無線局域網的多層級拓撲結構研究

張 娟

（上海交通大學，上海 200030）

無線局域網的多層級拓撲結構研究

張 娟

（上海交通大學，上海 200030）

文章簡單介紹了網絡拓撲的概念以及網絡拓撲發現原理，并分析了云AC技術的發展背景以及應用場景，在云AC技術基礎上提出了無線局域網多層級網絡拓撲結構，其分為位置節點拓撲圖、網絡邏輯拓撲圖和無線信道覆蓋拓撲圖。

網絡拓撲；云AC；無線接入點

網絡拓撲分為邏輯拓撲和物理拓撲，其中，邏輯拓撲指網絡中從一個節點到另一個節點間傳遞信息的方法，與網絡的外形無關，例如，路由器與子網的互連、虛擬局域網（Virtual Local Area Network，VLAN）的劃分都屬于邏輯拓撲范疇；物理拓撲指網絡節點的地理分布與連接的幾何構形，且一個網絡的物理拓撲可對應多個不同抽象級別的邏輯拓撲。

網絡拓撲發現的原理是結合因特網控制報文協議（Internet Control Message Protocol，ICMP）和地址解析協議（Address Resolution Protocol，ARP）以及應用層協議（Application Layer Protocol，SNMP），對指定的網絡進行活動設備的檢查，得到所有的活動設備，然后通過SNMP取得設備的基本信息，根據基本信息確定設備的類型，再根據設備的類型取得相應設備的詳細信息。在網絡拓撲發現的過程中會根據網絡的不同層次進行分層，如第三層為網絡層的拓撲發現，具體指路由器與子網及其連接關系；又如，第二層的拓撲發現，具體指網橋、交換機等鏈路層設備及其連接關系。

在現有技術中，針對無線接入點（Wireless Access Point，WAP）的網絡拓撲圖是都是單層級的，在該網絡拓撲圖中看到的信息非常有限，例如，只能看到某個樓層平面部署的無線WAP拓撲圖等。在實際應用中，往往會有上萬個甚至更多的無線AP部署在城市的各個地點，如若不能實現對WAP更加全面的管理，那么無論是從具體部署還是實際配置及后期的維護，都是一個不可忽視的工作量。

1 云AC技術

隨著無線局域網的普及，網絡運維人員對無線網絡的管理提出了新的需求，需要一個無線局域網平臺能對WLAN的分布式部署實現集中化管理。當WLAN出現故障后，網絡運維人員能夠快速定位問題，就需要在無線局域網控制平臺的管理界面上直觀地顯示網絡拓撲圖（見圖1），包含無線接入點的位置節點信息、網絡參數信息和無線射頻信息。傳統的瘦AP+AC架構，由于缺乏行業標準與協議，無線控制器的兼容性非常有限，往往需要搭配特定廠商的無線接入點設備才能使用。無線控制器的優點是功能強大，系統的穩定性較好，但同時也存在著許多不足：

（1）安裝、運行和維護較為復雜，一般用戶使用和掌握較為困難；（2）硬件設備費用高，為了避免單點故障，又要增加一臺冗余備份，花費更多的費用；（3）跨區域操作困難，不同廠商的AP、不同區域位置的網絡需要不同的無線控制器去管理。

圖1 傳統無線局域網架構

基于上述原因，業界推出通用化云計算平臺上實現軟件化的AC控制器功能，以取代傳統的瘦AP+AC架構中的AC控制器。通過軟件化的云AC對無線AP實施集中式管理，保證無線接入點的可控性和可見性。云AC架構提供網絡實時監控與性能優化、網絡安全防護等功能，具有較好的可靠性和可擴展性。在任何時間任何地點通過網頁界面管理網絡，界面包含了所部署的無線局域網的主要內容，提供了方便易用的配置較為復雜的內容。什么是云AC?如何進行云部署？云部署的特點是什么？所謂云AC并不是說將AC放置在互聯網上配置個公網IP就是云AC了。云AC概念相當于在原有AC的基礎上，增加了它集中控制的能力和強大的軟件處理能力，以及它和網絡接續的能力，具體架構如圖2所示。

圖2 云AC的無線局域網架構

由此可見，云AC并不是說在互聯網上僅僅部署一臺AC那么簡單，它應該是一個AC的集群。同時還需要配套的AP也能夠支持，當AP同其中一個AC之間的鏈接中斷之后能夠快速地切換到另一個備用的AC設備上，以保證無線業務的不間斷。

2 多層級網絡拓撲結構

本文提出了一種基于云控制器的多層級網絡拓撲結構，能夠實現對無線AP多層級網絡拓撲圖自動生成，提高工作效率的同時大大節約了人力成本。

云AC與多個無線接入點連接，云AC根據每個無線接入點上報的位置節點信息、網絡參數信息以及射頻參數信息，自動生成位置節點拓撲圖、網絡邏輯拓撲圖和無線信道覆蓋拓撲圖，進而得到多層級網絡拓撲圖。

（1）位置節點信息包括：無線接入點對應設備的設備信息和該無線接入點對應設備所處的位置信息；（2）網絡參數信息包括：無線接入點對應設備的設備信息、無線接入點對應設備的IP地址信息及虛擬局域網信息；（3）射頻參數信息包括：無線接入點對應設備的設備信息、服務集標識符名稱（Service Set Identifier，SSID）、該無線接入點對應設備的無線信道、無線發射功率以及無線信道頻段。

位置節點信息具體包括：無線接入點對應設備的設備信息（如設備名稱、設備ID號、設備MAC地址、設備序列號等能夠用來唯一標識無線接入點對應設備的信息）和無線接入點對應設備所處的位置信息（如該無線接入點對應設備所處區域、大樓號、樓層坐標等能夠標識該無線接入點對應設備所處位置的信息）。網絡參數信息包括：無線接入點對應設備的設備信息（如設備名稱等信息）、無線接入點對應設備的IP地址信息及虛擬局域網信息。射頻參數信息包括：無線接入點對應設備的設備信息（如設備ID號等信息）、服務集標識符名稱、該無線接入點對應設備的無線信道、無線信道功率以及無線信道頻段（一般為2.4 GHz或者5 GHz）。

3 結語

云AC的直接價值是網絡虛擬化。多層級網絡拓撲結構的實現對于“無線城市”的應用起到了至關重要的作用。其中，作為無線局域網的載體—無線接入點，在大規模、分布式部署中如何做到集中管理，需要直觀的網絡結構拓撲圖。本文提出的多層級結構可以很好地解決目前的無線局域網管理中遇到故障難以定位的問題。

[1]趙欣，晏蒲柳.基于Web技術的網絡拓撲圖生成方法的研究[J].武漢大學學報（理學版），2002（5）：631-634.

[2]陳樹柏.網絡圖論及其應用[M].北京：科學出版社，1982.

[3]丁天文.云AC成發展趨勢：3～5年可大規模應用[EB/OL].（2016-11-10）[2011-10-08].http://www.china-cloud.com/yunjishu/ yunyingyong/20111008_6089.html.

Research on multi-layer topology of wireless local area network

Zhang Juan
（Shanghai JiaoTong University, Shanghai 200030, China）

This paper introduces the concept of network topology and principle of network topology discovery. Also, this paper analyzes development and application scenarios of cloud AC technology, and multi-layer network topology structure is proposed based on technology, which includes position node topology, logical network topology and wireless channel overlay topology.

topology; cloud AC; wireless access point

張娟（1989— ），女，陜西渭南，碩士研究生；研究方向：信息安全。