【正文】 封裝方法 無線接入點很重要的一項功能就是將有線端的數(shù)據(jù)轉發(fā)到無線局域網絡中，這個過程就是將 DIX Ether V2 標準幀轉成 標準幀。智能網橋的實現(xiàn)就可在以太網幀沒有轉 幀之前，把 SBNP 協(xié)議幀封裝到以太網幀中。在以太網中 MAC 層是通過幀類型字段來識別的相應的協(xié)議類型。 IEEE 組織已經分配的以太網類型也不是很多，類型字段要求其值大于十六進制數(shù) 0x0600，其中 0x0999 沒有被使 用。 為了讓無線網橋自動組網協(xié)議幀在 WDS 網絡中傳輸，因此設計一種隧道封裝方法，將 SBNP 幀封裝到以太網標準幀結構中。 DIX Ether V2 標準規(guī)定的數(shù)據(jù)鏈層 幀結構如表 63 ： 表 63 數(shù)據(jù)鏈層幀結構 前導碼 目的地址 源地址 類型 用戶數(shù)據(jù) (461500 字節(jié) ) FCS 為了使 SmartBright 能夠識別 MAC 層中的 SBNP 協(xié)議幀，定義了一種新類型的 MAC 層數(shù)據(jù)幀， DIX Ether V2 標準幀結構中的類型字段是兩個字節(jié)，定義新的幀類型標識為 0X0999，用來指示當前幀是無線網橋自動組網協(xié)議幀。采用隧道封裝后 SBNP 幀結構如表 64： 表 64 隧道封裝后 SBNP 幀結構 前導碼 目的地址 源地址 0X0999 SBNP 控制頭 SBNP 消息體 通過對無線分配系統(tǒng)（ WDS）的研究分析，提出了一種基于無線分配系統(tǒng)自動協(xié)商構建無線網絡的設計方案。該方案包括設計一種私有網絡連接協(xié)議 —— 無線網橋 自動組網協(xié)議，本節(jié) 詳細闡述了協(xié)議的幀格式，以及采用命令消息幀實現(xiàn) WDS 網絡中伙伴網橋識別的交互過程。將無線網橋自動組網協(xié)議幀封裝在 DIX Ether V2 幀中來完成協(xié)議通信。 21 電力無線網橋 負載均衡技術優(yōu)化 電力無線網橋負載均衡技術 當前的 IEEE 系列標準沒有對負載均衡方面做出描述和規(guī)定，網絡負載的分布由信號強度以及終端的移動性決定。沒有實現(xiàn)負載均衡的系統(tǒng)具有以下幾點不足： （ 1）無線網絡的效率和性能會降低 擴展服務集作為一個整體向終端提供服務。通常無線網絡中的熱點出現(xiàn)后，某 AP 的負載可能超過限制，大量的業(yè)務和用戶競爭該 AP 的資源，造成該 AP 上的業(yè)務的 QOS 發(fā)生惡化，并可能長期處于這種狀態(tài)。如果其鄰接 AP 的負載水平 卻相對較低，沒有負載均衡調整的話，整個網絡將處于一種非穩(wěn)定狀態(tài)，無線網絡的效率和性能都會因此而受到影響。 （ 2）增加網絡擁塞的風險 沒有負載均衡控制的網絡，終端的切換是自由和盲目的，隨著熱點的出現(xiàn)，大量的終端會涌向熱點 AP，離開原有的 AP。而終端向目標 AP 切換的結果是不能保證的，當熱點 AP 的業(yè)務飽和之后，新的終端就不能接入，或者雖然能接入，但是造成 AP 的擁塞，所有的業(yè)務中斷。 （ 3）降低網絡的容忍度 同樣，當某一 AP 的負載飽和后，新的終端的接入會造成嚴重的后果，但此時，網絡中其他非飽和 AP 還可以承接終端的接入，向更多的終端和業(yè)務提供服務。 如果采取負載均衡調整，負載飽和 AP 的任務就可以被分擔，整個擴展服務集中的 AP 的負載保持相對穩(wěn)定和平衡，可以容忍網絡的波動和變化。 （ 4）資源利用率差 沒有負載均衡的網絡，不能統(tǒng)籌調度和安排網絡負載的分布，往往隨著某一個或幾個 AP 的飽和出現(xiàn)飽和，而其他非飽和的 AP 的資源無法得以利用?？傊瑳]有負載均衡的網絡，業(yè)務的發(fā)生處于自由而不受控的狀態(tài)，網絡的穩(wěn)定性很差，隨著熱點的出現(xiàn)，很容易出現(xiàn)終端擁塞，導致局部區(qū)域的網絡癱瘓，或者終端業(yè)務的 QOS 指標降低。 接入式負載均衡 接入式負載均衡是通過控制終端的接入來實現(xiàn)負載均衡。當 AP 的負載較重時，拒絕該 AP 與新加入終端的關聯(lián)，新加入網絡的終端只好尋找負載較輕的 AP 進行連接，從而在一定程度上實現(xiàn)負載的均衡。從負載均衡機制的發(fā)起方的角度來看，接入式負載均衡又包括終端主控負載均衡與網絡主控負載均衡兩大類。 （ 1）終端主控負載均衡 在 標準協(xié)議中， STA 采取主動掃描或被動掃描方式搜索鄰近的 AP： 22 在主動掃描方式中， STA 廣播探測請求幀，接收到探測請求幀的 AP 回復探測響應幀。在被動掃描方式中， STA 偵聽 AP 廣播的信標幀。進入關聯(lián)過程后， STA 可以從探測響應幀及信標幀中提取信號強度等信息，然后根據(jù)信號強度做出判斷，選擇 AP 進行關聯(lián)。但是這種方式會使 STA 集中關聯(lián)到信號強度大的 AP 上，而信號強度小的 AP 卻保持空閑，導致 AP 之間的負載不均衡。因此，如何使 STA 在關聯(lián)過程中合理選擇負載輕的 AP 進行關聯(lián)，成為了人們研究的熱點，而這種由 STA 負責對接入 AP 進行決策的負載均衡機制就稱為終端主控負載均衡。近年來，學術界出現(xiàn)了許多終端主控負 載均衡算法。在文獻 [26]中， I. Papanikos 等人提出了綜合考慮所連接的終端數(shù)量、所連接終端的平均 RSSI 和從請求終端收到的 RSSI 的負 載均衡算法。 STA 接入到一個 AP 之前，比較同一局域網內相同服務區(qū)域標識符下 AP 當前接入用戶數(shù)或接入數(shù)據(jù)流量，選擇用戶數(shù)或流量最小的 AP 進行接入。終端主控的負載均衡的優(yōu)點是：終端清楚自己所處環(huán)境的網絡狀況和業(yè)務需求，從而終端決策接入到能提供最優(yōu)質服務的 AP 上去。缺點是：終端主控的算法只從最大化自身利益的角度考慮，接入到最能滿足需求的網絡中， 由于無法獲得全網絡環(huán)境的信息，終端接入也就不能統(tǒng)籌整體資源，使得網絡全局的資源利用率不佳。 （ 2）網絡主控負載均衡 網絡主控負載均衡，是由網絡維度的實體控制著負載均衡的實施，例如 AP、 一體交換機、服務器等。常見的網絡主控負載均衡機制由 AP 來控制，其出發(fā)點是： AP 處在網絡維度， AP 之間通過有線的連接，通過負載信息收集機制，相互傳遞負載相關信息。根據(jù)這些信息，即可判斷出各 AP 間的負載情況，從而做出負載均衡決策。比如，對新加入網絡的終端進行關聯(lián)控制，不允許負載重的 AP 接入而只允許負載輕的 AP 接入。同時，由于網絡是實時變化的，對已接入的終端也要動態(tài)根據(jù) AP 負載狀況進行重關聯(lián)，從而滿足復雜網絡環(huán)境的要求，實現(xiàn)網絡維度的負載均衡。 近年來學術界出現(xiàn)了許多網絡主控的負載均衡算法。 有的 引入集中控制服務器（ admission control server， ACS）收集負載相關信息。這樣， ACS 就可以掌握網絡負載的分布情況，從而引導 STA 選擇 AP 進行關聯(lián)。 有的 集中地對 STA 進行最大最小值公平帶寬（ MaxMin fairness）分配，對于距離較遠的 STA 也考慮在內，最大化每個 STA 的公平性。再如聯(lián)想有限公司的專利中，通過 AP 之間的相互通信，每個 AP 可以根據(jù)當前網絡的負載分配情況決定是否允許 STA 接入，如果負載高，則拒絕 STA 的接入，從而實現(xiàn)負載均衡。杭州華三通信技術有限公司提出的專利，通過在接入控制器中加入預設條件來決策 STA 的 接入。網絡主控的負載均衡的優(yōu)點：從全局角度出發(fā)，實現(xiàn)集中控制，能更好的協(xié)調和統(tǒng)籌網絡資源。缺點是：網絡端不了解 STA 所處的位置的信號質量以及 STA 的業(yè)務需求，因此對 STA 進行關聯(lián)控制時，有可能接入到的 AP 并不能提供優(yōu)質 的服務。 23 切換式負載均衡 切換式負載均衡就是控制 STA 的切換以實現(xiàn)負載均衡。當網絡中某 AP 的負載過重的時候，則控制該 AP 下的 STA 切換到其他 AP 上，從而分散該 AP 的負擔。當網絡中某 AP 的負載較輕的時候，則控制其他 AP 已關聯(lián)的 STA 切換到該 AP 上，從而實現(xiàn)網絡全局的負載平衡。將網絡主控方法和切換式方法相結合是當前研究的熱點，這樣不僅可以及時收集信息并決策控制，而且可以迅速反應，主動地調整網絡維度的負載分布。 切換式負載均衡的優(yōu)點是反應迅速，一旦出現(xiàn)負載差 異，可以通過 STA 切換 進行迅速調整，從而即可馬上緩解超載 AP 的壓力，避免情況進一步惡化而導致網絡擁塞。缺點是切換會對 STA 造成損失，有切換失敗和業(yè)務中斷的風險。與此同時，切換操作帶來的資源開銷要求較高，如果快速切換方法效果差，則負載均衡造成的損失反而增大。 電力無線網橋自適應負載均衡優(yōu)化技術 在電力無線網橋 中， STA 周圍通常會存在多個可接入的 AP，如何在鄰近 AP 中選擇一個最合適的進行關聯(lián)已經成為學術界的研究熱點。傳統(tǒng)的選擇策略是選擇信號強度最大的 AP 進行接入，這樣會導致負載不均衡 、資源利用率下降。 本小節(jié) 將對本文提出了 自適應負載均衡優(yōu)化技術 進行介紹。 自適應負載均衡 算法實現(xiàn)機制描述 由于信號強度直接反應了無線信道的信號質量，因此信號強度必須作為 AP 選擇的重要指標。為了保證連接質量，本算法認為，只有信號強度大于閾值 ltR 的 AP 才會被加入到候選 AP 列表。然后， STA 會給候選 AP 發(fā)生探測請求幀，通過探測響應幀獲得所需參數(shù)值，從而計算評估函數(shù) W ( k ,j )，并選擇評估值最大的 AP 進行關聯(lián)。根據(jù)以上定義 ， 靜態(tài)負載均 衡 算法可描述為： （ 1） STA 在上電啟動后，采用主動掃描的模式，廣播探測請求幀，以獲得鄰近 AP 的相關信息。 （ 2）各 AP 在收到探測請求幀后，以探測響應幀回復 STA。 （ 3） STA 在收到 AP 的探測響應幀后，首先從探測響應幀中提取相關信息，對當前 AP 的 RSSI 值進行判定，若該 AP 的 RSSI 值大于規(guī)定的閥值 ltR ，則將此 AP 加入候選 AP 列表，否則不進行標記。 （ 4）在主動掃描完畢后， STA 根據(jù)候選 AP 列表及從 響應幀中提取的參數(shù)，逐個計算評估函數(shù) W ( k ,j )的值。 （ 5） STA 選取評估 W ( k ,j )最大的 AP，向其發(fā)送關聯(lián)請求幀，請求與此 AP 建立關聯(lián)。算法結束。 24 A PS T AProbe RequstProbe ResponseAssociation Request計 算 評 估 函 數(shù) W ( k , j ) 圖 42 自適應負載均衡算法交互過程 自適應負載均衡算法的基本思想為：在 STA 接入網絡后，周期性的對網絡狀態(tài)進行判斷，以選擇最佳的 AP 進行關聯(lián)，若出現(xiàn)評估值更優(yōu)的 AP，則 STA 重關聯(lián)到該 AP 上，從而動態(tài)的根據(jù)當前的網絡狀況而進行調整。但是 STA 在切換時具有片面性和盲目性，例如，當一個新的 AP 進入無線局域網時，會出現(xiàn)大量 STA 判斷出此 AP 能更好的提供服務和質量保證，大量 STA 紛紛離開原已關聯(lián)的 AP，而重關聯(lián)到此熱點 AP 上去，造成此 AP 負載很重，然后，這些 STA 則又都判斷出某個 AP 具有更好的評估值，于是又重新關聯(lián)到另一個 AP 上去，這樣頻繁的切換導致 STA 浪費了大量時間，對網絡資源造成極大的消耗。因此，自適應負載均衡算法引入為重評估時間間隔 T ，通過設定 T，強制 STA 經過一段時間后才允許進行切換，有效的避免了 STA 在 AP 間頻繁切換。與此同時，由于 STA 重評估時都需要給候選 AP 發(fā)送探測請求，并計算候選 AP 的評估值 W ( k ,j )，這個過程消耗一定的網絡資源。本算法可動態(tài)的調整時間間隔 T：當網絡負載狀況穩(wěn)定時延長 T 的值，當網絡負載狀況動蕩時縮短 T 的長度。從而合理的減少了 STA 重評估的次數(shù)，有效的降低了動態(tài)評估的開銷。自適應機制的狀態(tài)變遷圖如圖 53 所示。 25 初 始 狀 態(tài)切 換 狀 態(tài)穩(wěn) 定 狀 態(tài)重 評 估 狀 態(tài)掃 描 鄰 近 A P ， 獲得 初 始 候 選 列 表與 關 聯(lián) A P 通 信定 時 器 超 時存 在 另 一 個A P 的 評 估 值更 大收 到 關 聯(lián)響 應重 評 估 A P 仍 為 最 優(yōu) 圖 53 自適應機制的狀態(tài)變遷圖 根據(jù)以上定義，自適應機制可描述為： （ 1） STA 在上電啟動后，采用主動掃描的模式，廣播探測請求幀，以獲得鄰近 AP 的相關信息。通過 AP 的探測請求響應幀，將 RSSI 值大于規(guī)定的閥值 ltR 的 AP 加入候選 AP 列表，并計算評估函數(shù) W ( k ,j )的值。 （ 2） STA 選取評估 W ( k ,j )最大的 AP，向其發(fā)送關聯(lián)請求幀，請求與此 AP 建立關聯(lián)。將 AP 設置為 APodd （ 3）在時間間隔 T 內， STA 與 APodd 進行通信。 （ 4）經過時間 T 后， STA 向候選 AP 列表中的 AP odd 發(fā)送探測請求。 （ 5）更新候選列表，并根據(jù)探測響應重新計算評估值 W ( k ,j )。設置 W ( k ,j) 最大的 AP 為 APnew。 （ 6）如果 APodd