自动选择一个AP作为LeaderAP,完成AC的工作),AC记录每个终端的邻居AP和对应的信号强度等信息。

AP1实时将终端的信号等信息上报到AC。

终端从Area1移动到Area2,AC感知到终端的信号低于阈值,判断出终端最优关联AP是AP2。

AC将最优AP是AP2的信息通知AP1,AP1强制终端下线。

终端漫游到最优的AP2上,完成智能漫游,获得更好信号。

图1-2 智能漫游技术交互示意图

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多媒体智能调度

多媒体智能调度,也叫做多媒体切片,主要思想是将时域资源切分成不同的时间片,通过合理的调度保证用户的使用体验。 网络中经常存在带宽需求没有边界,持续时间长,具有群体效应和定时触发特征的贪婪业务或协商速率较低的低速终端,为抑制“贪婪业务”占用大量带宽资源,低速终端拉低网络整体速率,用户会使用空口限速策略。然而,一刀切的空口限速策略会牺牲用户业务体验,在网络负载低的情况下无法让空口资源物尽其用,在网络负载大的情况下,限速也无法区分高低用户或业务优先级,无法有效保证关键业务。 图1-3 多媒体智能调度算法

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如图1-3所示,多媒体智能调度将时域资源切分成不同的时间片,通过时间片轮询调度,抑制贪婪业务和低速终端,保证关键业务的带宽。例如:下载类业务需要占用大量带宽,为保证对时效要求较高的音视频业务不卡顿,通过时间片轮询对下载类业务进行限速控制。

Wi-Fi 6数据传输

AP接入园区网络时,通常需要由接入交换机使用网线进行PoE供电,网线供电距离一般为100米,AP和接入交换机距离大于100米时,将无法进行供电。另外普通网线的最大传输速率仅为1 Gbps,无法满足对速率要求较高的应用数据传输场景。为提升PoE供电距离和数据传输速率,华为创新研发了业界唯一的光电混合缆。 如图1-4所示,光电混合缆是将光纤和电源线混合在一起形成的线缆,一根光电混合缆可以同时给AP进行PoE供电和高速率数据传输。光电混合缆中的电源线只作为交换机给AP供电使用,不传输数据,一端连接到交换机的MultiGE口,另一端连接到AP的PoE_IN电接口。光电混合缆中的光纤作为交换机与AP之间的数据传输使用,一端连接到交换机的SFP+以太网光接口,另一端连接到AP的SFP+以太网光接口。 图1-4 光电混合缆外观图和连接方式  

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此外,为提升Wi-Fi 6数据传输AP空间流和端口速率,华为还提供了RTU License商业模式,AP空间流和端口速率升级只需购买软件License,无需更换硬件,降低企业的CAPEX。RTU License商业模式,通俗点讲,就是用两房的钱买了三房,其中一个房间上锁,等你有钱了买了钥匙就可用,早期投资压力小,将来也免了换房搬迁之忧。对于企业来讲,如图1-5所示,之前企业业务需要1GE Wi-Fi上行口,2个AP空间流,随着业务的升级,企业Wi-Fi上行口需要升级至2.5GE,AP空间流升级到4个。此时,企业只需要购买RTU License即可,无需更换硬件设备。

图1-5 RTU License提升接口速率示意图

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02

SD-WAN实现全球一张网

通过SD-WAN技术实现了全球一张网,虚拟路由器使企业应用快速上云,而不同企业应用对带宽和链路质量要求各不相同。例如,实时视频会议对链路的丢包率、延迟、抖动容忍度非常低,如果链路出现丢包就可能会出现卡顿、花屏;而邮件、FTP文件传输类应用则对丢包相对不敏感但是对带宽要求高,应尽快完成传输。华为云园区网络解决方案不仅可以为不同应用提供最佳链路,而且为保证关键业务体验最优,还提供了智能选路技术,包括:自适应前向纠错(A-FEC)技术和应用级智能选路技术。 自适应前向纠错技术

自适应前向纠错技术通过在发送端灵活增加冗余包的方式,抵御网络连续丢包,保障关键业务传输。如图1-6所示,流量在WAN网络中发生丢包,接收端在发现流量存在丢包时,进行报文前向纠错,将报文填充到之前丢包的位置。同时,接收端通知发送端网络中存在流量丢包,发送端自适应对流量进行冗余补偿,弥补网络中的丢包,确保视频不卡顿,无花屏。

图1-6 自适应前向纠错流程图

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应用级智能选路技术

应用级智能选路以关键应用体验最优为核心,通过动态多路径优化机制,基于应用SLA、应用优先级、带宽利用率等核心因子实现多维度综合路径调优,在确保关键应用体验的前提下,实现带宽利用率最大化。也就是说,如果在同一条链路上有多种业务报文,为了在链路拥塞时优先保证高优先级应用的使用,在发生拥塞时低优先级应用避让高优先级应用,此时可使用应用级智能选路。比如语音和视频以及文件传输都在MPLS上,在链路带宽不够时优先保证语音和视频业务不受影响。

如图1-7所示,用户访问外部网络时有MPLS和Internet两条路径,在发送端通过首包识别、特征识别等方式识别出关键应用,由于MPLS线路质量相对Internet链路好,关键应用优先选择在MPLS链路上传输。当业务增多,MPLS链路拥塞时,设备通过实时的链路质量检测,在MPLS链路SLA变差并达到关键应用所能容忍的SLA边界时,将关键应用流量动态的调整到符合SLA要求的负载较轻的Internet链路上。一段时间后,如果Internet链路发生丢包、延时或抖动时,关键应用将再次自动切换到状态恢复的MPLS链路,保证关键应用的体验。

图1-7 应用级智能选路示意图

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03

全流程自动化实现全云化管理

华为园区网络智能管理控制系统(iMaster NCE-Campus)通过自动化策略实现端到端全自动化管理,包括:应用策略自动化、终端策略自动化、用户策略自动化、网络部署和管理自动化。其中,为实现网络部署和管理自动化,简化网络规划,提升开局效率,华为云园区网络解决方案提供了意图开局技术;为实现终端策略自动化,使终端自动接入,并保证终端接入的安全,华为云园区网络解决方案提供了终端智能管理技术;为实现网络部署和管理自动化,减少网络变更的影响,华为云园区网络解决方案提供了数据面校验技术。 意图开局

意图开局是根据用户原始诉求,将业务模型转换为网络模型,将内置及AI学习的标准组网方案转换为用户推荐网络方案,包括组网、设备选型、业务网络、IP地址规划等,并支持用户自定义。

整体的方案流程如图1-8所示,首先用户在智能管理控制系统输入意图信息。如:想要开通某超市的网络,面积大概200平米,网络业务有收银、监控。然后,智能管理控制系统将意图解析成网络方案并交由用户确认。如:AP 5个,交换机1个,网络配置有收银网、安防网。用户可以对网络拓扑和配置进行调整,调整的内容会进入自学习流程重新进行数据的拟合,以提高后续推荐的准确率。最后,系统会根据方案的内容生成《某超市方案技术建议书》用于解释生成方案的原理和依据、《某超市方案LLD》用于指导用户进行现网的开局和设备的组装、《某超市开局方案包》用于自动化执行网络方案。

图1-8 意图开局流程图

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终端智能管理

如图1-9所示,网络运维人员预先在iMasterNCE-Campus部署已知终端指纹库和终端类型策略,终端接入网络时,设备自动提取终端的指纹上报iMasterNCE-Campus。当终端接入网络iMaster NCE-Campus根据终端指纹识别出终端类型,并根据终端类型下发策略,提高终端接入效率。对于未知类型终端,在终端接入网络时,通过在智能管理控制系统人工标注的方式,实现同类型终端通过AI聚类学习进行自动识别,自动接入网络。终端接入网络后,设备实时检测终端的流量,当设备通过智能分析检测到终端流量过大或终端IP/MAC重复时,自动对异常的终端下发隔离策略,另外,iMasterNCE-Campus管理控制系统还支持以可视化的方式显示终端接入状态,并将异常终端红色显示,以便维护人员快速识别,及时处理,从而保证终端接入安全。

图1-9 终端智能管理流程图

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数据面校验技术

如图1-10所示,iMaster NCE-Campus管理控制系统通过SNMP等协议采集全网的网元拓扑、配置、路由和表项等信息,对网络进行全面建模。当网络扩容或改造时,根据网络建模对网络进行充分验证,减少网络变更验证时间,保证网络变更验证效果,避免网络变更引发的故障。

数据面校验技术包括快照管理、子网互访和用户接入仿真三个功能。快照管理功能通过对比指定时间前后的配置文件检查网络配置是否存在异常,快速定位故障。子网互访功能通过对网络中所有路径连通性验证,避免网络变更导致的连通性故障。用户接入仿真功能通过模拟用户接入和授权信息,校验用户权限是否精准,检查用户接入网络后的权限是否符合预期,例如用户权限是否存在不可用,越界等问题。

图1-10 数据面校验技术流程图

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04

大数据和人工智能实现全智能运维

智能运维平台(iMaster NCE-CampusInsight)实时获取网络设备的KPI、流量、应用等信息,经过大数据和人工智能分析,一方面对网络进行智能调优,另一方面,识别网络潜在故障,故障发生时快速定界,对网络实现全智能运维。 无线射频调优

无线射频调优技术指的是智能运维平台循环对无线网络进行调优,提高无线网络的性能。如图1-11所示,智能运维平台循环采集用户信息、大数据智能学习和分析后,对无线网络的信道、频宽、功率进行仿真调优,实现对无线网络的自动循环调优。

图1-11无线射频调优技术

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iPCA2.0故障定界技术

iPCA2.0故障定界技术通过将园区中每台设备的流量和报文转发时延定时上报到智能运维平台,智能运维平台通过汇总每台设备的数据,经过对比分析等,判断网络中哪台设备存在丢包和转发时延,快速对故障定界,减少运维时间。

如图1-12所示,通过iMaster NCE-Campus管理控制系统对网络中的设备部署iPCA2.0后,网络设备就会定时将指定流的流量数据和报文转发时延上报到智能运维平台,智能运维平台汇总每台设备的数据信息,通过对比分析,将出现流量丢包或转发存在时延的设备显示为红色异常状态。

图1-12 iPCA2.0部署方式

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审核编辑:黄飞

 

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