【文章內(nèi)容簡介】 到800ms，所以在目前的研究中，許多國內(nèi)外學(xué)者均采用信噪比或者是接收信號指示強度作為觸發(fā)切換的機制[29]。在大多數(shù)移動語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中都使用從當(dāng)前訪問點和鄰近訪問點的接收信號指示強度RSSI作為切換觸發(fā)的機制，所以本文采用接收信號指示強度這一參數(shù)來觸發(fā)切換，切換觸發(fā)階段產(chǎn)生的時延不包含在切換時延范圍內(nèi)，但是切換觸發(fā)機制的選擇的好壞關(guān)系到切換方法的最終效果，因此，必須將切換觸發(fā)機制考慮在內(nèi)。（2）掃描觸發(fā)切換后，站點通過掃描信道就可以獲得所有可用的AP信息，然后根據(jù)某種策略選擇一個性能最佳的AP作為其切換的目標(biāo)AP，有兩種掃描方式[30]：1)主動掃描這是一種無線站點可以選擇接入點的掃描方式，無線站點STA每隔一段時間就會發(fā)出一個探尋幀，位于這個站點STA無線信號覆蓋范圍內(nèi)的任何一個接入點AP都會用一個探尋響應(yīng)幀來響應(yīng)STA，主動掃描允許STA在沒有接收到AP發(fā)出的信標(biāo)幀的情況下，連接到位于其覆蓋范圍內(nèi)的AP。主動掃描由于是由無線站點發(fā)起，等待無線接入點響應(yīng)，所以一般消耗的時間較短，但是它需要無線站點和無線接入點的共同作用來完成，如果網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不好，站點發(fā)出的請求信號不能及時被無線接入點AP接收，或者無線接入點AP發(fā)送的響應(yīng)信號不能被站點及時的接收，此時主動掃描就很難獲取AP信息。2)被動掃描無線接入點AP每隔一定的時間周期就會發(fā)送一個稱作信標(biāo)的信號，在無線信號覆蓋范圍內(nèi)的任一STA都能通過這個信號來發(fā)現(xiàn)可用無線接入點，并能夠確定這個接入點的信號強度，在多個AP共同覆蓋的區(qū)域，STA一般會接收到多個AP的信息，而且信標(biāo)信號包含了該AP的相關(guān)信息，如接收信號指示強度、傳輸速率等。與主動掃描相比，被動掃描在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)較好的情況下，優(yōu)勢并不明顯，相反，在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不夠好的情況下，由于STA不需要發(fā)送請求信息，就不會產(chǎn)生信號的碰撞，同樣可以獲得無線AP的相關(guān)信息，[31]。（3）鑒權(quán)掃描階段完成并確定好所要切換到的目標(biāo)AP以后，移動終端會向該目標(biāo)AP發(fā)送認(rèn)證請求，必須要先進(jìn)行身份認(rèn)證，以確保站點的安全接入。當(dāng)前，身份認(rèn)證一般采用WEP加密，共享密鑰的方式[32]。實際上，認(rèn)證階段是無線接入點、無線站點及服務(wù)器認(rèn)證共同參與完成的認(rèn)證請求與響應(yīng)的過程。從身份認(rèn)證到建立關(guān)聯(lián)的具體過程如圖25所示。圖25 鑒權(quán)過程Figure 25 the process of identity由圖中可以看到，無線站點STA和無線接入點AP之間的關(guān)聯(lián)過程可以劃分為5個步驟，其中身份驗證過程包含了4個步驟，所以身份驗證在整個關(guān)聯(lián)過程中占有很大的比例，耗時較長。因此，AP切換過程中鑒權(quán)階段的時延主要來自于身份驗證過程中的耗時。（4）接入在結(jié)束認(rèn)證之后，移動終端就會給新的AP發(fā)送一個關(guān)聯(lián)請求，AP接收到請求后通過IAPP協(xié)議，就會從原來的AP得到該STA的相關(guān)信息，之后應(yīng)答一個重關(guān)聯(lián)給STA，這時，整個切換流程結(jié)束。，觸發(fā)切換階段所產(chǎn)生的時延并不包含在切換時延之內(nèi)，但切換觸發(fā)是整個切換過程的基礎(chǔ)，會對切換算法產(chǎn)生一定的影響，目前的研究表明：造成時延最長的是掃描階段，掃描階段的時延占整個切換時延的90%左右，時延最短的階段是認(rèn)證階段，受IAPP時延影響較大的是關(guān)聯(lián)階段[33]。因此，本文的研究主要是如何盡可能的降低掃描階段的時延。，目前的切換時延平均在數(shù)百毫秒左右，其中大部分的時延是由掃描階段產(chǎn)生的，主動掃描和被動掃描兩種掃描方式在上面已經(jīng)做出了簡要的介紹。發(fā)生主動掃描時，無線站點主動向所有接入點AP發(fā)送探尋幀，接入點AP在收到探尋幀后，會向此無線站點發(fā)送一個探尋響應(yīng)幀，該探尋響應(yīng)幀中包含有自身的信息，當(dāng)站點接收到回復(fù)后，就能夠知道在站點附近存在可用AP的信息。通常情況下，工作站發(fā)送請求幀后，必須等待一段時間才能收到響應(yīng)幀。即使在工作站收到響應(yīng)幀后，也只能代表存在有活動的AP，要想收集到該頻段上所有AP的信息，還要等待一定的時間。一般實際操作中，都將信道等待時間設(shè)置為30ms左右，這樣，主動掃描的時延就會達(dá)到300400ms[34]。在被動掃描方式中，無線站點需要接收到無線AP的Beacon信號，但是無線站點STA不知道Beacon信號什么時候會到達(dá)，所以必須等待Beacon信號的到來，通常情況下，AP的Beacon信號是每隔100ms封包廣播一次，因此要想得到某一頻段上所有的無線接入點AP信息，站點必須等待100ms。，要掃描完所有11個信道上的無線接入點AP，所消耗的時間將會達(dá)到秒級，所以不管采用哪種掃描方式，帶來的時延都是不可忽略的。較高的切換時延會影響WiFi的工作性能，有可能導(dǎo)致移動終端在切換過程中傳輸?shù)闹袛?，尤其是在對信號較為敏感的語音通話中，切換時延如果高于50ms，通話質(zhì)量就會受到影響。同時在WiFi手持設(shè)備上，切換過程會帶來電量損耗，如果切換頻繁，將會降低手持設(shè)備的使用時間。因此在手持設(shè)備的設(shè)計中，應(yīng)將WiFi的切換算法考慮在內(nèi)[35]。本文使用了一種基于預(yù)處理的切換模式，在兩個無線接入點AP的重疊區(qū)域內(nèi)，當(dāng)新AP的接收信號強度高于當(dāng)前AP的信號強度時，便啟動預(yù)處理過程，為切換做好準(zhǔn)備。預(yù)處理過程的啟動條件：圖26 AP的層次結(jié)構(gòu)示意圖Figure 26 the diagram of AP hierarchy如圖26所示，AP的覆蓋范圍為半徑R的圓，R大約為300m，小圓的半徑為r，則虛線圓的半徑為，為手持設(shè)備和AP1的連線與半徑的夾角，手持設(shè)備到AP1的距離為S，三條虛線為三個圓的某半徑的切線。當(dāng)處于AP1覆蓋范圍內(nèi)的手持設(shè)備逐漸向AP2的方向移動時，將會在重合區(qū)域發(fā)生切換，為了保證正常的網(wǎng)絡(luò)通信，手持設(shè)備一般在AP的覆蓋范圍內(nèi)即手持設(shè)備到AP的距離小于半徑時，就要完成切換過程。當(dāng)手持設(shè)備處在半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)時，接收信號強度RSS滿足手持設(shè)備的上網(wǎng)需求，不需要發(fā)生切換，當(dāng)手持設(shè)備移動到半徑為r的圓的切線位置時，開始進(jìn)入兩個AP的重合區(qū)域，當(dāng)手持設(shè)備移動到圖中所示虛線圓的切線位置時，接收到的AP1的信號值ThCurrentAP，接收到的AP2的信號值ThNewAP，此時接收到的AP1的信號值逐漸減小，AP2的信號值逐漸增大。當(dāng)手持設(shè)備移動到半徑為R的圓的切線位置時，就脫離了AP1的覆蓋范圍，進(jìn)入了AP2的覆蓋范圍，此時完成了切換。令，則啟動預(yù)處理過程的分析表述如下：當(dāng)時，手持設(shè)備進(jìn)入兩個AP覆蓋的重合區(qū)域，有發(fā)生切換的可能，當(dāng)時，即到達(dá)虛線圓的切線位置時，手持設(shè)備接收到的當(dāng)前AP的信號強度開始小于AP2的接收信號強度，下一時刻開始啟動預(yù)處理過程；當(dāng)時，手持設(shè)備接收到的當(dāng)前AP的信號強度很微弱，不能滿足當(dāng)前的需求，直接進(jìn)行切換?；陬A(yù)處理方式的切換過程如下[36]：（1）當(dāng)接收到的當(dāng)前信號強度低于目標(biāo)AP的信號強度ThNewAP但是高于預(yù)先設(shè)定的Thhandoff時，手持設(shè)備觸發(fā)系統(tǒng)里的預(yù)先掃描程序。（2）掃描完所有信道之后，將得到的所有目標(biāo)AP的信息存儲起來，存放到一個專門的APs列表中。（3）手持設(shè)備仍然不停地檢測接收到的信號強度值，并根據(jù)條件判定接著掃描還是進(jìn)行切換。（4）如果當(dāng)前信號強度值比預(yù)先設(shè)定好的切換的門限值Thhandoff還要低，則開始進(jìn)行切換，手持設(shè)備讀取APs表中的目標(biāo)AP信息，否則返回到第一步。（5）手持設(shè)備向APs表中信號強度值最強的一個AP進(jìn)行連接。（6）與新AP建立連接后，將新舊AP所在信道的信息進(jìn)行設(shè)置，確保下次切換時觸發(fā)切換后，預(yù)處理過程可以掃描到新AP所在信道的信息。采用預(yù)處理的切換機制可以減少切換掃描階段的時延，從而減少了整個切換過程的時延，將切換時延控制在50ms以內(nèi)，這對于保證切換過程中的實時通信具有重要作用。切換過程示意圖如圖27所示圖27 預(yù)處理切換過程示意圖Figure 27 the diagram of preprocessing handover另一方面，無線信號由于受到多徑傳播和陰影效應(yīng)的影響，接收到的信號值具有隨機性，在兩個AP的重合覆蓋區(qū)域內(nèi)，接收信號值可能出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，如果采取傳統(tǒng)的哪個接收信號指示強度高就切換到哪個AP上去的策略，將會在重合區(qū)域出現(xiàn)在兩個AP上反復(fù)切換的可能，采用基于預(yù)處理的切換方式可以減少這種情況的發(fā)生。針對本文采用的切換方法，仿真過程中為降低復(fù)雜度和難度，僅設(shè)置了兩個AP的覆蓋區(qū)域，仿真時長設(shè)置為50s。圖28 AP結(jié)構(gòu)示意圖Figure 28 the diagram of AP structure如圖28所示，手持設(shè)備由AP1的覆蓋區(qū)域沿水平方向朝AP2的位置移動，移動過程中接收信號強度會發(fā)生改變，當(dāng)AP1的信號強度降低到一定程度時，手持設(shè)備會由AP1切換到AP2上，仿真參數(shù)配置見表22所示:表22 仿真參數(shù)配置Table 22 Configuration of simulation parameters仿真參數(shù)仿真取值A(chǔ)P個數(shù)2AP1位置(0,2)AP2位置(30,2)手持設(shè)備初始位置(1,0)AP間距30mAP覆蓋半徑25mWiFi頻率信號檢測間隔發(fā)射功率20dBm手持設(shè)備移動速度1m/s仿真流程圖如圖29所示：圖29 仿真流程圖Figure 29 the flow chart of simulation（1）仿真環(huán)境的初始化。設(shè)置AP和手持設(shè)備的初始位置，配置相應(yīng)的參數(shù)。（2）調(diào)用手持設(shè)備位置模塊。對手持設(shè)備的位置進(jìn)行更新，按照相應(yīng)的軌跡計算出手持設(shè)備當(dāng)前時刻的位置坐標(biāo)，在本文中采用了直線形的仿真軌跡。（3）調(diào)用接收信號強度計算模塊。根據(jù)手持設(shè)備的位置信息，計算出接收到各AP的信號強度。（4）調(diào)用切換算法模塊。根據(jù)手持設(shè)備接收到的信號強度值進(jìn)行判斷，如果滿足切換算法，就觸發(fā)切換。實際無線信道環(huán)境復(fù)雜，存在多種衰落和反射、映射的影響，信號的波動具有隨機性，仿真過程中考慮了路徑損耗和陰影效應(yīng)的影響，小尺度衰落采用jakes模型進(jìn)行仿真。手持設(shè)備接收到的各AP的信號強度如圖210所示。圖中橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為手持設(shè)備接收到的信號強度值。實線表示的信號代表了手持設(shè)備接收到AP1的接收信號強度值，虛線表示的信號代表了手持設(shè)備接收到AP2的接收信號強度值，隨著手持設(shè)備的移動，接收到AP1的信號強度值逐漸減弱，AP2的信號強度值逐漸增強，當(dāng)AP1的信號強度減弱到一定程度，不能滿足手持終端的傳輸需求時便發(fā)生切換。圖210 不同網(wǎng)絡(luò)下的接收信號強度Figure 210 the RSS of two networks，接收信號強度為94dBm的時候，傳輸速率將降低到1Mbps，本次仿真中預(yù)先設(shè)定切換值Thhandoff為95dBm，如果采用哪個AP信號強度高就切換到哪個AP上的切換方式，即只要有一個AP的信號強度值高于當(dāng)前AP的接收信號強度值，便發(fā)生切換，那么在手持設(shè)備的移動過程中共需要切換三次，如圖211所示。圖中值為0時代表手持設(shè)備處在AP1的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，值為1時代表手持設(shè)備處在AP2的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，0和1之間的轉(zhuǎn)換代表手持設(shè)備在AP點間發(fā)生了切換，但是采用基于預(yù)處理的切換方式，如圖212所示，只發(fā)生了一次切換，這樣就有效減少了不必要切換的次數(shù)，不僅保證了網(wǎng)絡(luò)連接的質(zhì)量，還達(dá)到由降低AP間不必要切換次數(shù)來降低手持設(shè)備電量損耗的目的。圖211 傳統(tǒng)切換方式下站點所處網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)Figure 211 the state of STA under traditional handover圖212預(yù)處理切換方式下站點所處網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)Figure 212 the state of STA under preprocessing handover從廣義上來說，倉儲管理就是對物流過程中的物品進(jìn)行的儲存和保管工作，對于由于貨物管理而帶來的商品的包裝、分揀、整理等活動也包含在倉儲管理的范圍內(nèi)。隨著經(jīng)濟技術(shù)的快速發(fā)展，倉儲管理的運營方式和模式也在發(fā)生著快速的變化，倉儲管理逐漸發(fā)展成為集分揀、整理和配送于一體的現(xiàn)代化物流管理模式，倉儲管理系統(tǒng)中主要包括入庫、出庫、盤點等業(yè)務(wù)[37]。其操作流程如圖213所示：圖213倉儲管理示意圖Figure 213 the diagram of warehouse management倉儲管理過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量是很大的，所以利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲貨物的信息，從倉庫收到供貨商供應(yīng)的貨物開始，一直到貨物出庫為止，倉儲管理系統(tǒng)一直與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)保持著實時貨物信息的交換，包括倉庫中貨物數(shù)量的增加、減少以及修改等情況，在倉儲管理的每一個過程中，工作人員都會通過WiFi手持設(shè)備使用無線通信方式，依靠倉儲管理系統(tǒng)強大的處理能力，完成貨物的入庫、入位、盤點和出庫工作。圖214 倉儲管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖Figure 214 Data flow chart of warehouse management system供應(yīng)商提供供貨信息給倉儲管理系統(tǒng)，系統(tǒng)產(chǎn)生供貨單，貨物到達(dá)之后，工作人員根據(jù)供貨單檢驗貨物的種類、數(shù)量等信息，核對正確后將反饋信息反饋給供貨商。商品出庫時，訂貨商將訂貨信息給倉庫管理系統(tǒng)，系統(tǒng)隨之產(chǎn)生出貨單，工作人員將貨物出庫后，將發(fā)貨信息反饋給訂貨商。倉儲管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖如圖214所示。入庫作業(yè)包括核對貨物信息、為貨物分配庫位、將貨物送到指定庫位、利用無線終端將傳送數(shù)據(jù)到計算機等步驟，如圖215所示。圖215 入庫業(yè)務(wù)流程圖Figure 215 the flow chart of warehousein供應(yīng)商送來貨物之后，倉儲管理人員會根據(jù)系統(tǒng)提供的供貨單，認(rèn)真核對貨物的數(shù)量、種類等信息，核對無誤后將貨物進(jìn)行分類，粘貼標(biāo)簽，準(zhǔn)備貨物的入庫，此時會生成一個初始的貨物信息表，如果信息有誤，工作人員將聯(lián)系供貨商核對貨物的信息，倉庫的入庫口處放置有天線，當(dāng)貼有標(biāo)簽的貨物經(jīng)過入庫口時，可以自動采集到RFID的標(biāo)簽信息，隨后在系統(tǒng)中產(chǎn)生入庫貨物信息表，系統(tǒng)將初始的貨物信息表和生成的入庫貨物信息表進(jìn)行核對，準(zhǔn)確無誤后管理人員