【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 到800ms，所以在目前的研究中，許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者均采用信噪比或者是接收信號(hào)指示強(qiáng)度作為觸發(fā)切換的機(jī)制[29]。在大多數(shù)移動(dòng)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中都使用從當(dāng)前訪問(wèn)點(diǎn)和鄰近訪問(wèn)點(diǎn)的接收信號(hào)指示強(qiáng)度RSSI作為切換觸發(fā)的機(jī)制，所以本文采用接收信號(hào)指示強(qiáng)度這一參數(shù)來(lái)觸發(fā)切換，切換觸發(fā)階段產(chǎn)生的時(shí)延不包含在切換時(shí)延范圍內(nèi)，但是切換觸發(fā)機(jī)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(jī)制考慮在內(nèi)。（2）掃描觸發(fā)切換后，站點(diǎn)通過(guò)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(gè)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(dòng)掃描這是一種無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)可以選擇接入點(diǎn)的掃描方式，無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)STA每隔一段時(shí)間就會(huì)發(fā)出一個(gè)探尋幀，位于這個(gè)站點(diǎn)STA無(wú)線(xiàn)信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的任何一個(gè)接入點(diǎn)AP都會(huì)用一個(gè)探尋響應(yīng)幀來(lái)響應(yīng)STA，主動(dòng)掃描允許STA在沒(méi)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(dòng)掃描由于是由無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)發(fā)起，等待無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)響應(yīng)，所以一般消耗的時(shí)間較短，但是它需要無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)和無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)的共同作用來(lái)完成，如果網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不好，站點(diǎn)發(fā)出的請(qǐng)求信號(hào)不能及時(shí)被無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP接收，或者無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP發(fā)送的響應(yīng)信號(hào)不能被站點(diǎn)及時(shí)的接收，此時(shí)主動(dòng)掃描就很難獲取AP信息。2)被動(dòng)掃描無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP每隔一定的時(shí)間周期就會(huì)發(fā)送一個(gè)稱(chēng)作信標(biāo)的信號(hào)，在無(wú)線(xiàn)信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的任一STA都能通過(guò)這個(gè)信號(hào)來(lái)發(fā)現(xiàn)可用無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)，并能夠確定這個(gè)接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，在多個(gè)AP共同覆蓋的區(qū)域，STA一般會(huì)接收到多個(gè)AP的信息，而且信標(biāo)信號(hào)包含了該AP的相關(guān)信息，如接收信號(hào)指示強(qiáng)度、傳輸速率等。與主動(dòng)掃描相比，被動(dòng)掃描在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)較好的情況下，優(yōu)勢(shì)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(qǐng)求信息，就不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的碰撞，同樣可以獲得無(wú)線(xiàn)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(dòng)終端會(huì)向該目標(biāo)AP發(fā)送認(rèn)證請(qǐng)求，必須要先進(jìn)行身份認(rèn)證，以確保站點(diǎn)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(shí)際上，認(rèn)證階段是無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)、無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)及服務(wù)器認(rèn)證共同參與完成的認(rèn)證請(qǐng)求與響應(yīng)的過(guò)程。從身份認(rèn)證到建立關(guān)聯(lián)的具體過(guò)程如圖25所示。圖25 鑒權(quán)過(guò)程Figure 25 the process of identity由圖中可以看到，無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)STA和無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP之間的關(guān)聯(lián)過(guò)程可以劃分為5個(gè)步驟，其中身份驗(yàn)證過(guò)程包含了4個(gè)步驟，所以身份驗(yàn)證在整個(gè)關(guān)聯(lián)過(guò)程中占有很大的比例，耗時(shí)較長(zhǎng)。因此，AP切換過(guò)程中鑒權(quán)階段的時(shí)延主要來(lái)自于身份驗(yàn)證過(guò)程中的耗時(shí)。（4）接入在結(jié)束認(rèn)證之后，移動(dòng)終端就會(huì)給新的AP發(fā)送一個(gè)關(guān)聯(lián)請(qǐng)求，AP接收到請(qǐng)求后通過(guò)IAPP協(xié)議，就會(huì)從原來(lái)的AP得到該STA的相關(guān)信息，之后應(yīng)答一個(gè)重關(guān)聯(lián)給STA，這時(shí)，整個(gè)切換流程結(jié)束。，觸發(fā)切換階段所產(chǎn)生的時(shí)延并不包含在切換時(shí)延之內(nèi)，但切換觸發(fā)是整個(gè)切換過(guò)程的基礎(chǔ)，會(huì)對(duì)切換算法產(chǎn)生一定的影響，目前的研究表明：造成時(shí)延最長(zhǎng)的是掃描階段，掃描階段的時(shí)延占整個(gè)切換時(shí)延的90%左右，時(shí)延最短的階段是認(rèn)證階段，受IAPP時(shí)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(shí)延。，目前的切換時(shí)延平均在數(shù)百毫秒左右，其中大部分的時(shí)延是由掃描階段產(chǎn)生的，主動(dòng)掃描和被動(dòng)掃描兩種掃描方式在上面已經(jīng)做出了簡(jiǎn)要的介紹。發(fā)生主動(dòng)掃描時(shí)，無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)主動(dòng)向所有接入點(diǎn)AP發(fā)送探尋幀，接入點(diǎn)AP在收到探尋幀后，會(huì)向此無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)發(fā)送一個(gè)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(diǎn)接收到回復(fù)后，就能夠知道在站點(diǎn)附近存在可用AP的信息。通常情況下，工作站發(fā)送請(qǐng)求幀后，必須等待一段時(shí)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(dòng)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(shí)間。一般實(shí)際操作中，都將信道等待時(shí)間設(shè)置為30ms左右，這樣，主動(dòng)掃描的時(shí)延就會(huì)達(dá)到300400ms[34]。在被動(dòng)掃描方式中，無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)需要接收到無(wú)線(xiàn)AP的Beacon信號(hào)，但是無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)STA不知道Beacon信號(hào)什么時(shí)候會(huì)到達(dá)，所以必須等待Beacon信號(hào)的到來(lái)，通常情況下，AP的Beacon信號(hào)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(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP信息，站點(diǎn)必須等待100ms。，要掃描完所有11個(gè)信道上的無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP，所消耗的時(shí)間將會(huì)達(dá)到秒級(jí)，所以不管采用哪種掃描方式，帶來(lái)的時(shí)延都是不可忽略的。較高的切換時(shí)延會(huì)影響WiFi的工作性能，有可能導(dǎo)致移動(dòng)終端在切換過(guò)程中傳輸?shù)闹袛啵绕涫窃趯?duì)信號(hào)較為敏感的語(yǔ)音通話(huà)中，切換時(shí)延如果高于50ms，通話(huà)質(zhì)量就會(huì)受到影響。同時(shí)在WiFi手持設(shè)備上，切換過(guò)程會(huì)帶來(lái)電量損耗，如果切換頻繁，將會(huì)降低手持設(shè)備的使用時(shí)間。因此在手持設(shè)備的設(shè)計(jì)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(gè)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP的重疊區(qū)域內(nèi)，當(dāng)新AP的接收信號(hào)強(qiáng)度高于當(dāng)前AP的信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，便啟動(dòng)預(yù)處理過(guò)程，為切換做好準(zhǔn)備。預(yù)處理過(guò)程的啟動(dòng)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(xiàn)圓的半徑為，為手持設(shè)備和AP1的連線(xiàn)與半徑的夾角，手持設(shè)備到AP1的距離為S，三條虛線(xiàn)為三個(gè)圓的某半徑的切線(xiàn)。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(dòng)時(shí)，將會(huì)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(shí)，就要完成切換過(guò)程。當(dāng)手持設(shè)備處在半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)時(shí)，接收信號(hào)強(qiáng)度RSS滿(mǎn)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(dòng)到半徑為r的圓的切線(xiàn)位置時(shí)，開(kāi)始進(jìn)入兩個(gè)AP的重合區(qū)域，當(dāng)手持設(shè)備移動(dòng)到圖中所示虛線(xiàn)圓的切線(xiàn)位置時(shí)，接收到的AP1的信號(hào)值ThCurrentAP，接收到的AP2的信號(hào)值ThNewAP，此時(shí)接收到的AP1的信號(hào)值逐漸減小，AP2的信號(hào)值逐漸增大。當(dāng)手持設(shè)備移動(dòng)到半徑為R的圓的切線(xiàn)位置時(shí)，就脫離了AP1的覆蓋范圍，進(jìn)入了AP2的覆蓋范圍，此時(shí)完成了切換。令，則啟動(dòng)預(yù)處理過(guò)程的分析表述如下：當(dāng)時(shí)，手持設(shè)備進(jìn)入兩個(gè)AP覆蓋的重合區(qū)域，有發(fā)生切換的可能，當(dāng)時(shí)，即到達(dá)虛線(xiàn)圓的切線(xiàn)位置時(shí)，手持設(shè)備接收到的當(dāng)前AP的信號(hào)強(qiáng)度開(kāi)始小于AP2的接收信號(hào)強(qiáng)度，下一時(shí)刻開(kāi)始啟動(dòng)預(yù)處理過(guò)程；當(dāng)時(shí)，手持設(shè)備接收到的當(dāng)前AP的信號(hào)強(qiáng)度很微弱，不能滿(mǎn)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(guò)程如下[36]：（1）當(dāng)接收到的當(dāng)前信號(hào)強(qiáng)度低于目標(biāo)AP的信號(hào)強(qiáng)度ThNewAP但是高于預(yù)先設(shè)定的Thhandoff時(shí)，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(chǔ)起來(lái)，存放到一個(gè)專(zhuān)門(mén)的APs列表中。（3）手持設(shè)備仍然不停地檢測(cè)接收到的信號(hào)強(qiáng)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(hào)強(qiáng)度值比預(yù)先設(shè)定好的切換的門(mén)限值Thhandoff還要低，則開(kāi)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(hào)強(qiáng)度值最強(qiáng)的一個(gè)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(shí)觸發(fā)切換后，預(yù)處理過(guò)程可以?huà)呙璧叫翧P所在信道的信息。采用預(yù)處理的切換機(jī)制可以減少切換掃描階段的時(shí)延，從而減少了整個(gè)切換過(guò)程的時(shí)延，將切換時(shí)延控制在50ms以?xún)?nèi)，這對(duì)于保證切換過(guò)程中的實(shí)時(shí)通信具有重要作用。切換過(guò)程示意圖如圖27所示圖27 預(yù)處理切換過(guò)程示意圖Figure 27 the diagram of preprocessing handover另一方面，無(wú)線(xiàn)信號(hào)由于受到多徑傳播和陰影效應(yīng)的影響，接收到的信號(hào)值具有隨機(jī)性，在兩個(gè)AP的重合覆蓋區(qū)域內(nèi)，接收信號(hào)值可能出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，如果采取傳統(tǒng)的哪個(gè)接收信號(hào)指示強(qiáng)度高就切換到哪個(gè)AP上去的策略，將會(huì)在重合區(qū)域出現(xiàn)在兩個(gè)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(duì)本文采用的切換方法，仿真過(guò)程中為降低復(fù)雜度和難度，僅設(shè)置了兩個(gè)AP的覆蓋區(qū)域，仿真時(shí)長(zhǎng)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(dòng)，移動(dòng)過(guò)程中接收信號(hào)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生改變，當(dāng)AP1的信號(hào)強(qiáng)度降低到一定程度時(shí)，手持設(shè)備會(huì)由AP1切換到AP2上，仿真參數(shù)配置見(jiàn)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(gè)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(hào)檢測(cè)間隔發(fā)射功率20dBm手持設(shè)備移動(dòng)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(duì)手持設(shè)備的位置進(jìn)行更新，按照相應(yīng)的軌跡計(jì)算出手持設(shè)備當(dāng)前時(shí)刻的位置坐標(biāo)，在本文中采用了直線(xiàn)形的仿真軌跡。（3）調(diào)用接收信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊。根據(jù)手持設(shè)備的位置信息，計(jì)算出接收到各AP的信號(hào)強(qiáng)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(hào)強(qiáng)度值進(jìn)行判斷，如果滿(mǎn)足切換算法，就觸發(fā)切換。實(shí)際無(wú)線(xiàn)信道環(huán)境復(fù)雜，存在多種衰落和反射、映射的影響，信號(hào)的波動(dòng)具有隨機(jī)性，仿真過(guò)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(hào)強(qiáng)度如圖210所示。圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為手持設(shè)備接收到的信號(hào)強(qiáng)度值。實(shí)線(xiàn)表示的信號(hào)代表了手持設(shè)備接收到AP1的接收信號(hào)強(qiáng)度值，虛線(xiàn)表示的信號(hào)代表了手持設(shè)備接收到AP2的接收信號(hào)強(qiáng)度值，隨著手持設(shè)備的移動(dòng)，接收到AP1的信號(hào)強(qiáng)度值逐漸減弱，AP2的信號(hào)強(qiáng)度值逐漸增強(qiáng)，當(dāng)AP1的信號(hào)強(qiáng)度減弱到一定程度，不能滿(mǎn)足手持終端的傳輸需求時(shí)便發(fā)生切換。圖210 不同網(wǎng)絡(luò)下的接收信號(hào)強(qiáng)度Figure 210 the RSS of two networks，接收信號(hào)強(qiáng)度為94dBm的時(shí)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(gè)AP信號(hào)強(qiáng)度高就切換到哪個(gè)AP上的切換方式，即只要有一個(gè)AP的信號(hào)強(qiáng)度值高于當(dāng)前AP的接收信號(hào)強(qiáng)度值，便發(fā)生切換，那么在手持設(shè)備的移動(dòng)過(guò)程中共需要切換三次，如圖211所示。圖中值為0時(shí)代表手持設(shè)備處在AP1的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，值為1時(shí)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(diǎn)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(lái)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(diǎn)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(diǎn)所處網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)Figure 212 the state of STA under preprocessing handover從廣義上來(lái)說(shuō)，倉(cāng)儲(chǔ)管理就是對(duì)物流過(guò)程中的物品進(jìn)行的儲(chǔ)存和保管工作，對(duì)于由于貨物管理而帶來(lái)的商品的包裝、分揀、整理等活動(dòng)也包含在倉(cāng)儲(chǔ)管理的范圍內(nèi)。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，倉(cāng)儲(chǔ)管理的運(yùn)營(yíng)方式和模式也在發(fā)生著快速的變化，倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)中主要包括入庫(kù)、出庫(kù)、盤(pán)點(diǎn)等業(yè)務(wù)[37]。其操作流程如圖213所示：圖213倉(cāng)儲(chǔ)管理示意圖Figure 213 the diagram of warehouse management倉(cāng)儲(chǔ)管理過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量是很大的，所以利用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)存儲(chǔ)貨物的信息，從倉(cāng)庫(kù)收到供貨商供應(yīng)的貨物開(kāi)始，一直到貨物出庫(kù)為止，倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)一直與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)保持著實(shí)時(shí)貨物信息的交換，包括倉(cāng)庫(kù)中貨物數(shù)量的增加、減少以及修改等情況，在倉(cāng)儲(chǔ)管理的每一個(gè)過(guò)程中，工作人員都會(huì)通過(guò)WiFi手持設(shè)備使用無(wú)線(xiàn)通信方式，依靠倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)強(qiáng)大的處理能力，完成貨物的入庫(kù)、入位、盤(pán)點(diǎn)和出庫(kù)工作。圖214 倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)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(yàn)貨物的種類(lèi)、數(shù)量等信息，核對(duì)正確后將反饋信息反饋給供貨商。商品出庫(kù)時(shí)，訂貨商將訂貨信息給倉(cāng)庫(kù)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(kù)后，將發(fā)貨信息反饋給訂貨商。倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖如圖214所示。入庫(kù)作業(yè)包括核對(duì)貨物信息、為貨物分配庫(kù)位、將貨物送到指定庫(kù)位、利用無(wú)線(xiàn)終端將傳送數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)等步驟，如圖215所示。圖215 入庫(kù)業(yè)務(wù)流程圖Figure 215 the flow chart of warehousein供應(yīng)商送來(lái)貨物之后，倉(cāng)儲(chǔ)管理人員會(huì)根據(jù)系統(tǒng)提供的供貨單，認(rèn)真核對(duì)貨物的數(shù)量、種類(lèi)等信息，核對(duì)無(wú)誤后將貨物進(jìn)行分類(lèi)，粘貼標(biāo)簽，準(zhǔn)備貨物的入庫(kù)，此時(shí)會(huì)生成一個(gè)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(duì)貨物的信息，倉(cāng)庫(kù)的入庫(kù)口處放置有天線(xiàn)，當(dāng)貼有標(biāo)簽的貨物經(jīng)過(guò)入庫(kù)口時(shí)，可以自動(dòng)采集到RFID的標(biāo)簽信息，隨后在系統(tǒng)中產(chǎn)生入庫(kù)貨物信息表，系統(tǒng)將初始的貨物信息表和生成的入庫(kù)貨物信息表進(jìn)行核對(duì)，準(zhǔn)確無(wú)誤后管理人員