基于移动距离的最佳接入点配置研究

汪家荣 钮焱

摘 要：为在无线网络传输过程中同时满足部署成本最小、信号之间干扰不强等要求，提出基于移动距离的最佳接入点配置（OAPC）方法。该方法在遵循802.11g 通讯协议标准的前提下可获取最佳接入点配置。通过观察 WiFi使用者的有效行为，创新性地以使用者移动距离为一定分析指标，探讨在无线网络情况下，WiFi使用需求对移动距离是否会产生干扰。利用MATLAB 软件对接入点实验数据进行仿真。当WiFi使用需求均匀分布且配置接入点数量为一个时，求得OAPC算法资源配置标准误差为1.313 4m，而对比算法FKNN标准误差为1.417 9m，幅度提高7.37%。因此可以看出，采用OAPC算法使移动距离接入点的资源配置性能更加稳定。

关键词：无线网络传输;移动距离;接入点配置;WiFi

DOI：10. 11907/rjdk. 182864

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1672-7800（2019）004-0168-06

0 引言

在现实工作生活中大部分无线网络接入点（Access Point ，AP）随处可见，一方面使有线区域网络AP技术使用范围缩小，同时也引发了一些突出问题[1]。首先，并不是所有可接收到数据信息的AP都有利于资源配置，将某些携带资源配置信息较少、不可靠AP的特征作为数据资料信息放入存储数据库时，对资源配置过程不但不能提供帮助，反而可能引入误差[2]。这些AP在线阶段会随机出现在测试点配置指标区域内，势必对资源配置最佳化模式造成较大影响。在基于移动距离的最佳AP配置研究中，最基础且应用较广泛的方案是基于无线传感器网络的移动距离配置系统，该方法实现简单，且在硬件要求、成本及功耗方面有较大优势，近年来备受关注。

无线传感器网络是一组空间分散、由专用传感器节点形成的自组织网络，其作用是监视和记录环境的物理条件，并将收集的数据传递到中央处理器作进一步处理[3]。由于数据随时间不断变换，所以实时监测是基于无线传感器网络技术的主要应用之一，而实现实时监测需首先确定传感器节点配置。改进AP配置算法可有效提高配置精度，进而实现资源合理配置，因此对基于移动距离的最佳AP配置算法研究尤为重要[4]。

20世纪以来，作为一种无线技术，WLAN技术获得了高速发展，其具有易安装管理、易维护、传输速率高、保密性强等特点，可满足办公、生活及娱乐等各种需求，现阶段WLAN已成为应用最广泛的无线技术[5]。从用户角度来看，目前无线网卡电子设备或智能终端设备应用广泛，在室内环境下能够轻松接收来自周边大量接入点信息，为配置系统实现提供了便利的基础设施条件[6]。该现状与仅适用于简单空间构造的GPS相比，不仅能节省能耗、成本，且能实现较高精度的配置性能;相较于其它无线技术，也具有颇高的研究意义和实用价值[7]。综上所述，为同时满足部署成本最小、信号之间干扰不强等要求，需在平均移动距离最短时进行相应AP 配置，才可实现最优化应用。

1 移动距离下WiFi接入点基本原理

1.1 WiFi接入点资源配置

由于WiFi接入点易于获得，且信号无需视距传播，目前该技术已成为最普遍的资源配置基本方法。WiFi资源配置技术依据信号强度估算配置，主要有两种方法[8]：

（1）模型法。需要先确定资源配置环境的传输理论模型，再根据模型建立接入点到终端设备的距离关系，并通过相关算法估算待测点配置。

（2）最佳接入点AP配置法。需要在离线阶段采集信号强度数据，将在不同配置处接收的各个接入点信号强度组成向量，并将其与地面真实配置进行匹配后存储到数据库中。在在线模式资源配置阶段，通过将实时接收的信号强度测量值与存储在数据库的匹配信息进行相似性匹配，估计终端设备配置。

该技术资源配置可达到米级资源配置精度，但复杂环境的变化会使信号强度产生较大波动，进而影响资源配置性能，例如办公室中家具的移动，开/关门等，严重情况下可能需要重新构建预定义信号。

1.2 WiFi接入点信道路由选取

对于移动距离的AP配置来说，AP在进行有效数据信息选取的过程中通过信道传输数据[9]。此时各路由节点根据一个实际存在的网络拓扑，在内存中构造出整个网络的虚拟拓扑结构，该虚拟网络拓扑结构可以完全表示现实网络拓扑中每个路由节点和每条通信链路的配置关系及权值，然后利用集中式路由算法，如Dijkstra算法，为每个节点构造路由。Dijkstra算法基本原理是为虚拟拓扑中每个节点设一个两项的标号，第一项是最短路径上对应的前趋节点，第二项是该路径权值，每个标号分为暂时或永久状态[10]。初始時所有路径皆未知，因此标号仅处于暂时状态，且所有节点路径权值标记为无限远，随着算法不断进行，陆续有一些从源节点通向各节点的最短路径被找到，则其节点标号变成恒定的永久状态。如果以AP配置为原点进行标号，整个网络范围内包括AP配置均会生成自己的标号，每个标号均对应AP配置的最短路由选择及代价，AP配置节点标号是永久的，后可通过反向追踪确定最短路径。图1给出了一个14节点的网络拓扑与以T1为原点的一组标号。

其中路径权值可以凭借物理距离、跳数、传输延迟、队列长度和带宽等其它关键因素，通过一定权重构成的函数加权和进行衡量，移动距离的AP配置可以根据任何一种准则或多种准则的组合计算最佳路径。该算法采用延迟ts作为路径长度的度量，如采取该标记方法，则最短路径变为最快路径。为满足不同服务质量的信号对延迟的要求，通常设置一个AP配置延迟上界SD，延迟过大的路由被舍弃，从而避免因传输延迟造成信号质量问题，但是延迟上界往往使网络达不到理论上的最大AP配置容量Mc。

1.3 移动距离下接入点测量方式

1.3.1 移动距离下基于到达时间的接入点测量方式