袁鳳姣 ，陳常嘉 ，王少杰

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

WLAN（ 無(wú)線局域網(wǎng)）技術(shù)是當(dāng)今通信領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，與有線網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線局域網(wǎng)啟動(dòng)和實(shí)施相對(duì)簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低廉，因而得到了廣泛應(yīng)用。WLAN使用802.11標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議族，它使用開放頻段作為傳輸媒介，其中802.11b/g設(shè)備使用2.4 GHz ISM頻帶，802.11a設(shè)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(nèi)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(diǎn)[2~4]。本文基于對(duì)WLAN應(yīng)用場(chǎng)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(qiáng)的應(yīng)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(diǎn)）間的干擾，文獻(xiàn)[2] 通過(guò)數(shù)學(xué)建模得到了重疊信道之間的干擾，設(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)信道分配算法來(lái)最小化AP之間的干擾；文獻(xiàn)[3] 通過(guò)數(shù)學(xué)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(xiàn)[4] 將AP的干擾分為一級(jí)干擾和二級(jí)干擾，算出每個(gè)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(yīng)該直接避開選擇某些信道，如雷達(dá)信道，有的國(guó)家直接規(guī)定在其領(lǐng)域內(nèi)WLAN不可使用雷達(dá)信道；而對(duì)于可以使用雷達(dá)信道的國(guó)家，也有WLAN服務(wù)必須在探測(cè)到雷達(dá)信道的時(shí)候進(jìn)行規(guī)避的規(guī)定。對(duì)于其它信道，WLAN服務(wù)提供商也需要提供類似的信道選擇過(guò)濾功能，比如以下情況：（1）緊急軍用需要臨時(shí)組建WLAN；（2）自然災(zāi)害緊急醫(yī)療救助臨時(shí)組建WLAN；（3）有VIP用戶要確保其服務(wù)質(zhì)量；（4）station（工作站）與AP（Access Point, 無(wú)線接入點(diǎn)）支持的信道不一致。（5）特殊的組網(wǎng)需求，要求室內(nèi)和室外用不同的一組信道。

本文通過(guò)對(duì)WLAN架構(gòu)的具體分析，提出了信道黑名單方案以滿足此需求，通過(guò)編碼進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并利用H3C WX3024、WX6103、WA2610EAGN等設(shè)備進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)測(cè)試。

2 WLAN架構(gòu)

2.1 FAT AP架構(gòu)

FAT AP架構(gòu)的組網(wǎng)如圖1。此架構(gòu)的特點(diǎn)是：AP實(shí)現(xiàn)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(rèn)證功能等。優(yōu)點(diǎn)是功能強(qiáng)大，獨(dú)立性強(qiáng)；缺點(diǎn)是大規(guī)模部署時(shí)難管理。

圖1 FAT AP架構(gòu)

2.2 AC-FitAP架構(gòu)

AC-FitAP架構(gòu)的組網(wǎng)如圖2。此架構(gòu)的特點(diǎn)是：AC集中處理所有的安全、控制和管理功能，F(xiàn)it AP只提供可靠、高性能的無(wú)線接入服務(wù)功能。AC-FitAP方案除具有部署經(jīng)濟(jì)、易于管理等特點(diǎn)外，還支持快速切換、無(wú)線安全防護(hù)、網(wǎng)絡(luò)故障自愈等高級(jí)功能。

圖2 AC-FitAP架構(gòu)

2.3 MESH架構(gòu)

無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)是一種新的WLAN類型。它是傳統(tǒng)WLAN網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)進(jìn)行了變動(dòng)?；贔AT AP和Fit AP的MESH組網(wǎng)分別如圖3和圖4。此架構(gòu)的特點(diǎn)是：AP間采用無(wú)線連接，與傳統(tǒng)WLAN網(wǎng)絡(luò)相比，部署更容易。且AP間可以建立多跳的無(wú)線鏈路，可以提供多條備份鏈路，避免單點(diǎn)故障。

圖3 基于FAT AP 的MESH組網(wǎng)圖

圖4 基于Fit AP的MESH組網(wǎng)圖

3 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 分析

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

AC-FitAP架構(gòu)：AC會(huì)對(duì)AP進(jìn)行統(tǒng)一管理，需要在AC上提供信道黑名單功能。

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

MESH（Fit AP）架構(gòu)：MPP、MP、MAP需要過(guò)濾信道黑名單，配置信息由AC統(tǒng)一管理，將AC上的信道黑名單配置信息下發(fā)到MPP、MP和MAP。

3.2 實(shí)現(xiàn)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(dāng)發(fā)現(xiàn)已有radio使用了黑名單信道時(shí)，使其自動(dòng)重新選擇信道。

（2）11a/b/g初始化信道選擇時(shí)，屏蔽黑名單中信道。Radio開啟時(shí)，隨機(jī)選擇1個(gè)從驅(qū)動(dòng)獲取回來(lái)的信道，同時(shí)保證不會(huì)選擇黑名單中信道。

（3）11a/b/g自動(dòng)信道選擇時(shí)，過(guò)濾黑名單信道。當(dāng)配置了自動(dòng)信道調(diào)整時(shí)，根據(jù)當(dāng)前信道的質(zhì)量情況，選擇合適的信道并進(jìn)行調(diào)整，保證選擇的信道不為黑名單中的信道。

（4）11n信道綁定過(guò)濾信道黑名單。當(dāng)radio配置為11gn/11an時(shí)，對(duì)于輔信道都在黑名單中的信道進(jìn)行過(guò)濾，在初始信道選擇和自動(dòng)信道調(diào)整時(shí)，都不會(huì)選用這樣的信道。

（5）MESH（FitAP）架構(gòu)，通過(guò)CAPWAP協(xié)議，把AC上的信道黑名單配置信息下發(fā)到MPP、MP和MAP。

4 性能評(píng)估

本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用H3C WX3024、WX6103、WA2610E-AGN、WA2620E-AGN、WA2220E-AG、WA2100設(shè)備及VTP綜合管理平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。以下分析為MESH AC-FitAP架構(gòu)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

4.1 11a/b/g初始信道選擇過(guò)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(jié)果,如圖5。

多次開啟/關(guān)閉radio重復(fù)進(jìn)行初始信道選擇功能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)工作在11bg的radio只會(huì)選擇1或6信道，11a信道只會(huì)選擇153或157信道。取消信道黑名單后，發(fā)現(xiàn)可以正常選擇到其它的信道。

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

4.2 11a/b/g自動(dòng)信道選擇過(guò)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(dòng)信道調(diào)整功能（MESH要配置mesh calibrate-channel self-service功能）；用dot11bg calibrate-interval 3調(diào)整信道自動(dòng)調(diào)整時(shí)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(gè)工作在6信道的AP,使其產(chǎn)生干擾。

用命令display wlan ap name map rrm-status查看信道質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)6信道質(zhì)量不好。自動(dòng)信道調(diào)整完成后，發(fā)現(xiàn)盡管6信道質(zhì)量不好，還是選擇工作在6信道。

依次等待3 min后，重復(fù)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)工作在11bg的radio 只會(huì)選擇工作在6信道，11a只會(huì)選擇工作在165信道。將信道黑名單去掉，自動(dòng)信道調(diào)整完成后，再次觀察，發(fā)現(xiàn)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(dòng)信道選擇

分析：因?yàn)?信道上有干擾AP，根據(jù)信道質(zhì)量評(píng)估方法可知6信道質(zhì)量將不好；當(dāng)1和11信道處于黑名單中時(shí)，盡管6信道質(zhì)量不好，沒有別的選擇，只能工作在6信道；當(dāng)信道黑名單去掉后，有質(zhì)量更好的1和11信道可選擇，此處選擇了1信道。11a信道現(xiàn)象同此。

4.3 11n信道綁定過(guò)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(diào)整后，發(fā)現(xiàn)結(jié)果如圖7。

圖711 n信道綁定

多次開啟/關(guān)閉radio重復(fù)進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)工作在11a的radio只會(huì)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(huì)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(fā)現(xiàn)可以工作在其它信道進(jìn)行正常的信道綁定。

分析：根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)的分析，當(dāng)配置radio工作在11n模式時(shí)，不僅主信道要過(guò)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(guò)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(cè)試結(jié)果可知，信道黑名單方案可行。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了WLAN的服務(wù)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(gòu)，分析不同的架構(gòu)，確定實(shí)現(xiàn)信道黑名單功能的方案，并編程進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。利用H3C設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證了實(shí)現(xiàn)方法的正確性。信道黑名單功能為WLAN無(wú)線資源提供了更進(jìn)一步的管理。

[1] Mattbew S.Gast. 802.11 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)權(quán)威指南[M] . 南京：東南大學(xué)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.