基于移動距離的最佳接入點配置研究

汪家榮 鈕焱

摘 要：為在無線網絡傳輸過程中同時滿足部署成本最小、信號之間干擾不強等要求，提出基于移動距離的最佳接入點配置（OAPC）方法。該方法在遵循802.11g 通訊協議標準的前提下可獲取最佳接入點配置。通過觀察 WiFi使用者的有效行為，創新性地以使用者移動距離為一定分析指標，探討在無線網絡情況下，WiFi使用需求對移動距離是否會產生干擾。利用MATLAB 軟件對接入點實驗數據進行仿真。當WiFi使用需求均勻分布且配置接入點數量為一個時，求得OAPC算法資源配置標準誤差為1.313 4m，而對比算法FKNN標準誤差為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的資源配置性能更加穩定。

關鍵詞：無線網絡傳輸;移動距離;接入點配置;WiFi

DOI：10. 11907/rjdk. 182864

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

0 引言

在現實工作生活中大部分無線網絡接入點（Access Point ，AP）隨處可見，一方面使有線區域網絡AP技術使用范圍縮小，同時也引發了一些突出問題[1]。首先，并不是所有可接收到數據信息的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的特征作為數據資料信息放入存儲數據庫時，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在線階段會隨機出現在測試點配置指標區域內，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，最基礎且應用較廣泛的方案是基于無線傳感器網絡的移動距離配置系統，該方法實現簡單，且在硬件要求、成本及功耗方面有較大優勢，近年來備受關注。

無線傳感器網絡是一組空間分散、由專用傳感器節點形成的自組織網絡，其作用是監視和記錄環境的物理條件，并將收集的數據傳遞到中央處理器作進一步處理[3]。由于數據隨時間不斷變換，所以實時監測是基于無線傳感器網絡技術的主要應用之一，而實現實時監測需首先確定傳感器節點配置。改進AP配置算法可有效提高配置精度，進而實現資源合理配置，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世紀以來，作為一種無線技術，WLAN技術獲得了高速發展，其具有易安裝管理、易維護、傳輸速率高、保密性強等特點，可滿足辦公、生活及娛樂等各種需求，現階段WLAN已成為應用最廣泛的無線技術[5]。從用戶角度來看，目前無線網卡電子設備或智能終端設備應用廣泛，在室內環境下能夠輕松接收來自周邊大量接入點信息，為配置系統實現提供了便利的基礎設施條件[6]。該現狀與僅適用于簡單空間構造的GPS相比，不僅能節省能耗、成本，且能實現較高精度的配置性能;相較于其它無線技術，也具有頗高的研究意義和實用價值[7]。綜上所述，為同時滿足部署成本最小、信號之間干擾不強等要求，需在平均移動距離最短時進行相應AP 配置，才可實現最優化應用。

1 移動距離下WiFi接入點基本原理

1.1 WiFi接入點資源配置

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

（1）模型法。需要先確定資源配置環境的傳輸理論模型，再根據模型建立接入點到終端設備的距離關系，并通過相關算法估算待測點配置。

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

該技術資源配置可達到米級資源配置精度，但復雜環境的變化會使信號強度產生較大波動，進而影響資源配置性能，例如辦公室中家具的移動，開/關門等，嚴重情況下可能需要重新構建預定義信號。

1.2 WiFi接入點信道路由選取

對于移動距離的AP配置來說，AP在進行有效數據信息選取的過程中通過信道傳輸數據[9]。此時各路由節點根據一個實際存在的網絡拓撲，在內存中構造出整個網絡的虛擬拓撲結構，該虛擬網絡拓撲結構可以完全表示現實網絡拓撲中每個路由節點和每條通信鏈路的配置關系及權值，然后利用集中式路由算法，如Dijkstra算法，為每個節點構造路由。Dijkstra算法基本原理是為虛擬拓撲中每個節點設一個兩項的標號，第一項是最短路徑上對應的前趨節點，第二項是該路徑權值，每個標號分為暫時或永久狀態[10]。初始時所有路徑皆未知，因此標號僅處于暫時狀態，且所有節點路徑權值標記為無限遠，隨著算法不斷進行，陸續有一些從源節點通向各節點的最短路徑被找到，則其節點標號變成恒定的永久狀態。如果以AP配置為原點進行標號，整個網絡范圍內包括AP配置均會生成自己的標號，每個標號均對應AP配置的最短路由選擇及代價，AP配置節點標號是永久的，后可通過反向追蹤確定最短路徑。圖1給出了一個14節點的網絡拓撲與以T1為原點的一組標號。

其中路徑權值可以憑借物理距離、跳數、傳輸延遲、隊列長度和帶寬等其它關鍵因素，通過一定權重構成的函數加權和進行衡量，移動距離的AP配置可以根據任何一種準則或多種準則的組合計算最佳路徑。該算法采用延遲ts作為路徑長度的度量，如采取該標記方法，則最短路徑變為最快路徑。為滿足不同服務質量的信號對延遲的要求，通常設置一個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量問題，但是延遲上界往往使網絡達不到理論上的最大AP配置容量Mc。

1.3 移動距離下接入點測量方式

1.3.1 移動距離下基于到達時間的接入點測量方式