【正文】 設(shè)置 W ( k ,j) 最大的 AP 為 APnew。 （ 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。 （ 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)。 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。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)估的開銷。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。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。算法結(jié)束。 （ 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。 （ 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。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)。 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)。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。與此同時(shí)，切換操作帶來(lái)的資源開銷要求較高，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。 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。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。 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。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。再如聯(lián)想有限公司的專利中，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。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)。 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。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。常見的網(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。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。 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(jìn)行接入。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。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。在被動(dòng)掃描方式中， STA 偵聽 AP 廣播的信標(biāo)幀。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。 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。 （ 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。 （ 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)。 （ 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，離開原有的 AP。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)。 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。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。 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 類型 用戶數(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，定義了一種新類型的 MAC 層數(shù)據(jù)幀， DIX Ether V2 標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)中的類型字段是兩個(gè)字節(jié)，定義新的幀類型標(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。 IEEE 組織已經(jīng)分配的以太網(wǎng)類型也不是很多，類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。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。這一過(guò)程在智能網(wǎng)橋模式組 網(wǎng)過(guò)程中將作為一個(gè)最基本的流程貫穿始終。 (4) 收到確認(rèn)消息幀的無(wú)線網(wǎng)橋 B 就知道無(wú)線網(wǎng)橋 A 與自己的 Smart_ID 一樣，讀取記錄無(wú)線網(wǎng)橋 A 消息體的信息。 (2) 接收到探測(cè)消息幀的無(wú)線網(wǎng)橋 B，取出 RN 字段和自己的 Smart_ID2，然后計(jì)算 K2=MD5(RN + Smart_ID2)，并將 K2 放入探測(cè)響應(yīng)消息幀中發(fā)送給無(wú)線網(wǎng)橋 A。 RN 在 SBNP 協(xié)議的幀消息體中已經(jīng)定義，它是個(gè)隨機(jī)數(shù)。 命令消息幀的應(yīng)用例子 接下來(lái)闡述 SBNP 協(xié)議命令幀如何判斷 WDS 網(wǎng)絡(luò)中是否有伙伴無(wú)線網(wǎng)橋存在的過(guò)程。 DA 目標(biāo) MAC 地址 8 bytes 后兩位隨機(jī)數(shù)填充，也可以用來(lái)協(xié)議的擴(kuò)充。 FCS 校驗(yàn)和 2 bytes 校驗(yàn)幀頭，如果正確接收幀否則丟棄。 Offset 幀偏移地 址 14 bits 表示當(dāng)前分段的第一個(gè)數(shù)據(jù)塊在整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)中的位置，實(shí)際上指的是，當(dāng)前分段的第一個(gè)數(shù)據(jù)塊是整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文中的第幾個(gè)數(shù)據(jù)塊。 Packet ID 幀的識(shí)別 標(biāo)識(shí) 2 bytes Packet Identification 為當(dāng)前數(shù)據(jù)報(bào)的識(shí)別符號(hào)，對(duì)同一數(shù)據(jù) 報(bào)的所有分段，該值都應(yīng)設(shè)成一樣，重組 數(shù)據(jù)報(bào) 過(guò)程 ，只有相同 PacketID 的分段才可結(jié)合。 TOA MAC 地址類型 4 bits 表示不同長(zhǎng)度的源地址和目的地址，如果以 6 字節(jié)的 MAC 做地址，其值為 0110，如果以 8 字節(jié)的 MAC 為地址，其 值為 1000。針對(duì) SBNP 控制幀頭字段詳細(xì)說(shuō)明如表 62： 表 62 SBNP 控制幀頭字段說(shuō)明 字段名稱 中文解釋 長(zhǎng)度 字段說(shuō)明 Version 版本信息 1 byte 表示協(xié)議當(dāng)前是哪個(gè)修訂版本。 SBNP 控制幀頭的結(jié)構(gòu)如表 41。如果此時(shí)有第 10 個(gè)無(wú)線網(wǎng)橋想要加入這個(gè)工作組，即使它的 Smart_ID 與這個(gè)工作組的 Smart_ID 相同，也不能與這個(gè)工作組中的網(wǎng)橋建立連接。因此在 SmartBright 模式下規(guī)定一個(gè)無(wú)線網(wǎng)橋設(shè)備最多可以與 8 個(gè)無(wú)線網(wǎng)橋建立連接。 Smart_ID 是由用戶在配置 WDS 網(wǎng)絡(luò)過(guò)程中輸入的長(zhǎng)度小于 16 個(gè)字節(jié)的字符串。 無(wú)線網(wǎng)橋自動(dòng)組網(wǎng)協(xié)議（ SBNP） 優(yōu)化 設(shè)計(jì) SBNP 協(xié)議的功能設(shè)計(jì) 智能網(wǎng)橋（ SmartBright）：實(shí)現(xiàn)了 WDS 網(wǎng)絡(luò)中自動(dòng)組網(wǎng)功能的無(wú)線網(wǎng)橋。電信運(yùn)營(yíng)商們?cè)谌珖?guó)各地正在部署的無(wú)線城市，很多都采用了無(wú)線分配系統(tǒng)所提供的組網(wǎng)方式。大型熱點(diǎn)區(qū)域和企業(yè)用戶的無(wú)線組網(wǎng)環(huán)境中，選用 WDS 技術(shù)的解決方案，可以在本區(qū)域能做到無(wú)線覆蓋，又能通過(guò)選用定向天線來(lái)連接遠(yuǎn)程支持 WDS 的無(wú)線網(wǎng)橋。 無(wú)線分配系統(tǒng) （ WDS） 的應(yīng)用使得無(wú)線網(wǎng)橋可以工作于混合模式，為用戶提供了靈活、簡(jiǎn)便的全新的無(wú)線局域網(wǎng)組網(wǎng)方式。支持 WDS 技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)橋具有混合的無(wú)線局域網(wǎng)工作模式，可以支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì) 多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線分配系統(tǒng)是 協(xié)議組的一部分，用來(lái)作中繼橋接的功能，可以讓無(wú)線 AP 之間通過(guò)無(wú)線進(jìn)行橋接，同時(shí)不影響其無(wú)線 AP 覆蓋的功能。為此 IEEE 成立 s 子工作組，制定標(biāo)準(zhǔn)化的擴(kuò)展服務(wù)集 （ ESS），專門為無(wú)線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)定義 MAC 層協(xié)議以及基于該 MAC 層的網(wǎng)絡(luò)和其它協(xié)議。針對(duì)于此提出一種自動(dòng)協(xié)商構(gòu)建 WDS 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化 方案，該方案包括無(wú)線網(wǎng)橋自動(dòng)組網(wǎng)協(xié)議的設(shè)計(jì)和協(xié)議棧具體的應(yīng)用兩個(gè)方面。無(wú)線分配網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的配置工作是比較浪費(fèi)人力和時(shí)間。 WDS 可以讓多個(gè) 電力 無(wú)線網(wǎng)橋之間進(jìn)行無(wú)線橋接的同時(shí)不影響其無(wú)線覆蓋功能。 17 第 4章 電力無(wú)線網(wǎng)橋 組網(wǎng) 技術(shù) 優(yōu)化 （ 3）組網(wǎng)技術(shù)優(yōu)化，包括 WDS 組網(wǎng)機(jī)制優(yōu)化、負(fù)載均衡機(jī)制等 等 。 1 1Nk k cpkTD TD T T? ?? ? ?? 公式（ 312） 式（ 312） 表示當(dāng)有新的站點(diǎn) k+1 進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先應(yīng)該確定分配給它的 TXOP 與之前 N 個(gè)站點(diǎn) TXOP 之和是否小于一個(gè)超幀時(shí)長(zhǎng)與超幀中競(jìng)爭(zhēng)時(shí)長(zhǎng)的差，若是滿足式 (312)，則允許站點(diǎn) k+1 接入，否則該用戶被拒絕。本算法設(shè)定每隔 5 個(gè)調(diào)度周期進(jìn)行一次丟包率的比較。算法選擇丟包率作為調(diào)整參數(shù)的原因在于 VBR 業(yè)務(wù)的突發(fā)性是造成丟包的一個(gè)重要原因，從而對(duì)丟包率的適當(dāng)調(diào)整會(huì)使得 VBR 業(yè)務(wù)的性能得到改善。雖然這種預(yù)留會(huì)造成一定程度上的時(shí)間浪費(fèi)，但是能降低丟包率，也是一種值得權(quán)衡的舍棄。 按照 iSI 的大小排序，按照 RR(roundrobin)的方式依次進(jìn)行 iTD 的計(jì)算： k 1 m a x ( , ) , [ 1 , ]n i i ii iiN L MTD O O k NRR??? ? ? ?? 公式（ 311） 其中， N 為站點(diǎn)數(shù)， iR 為最小物理傳輸速率， M 為允許 MSDU 的最 大值，O 為額外開銷 (例如：幀間間隔 IFS、輪詢幀和 ACK 的時(shí)間 )。 3) 計(jì)算分配的 TXOP 持續(xù)時(shí)間 首先，計(jì)算在一個(gè) SI 時(shí)期內(nèi)該 TS 產(chǎn)生的包的數(shù)量，針對(duì)不同類型的業(yè)務(wù)， 16 采用不同的計(jì)算方法。 當(dāng) iQSTA 計(jì)算出來(lái)的輪詢時(shí)間與之前計(jì)算出并分配給 ()iQSTA i j? 的時(shí)間段重 疊時(shí)， iQSTA 被拒絕。 其中μ = 1, 2?， iSI 表示該終端在它的倍數(shù)處獲得輪詢機(jī)會(huì)。 2) 確定 QSTA 被輪詢的時(shí)間。與標(biāo)準(zhǔn)算法中選擇所有 TS 的最小值不同，本算法以 QSTA 為對(duì)象確定其各自的 SI，在保證各個(gè) TS 的 QoS 得到滿足的情況下，一定程度的降低了“過(guò) 度滿足”。 SI 表示 QSTA 獲得兩次成功服務(wù)的時(shí)間間隔， TSPEC 中有最大服務(wù)間隔和最小服務(wù)間隔的區(qū)分，本算法選擇最大服務(wù)間隔作為計(jì)算參數(shù)。一個(gè) QSTA 終端中最多可以有 8 個(gè)不同的業(yè)務(wù)流， QAP 對(duì)業(yè)務(wù)流的分配是以 QSTA 為對(duì)象的，在獲得總的傳輸機(jī)會(huì)后，由各個(gè)站點(diǎn)自行分配給它其中的 TS。同時(shí)，這種按照站點(diǎn)實(shí)際服務(wù)間隔的需要進(jìn)行輪詢方式，降低了輪詢的頻率，從而減小了網(wǎng)絡(luò)中的額外消耗。改進(jìn)算法中 SI 是為了分析每個(gè)業(yè) 15 務(wù)流的不同服務(wù)間隔而設(shè)定的值，所有站點(diǎn)的 SI 都是它的倍數(shù)，由于本算法根據(jù)業(yè)務(wù)流請(qǐng)求的服務(wù)間隔的不同采用了不同的 SI，從圖中可以看出，站點(diǎn) 2 的服務(wù)間隔 SI1 和 SI2 與 SI 相同， 它們將間隔每個(gè) SI 被輪詢一次，而站點(diǎn) 3 的服務(wù)