高密度环境下wifi解决方案研究与设计

发布时间：2017-06-22 18:01

  本文关键词：高密度环境下wifi解决方案研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着智能移动终端的爆发式增长,用户对无线网络的需求越来越多,公共场所部署wifi已然稀疏平常。然而在商场、医院、会议场所等无线站点密集的高密度环境,分布式或普通的AC+AP的架构仍有很多问题亟待解决,主要体现在1)管控能力不足,不能及时有效地对全网资源进行合理分配;2)不能提供网络运行状态的全局呈现;3)可拓展性差,分布式组网方式或常见的AP+AC产品并不能提供完善、可用性强的接口,以便上层进行应用开发。本文提出了一种增强型的集中控制wifi架构ECWLAN,AP负责数据的转发及sta发现等少量管理功能,控制器负责准入管理,全网状态的获取及存储,功率、信道等无线资源的合理分配。SDN控制器负责用户权限的管理及部分链路参数的获取。AP与控制器之间通过自定义的通信协议OpenManagement进行消息交互与命令传递。AP接收到除beacon、probe request以外的管理帧后传给控制器,控制器做相应处理,将处理结果反馈给AP。该架构提供了对AP做集中管控的北向接口,通过控制器北向接口可对AP信道、功率、SSID、密钥进行配置,同时可获取每个AP的链路状况,负载状况,这些统计信息是信道分配、功率分配算法的基础。在密集环境下,传统的信道分配方式不能从全局角度出发做优化,算法的数据来源受到局限,仅仅使用正交信道使得全网频谱利用率低,由于正交信道数量有限,在某些场景下,仅使用正交信道容易出现相邻AP工作于相同信道,干扰严重。论文在ECWLAN架构基础上提出了一种基于有权图着色的信道分配算法ECWLAN-CA(ECWLAN Channel Allocation),该算法允许AP处于部分重叠的频段,利用图着色思想解决信道分配问题。AP作为顶点,两个AP之间若存在潜在的干扰,那么认为这两个顶点之间存在边,根据交叠区域的sta数量,以及两个AP信道的理论干扰因子定义了交叠区域的sta受干扰程度,并将交叠区域所有sta受干扰程度之和作为这条边的权重。利用贪婪算法得到最优解。为了验证算法的合理性,本文用C++实现了wifi仿真模型,该仿真模型支持AP发现,支持CSMA/CA,在该仿真模型基础上实现LCCS、ECWLAN-CA算法,通过比较,发现ECWLAN-CA算法可有效改善交叠区域sta的受干扰状况,大部分场景中提高局域网的吞吐量。
【关键词】：wifi 集中控制 图着色 信道分配
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-15
• 缩略词表15-16
• 第一章 绪论16-21
• 1.1 研究工作的背景与意义16-17
• 1.1.1 高密度环境下传统WLAN架构存在的问题16-17
• 1.1.2 合理分配信道的重要性17
• 1.2 国内外研究历史与现状17-18
• 1.2.1 无线局域网的产生与发展17
• 1.2.2 新型无线局域网架构的研究现状17-18
• 1.2.3 信道分配算法的研究18
• 1.3 论文的主要工作18-19
• 1.4 论文组织结构19-21
• 第二章 WLAN相关技术研究21-31
• 2.1 Hostapd代码解析21-22
• 2.2 手机连接AP过程描述22-24
• 2.3 SDN用于无线网络24-25
• 2.3.1 SDN介绍24-25
• 2.3.2 SDN用于无线网络带来的好处25
• 2.4 集中控制的WLAN架构研究25-28
• 2.4.1 集中控制模式为WLAN带来的好处25-26
• 2.4.2 ODIN架构26-27
• 2.4.3 CloudMAC架构27-28
• 2.4.4 CROWD架构28
• 2.5 频谱资源分配研究现状28-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 集中控制模式下WLAN架构设计与实现31-57
• 3.1 总体架构设计31-34
• 3.2 控制器的设计与实现34-37
• 3.2.1 控制器总体架构34-35
• 3.2.2 South Agent35-36
• 3.2.3 包处理线程36-37
• 3.2.4 北向接口37
• 3.2.5 数据库设计37
• 3.3 AP设计与实现37-39
• 3.3.1 AP总体架构37-39
• 3.4 OpenManagement协议设计39-42
• 3.4.1 消息整体格式39-40
• 3.4.2 AP管理消息40-41
• 3.4.2.1 AP对控制器注册请求消息格式40-41
• 3.4.2.2 控制器向AP发送配置信息消息格式41
• 3.4.2.3 AP统计信息请求及统计信息响应消息格式41
• 3.4.2.4 AP配置请求及响应41
• 3.4.3 sta管理消息41-42
• 3.4.4 连接管理42
• 3.5 部分管理流程设计42-47
• 3.5.1 系统初始化流程42-44
• 3.5.2 sta接入流程44-46
• 3.5.3 诱导sta快速切换信道46-47
• 3.6 实验及数据分析47-56
• 3.6.1 实验场景47-48
• 3.6.2 AP注册功能测试48-50
• 3.6.2.1 测试方法48
• 3.6.2.2 测试结果48-49
• 3.6.2.3 结果分析49-50
• 3.6.3 接入功能测试50-51
• 3.6.3.1 测试方法50
• 3.6.3.2 测试结果50-51
• 3.6.3.3 结果分析51
• 3.6.4 ECWLAN转发性能测试51-52
• 3.6.4.1 测试方法51-52
• 3.6.4.2 测试结果52
• 3.6.4.3 结果分析52
• 3.6.5 AP信道切换功能测试52-53
• 3.6.5.1 测试方法52
• 3.6.5.2 测试结果52-53
• 3.6.6 未关联sta数目统计功能测试53-54
• 3.6.5.1 测试方法54
• 3.6.5.2 测试结果54
• 3.6.7 利用CSA诱导sta切换信道性能测试54-56
• 3.6.6.1 测试方法54-55
• 3.6.7.2 测试结果55-56
• 3.6.7.3 结果分析56
• 3.7 本章小结56-57
• 第四章 集中控制模式下信道分配算法研究57-85
• 4.1 信道分配算法设计57-72
• 4.1.1 信道分配方法调研57-61
• 4.1.1.1 分布式信道分配方法57-60
• 4.1.1.2 集中控制模式下信道分配算法60-61
• 4.1.2 高密度环境下使用部分重叠信道的优势61-62
• 4.1.3 信道间干扰因子定义与计算62-63
• 4.1.4 ECWLAN-CA算法概述63-64
• 4.1.5 图的抽象64-67
• 4.1.6 变量定义67-68
• 4.1.7 算法触发条件68-69
• 4.1.8 初始化过程69-70
• 4.1.9 图着色过程70-72
• 4.1.11 算法分析72
• 4.2 仿真模型设计72-77
• 4.2.1 仿真平台设计73
• 4.2.1.1 集成化仿真软件介绍73
• 4.2.2 miniWSM平台设计73-77
• 4.2.2.1 仿真平台运行过程74-75
• 4.2.2.2 CSMA/CA模块设计75-77
• 4.3 仿真场景及结果分析77-83
• 4.3.1 sta数量的增加对网络性能的影响78-81
• 4.3.1.1 场景部署与信道分配78-79
• 4.3.1.2 网络性能评估79-81
• 4.3.2 间隔不变，AP覆盖范围的增大对网络性能的影响81-82
• 4.3.3 sta权重影响AP的信道分配82-83
• 4.4 本章小结83-85
• 第五章 总结与展望85-87
• 5.1 总结85-86
• 5.2 展望86-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-91
• 攻硕期间取得的研究成果91-92

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