宋興華

摘要：與有線網(wǎng)絡(luò)相比，WLAN擺脫了線纜的束縛，用戶使用起來會(huì)感覺更自由、更方便。因此，隨著筆記本等便攜終端的普及，WLAN日益成為常見的網(wǎng)絡(luò)接入方式。但在用戶較多的高密場所，在使用高峰時(shí)間段，常常會(huì)出現(xiàn)速率慢、易掉線的現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：無線局域網(wǎng)；信道；負(fù)載均衡

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）09-1890-02

伴隨著當(dāng)今信息技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遍及社會(huì)各個(gè)行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域。有線網(wǎng)絡(luò)以其穩(wěn)定而高效的傳輸效率充分的占領(lǐng)著各個(gè)角落。無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network，WLAN）是無線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要分支，它使局域網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于無線信道成為可能。無線局域網(wǎng)的應(yīng)用廣泛性和靈活性，使它能夠靈活的在各個(gè)樓宇中得以應(yīng)用，同時(shí)也可以作為各個(gè)建筑物之間的連接，因此，無線局域網(wǎng)的解決方案迅速發(fā)展成為當(dāng)今用戶戶寬帶網(wǎng)絡(luò)連接的一種可選方案。可以預(yù)料，在不遠(yuǎn)的將來，無線局域網(wǎng)將首先在醫(yī)療、教育和企業(yè)辦公等領(lǐng)域得到普及，并向其他領(lǐng)域拓展。雖然無線接入技術(shù)在逐步走向成熟，但始終沒有較大規(guī)模的占有一定的網(wǎng)絡(luò)市場，其原因之一就是因?yàn)闊o線信號(hào)連接的不穩(wěn)定性。

無線WLAN的信號(hào)發(fā)送受多種因素影響，其中環(huán)境因素就是重要因素之一。環(huán)境的因素的干擾會(huì)導(dǎo)致WLAN信號(hào)在各個(gè)方向上產(chǎn)生非常復(fù)雜的信號(hào)強(qiáng)度衰減，因此，校園WLAN網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行具體的施工前，必須要進(jìn)行十分詳細(xì)的規(guī)劃，對(duì)附近環(huán)境進(jìn)行仔細(xì)勘測分析，充分考慮可能產(chǎn)生的干擾因素。校園WLAN施工結(jié)束以后，在試運(yùn)行階段，無線WLAN的外圍環(huán)境也是在不斷變化的，應(yīng)根據(jù)周圍環(huán)境發(fā)生的臨時(shí)的改變，比如電器設(shè)備的增加，建筑結(jié)構(gòu)的改變，這時(shí)應(yīng)相應(yīng)的調(diào)整WLAN的發(fā)射參數(shù)來消除或減弱環(huán)境因素對(duì)無線信號(hào)的影響。因此無線信道、無線發(fā)射功率大小等射頻資源必須能夠動(dòng)態(tài)地調(diào)整以適應(yīng)周圍環(huán)境的變化。這樣的調(diào)整過程是復(fù)雜的，需要豐富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和定期的人工檢測，無疑造成非常高的管理成本。

無線資源管理（WLAN RRM，WLAN Radio Resource Management）是一種可升級(jí)的射頻管理解決方案，通過“采集（AP實(shí)時(shí)收集射頻環(huán)境信息）-> 分析（AC對(duì)AP收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)估）-> 決策（根據(jù)分析結(jié)果，AC統(tǒng)籌分配信道和發(fā)送功率）-> 執(zhí)行（AP執(zhí)行AC設(shè)置的配置，進(jìn)行射頻資源調(diào)優(yōu)）”的方法，提供一套系統(tǒng)化的實(shí)時(shí)智能射頻管理方案，使無線網(wǎng)絡(luò)能夠快速適應(yīng)無線環(huán)境變化，保持最優(yōu)的射頻資源狀態(tài)。

1）信道因素：對(duì)于無線局域網(wǎng)，信道是非常稀缺的資源，每個(gè)AP只能夠工作在非常有限的非重疊信道上，比如對(duì)于2.4G網(wǎng)絡(luò)，只有3個(gè)非重疊信道，智能的為AP分配信道是無線應(yīng)用的關(guān)鍵。同時(shí)，無線局域網(wǎng)工作的頻段存在大量可能的干擾源，如雷達(dá)、微波爐等，它們將干擾AP的正常工作。通過信道調(diào)整功能，可以保證每個(gè)AP能夠分配到最優(yōu)的信道，盡可能地減少和避免相鄰信道干擾，而且通過實(shí)時(shí)信道檢測，使AP實(shí)時(shí)避開雷達(dá)，微波爐等干擾源。動(dòng)態(tài)信道調(diào)整能夠?qū)崿F(xiàn)通信的持續(xù)進(jìn)行，為網(wǎng)絡(luò)的可靠傳輸提供保證。

2）功率因素：傳統(tǒng)的射頻功率控制方法只是靜態(tài)地將發(fā)射功率設(shè)置為最大值，單純地追求信號(hào)覆蓋范圍，但是功率過大可能導(dǎo)致對(duì)其他無線設(shè)備造成不必要的干擾。因此，需要選擇一個(gè)能平衡覆蓋范圍和系統(tǒng)容量的最佳功率。

功率調(diào)整就是在整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行過程根據(jù)實(shí)時(shí)的無線環(huán)境情況，動(dòng)態(tài)地分配合理的功率。當(dāng)?shù)谝淮伍_始運(yùn)行的時(shí)候，它使用最大傳輸功率。當(dāng)從其他鄰居AP（鄰居指的是AP 能探測到的且必須是由同一AC 管理）處得到報(bào)告時(shí)，功率是否增加或減少取決于探測的結(jié)論：

在增加鄰居時(shí)，功率會(huì)減小。覆蓋同一面積區(qū)域，當(dāng)增加AP 4后，達(dá)到缺省的最大鄰居數(shù)3，運(yùn)行功率調(diào)整功能，可以看到調(diào)整后功率小于使用三個(gè)AP時(shí)需要的功率。

3）客戶端STA的信號(hào)強(qiáng)度：用戶如果想獲得一個(gè)良好的上網(wǎng)體驗(yàn)，信號(hào)強(qiáng)度是一個(gè)基本的先決條件。如果客戶端接收到的信號(hào)強(qiáng)度太差，會(huì)導(dǎo)致客戶端只能使用低速率報(bào)文通訊，同時(shí)丟包、重傳也會(huì)增加，空口報(bào)文的占用率過高，相應(yīng)的整體性能會(huì)被大大降低。當(dāng)然，信號(hào)強(qiáng)度只是一個(gè)基本條件，在附近環(huán)境干擾比較大的情況下，既使提高了信號(hào)強(qiáng)度，同樣不會(huì)獲得較高的空口性能。

4）用戶應(yīng)用（影響報(bào)文大小比例等）與工作速率：報(bào)文大小和工作速率對(duì)空口性能影響非常大。比如，對(duì)于11g，如果發(fā)送報(bào)文都是1500字節(jié)的大包，且都用54M發(fā)送，則理想情況下，空口性能可達(dá)29Mbps左右。同樣速率，如果發(fā)送報(bào)文都是100字節(jié)以下的報(bào)文，則空口性能將會(huì)降到3～4M。同樣報(bào)文大?。?500字節(jié)），如果發(fā)送速率是1M，則空口性能將會(huì)下降到1M左右。因此，用戶應(yīng)用所導(dǎo)致的報(bào)文大小分布比例不同，在具體環(huán)境下所使用的工作速率不同，空口的性能差異很大。目前，一般上網(wǎng)應(yīng)用涉及的小報(bào)文比例為40%～70%，對(duì)11g來說，理想54M速率情況下，綜合空口性能大約在7～14M左右。

5）負(fù)載均衡因素：無線接入點(diǎn)被連接的STA終端數(shù)量不均衡?？蛻舳薙TA通過發(fā)送請求幀來掃描信道，通過掃描來發(fā)現(xiàn)所在的無線局域網(wǎng)環(huán)境中存在的擴(kuò)展服務(wù)集ESSID和基本服務(wù)集BSSID信息，掃描到以后選擇一個(gè)合適的BSSID加入。而所講的WLAN中的負(fù)載均衡就是由多個(gè)無線接入點(diǎn)向多個(gè)無線終端提供接入實(shí)現(xiàn)的無線系統(tǒng)，每一個(gè)無線接入管理設(shè)備通過無線接入點(diǎn)利用收集到的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)信息進(jìn)行接入管理，最終實(shí)現(xiàn)最大限度的分配和使用網(wǎng)絡(luò)資源，防止網(wǎng)絡(luò)阻塞現(xiàn)象的發(fā)生。

舉例說明：一個(gè)無線局域網(wǎng)中，在中心部位有一個(gè)無線接入節(jié)點(diǎn)APc1，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行連接，大量客戶端都連接到了APc1，同時(shí)，位于四周的無線接入節(jié)點(diǎn)APr1…APrn只有少量的客戶端連接，甚至出現(xiàn)空閑裝態(tài)，而此時(shí)的APc1的終端連接數(shù)已經(jīng)達(dá)到了飽和狀態(tài)，出現(xiàn)了終端業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量（Qos）嚴(yán)重下降的現(xiàn)象，比如網(wǎng)速明顯下降延時(shí)增大或丟包。WLAN負(fù)載均衡就是為解決這種負(fù)載差異提高終端業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量而提出的，它可以將發(fā)出連接APc1接入節(jié)點(diǎn)請求的STA轉(zhuǎn)移到周圍或附近的AP接入節(jié)點(diǎn)上，從而減小中心接入節(jié)點(diǎn)的終端連接數(shù)，實(shí)現(xiàn)均勻的分配網(wǎng)絡(luò)資源提高中心接入節(jié)點(diǎn)APc1的業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量。

接入端STA不停切換造成負(fù)載抖動(dòng)。無線STA在連接無線局域網(wǎng)時(shí)需要選擇一個(gè)無線接入點(diǎn)來進(jìn)行接入，終端接入要完成掃描、鏈路認(rèn)證、無線連接等一系列步驟。通常來說，無線接入STA在接入前的掃描過程中一般會(huì)發(fā)現(xiàn)多個(gè)無線接入點(diǎn)的信息，無線STA默認(rèn)選擇無線AP的判定條件是無線接入點(diǎn)所發(fā)出的信號(hào)強(qiáng)度。因?yàn)闊o線局域網(wǎng)中STA的不定性和接入終端發(fā)射信道不斷變化性質(zhì)，無線STA會(huì)出現(xiàn)從無線局域網(wǎng)的一個(gè)BSS切換到另外一個(gè)BSS的現(xiàn)象，隨之帶來的問題就是STA重新連接所產(chǎn)生的時(shí)延，以至于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的斷開。同時(shí)這種切換還會(huì)導(dǎo)致STA在兩個(gè)AP間不停的切換，造成負(fù)載抖動(dòng)，極大的占用網(wǎng)絡(luò)資源，也就形成了乒乓效應(yīng)。

所以，在無線局域網(wǎng)中，如果無線STA可以隨意連接任何一個(gè)接入點(diǎn)而不受任何控制，那么最終就會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源被耗盡，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)阻塞，無線接入節(jié)點(diǎn)服務(wù)質(zhì)量下降以致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

在一般的局域網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡是合理的對(duì)每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)任務(wù)進(jìn)行排隊(duì)調(diào)整，但在無線局域網(wǎng)中，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)任務(wù)是無法再進(jìn)行劃分的無線STA，因?yàn)橛芯€局域網(wǎng)與無線局域網(wǎng)不同，在無線局域網(wǎng)中，即使一個(gè)STA出現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)任務(wù)，但負(fù)載均衡調(diào)整的對(duì)象也只有切換終端和接入控制兩個(gè)方面，因此，無線局域網(wǎng)中所能實(shí)現(xiàn)的負(fù)載均衡調(diào)整也只有STA，也就是說負(fù)載均衡所能操作的最小因子就是STA，也就等同于將一個(gè)無線STA終端上發(fā)出的所有網(wǎng)絡(luò)任務(wù)進(jìn)行調(diào)整切換。

WLAN負(fù)載均衡可以準(zhǔn)確地在WLAN網(wǎng)絡(luò)中平衡用戶的負(fù)載，為了實(shí)現(xiàn)每個(gè)無線用戶的性能和帶寬以及WLAN的負(fù)載均衡，在進(jìn)行WLAN設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用高密度的無線部署，從而使無線用戶獲得良好的無線上網(wǎng)體驗(yàn)。

在無線STA進(jìn)行AP連接過程中，無線控制器來完成實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。無線AP每間隔一段時(shí)間，向無線控制器發(fā)送與其相連接的無線STA的信息，無線控制器把這些鄰居信息收集起來，用于完成負(fù)載均衡的分析。無線控制器檢查無線STA所要連接的無線AP已連接的客戶端STA是否已達(dá)到或超過連接數(shù)上限。如果不是的話，那么無線控制器將接受當(dāng)前的連接請求；否則，將根據(jù)無線負(fù)載均衡的策略，決定當(dāng)前連接請求是被接受還是被拒絕。比如說，在一個(gè)無線局域網(wǎng)中，AP1已經(jīng)連接了一定數(shù)量的STA，現(xiàn)在另一個(gè)STAn想要連接到AP1，但是無線控制器AC通過AP1返回的信息判定AP1的負(fù)載沒有均衡，因此，AP1拒絕了STAn發(fā)出的連接請求，這是，STAn將會(huì)連接到AP2上。

在無線局域網(wǎng)中，無線STA所能得到的無線服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量取決于它所連接的AP當(dāng)前連接數(shù)和當(dāng)前已占用的網(wǎng)絡(luò)資源總量，因此，怎樣爭取的檢測AP的負(fù)載也就成了負(fù)載均衡的首要任務(wù)，而檢測AP的負(fù)載就要相應(yīng)的檢測AP所在信道上的負(fù)載、信號(hào)強(qiáng)弱、通信時(shí)延等等，這些與負(fù)載相關(guān)的信息都需要進(jìn)行全面檢測，從而進(jìn)行負(fù)載均衡的正確評(píng)價(jià)。因此，正確的檢測AP的負(fù)載情況是實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的重要前提。而在檢測負(fù)載信息的同時(shí)也要時(shí)刻注意因?yàn)闄z測信息而對(duì)AP或者STA帶來的額外負(fù)擔(dān)和開銷。

因?yàn)樵跓o線局域網(wǎng)中，終端STA的接入是隨機(jī)的，而接入終端的通信數(shù)據(jù)量也是不斷變化的，在檢測后負(fù)載情況后也同樣會(huì)出現(xiàn)AP信道的突然改變，因此，之前對(duì)AP負(fù)載情況的檢測信息并不真正代表著實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，所以，在檢測負(fù)載信息前要充分考慮以上因素給負(fù)載平衡所帶來的影響。另外，在進(jìn)行STA負(fù)載均衡切換中，完成從一個(gè)AP到另外一個(gè)AP的切換需要一段時(shí)間，即使這段時(shí)間可能還不到短短的1秒，但在這僅僅的1秒時(shí)間里，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況極有可能發(fā)生了巨大變化，已經(jīng)完全不同于之前的負(fù)載情況，這時(shí)的負(fù)載切換就會(huì)造成更為嚴(yán)重的負(fù)載情況發(fā)生，比如對(duì)無線服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生影響，STA端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)斷開，此時(shí)負(fù)載檢測重新進(jìn)行評(píng)價(jià)，繼續(xù)切換STA，造成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)被大量的消耗在STA切換上。因此，正確的決策是增加切換準(zhǔn)確性的關(guān)鍵之處。

無線局域網(wǎng)負(fù)載均衡分為接入式負(fù)載均衡和切換式負(fù)載均衡。在接入式負(fù)載均衡中按照負(fù)載均衡的實(shí)施者又可分為STA判定負(fù)載均衡和接入端判定負(fù)載均衡。

無線STA判定負(fù)載是一種由客戶端自行判別負(fù)載情況的一種均衡方式。它由STA通過判定自身的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量，通過對(duì)比無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中適合自己的無線接入節(jié)點(diǎn)來選擇接入或者切換。但這種判定負(fù)載模式存在著嚴(yán)重的孤立性，它僅僅是由STA根據(jù)自身需求自主決定的，并沒有對(duì)整體的網(wǎng)絡(luò)情況進(jìn)行分析，因?yàn)镾TA接入的隨意性，會(huì)嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的整體穩(wěn)定性。

AP判定負(fù)載是在一個(gè)無線局域網(wǎng)內(nèi)，無線AP通過彼此負(fù)載信息的傳遞來判定所有的接入點(diǎn)的負(fù)載量，從而將負(fù)載量相對(duì)較大的與較小的無線AP進(jìn)行均衡，或者對(duì)負(fù)載量較大的AP進(jìn)行接入限制。因?yàn)檫@種均衡完全由無線AP進(jìn)行判定，而AP無法辨別STA所在位置，所以有可能會(huì)出現(xiàn)切換失敗的問題。

切換式負(fù)載均衡的原理就是檢測出無線局域網(wǎng)中負(fù)載過大的無線AP，通過將該AP上的無線客戶端切換到負(fù)載較輕的AP上來實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。這種負(fù)載均衡方式雖然可以快速的對(duì)負(fù)載情況做出判斷并迅速將負(fù)載較大的AP進(jìn)行終端切換，但切換必定會(huì)帶來終端切換的網(wǎng)絡(luò)延遲，更有可能造成終端網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)中斷。

綜上所述，由于無線局域網(wǎng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)多變的網(wǎng)絡(luò)，其終端接入的隨機(jī)性、終端業(yè)務(wù)的差異性造成了無線局域網(wǎng)的時(shí)變性。

通過針對(duì)現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)應(yīng)優(yōu)化處理可以在一定程度上改善Wlan使用，但因?yàn)闊o線局域網(wǎng)的復(fù)雜多變及實(shí)際環(huán)境制約，在一些特殊情況下往往不能很好的徹底解決無線局域網(wǎng)的應(yīng)用問題。

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