AP的位置和信道分配优化专题报告李晓峰.docx

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1、AP的位置和信道分配优化专题报告李晓峰 南通移动网优中心 AP的位置和信道分配优化专题报告 一、 概述 设计一个无线局域网络需要有一个确定的最优配置接入点和分配给他们的渠道。无线局域网在室外以及室内环境的服务都应当以达到最大的覆盖范围和吞吐量来设计。为了提供无线局域网服务领域的最大覆盖范围，应安装接入点，使得测量信号的总和在每个传输需求点都达到最大化。然而，当用户连接一个无线AP与其他人共享同一个信道带宽时，应当仔细衡量接入点间的负载平衡，考虑吞吐量的大小并根据用户流量大小来分配信道带宽。在本文中，我们提出了一个AP的放置的优化方法，为无线局域网的信道分配制定一个最佳整数线性规划。该优化目的是

2、在WLAN热点服务领域中最大限度的降低信道的利用率。模拟结果表明，该方法找出AP最佳的位置和渠道，最大限度地减少信道的利用率。 二、 核心网维护案例 尽管无线局域网的目的是为不具备传统的有线局域网服务的楼宇提供局域网连接，它开始支持移动电脑在一幢房子或是一所校园的连接。一般来说，无线局域网属于无照经营工业，科学，医学工作在915HZ，2.4KHZ，5KHZ频段。无线局域网的第一个版本，仅提供高达2Mbps的速率，它允许在直接序列或跳频扩频在2.4 GHz的红外频率中使用操作或功能。然而，在IEEE 802.11直接序列扩频修改后的版本中，IEEE 802.11b在2.4GHZ频段中已提供高速率

3、高达11Mbps WLAN服务。最近，高速率无线局域网标准IEEE新版本802.11a在5 GHz的UNII频带可以提供高达54 Mbps的服务。 WLANs由移动电脑与网络适配器(NAs)和存取点(APs)连接由具有高速有线局域网接连而构成。当WLANs被用于室内环境,如在一幢建筑里,其使用一直延伸到室外环境中的因特网接入服务，如在校园内或在街道上。 设计无线局域网的服务，最重要的事情是要确定接入点应设在哪里，促使覆盖面和服务范围的吞吐量达到最大化。因此，无线局域网服务的设计过程将是由以下步骤。 1、 需求地区的地图估算 无线服务区将用户的需求传达给互联网服务提供商。然后，互联网服务供应商应

4、该通过调查得出的墙壁或障碍的物理空间中的服务区的完整地图。服务区地图将被划分为更专业 进取 协作 共享 南通移动网优中心 小的需求点，在那里从AP和用户数量或传输需求来估计信号的测量值。例如，需求点可以是一个11平方米的面积。目前南通WLAN的覆盖区域主要为人群比较集中，上网人数比较多的高校、商场、宾馆、事企业单位等区域。 图1：WLAN覆盖区域统计 2、 选择候选AP的位置 由于AP的物理位置可能会受到限制,要受到连接到有线局域网，电源，安装和管理费用等方面的影响，互联网服务供应商将选择候选地点接入点。 3、 信号在服务方面的需求点测量 为了提供最大的覆盖范围和吞吐量，在每一个需求点信号测量

5、或估计应保证阈值大于最小率。例如，在IEEE802.11b中自动速率回退的功能是将提供诸如根据接入点和移动计算机之间的距离设置为1/2/5.5/11Mbps不同的速率。此外，由于障碍波将改变信号的功率，即使有两个点位于相同距离AP，信号功率有可能不同。所以为了提供最大的服务覆盖范围，信号测量过程是很重要的。 弱覆盖案例分析： 南通职业大学主校区某宿舍楼学生用户反映上网网速慢，并且有时候连接不上WLAN网络、有时候上网，网络会出现突然中断的现象。 排查过程： 现场测试发现，南通职业大学主校区宿舍楼存在弱覆盖现象。较多学生宿舍WLAN信号较弱，难以连接网络，且网络不稳定。现场勘察，发现宿舍楼的走廊

6、比较长，而前期设计，专业 进取 协作 共享 南通移动网优中心 一是在每层宿舍楼只安置二个AP，而每层的学生宿舍却有近20间，二个AP无法覆盖所有学生宿舍；二是设计AP安置方式是放在走廊顶部，而南通职业大学主校区宿舍楼是单边学生宿舍，另外一边是空的，AP是向下180度将信号打出去的，如果放在走廊顶部，会造成信号浪费，应将AP放在走廊的屋檐下，并将AP底部朝向学生宿舍。从思科的AP性能来说，思科设备只能在空旷的区域内达到周围30米范围内的信号覆盖，南通职业大学主校区宿舍楼中每层的AP只有二个，而其AP是放置在走廊顶部的，再加上有着过多的水泥墙等阻碍物，AP的输出信号发出后会被衰减过多，这样距离AP

7、较远的学生用户所能接收到的信号就较弱了。 现场测试走廊存在弱覆盖现象较严重。 图2：测试走廊扫频图 解决方案： 1、就近在每层走廊上加上二个AP，与前期已安装好的二个AP均匀放置，均匀覆盖所有学生宿舍。 2、将前期建好的AP移到走廊的屋檐下，并使AP下部朝向学生宿舍。 参考解决方案进行优化处理后，现场测试网络信号正常。 图3：走廊复测扫频图 4、 无信道干扰决定AP 在一般情况下，根据服务区和信号测量信息的地图，互联网服务供应商将决定AP的最专业 进取 协作 共享 南通移动网优中心 佳位置，以满足用户的传输需求和最低成本的性能指标。IEEE802.11b中，如果一个AP把使用的相同的频道分配给

8、邻近的AP，信道干扰无线局域网的性能会大幅下降。因此，定义邻近点应该使用不同频道的最小距离的信道，以避免不同频道的信道干扰。在决定APs时，,通常情况下提高WLAN服务范围的优化目标是最大化整个需求点信号的总和。 信道干扰案例分析： 南通大学新校区某宿舍楼有学生反映WLAN无线信号不稳定，信号时好时差，经常掉线。 原因分析： 用户终端问题； AP端到交换机端之间网线问题； AP供电不足问题； AP到交换机端线路问题； AP配置是否正确、AP设备有无正常工作； 无线信号覆盖问题； 同频干扰问题 ； 邻频干扰问题； 处理步骤： 1.为了找到用户网掉线原因，测试人员与用户取得联系，到现场处理问题。测

9、试过程中发现CMCC-EDU信号不稳定，用户终端也时常掉线。按照802.11g 标准速度应为54.0Mbps，但现场测试经常跳到24.0Mbps 甚至5.5Mbps。现场进行PING测试发现 延时较高且有丢包，如图所示： 图4：Ping丢包时延图 2.为了确认是否由于覆盖原因导致掉线，测试人员打开WirelessMon观察信号，发现信号在-60dbm-75dbm之间波动，波动比较大，按照测试指标标准平均值达到-75dbm要求，所以排除的原因，如图所示： 专业 进取 协作 共享 南通移动网优中心 图5：信号强度指示图 3.为了确认用户终端原因，测试人员将用户终端拿到另一个AP覆盖的范围内进行上网

10、业务，发现上网正常，未出现掉线的情况，所以排查用户终端原因。 4.为了确认AP配置及设备问题，测试人员让代维再次核查数据的准确性，发现数据配置无问题。为了确认是否由于AP自身设备导致，测试人员到机房将AP取下，将AP单独接上小天线进行业务功能测试。发现一切指标正常且无掉线情况，所以排除用户终端问题。 5.为了确认AP端到交换机端之间网线问题，测试人员重新让代维重新制作连接AP及连接交换机水晶头。测试发现问题并未解决。 6.为了判断AP供电不足问题，测试人员到机房对AP进行1小时观察测试，测试发现信号稳定无较大波动，所以排查AP供电不足问题。 7. 为判断是否由于同频干扰问题，测试人员打开CDS

11、测试软件，测试过程中发现多个信源中有个MAC地址为00：0b：0e：dc：ad：80 的AP 与现场覆盖的AP为同信道且信号接近。通过查找AP信息表，发现该AP安装在底下一层。测试人员找到MAC地址为00：0b：0e：dc：ad：80 的AP，顺着该AP馈线的方向，测试人员找到了天线，通过调整天线，测试人员再次进行测试， 发现用户掉线问题解决。 故障总结： 导致此次故障的主要原因是同频干扰，因天线摆放位置的不准确导致同频之间产生干扰，导致信号波动较大，以至于用户上网出现掉线情况。 5、 重新配置接入点和带反馈信息的渠道 导致此次故障的主要原因是同频干扰，因天线摆放位置的不准确导致同频之间产生干

12、扰，导致信号波动较大，以至于用户上网出现掉线情况。 接入点安装后，互联网服务供应商将收集APS和运用统计呼入/呼出每个AP的流量。为了提高无线局域网服务新的AP可能被安装在拥挤的地方，或者闲置的AP可能会转移到其他地区；此外,指定频道可能重新避开干扰。研究表明已经有许多研究已在蜂窝网络的容量规划，但AP在安置和信道分配无线局域网近期才开始起步。传统的面向无线局域网的覆盖面的设计方法只解决如何提供的每一个无线服务区的最大信号。在覆盖面为导向的WLAN设计专业 进取 协作 共享 南通移动网优中心 问题已经制定了ILP总和最大化在每个传输需求点出现的信号。ILP问题制定了包括无信道分配问题的信道干扰

13、；一般WLAN设计方法在大规模无线局域网的服务领域的解释。同时提出优化算法，以最大限度地提高覆盖范围和整体信号质量。然而，当接入点安装在无线局域网服务领域支持的移动主机很多时，不仅需要考虑覆盖面，而且接入点之间的负载平衡也应予以考虑，因为的活动主机连接到AP的数量会影响WLAN的网络性能。例如，当每个WLAN服务区有一个主机上有不同的人口流动，一个AP到其中一个连接可能出现挤塞，而其他邻近的接入点，移动主机的用户很多也没有空闲。基本的IEEE802.11媒体访问机制称为分布式协调功能，并基于CSMA/CD协议来避免冲突。因此，信道的利用率代表着一个AP在WLAN服务区的网络性能，带宽提供给每一

14、个用户将减少了用户数量在一样的媒介竞争的AP。 这个问题在移动主机和动态的用户在无线服务领域可能经常发生，因此，在无线局域网接入点应安装应使网络性能最大化，这样提供的最大吞吐量被分发到每个请求接入点的用户。本文中，我们提出了一个接入点放置在无线局域网和渠道分配的优化方法，以最大限度地减少信道的利用率。 三、 AP的布置和信道分配问题 1、 假设条件 为了简化问题，我们假设以下条件有关的传输需求，无线局域网的服务领域，APS。 一个点集的传输需求，Nd：求点定义了一个无线局域网服务范围测量信号来自于AP,或流量需求的估计或用户欢迎程度。例如，11m2代表了传输需求点。 每个传输平均需求的体积需求

15、点：摘要:在每个的需求点、传输需求,给出实测传输量或估算主机。每一个需求点都将被指定给一个AP。 一个AP的候选点集，Na：候选点集将在这里给出安装接入点。对于一个给定的需求点，候选指定AP的位置点。这样，每一个需求点连接到至少一个AP。最大数量的APS可以安装在同一地区：信号噪比值，sij，其需求点从AP的 i点J点给出。假设我们产生了一个AP分配图和一个指定的信道，其将在使用过程中形成的ILP。 AP配图,G=(N ; E) 节点(N)由一套需求点,Nd、一组候选集APs、Na。 如果j大于阈值i，那么i和其中一个候选集APs连接在一起。 专业 进取 协作 共享 南通移动网优中心 信道分配

16、图，ga= 如果一个接入点连接在接入点之间的信道存在干扰距离，非重叠信道则会自动分配以确保其性能不会降低。 2、 问题描述 根据不同的问题设计WLAN服务在每个区域的用户密度是找到最佳位置的APS与非重叠信道可用带宽，这样在每个WLAN服务领域中达到覆盖范围的最大化。 在本小节，我们在满足业务需求下制定最小化问题信道的利用率最高的AP。 根据此前的问题制定，定义变量和常量: xij：二进制变量，如果点i被分配到AP j为1，否则为0。 cki：二进制变量，如果k信道分配到AP i为1，否则为0。 Bj：APj提供的最大带宽。虽然容量在APj的信道将被定义为一个函数用户和他们的联系，但在本文中，

17、该恒定带宽是由每个AP的一条信道提供的简化问题制定方案。 aj:二进制变量,如果AP j被选中则为1,否则返回0。 K:一组可用的信道。 最大信道利用率。这个度量指标代表分配到APs的最大的业务负荷,这是实际衡量无线局域网网络性能,它解释了定性拥挤网络服务的领域。 AP配置的ILP规划和信道分配的问题应考虑业务需求：其被定义为扩展传统的拓扑设计问题，如下图所示： 图6 专业 进取 协作 共享 南通移动网优中心 图7 其目的是尽量减少每个信道的最大利用。限制状态的每个需求点应该被分配到一个AP。限制条件需求点的总流量的需求应比无线链路由AP提供的带宽小。 限制如果需求点i是与APj的连接则表示A

18、Pj被选择。限制表明一个信道应分配给所选的AP。限制描述用最小的非重叠信道条件与信道的距离。 除了尽量减少信道的利用率，优化目标可能是减少APs的数量为最低成本(APS的总和最大化信号功率。 )或四、 绩效评估 1、 运行环境 我们使用CPLEX解决ILP制定的问题。 对于ARF功能，我们假设有11，5.5，2和1 Mbps的带宽建立连接， 当移动主机和小于160，270，400的AP的距离为550米，该频道干扰距离设置为550米每用户平均业务需求假设高达200 Kbps时，以及每个需求点的用户数量是随机分布在1和10。在业务需求点为用户数量x平均每个用户的传输需求。 2、 网络案例 在图示8

19、中，我们找到了一组选定的APs和他们的信道减少的目标信道的利用率最高时有多少APs。 表一表明，伴随最小化的目标值a，在五个已选择APs中最高的信道利用率是1.64。然而，AP的数量可减少到四个，尽量减少与使用的APS数量,增涨目标值a(2.36）。如果xij变量是真实的，即在每个需求点移动主机可以选择不同的AP，从而优化业务需求并分配给专业 进取 协作 共享 南通移动网优中心 APs，使得最高信道利用率减小。 图8 这个例子的结果 图9 3、 随机拓扑 由于很难获得有关的大规模营销的WLAN服务区域环境的所有信息，如需求点，用户区域环境普及，信号测量，业务需求预测，为了核查其方法，我们使用了

20、一种普遍的网络拓扑。为了调查网络拓扑结构的总体性能 ，我们在200 x200随机产生的需求点和AP点,其中每个网格代表10x10平方米面积单位。 专业 进取 协作 共享 南通移动网优中心 图10 图11 在图10中，我们可以看到了由于业务需求候选接入点的数量增加，APs数量增加，a却降低了。 而图11可以看出，信道干扰不能使业务需求变高，选取最好的AP的设置的大专业 进取 协作 共享 南通移动网优中心 小。例如，业务要求点明显高于40APs的需求数大约为13。因此，其可以节省安装和管理，提供互联网服务供应商最优配置成本的方法。 五、 重构 在一般情况下，由于它比有线局域网用户的移动性，无线局域

21、网的传输需求格局将更具活力，因此，在无线局域网接入点在整个服务区安装后，根据动态变化的传输需求重新配置无线AP这是必要的。在重组过程中，AP和他们的渠道可能会改变，这将导致用户的传输中断，在本节中，我们提出了一个以尽量减少对传输的需求中断应付新的AP分配到需求点的目标AP的重组方法，虽然它比原来的保持AP配置少。其问题的解决过程如图12所示。当原来的流量矩阵Ti改为Tj，我们首先解决了新的传输需求矩阵Ti得到最优值的问题。然后，我们找到了新的传输需求矩阵解，Ti是AP的设置和最大限度减少流量的关联点，然而最大的信道利用率小于。 图12：重构问题的解决过程 让将需求点i处的流量分配到APj。重构

22、问题函数给出如下： 专业 进取 协作 共享 南通移动网优中心 图13：重构问题函数 公式7是为为了减少需求点AP的新任务的流量，在公式9，设置为一个新的传输需求固定的最大信道的利用率。公式10描述了新的AP任务变量与旧的之间的区别。 例如，当传输需求是随机矩阵在100的最大偏差值变化，传输需求矩阵的最佳值是0.86。但是，如果用老的AP需求矩阵，变成了1.07。然后，通过尽量减少改变传输流的数量优化步骤，我们发现AP和需求点的关联度达到了满意的0.86。 六、 总结 在本文中，我们提出了一个AP的位置和信道分配优化方法，以尽量减少信道的利用率最高的指令级并行配方问题，通过使用需求点和信道分配简单的模型图，无线局域网服务的设计过程变得容易。该方法认为，根据用户的传输需求考虑负载平衡的AP位置的最佳设置，从模拟结果可以看出，信道利用率或选定的接入点可减至最低。在本文中，我们假设恒定带宽提供了一个信道在一个接入点连接的活跃用户与比特率无关，为了完成执行容量规划，应考虑动态AP的用户和他们的比特率数字容量功能，此外，一个真正的WLAN服务环境将被视为提出无线局域网的设计的实验测试方法。 专业 进取 协作 共享