浅议基于IEEE802_11协议的WLAN网络无线资源管理

　　摘要随着无线局域网络的发展，规模的扩大，传统的WLAN网络结构无论在设备成本，还是在运营、管理等方面，都无法满足不断增长的业务要求。一种有效的WLAN框架结构的提出可以更好的对系统的无线资源进行统一的分配、调度和管理。本文主要是对基于IEEE802_11协议的WLAN网络的无线资源管理进行研究，提出了相关的功率控制，负载均衡，并给出了相应的解决方案。
　　关键词：IEEE802_11协议，WLAN网络，无线资源管理
　　
　　
　　近年来，WLAN对于核心业务智能的重要性的不断提高使得无线网络的运营已经成为企业IT部门最关注的问题之一。而数据业务需求的不断增加也使得以IEEE802.11协议为基础的无线局域网的研究成为热点。怎样才能基于IEEE802_11协议方便地、经济有效地部署WLAN，怎样才能有效地利用有限的IT资源管理WLAN网络无线，怎样才能在不降低可靠性、可用性和性能的情况下，拓展WLAN的应用空间成为当前迫切需要解决的问题。
　　
　　一、IEEE802_11协议概述
　　IEEE802_11网络通常是由所谓基本服务集(BSS，Basicserviceset)所构成。一个基本服务集所覆盖的区域被称为基本服务区域(BSA，BasicserviceArea)。从概念上来说，在一个基本服务区域内的所有站点都是可以同本区域内的其他站点互通的。由这样的独立的基本服务区域可以构成自组织型的Adhoc网络结构。独立的基本服务集是IEEE802.11无线网络最基本的形态。不同的独立的基本服务集之间可以互相覆盖。一个站点属于哪个基本服务集是由站点自身状况动态决定的。最小的IEEE802.11无线局域网至少包括两个站点。
　　如果我们在每个独立的BSS中设立接入控制点(AP，AccessPoint)，通过这
　　样一些类似于基站的AP设备，以及这些AP之间的媒体连接，可以把这些独立的
　　BSS连接成为一个结构化的网络，这就是第二种网络结构。接入控制点之间可以通过各种其他不同通信媒体相连，这些媒体逻辑上统称为分布式系统(DS，
　　DistributionSystem)。接入控制点和分布式系统共同形成了扩展服务集(ESS，
　　ExtendedServiceSet)。可以在扩展服务集中设置通向其他IEEE802.x网络的
　　网关入口(Portal)，从而获得与其他类型IEEE802.x局域网络的互通。图1是IEEE802.11结构化网络示意图。
　　
　　图1IEEE802_11结构化网络示意图
　　
　　二、WLAN的网络结构
　　WLAN网络的物理组成包括：无线站点STA(station)，无线接入点AP(access
　　point)，独立基本服务组IBSS(independencebasicserviceset)，基本服务组BSS(basicserviceset)，分布式系统DS(distributionsystem)和扩展服务组ESS(extendedserviceset)。
　　WLAN网络的工作模式示意如图2所示。
　　
　　图2WLAN网络工作模式示意如图
　　
　　三、一种新型的WLAN架构
　　随着IEEE802.11WLAN市场的快速膨胀，很多公司和学校以及一些公共热点地区开始布设WLAN网络，对于家庭或SOHO用户而言，现有的WLAN设备已经能够满足人们的要求。对于公司用户来说，由于需要布设多个AP来覆盖整个办公区域，为使各AP都能正常、高效的工作，必须对其进行有效的管理，而当前的WLAN网络各个AP实际上是处于相互独立的工作状态，无法作到信息的共享，因此，当前的产品不适合用于大规模企业网络，针对这个问题，IEEE802.11工作组对标准进行改进，将有助于以上问题的解决。
　　为了能够满足企业用户RF管理的需求，思科给出一种新的WLAN的框架结构，它的核心组件是“分离MAC”架构，即将对IEEE802.11数据和管理协议的处理，以及接入点功能分别部署于一个轻型接入点和一个集中WLAN控制器（如图3所示）。更明确的说，对时间敏感的活动——例如信标处理、与客户端的握手、介质访问控制（MAC）层加密和RF监控——都是由接入点处理的。所有其他活动都由WLAN控制器处理，它需要具备整个系统的可见度。这包括IEEE802.11管理协议、帧转换和桥接功能，以及对于用户移动、安全、QoS和——可能更加重要的是——实时RF管理的系统级策略。
　　
　　图3典型的分离MAC架构
　　四、功率控制
　　IEEE802.11无线局域网协议运用了固定的发射功率。它没有考虑根据接收机和发射机之间的距离来控制功率从而提高整个系统的信道利用率。在家庭环境中，STA通常位于AP周围，AP的发射功率可能是比较高的，然而这是没有必要的。WLAN中的STA也根据型号不同需要不同等级的最低接收功率。如果在人口密集的WLAN服务区域内有许多相邻的BSS，也就是说有多个热点，这可能就会导致它们之间的RF干扰。我们可以通过控制AP的发射功率来减小RF干扰，而减小的干扰将会导致系统总的吞吐量的增加，也就是说可以有效的提高资源共享的利用率。
　　由于无线信道的传输环境是随时发生变化的，因此，最初的功率配置无法完全实现对目标区域的覆盖，导致覆盖漏洞。同样，如果网络中的某个AP发生故障而无法工作，也会造成覆盖漏洞，处于覆盖漏洞内的STA将无法得到服务。为
　　了解决这些问题，必须对网络中的AP进行动态的功率控制，通过发射功率的调整完成对漏洞的覆盖。而通过发射功率控制来解决前面所提到的问题是非常复杂的，原因是AP间的路径损耗与信号传输所经过的物理环境是密切相关的，同时，
　　AP功率的调整还可能会对与其相邻的共道AP造成干扰，因此，这种调整极为复杂和费时。根据前面的分析，我们考虑可以在以后的AP中采用MIMO技术，因为MIMO技术可以调整AP天线的方向图，利用方向图的改变完成对漏洞的覆盖，这样，AP功率的调整将不会对网络中其他AP造成干扰。这种功率控制方法仅仅是对网络中部分AP的功率及方向图的调整，不需要对整个网络进行调整，对于AP较多的大规模WLAN网络是很有意义的。
　　
　　五、负载均衡
　　在WLAN网络中，不同用户通过CSMA/CA机制实现信道共享，随着STA用户的增加，在一些热点地区会导致拥塞，使网络的吞吐量下降。如何均衡各个无线接入点的业务流量，最大限度的满足接入服务，提高整个系统的容量，是WLAN网络系统无线资源管理面临的重要问题。
　　在研究负载均衡之前，首先需要了解一下STA与AP建立连接的过程。
　　在IEEE802.11协议中，STA与AP建立连接的过程可以简单的描述为:准备入网的STA首先在所有有效信道上发送探测请求，然后监听来自于AP的探测响应或信标帧。当AP接收到STA的探测请求后，向STA发送探测响应帧。STA将接收到的探测响应帧的相关信息保存在AP列表中，并从中选择RSSI最大的AP进行连接，在建立起连接之后，STA就可以通过这个AP与其它STA或AP进行通信。当STA与AP之间的RSSI值降低到给定门限值以下时，STA会断开与当前AP的连接，重新开始前面的入网过程。
　　从上面的分析可知，通过这种方法，STA可以与具有最佳信道状态的AP建立连接，然而，这个过程并没有考虑到AP的负载分布问题，由于SIA在WLAN网络中分布的不均衡性，因此，很可能出现一些AP可能已经过载而与它相邻的一些AP可能还处于空闲的状态的情况，而过载的AP会使其性能恶化，影响到整个网络的性能。
　　
　　参考文献：
　　[l]JamesF.KuroseKeithW.Ross著.陈鸣等译.计算机网络:自顶向下方法与Internet特色.机械工业出版社.2005.
　　[2]杨光，余凯，章魁，张平.基于IEEE802.lleMAC的联合无线资源管理.重庆邮电学院学报(自然科学版).2005.12.
　　[3]IEEE802.11.Part11:WirelessLANMediumAccessControl(MAC)andPhysicalLayer(PHY)Specifications,IEEE.1999.08.
　　
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