基于移動距離的最佳接入點(diǎn)配置研究

汪家榮 鈕焱

摘 要：為在無線網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中同時滿足部署成本最小、信號之間干擾不強(qiáng)等要求，提出基于移動距離的最佳接入點(diǎn)配置（OAPC）方法。該方法在遵循802.11g 通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的前提下可獲取最佳接入點(diǎn)配置。通過觀察 WiFi使用者的有效行為，創(chuàng)新性地以使用者移動距離為一定分析指標(biāo)，探討在無線網(wǎng)絡(luò)情況下，WiFi使用需求對移動距離是否會產(chǎn)生干擾。利用MATLAB 軟件對接入點(diǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真。當(dāng)WiFi使用需求均勻分布且配置接入點(diǎn)數(shù)量為一個時，求得OAPC算法資源配置標(biāo)準(zhǔn)誤差為1.313 4m，而對比算法FKNN標(biāo)準(zhǔn)誤差為1.417 9m，幅度提高7.37%。因此可以看出，采用OAPC算法使移動距離接入點(diǎn)的資源配置性能更加穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò)傳輸;移動距離;接入點(diǎn)配置;WiFi

DOI：10. 11907/rjdk. 182864

中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-7800（2019）004-0168-06

0 引言

在現(xiàn)實(shí)工作生活中大部分無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)（Access Point ，AP）隨處可見，一方面使有線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)AP技術(shù)使用范圍縮小，同時也引發(fā)了一些突出問題[1]。首先，并不是所有可接收到數(shù)據(jù)信息的AP都有利于資源配置，將某些攜帶資源配置信息較少、不可靠AP的特征作為數(shù)據(jù)資料信息放入存儲數(shù)據(jù)庫時，對資源配置過程不但不能提供幫助，反而可能引入誤差[2]。這些AP在線階段會隨機(jī)出現(xiàn)在測試點(diǎn)配置指標(biāo)區(qū)域內(nèi)，勢必對資源配置最佳化模式造成較大影響。在基于移動距離的最佳AP配置研究中，最基礎(chǔ)且應(yīng)用較廣泛的方案是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動距離配置系統(tǒng)，該方法實(shí)現(xiàn)簡單，且在硬件要求、成本及功耗方面有較大優(yōu)勢，近年來備受關(guān)注。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一組空間分散、由專用傳感器節(jié)點(diǎn)形成的自組織網(wǎng)絡(luò)，其作用是監(jiān)視和記錄環(huán)境的物理?xiàng)l件，并將收集的數(shù)據(jù)傳遞到中央處理器作進(jìn)一步處理[3]。由于數(shù)據(jù)隨時間不斷變換，所以實(shí)時監(jiān)測是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要應(yīng)用之一，而實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測需首先確定傳感器節(jié)點(diǎn)配置。改進(jìn)AP配置算法可有效提高配置精度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)資源合理配置，因此對基于移動距離的最佳AP配置算法研究尤為重要[4]。

20世紀(jì)以來，作為一種無線技術(shù)，WLAN技術(shù)獲得了高速發(fā)展，其具有易安裝管理、易維護(hù)、傳輸速率高、保密性強(qiáng)等特點(diǎn)，可滿足辦公、生活及娛樂等各種需求，現(xiàn)階段WLAN已成為應(yīng)用最廣泛的無線技術(shù)[5]。從用戶角度來看，目前無線網(wǎng)卡電子設(shè)備或智能終端設(shè)備應(yīng)用廣泛，在室內(nèi)環(huán)境下能夠輕松接收來自周邊大量接入點(diǎn)信息，為配置系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提供了便利的基礎(chǔ)設(shè)施條件[6]。該現(xiàn)狀與僅適用于簡單空間構(gòu)造的GPS相比，不僅能節(jié)省能耗、成本，且能實(shí)現(xiàn)較高精度的配置性能;相較于其它無線技術(shù)，也具有頗高的研究意義和實(shí)用價值[7]。綜上所述，為同時滿足部署成本最小、信號之間干擾不強(qiáng)等要求，需在平均移動距離最短時進(jìn)行相應(yīng)AP 配置，才可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化應(yīng)用。

1 移動距離下WiFi接入點(diǎn)基本原理

1.1 WiFi接入點(diǎn)資源配置

由于WiFi接入點(diǎn)易于獲得，且信號無需視距傳播，目前該技術(shù)已成為最普遍的資源配置基本方法。WiFi資源配置技術(shù)依據(jù)信號強(qiáng)度估算配置，主要有兩種方法[8]：

（1）模型法。需要先確定資源配置環(huán)境的傳輸理論模型，再根據(jù)模型建立接入點(diǎn)到終端設(shè)備的距離關(guān)系，并通過相關(guān)算法估算待測點(diǎn)配置。

（2）最佳接入點(diǎn)AP配置法。需要在離線階段采集信號強(qiáng)度數(shù)據(jù)，將在不同配置處接收的各個接入點(diǎn)信號強(qiáng)度組成向量，并將其與地面真實(shí)配置進(jìn)行匹配后存儲到數(shù)據(jù)庫中。在在線模式資源配置階段，通過將實(shí)時接收的信號強(qiáng)度測量值與存儲在數(shù)據(jù)庫的匹配信息進(jìn)行相似性匹配，估計(jì)終端設(shè)備配置。

該技術(shù)資源配置可達(dá)到米級資源配置精度，但復(fù)雜環(huán)境的變化會使信號強(qiáng)度產(chǎn)生較大波動，進(jìn)而影響資源配置性能，例如辦公室中家具的移動，開/關(guān)門等，嚴(yán)重情況下可能需要重新構(gòu)建預(yù)定義信號。

1.2 WiFi接入點(diǎn)信道路由選取

對于移動距離的AP配置來說，AP在進(jìn)行有效數(shù)據(jù)信息選取的過程中通過信道傳輸數(shù)據(jù)[9]。此時各路由節(jié)點(diǎn)根據(jù)一個實(shí)際存在的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，在?nèi)存中構(gòu)造出整個網(wǎng)絡(luò)的虛擬拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該虛擬網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以完全表示現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲忻總€路由節(jié)點(diǎn)和每條通信鏈路的配置關(guān)系及權(quán)值，然后利用集中式路由算法，如Dijkstra算法，為每個節(jié)點(diǎn)構(gòu)造路由。Dijkstra算法基本原理是為虛擬拓?fù)渲忻總€節(jié)點(diǎn)設(shè)一個兩項(xiàng)的標(biāo)號，第一項(xiàng)是最短路徑上對應(yīng)的前趨節(jié)點(diǎn)，第二項(xiàng)是該路徑權(quán)值，每個標(biāo)號分為暫時或永久狀態(tài)[10]。初始時所有路徑皆未知，因此標(biāo)號僅處于暫時狀態(tài)，且所有節(jié)點(diǎn)路徑權(quán)值標(biāo)記為無限遠(yuǎn)，隨著算法不斷進(jìn)行，陸續(xù)有一些從源節(jié)點(diǎn)通向各節(jié)點(diǎn)的最短路徑被找到，則其節(jié)點(diǎn)標(biāo)號變成恒定的永久狀態(tài)。如果以AP配置為原點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)號，整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)包括AP配置均會生成自己的標(biāo)號，每個標(biāo)號均對應(yīng)AP配置的最短路由選擇及代價，AP配置節(jié)點(diǎn)標(biāo)號是永久的，后可通過反向追蹤確定最短路徑。圖1給出了一個14節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c以T1為原點(diǎn)的一組標(biāo)號。

其中路徑權(quán)值可以憑借物理距離、跳數(shù)、傳輸延遲、隊(duì)列長度和帶寬等其它關(guān)鍵因素，通過一定權(quán)重構(gòu)成的函數(shù)加權(quán)和進(jìn)行衡量，移動距離的AP配置可以根據(jù)任何一種準(zhǔn)則或多種準(zhǔn)則的組合計(jì)算最佳路徑。該算法采用延遲ts作為路徑長度的度量，如采取該標(biāo)記方法，則最短路徑變?yōu)樽羁炻窂?。為滿足不同服務(wù)質(zhì)量的信號對延遲的要求，通常設(shè)置一個AP配置延遲上界SD，延遲過大的路由被舍棄，從而避免因傳輸延遲造成信號質(zhì)量問題，但是延遲上界往往使網(wǎng)絡(luò)達(dá)不到理論上的最大AP配置容量Mc。

1.3 移動距離下接入點(diǎn)測量方式

1.3.1 移動距離下基于到達(dá)時間的接入點(diǎn)測量方式