WLAN信道黑名單功能的提出與實現

袁鳳姣 ，陳常嘉 ，王少杰

（1.北京交通大學電子信息工程學院，北京100044；2.華三通信技術有限公司軟件部，北京100085）

WLAN（ 無線局域網）技術是當今通信領域的熱點之一，與有線網絡相比，無線局域網啟動和實施相對簡單，維護成本低廉，因而得到了廣泛應用。WLAN使用802.11標準協議族，它使用開放頻段作為傳輸媒介，其中802.11b/g設備使用2.4 GHz ISM頻帶，802.11a設備使用5 GHz ISM頻帶[1]。WLAN工作在開放頻帶，它可以在全球范圍內使用，但干擾較多，因而如何有效地選擇干擾較小的信道，一直是研究的重點[2~4]。本文基于對WLAN應用場景的分析，提出了信道黑名單方案，解決了WLAN需要避開選擇特定信道的需求，具有很強的應用前景。

1 信道黑名單功能的提出

如何選擇信道減小AP（Access Point，接入點）間的干擾，文獻[2] 通過數學建模得到了重疊信道之間的干擾，設計了一種動態信道分配算法來最小化AP之間的干擾；文獻[3] 通過數學建?？紤]了3部分的干擾，即AP自身的噪音干擾、相鄰信道AP的干擾、同信道AP的干擾，選擇干擾最小的信道；文獻[4] 將AP的干擾分為一級干擾和二級干擾，算出每個AP的信道利用率，盡量選用別的AP用的少的信道。

但是，有些情況下AP應該直接避開選擇某些信道，如雷達信道，有的國家直接規定在其領域內WLAN不可使用雷達信道；而對于可以使用雷達信道的國家，也有WLAN服務必須在探測到雷達信道的時候進行規避的規定。對于其它信道，WLAN服務提供商也需要提供類似的信道選擇過濾功能，比如以下情況：（1）緊急軍用需要臨時組建WLAN；（2）自然災害緊急醫療救助臨時組建WLAN；（3）有VIP用戶要確保其服務質量；（4）station（工作站）與AP（Access Point, 無線接入點）支持的信道不一致。（5）特殊的組網需求，要求室內和室外用不同的一組信道。

本文通過對WLAN架構的具體分析，提出了信道黑名單方案以滿足此需求，通過編碼進行實現，并利用H3C WX3024、WX6103、WA2610EAGN等設備進行實際系統測試。

2 WLAN架構

2.1 FAT AP架構

FAT AP架構的組網如圖1。此架構的特點是：AP實現所有的802.11功能，包括媒體接入功能、物理層功能以及安全認證功能等。優點是功能強大，獨立性強；缺點是大規模部署時難管理。

圖1 FAT AP架構

2.2 AC-FitAP架構

AC-FitAP架構的組網如圖2。此架構的特點是：AC集中處理所有的安全、控制和管理功能，Fit AP只提供可靠、高性能的無線接入服務功能。AC-FitAP方案除具有部署經濟、易于管理等特點外，還支持快速切換、無線安全防護、網絡故障自愈等高級功能。

圖2 AC-FitAP架構

2.3 MESH架構

無線MESH網絡是一種新的WLAN類型。它是傳統WLAN網絡的骨干網進行了變動。基于FAT AP和Fit AP的MESH組網分別如圖3和圖4。此架構的特點是：AP間采用無線連接，與傳統WLAN網絡相比，部署更容易。且AP間可以建立多跳的無線鏈路，可以提供多條備份鏈路，避免單點故障。

圖3 基于FAT AP 的MESH組網圖

圖4 基于Fit AP的MESH組網圖

3 設計與實現

3.1 分析

FAT AP架構：FAT AP自己進行管理，需要在FAT AP上提供信道黑名單功能。

AC-FitAP架構：AC會對AP進行統一管理，需要在AC上提供信道黑名單功能。

MESH（FAT AP）架構：AP自己進行管理，需要在FAT AP上提供信道黑名單功能。

MESH（Fit AP）架構：MPP、MP、MAP需要過濾信道黑名單，配置信息由AC統一管理，將AC上的信道黑名單配置信息下發到MPP、MP和MAP。

3.2 實現方案

（1）在FAT AP和AC上提供命令，用于配置11a/11bg信道黑名單。當發現已有radio使用了黑名單信道時，使其自動重新選擇信道。

（2）11a/b/g初始化信道選擇時，屏蔽黑名單中信道。Radio開啟時，隨機選擇1個從驅動獲取回來的信道，同時保證不會選擇黑名單中信道。

（3）11a/b/g自動信道選擇時，過濾黑名單信道。當配置了自動信道調整時，根據當前信道的質量情況，選擇合適的信道并進行調整，保證選擇的信道不為黑名單中的信道。

（4）11n信道綁定過濾信道黑名單。當radio配置為11gn/11an時，對于輔信道都在黑名單中的信道進行過濾，在初始信道選擇和自動信道調整時，都不會選用這樣的信道。

（5）MESH（FitAP）架構，通過CAPWAP協議，把AC上的信道黑名單配置信息下發到MPP、MP和MAP。

4 性能評估

本實驗應用H3C WX3024、WX6103、WA2610E-AGN、WA2620E-AGN、WA2220E-AG、WA2100設備及VTP綜合管理平臺進行測試。以下分析為MESH AC-FitAP架構的實驗結果。

4.1 11a/b/g初始信道選擇過濾黑名單

在AC上用命令配置11bg信道黑名單為11，11a信道黑名單為149、161、165。初始信道選擇完成后，用命令display wlan ap all radio，顯示初始信道選擇結果,如圖5。

多次開啟/關閉radio重復進行初始信道選擇功能測試，發現工作在11bg的radio只會選擇1或6信道，11a信道只會選擇153或157信道。取消信道黑名單后，發現可以正常選擇到其它的信道。

分析：當11信道和11a的149、161、165信道被列入黑名單時，radio不可使用這些信道；當取消黑名單后，可以正常使用。

4.2 11a/b/g自動信道選擇過濾黑名單

圖5 初始信道選擇

在AC上用命令dot11bg calibrate-channel self-service開啟自動信道調整功能（MESH要配置mesh calibrate-channel self-service功能）；用dot11bg calibrate-interval 3調整信道自動調整時間為3 min；配置dot11bg信道黑名單為1和11，11a黑名單為149、153、157、161。另外，在附近放置3個工作在6信道的AP,使其產生干擾。

用命令display wlan ap name map rrm-status查看信道質量，發現6信道質量不好。自動信道調整完成后，發現盡管6信道質量不好，還是選擇工作在6信道。

依次等待3 min后，重復進行觀察，發現工作在11bg的radio 只會選擇工作在6信道，11a只會選擇工作在165信道。將信道黑名單去掉，自動信道調整完成后，再次觀察，發現工作在11bg的radio選擇了不存在干擾的1和11信道，11a選擇了其它的信道，如圖6。

圖6 取消黑名單后的自動信道選擇

分析：因為6信道上有干擾AP，根據信道質量評估方法可知6信道質量將不好；當1和11信道處于黑名單中時，盡管6信道質量不好，沒有別的選擇，只能工作在6信道；當信道黑名單去掉后，有質量更好的1和11信道可選擇，此處選擇了1信道。11a信道現象同此。

4.3 11n信道綁定過濾黑名單

配置radio 類型為11an/11gn，信道帶寬綁定為40MHz，11bg信道黑名單為1，11a黑名單為149、153、157，調整后，發現結果如圖7。

圖711 n信道綁定

多次開啟/關閉radio重復進行測試，發現工作在11a的radio只會選擇工作在165信道向下綁定或工作在161信道向上綁定，工作在11bg的radio只會選擇工作在6信道向上綁定或工作在11信道向下綁定。取消信道黑名單后，發現可以工作在其它信道進行正常的信道綁定。

分析：根據設計時的分析，當配置radio工作在11n模式時，不僅主信道要過濾黑名單，如果主信道的所有輔信道都在黑名單中，主信道也將被過濾，所以只能是工作在161信道向上綁定或在165信道向下綁定。

由上述測試結果可知，信道黑名單方案可行。

5 結束語

本文提出了WLAN的服務提供商提供信道選擇黑名單功能的必要性，介紹了WLAN的3種主要架構，分析不同的架構，確定實現信道黑名單功能的方案，并編程進行實現。利用H3C設備進行測試，驗證了實現方法的正確性。信道黑名單功能為WLAN無線資源提供了更進一步的管理。

[1] Mattbew S.Gast. 802.11 無線網絡權威指南[M] . 南京：東南大學出版社，2007.

[2] R.AKI and A.Arepally. Dynamic Channel Assignment in IEEE 802.11 Networks[C] . IEEE International Conference, pp. 1-5,2007.

[3] S.C, Varone, F. Aviolat, S.Pierre. Distributed Channel Assignment Algorithm for 802.11 Networks[C] . IEEE International Conference, 2006.

[4] Leung,Kin K, Kim, Byoung-Jo. Frequency Assignment for IEEE 802.11 Wireless Networks[C] . IEEE Vehicular Technology Conference , 2004.