【正文】 封裝方法 無(wú)線接入點(diǎn)很重要的一項(xiàng)功能就是將有線端的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)中，這個(gè)過(guò)程就是將 DIX Ether V2 標(biāo)準(zhǔn)幀轉(zhuǎn)成 標(biāo)準(zhǔn)幀。智能網(wǎng)橋的實(shí)現(xiàn)就可在以太網(wǎng)幀沒(méi)有轉(zhuǎn) 幀之前，把 SBNP 協(xié)議幀封裝到以太網(wǎng)幀中。在以太網(wǎng)中 MAC 層是通過(guò)幀類(lèi)型字段來(lái)識(shí)別的相應(yīng)的協(xié)議類(lèi)型。 IEEE 組織已經(jīng)分配的以太網(wǎng)類(lèi)型也不是很多，類(lèi)型字段要求其值大于十六進(jìn)制數(shù) 0x0600，其中 0x0999 沒(méi)有被使 用。 為了讓無(wú)線網(wǎng)橋自動(dòng)組網(wǎng)協(xié)議幀在 WDS 網(wǎng)絡(luò)中傳輸，因此設(shè)計(jì)一種隧道封裝方法，將 SBNP 幀封裝到以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)中。 DIX Ether V2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)鏈層 幀結(jié)構(gòu)如表 63 ： 表 63 數(shù)據(jù)鏈層幀結(jié)構(gòu) 前導(dǎo)碼 目的地址 源地址 類(lèi)型 用戶(hù)數(shù)據(jù) (461500 字節(jié) ) FCS 為了使 SmartBright 能夠識(shí)別 MAC 層中的 SBNP 協(xié)議幀，定義了一種新類(lèi)型的 MAC 層數(shù)據(jù)幀， DIX Ether V2 標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)中的類(lèi)型字段是兩個(gè)字節(jié)，定義新的幀類(lèi)型標(biāo)識(shí)為 0X0999，用來(lái)指示當(dāng)前幀是無(wú)線網(wǎng)橋自動(dòng)組網(wǎng)協(xié)議幀。采用隧道封裝后 SBNP 幀結(jié)構(gòu)如表 64： 表 64 隧道封裝后 SBNP 幀結(jié)構(gòu) 前導(dǎo)碼 目的地址 源地址 0X0999 SBNP 控制頭 SBNP 消息體 通過(guò)對(duì)無(wú)線分配系統(tǒng)（ WDS）的研究分析，提出了一種基于無(wú)線分配系統(tǒng)自動(dòng)協(xié)商構(gòu)建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案。該方案包括設(shè)計(jì)一種私有網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議 —— 無(wú)線網(wǎng)橋 自動(dòng)組網(wǎng)協(xié)議，本節(jié) 詳細(xì)闡述了協(xié)議的幀格式，以及采用命令消息幀實(shí)現(xiàn) WDS 網(wǎng)絡(luò)中伙伴網(wǎng)橋識(shí)別的交互過(guò)程。將無(wú)線網(wǎng)橋自動(dòng)組網(wǎng)協(xié)議幀封裝在 DIX Ether V2 幀中來(lái)完成協(xié)議通信。 21 電力無(wú)線網(wǎng)橋 負(fù)載均衡技術(shù)優(yōu)化 電力無(wú)線網(wǎng)橋負(fù)載均衡技術(shù) 當(dāng)前的 IEEE 系列標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有對(duì)負(fù)載均衡方面做出描述和規(guī)定，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的分布由信號(hào)強(qiáng)度以及終端的移動(dòng)性決定。沒(méi)有實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的系統(tǒng)具有以下幾點(diǎn)不足： （ 1）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的效率和性能會(huì)降低 擴(kuò)展服務(wù)集作為一個(gè)整體向終端提供服務(wù)。通常無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的熱點(diǎn)出現(xiàn)后，某 AP 的負(fù)載可能超過(guò)限制，大量的業(yè)務(wù)和用戶(hù)競(jìng)爭(zhēng)該 AP 的資源，造成該 AP 上的業(yè)務(wù)的 QOS 發(fā)生惡化，并可能長(zhǎng)期處于這種狀態(tài)。如果其鄰接 AP 的負(fù)載水平 卻相對(duì)較低，沒(méi)有負(fù)載均衡調(diào)整的話(huà)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將處于一種非穩(wěn)定狀態(tài)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的效率和性能都會(huì)因此而受到影響。 （ 2）增加網(wǎng)絡(luò)擁塞的風(fēng)險(xiǎn) 沒(méi)有負(fù)載均衡控制的網(wǎng)絡(luò)，終端的切換是自由和盲目的，隨著熱點(diǎn)的出現(xiàn)，大量的終端會(huì)涌向熱點(diǎn) AP，離開(kāi)原有的 AP。而終端向目標(biāo) AP 切換的結(jié)果是不能保證的，當(dāng)熱點(diǎn) AP 的業(yè)務(wù)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(wù)中斷。 （ 3）降低網(wǎng)絡(luò)的容忍度 同樣，當(dāng)某一 AP 的負(fù)載飽和后，新的終端的接入會(huì)造成嚴(yán)重的后果，但此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)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(wù)提供服務(wù)。 如果采取負(fù)載均衡調(diào)整，負(fù)載飽和 AP 的任務(wù)就可以被分擔(dān)，整個(gè)擴(kuò)展服務(wù)集中的 AP 的負(fù)載保持相對(duì)穩(wěn)定和平衡，可以容忍網(wǎng)絡(luò)的波動(dòng)和變化。 （ 4）資源利用率差 沒(méi)有負(fù)載均衡的網(wǎng)絡(luò)，不能統(tǒng)籌調(diào)度和安排網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的分布，往往隨著某一個(gè)或幾個(gè) AP 的飽和出現(xiàn)飽和，而其他非飽和的 AP 的資源無(wú)法得以利用?？傊瑳](méi)有負(fù)載均衡的網(wǎng)絡(luò)，業(yè)務(wù)的發(fā)生處于自由而不受控的狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性很差，隨著熱點(diǎn)的出現(xiàn)，很容易出現(xiàn)終端擁塞，導(dǎo)致局部區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)癱瘓，或者終端業(yè)務(wù)的 QOS 指標(biāo)降低。 接入式負(fù)載均衡 接入式負(fù)載均衡是通過(guò)控制終端的接入來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。當(dāng) AP 的負(fù)載較重時(shí)，拒絕該 AP 與新加入終端的關(guān)聯(lián)，新加入網(wǎng)絡(luò)的終端只好尋找負(fù)載較輕的 AP 進(jìn)行連接，從而在一定程度上實(shí)現(xiàn)負(fù)載的均衡。從負(fù)載均衡機(jī)制的發(fā)起方的角度來(lái)看，接入式負(fù)載均衡又包括終端主控負(fù)載均衡與網(wǎng)絡(luò)主控負(fù)載均衡兩大類(lèi)。 （ 1）終端主控負(fù)載均衡 在 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中， STA 采取主動(dòng)掃描或被動(dòng)掃描方式搜索鄰近的 AP： 22 在主動(dòng)掃描方式中， STA 廣播探測(cè)請(qǐng)求幀，接收到探測(cè)請(qǐng)求幀的 AP 回復(fù)探測(cè)響應(yīng)幀。在被動(dòng)掃描方式中， STA 偵聽(tīng) AP 廣播的信標(biāo)幀。進(jìn)入關(guān)聯(lián)過(guò)程后， STA 可以從探測(cè)響應(yīng)幀及信標(biāo)幀中提取信號(hào)強(qiáng)度等信息，然后根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度做出判斷，選擇 AP 進(jìn)行關(guān)聯(lián)。但是這種方式會(huì)使 STA 集中關(guān)聯(lián)到信號(hào)強(qiáng)度大的 AP 上，而信號(hào)強(qiáng)度小的 AP 卻保持空閑，導(dǎo)致 AP 之間的負(fù)載不均衡。因此，如何使 STA 在關(guān)聯(lián)過(guò)程中合理選擇負(fù)載輕的 AP 進(jìn)行關(guān)聯(lián)，成為了人們研究的熱點(diǎn)，而這種由 STA 負(fù)責(zé)對(duì)接入 AP 進(jìn)行決策的負(fù)載均衡機(jī)制就稱(chēng)為終端主控負(fù)載均衡。近年來(lái)，學(xué)術(shù)界出現(xiàn)了許多終端主控負(fù) 載均衡算法。在文獻(xiàn) [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(qǐng)求終端收到的 RSSI 的負(fù) 載均衡算法。 STA 接入到一個(gè) AP 之前，比較同一局域網(wǎng)內(nèi)相同服務(wù)區(qū)域標(biāo)識(shí)符下 AP 當(dāng)前接入用戶(hù)數(shù)或接入數(shù)據(jù)流量，選擇用戶(hù)數(shù)或流量最小的 AP 進(jìn)行接入。終端主控的負(fù)載均衡的優(yōu)點(diǎn)是：終端清楚自己所處環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)狀況和業(yè)務(wù)需求，從而終端決策接入到能提供最優(yōu)質(zhì)服務(wù)的 AP 上去。缺點(diǎn)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(mǎn)足需求的網(wǎng)絡(luò)中， 由于無(wú)法獲得全網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的信息，終端接入也就不能統(tǒng)籌整體資源，使得網(wǎng)絡(luò)全局的資源利用率不佳。 （ 2）網(wǎng)絡(luò)主控負(fù)載均衡 網(wǎng)絡(luò)主控負(fù)載均衡，是由網(wǎng)絡(luò)維度的實(shí)體控制著負(fù)載均衡的實(shí)施，例如 AP、 一體交換機(jī)、服務(wù)器等。常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)主控負(fù)載均衡機(jī)制由 AP 來(lái)控制，其出發(fā)點(diǎn)是： AP 處在網(wǎng)絡(luò)維度， AP 之間通過(guò)有線的連接，通過(guò)負(fù)載信息收集機(jī)制，相互傳遞負(fù)載相關(guān)信息。根據(jù)這些信息，即可判斷出各 AP 間的負(fù)載情況，從而做出負(fù)載均衡決策。比如，對(duì)新加入網(wǎng)絡(luò)的終端進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制，不允許負(fù)載重的 AP 接入而只允許負(fù)載輕的 AP 接入。同時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)是實(shí)時(shí)變化的，對(duì)已接入的終端也要?jiǎng)討B(tài)根據(jù) AP 負(fù)載狀況進(jìn)行重關(guān)聯(lián)，從而滿(mǎn)足復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)維度的負(fù)載均衡。 近年來(lái)學(xué)術(shù)界出現(xiàn)了許多網(wǎng)絡(luò)主控的負(fù)載均衡算法。 有的 引入集中控制服務(wù)器（ admission control server， ACS）收集負(fù)載相關(guān)信息。這樣， ACS 就可以掌握網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的分布情況，從而引導(dǎo) STA 選擇 AP 進(jìn)行關(guān)聯(lián)。 有的 集中地對(duì) STA 進(jìn)行最大最小值公平帶寬（ MaxMin fairness）分配，對(duì)于距離較遠(yuǎn)的 STA 也考慮在內(nèi)，最大化每個(gè) STA 的公平性。再如聯(lián)想有限公司的專(zhuān)利中，通過(guò) AP 之間的相互通信，每個(gè) AP 可以根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載分配情況決定是否允許 STA 接入，如果負(fù)載高，則拒絕 STA 的接入，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。杭州華三通信技術(shù)有限公司提出的專(zhuān)利，通過(guò)在接入控制器中加入預(yù)設(shè)條件來(lái)決策 STA 的 接入。網(wǎng)絡(luò)主控的負(fù)載均衡的優(yōu)點(diǎn)：從全局角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)集中控制，能更好的協(xié)調(diào)和統(tǒng)籌網(wǎng)絡(luò)資源。缺點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)端不了解 STA 所處的位置的信號(hào)質(zhì)量以及 STA 的業(yè)務(wù)需求，因此對(duì) STA 進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制時(shí)，有可能接入到的 AP 并不能提供優(yōu)質(zhì) 的服務(wù)。 23 切換式負(fù)載均衡 切換式負(fù)載均衡就是控制 STA 的切換以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某 AP 的負(fù)載過(guò)重的時(shí)候，則控制該 AP 下的 STA 切換到其他 AP 上，從而分散該 AP 的負(fù)擔(dān)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某 AP 的負(fù)載較輕的時(shí)候，則控制其他 AP 已關(guān)聯(lián)的 STA 切換到該 AP 上，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全局的負(fù)載平衡。將網(wǎng)絡(luò)主控方法和切換式方法相結(jié)合是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，這樣不僅可以及時(shí)收集信息并決策控制，而且可以迅速反應(yīng)，主動(dòng)地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)維度的負(fù)載分布。 切換式負(fù)載均衡的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)迅速，一旦出現(xiàn)負(fù)載差 異，可以通過(guò) STA 切換 進(jìn)行迅速調(diào)整，從而即可馬上緩解超載 AP 的壓力，避免情況進(jìn)一步惡化而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。缺點(diǎn)是切換會(huì)對(duì) STA 造成損失，有切換失敗和業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn)。與此同時(shí)，切換操作帶來(lái)的資源開(kāi)銷(xiāo)要求較高，如果快速切換方法效果差，則負(fù)載均衡造成的損失反而增大。 電力無(wú)線網(wǎng)橋自適應(yīng)負(fù)載均衡優(yōu)化技術(shù) 在電力無(wú)線網(wǎng)橋 中， STA 周?chē)ǔ?huì)存在多個(gè)可接入的 AP，如何在鄰近 AP 中選擇一個(gè)最合適的進(jìn)行關(guān)聯(lián)已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的選擇策略是選擇信號(hào)強(qiáng)度最大的 AP 進(jìn)行接入，這樣會(huì)導(dǎo)致負(fù)載不均衡 、資源利用率下降。 本小節(jié) 將對(duì)本文提出了 自適應(yīng)負(fù)載均衡優(yōu)化技術(shù) 進(jìn)行介紹。 自適應(yīng)負(fù)載均衡 算法實(shí)現(xiàn)機(jī)制描述 由于信號(hào)強(qiáng)度直接反應(yīng)了無(wú)線信道的信號(hào)質(zhì)量，因此信號(hào)強(qiáng)度必須作為 AP 選擇的重要指標(biāo)。為了保證連接質(zhì)量，本算法認(rèn)為，只有信號(hào)強(qiáng)度大于閾值 ltR 的 AP 才會(huì)被加入到候選 AP 列表。然后， STA 會(huì)給候選 AP 發(fā)生探測(cè)請(qǐng)求幀，通過(guò)探測(cè)響應(yīng)幀獲得所需參數(shù)值，從而計(jì)算評(píng)估函數(shù) W ( k ,j )，并選擇評(píng)估值最大的 AP 進(jìn)行關(guān)聯(lián)。根據(jù)以上定義 ， 靜態(tài)負(fù)載均 衡 算法可描述為： （ 1） STA 在上電啟動(dòng)后，采用主動(dòng)掃描的模式，廣播探測(cè)請(qǐng)求幀，以獲得鄰近 AP 的相關(guān)信息。 （ 2）各 AP 在收到探測(cè)請(qǐng)求幀后，以探測(cè)響應(yīng)幀回復(fù) STA。 （ 3） STA 在收到 AP 的探測(cè)響應(yīng)幀后，首先從探測(cè)響應(yīng)幀中提取相關(guān)信息，對(duì)當(dāng)前 AP 的 RSSI 值進(jìn)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(jìn)行標(biāo)記。 （ 4）在主動(dòng)掃描完畢后， STA 根據(jù)候選 AP 列表及從 響應(yīng)幀中提取的參數(shù)，逐個(gè)計(jì)算評(píng)估函數(shù) W ( k ,j )的值。 （ 5） STA 選取評(píng)估 W ( k ,j )最大的 AP，向其發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求幀，請(qǐng)求與此 AP 建立關(guān)聯(lián)。算法結(jié)束。 24 A PS T AProbe RequstProbe ResponseAssociation Request計(jì) 算 評(píng) 估 函 數(shù) W ( k , j ) 圖 42 自適應(yīng)負(fù)載均衡算法交互過(guò)程 自適應(yīng)負(fù)載均衡算法的基本思想為：在 STA 接入網(wǎng)絡(luò)后，周期性的對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行判斷，以選擇最佳的 AP 進(jìn)行關(guān)聯(lián)，若出現(xiàn)評(píng)估值更優(yōu)的 AP，則 STA 重關(guān)聯(lián)到該 AP 上，從而動(dòng)態(tài)的根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀況而進(jìn)行調(diào)整。但是 STA 在切換時(shí)具有片面性和盲目性，例如，當(dāng)一個(gè)新的 AP 進(jìn)入無(wú)線局域網(wǎng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)大量 STA 判斷出此 AP 能更好的提供服務(wù)和質(zhì)量保證，大量 STA 紛紛離開(kāi)原已關(guān)聯(lián)的 AP，而重關(guān)聯(lián)到此熱點(diǎn) AP 上去，造成此 AP 負(fù)載很重，然后，這些 STA 則又都判斷出某個(gè) AP 具有更好的評(píng)估值，于是又重新關(guān)聯(lián)到另一個(gè) AP 上去，這樣頻繁的切換導(dǎo)致 STA 浪費(fèi)了大量時(shí)間，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源造成極大的消耗。因此，自適應(yīng)負(fù)載均衡算法引入為重評(píng)估時(shí)間間隔 T ，通過(guò)設(shè)定 T，強(qiáng)制 STA 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后才允許進(jìn)行切換，有效的避免了 STA 在 AP 間頻繁切換。與此同時(shí)，由于 STA 重評(píng)估時(shí)都需要給候選 AP 發(fā)送探測(cè)請(qǐng)求，并計(jì)算候選 AP 的評(píng)估值 W ( k ,j )，這個(gè)過(guò)程消耗一定的網(wǎng)絡(luò)資源。本算法可動(dòng)態(tài)的調(diào)整時(shí)間間隔 T：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況穩(wěn)定時(shí)延長(zhǎng) T 的值，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況動(dòng)蕩時(shí)縮短 T 的長(zhǎng)度。從而合理的減少了 STA 重評(píng)估的次數(shù)，有效的降低了動(dòng)態(tài)評(píng)估的開(kāi)銷(xiāo)。自適應(yīng)機(jī)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(píng) 估 狀 態(tài)掃 描 鄰 近 A P ， 獲得 初 始 候 選 列 表與 關(guān) 聯(lián) A P 通 信定 時(shí) 器 超 時(shí)存 在 另 一 個(gè)A P 的 評(píng) 估 值更 大收 到 關(guān) 聯(lián)響 應(yīng)重 評(píng) 估 A P 仍 為 最 優(yōu) 圖 53 自適應(yīng)機(jī)制的狀態(tài)變遷圖 根據(jù)以上定義，自適應(yīng)機(jī)制可描述為： （ 1） STA 在上電啟動(dòng)后，采用主動(dòng)掃描的模式，廣播探測(cè)請(qǐng)求幀，以獲得鄰近 AP 的相關(guān)信息。通過(guò) AP 的探測(cè)請(qǐng)求響應(yīng)幀，將 RSSI 值大于規(guī)定的閥值 ltR 的 AP 加入候選 AP 列表，并計(jì)算評(píng)估函數(shù) W ( k ,j )的值。 （ 2） STA 選取評(píng)估 W ( k ,j )最大的 AP，向其發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求幀，請(qǐng)求與此 AP 建立關(guān)聯(lián)。將 AP 設(shè)置為 APodd （ 3）在時(shí)間間隔 T 內(nèi)， STA 與 APodd 進(jìn)行通信。 （ 4）經(jīng)過(guò)時(shí)間 T 后， STA 向候選 AP 列表中的 AP odd 發(fā)送探測(cè)請(qǐng)求。 （ 5）更新候選列表，并根據(jù)探測(cè)響應(yīng)重新計(jì)算評(píng)估值 W ( k ,j )。設(shè)置 W ( k ,j) 最大的 AP 為 APnew。 （ 6）如果 APodd