專(zhuān)利名稱(chēng)：綠色wlan中基于節(jié)能和干擾規(guī)避的ap發(fā)射功率優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種綠色無(wú)線局域網(wǎng)WLAN(Wireless Local Area Network)中旨在節(jié)能環(huán)保和減弱同頻分量干擾的無(wú)線接入點(diǎn)AP(Access Point)發(fā)射功率優(yōu)化方法，涉及WLAN技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的WLAN技術(shù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它利用射頻傳輸技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，為用戶(hù)提供無(wú)線寬帶接入服務(wù)。WLAN無(wú)需布線，網(wǎng)絡(luò)成本大幅度降低，且可移動(dòng)性強(qiáng)，這些優(yōu)點(diǎn)使得WLAN廣泛普及。越來(lái)越多的辦公室、學(xué)校、家庭等開(kāi)始使用WLAN。WLAN提供便捷通信的同時(shí)，也帶來(lái)了不可忽視的能源消耗問(wèn)題，綠色WLAN秉承了綠色通信理念，是一種面向節(jié)能減耗、減少環(huán)境污染及對(duì)人體危害的新一代無(wú)線局域網(wǎng)。同時(shí)，WLAN內(nèi)AP的密集部署，使得覆蓋面積相互重疊，也不免造成同頻分量干擾，導(dǎo)致無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的整體通信質(zhì)量下降。
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在一定范圍內(nèi)提供質(zhì)量較好的無(wú)線局域網(wǎng)，需要通過(guò)干擾規(guī)避來(lái)提升無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量。幾種干擾規(guī)避的方法如下(a)同一區(qū)域盡可能使用不同的頻率。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中常用的IEEE802.1lb工作在
2.4 2. 4835GHz頻段，這些頻段被分為13個(gè)可用信道，其中只有3個(gè)完全不重疊的信道頻率；(b)盡可能增加頻率復(fù)用距離。即讓使用同一頻率的AP距離盡可能遠(yuǎn)；(C)AP覆蓋范圍相互重疊時(shí)，調(diào)小AP的發(fā)射功率，保證AP之間的同頻干擾最小?，F(xiàn)有的大量WLAN中部署的AP，其發(fā)射功率大都設(shè)置為同一默認(rèn)值，導(dǎo)致AP覆蓋半徑相互重疊，通信時(shí)同頻分量干擾時(shí)有發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決在WLAN環(huán)境下，由于AP的密集部署及覆蓋范圍相互重疊導(dǎo)致的能量浪費(fèi)和通信時(shí)各頻率復(fù)用的AP同頻分量相互干擾，影響通信質(zhì)量的問(wèn)題。換言之，本發(fā)明的目的在于WLAN中從控制AP發(fā)射功率的角度上進(jìn)行節(jié)能和干擾規(guī)避，進(jìn)而提出一種綠色WLAN中基于節(jié)能和干擾規(guī)避的AP發(fā)射功率優(yōu)化方法。本發(fā)明考慮AP所在的地理位置和實(shí)際需要的發(fā)射功率大小，以最小的重復(fù)覆蓋面積為指標(biāo)，對(duì)AP的發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)整，以最低功耗實(shí)現(xiàn)WLAN信號(hào)全覆蓋。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是一種綠色WLAN中基于節(jié)能和干擾規(guī)避的AP發(fā)射功率優(yōu)化方法，所述方法是針對(duì)WLAN中已經(jīng)密集部署的AP進(jìn)行的，其過(guò)程為步驟一、計(jì)算WLAN全覆蓋所需AP數(shù)根據(jù)WLAN及單個(gè)AP默認(rèn)發(fā)射功率時(shí)的覆蓋范圍，確定實(shí)現(xiàn)WLAN全覆蓋所需的AP數(shù)，用WLAN區(qū)域總面積除以每個(gè)AP單獨(dú)覆蓋面積，向上取整得到整數(shù)N;步驟二、對(duì)所有AP進(jìn)行聚類(lèi)識(shí)別數(shù)為4N，對(duì)WLAN內(nèi)密集部署的AP進(jìn)行聚類(lèi)；在WLAN覆蓋區(qū)域任意選取坐標(biāo)原點(diǎn)，建立二維直角坐標(biāo)系，通過(guò)聚類(lèi)算法對(duì)WLAN中密集部署且均勻分布的AP按照地理位置進(jìn)行聚類(lèi)，目標(biāo)是4N類(lèi)；步驟三、形成4N個(gè)AP拓樸結(jié)構(gòu)根據(jù)聚類(lèi)結(jié)果，選擇關(guān)閉多數(shù)AP，用剩余的少數(shù)AP實(shí)現(xiàn)WLAN無(wú)線信號(hào)全覆蓋，同時(shí)形成AP分布結(jié)構(gòu)，對(duì)AP發(fā)射功率優(yōu)化方法進(jìn)行初始化；在每一類(lèi)別中，選擇處于或位置最接近聚類(lèi)中心的AP作為可能開(kāi)啟的AP，關(guān)閉其余AP ；步驟四、選擇開(kāi)啟N個(gè)AP :具體過(guò)程為，設(shè)集合U為選擇開(kāi)啟的AP的集合，首先選則任一 AP加入集合U，得U = (AP1};其次選擇與此AP距離最遠(yuǎn)的AP加入集合U，得U =IAP1, APJ ;接著對(duì)于剩余的任一 APi計(jì)算其與集合U = (AP17AP2,, APjI中AP之間的距離(Iij,記(Ii = min{dn, di2, . . , (IijI ;然后選擇集合W1, d2, . . , dj中最大的元素對(duì)應(yīng)的AP加入集合U，得U = (AP1, AP2, , APj, APj+1}，直至集合U中的元素個(gè)數(shù)達(dá)到N ；步驟五、檢驗(yàn)全部開(kāi)啟集合U中的AP是否可對(duì)WLAN全覆蓋，若未達(dá)到全覆蓋，則繼續(xù)按照上述原則從4N個(gè)待選擇的AP中選擇一個(gè)AP加入集合U，直至滿(mǎn)足WLAN全覆蓋要求，同時(shí)關(guān)閉剩余AP ;然后再執(zhí)行步驟六；步驟六、判斷在滿(mǎn)足對(duì)WLAN全覆蓋的前提下，是否可降低功率如果否，所述的AP發(fā)射功率優(yōu)化方法結(jié)束；否則，降低指定AP發(fā)射功率，直至所有AP均以最低功耗進(jìn)行工作，所述的AP發(fā)射功率優(yōu)化方法結(jié)束。

本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明中，為了考慮方便，并沒(méi)有研究AP頻率復(fù)用的具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而是用AP間重復(fù)覆蓋程度總量這一直觀量作為優(yōu)化的具體對(duì)象，實(shí)則是對(duì)AP的發(fā)射功率進(jìn)行控制。本發(fā)明提出的綠色WLAN中基于節(jié)能和干擾規(guī)避的AP發(fā)射功率控制優(yōu)化方法旨在降低能耗并減弱可能存在的同頻分量干擾。首先對(duì)部署高度密集的AP進(jìn)行聚類(lèi)，在實(shí)現(xiàn)WLAN全覆蓋的前提下適當(dāng)?shù)年P(guān)閉AP，得到AP網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。然后考慮到AP的覆蓋半徑的與發(fā)射功率成正相關(guān)，逐步調(diào)節(jié)每一個(gè)AP發(fā)射功率來(lái)調(diào)節(jié)覆蓋半徑，以最低功耗實(shí)現(xiàn)WLAN全覆蓋，滿(mǎn)足信號(hào)強(qiáng)度要求。利用本發(fā)明所提方法對(duì)AP發(fā)射功率進(jìn)行控制，從而減小AP的覆蓋半徑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)AP節(jié)能和干擾規(guī)避的目的。本發(fā)明方法包括AP發(fā)射功率優(yōu)化初始化和優(yōu)化過(guò)程兩個(gè)階段，初始化階段，首先根據(jù)AP所在地理位置對(duì)AP進(jìn)行模糊K聚類(lèi)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聚類(lèi)和二次選擇，目的是用最少的AP實(shí)現(xiàn)WLAN內(nèi)無(wú)線信號(hào)全覆蓋；AP發(fā)射功率優(yōu)化階段，用AP覆蓋半徑來(lái)表征發(fā)射功率，力圖讓每一個(gè)選擇開(kāi)啟的AP都以最低功耗工作來(lái)實(shí)現(xiàn)WLAN全覆蓋，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能和干擾規(guī)避。針對(duì)本發(fā)明再進(jìn)行如下闡述本發(fā)明先進(jìn)行優(yōu)化算法初始化，對(duì)WLAN中密集部署的AP分布結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚類(lèi)簡(jiǎn)化，去掉大量冗余的AP，節(jié)能的同時(shí)有效避免了通信時(shí)距離近的AP間同頻分量干擾；然后用本發(fā)明提出的方法對(duì)AP發(fā)射功率進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明秉承了綠色WLAN的理念，通過(guò)全局考慮對(duì)AP進(jìn)行聚類(lèi)并進(jìn)行二次選擇，除去不必要的AP，降低了系統(tǒng)的能量開(kāi)銷(xiāo)和同頻干擾。二次選取AP時(shí)采用“最小最大原則”，使得每一個(gè)新選擇開(kāi)啟的AP都可以有效的對(duì)WLAN中實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)做出貢獻(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)用最少的AP來(lái)完成全覆蓋。本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)在于引入了以下兩個(gè)概念以AP的覆蓋半徑表征發(fā)射功率，以AP重復(fù)覆蓋程度表征同頻分量干擾強(qiáng)弱，從而簡(jiǎn)化了模型，明確了優(yōu)化目標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種綠色WLAN中基于節(jié)能和干擾規(guī)避的AP發(fā)射功率優(yōu)化方法，所述方法是針對(duì)WLAN中已經(jīng)密集部署的AP進(jìn)行的，其特征在于所述方法的過(guò)程為 步驟一、計(jì)算WLAN全覆蓋所需AP數(shù)根據(jù)WLAN及單個(gè)AP默認(rèn)發(fā)射功率時(shí)的覆蓋范圍，確定實(shí)現(xiàn)WLAN全覆蓋所需的AP數(shù)，用WLAN區(qū)域總面積除以每個(gè)AP單獨(dú)覆蓋面積，向上取整得到整數(shù)N ； 步驟二、對(duì)所有AP進(jìn)行聚類(lèi)識(shí)別數(shù)為4N，對(duì)WLAN內(nèi)密集部署的AP進(jìn)行聚類(lèi)；在WLAN覆蓋區(qū)域任意選取坐標(biāo)原點(diǎn)，建立二維直角坐標(biāo)系，通過(guò)聚類(lèi)算法對(duì)WLAN中密集部署且均勻分布的AP按照地理位置進(jìn)行聚類(lèi)，目標(biāo)是4N類(lèi)； 步驟三、形成4N個(gè)AP拓樸結(jié)構(gòu)根據(jù)聚類(lèi)結(jié)果，選擇關(guān)閉多數(shù)AP，用剩余的少數(shù)AP實(shí)現(xiàn)WLAN無(wú)線信號(hào)全覆蓋，同時(shí)形成AP分布結(jié)構(gòu)，對(duì)AP發(fā)射功率優(yōu)化方法進(jìn)行初始化； 在每一類(lèi)別中，選擇處于或位置最接近聚類(lèi)中心的AP作為可能開(kāi)啟的AP，關(guān)閉其余AP ； 步驟四、選擇開(kāi)啟N個(gè)AP :具體過(guò)程為，設(shè)集合U為選擇開(kāi)啟的AP的集合，首先選則任一 AP加入集合U，得U= {API};其次選擇與此AP距離最遠(yuǎn)的AP加入集合U，得U = (AP1,AP2I ;接著對(duì)于剩余的任一 APi計(jì)算其與集合U = (AP17AP2,. . . ,APjI中AP之間的距離(Iij,記(Ii = min{dn, di2,. . , (IijI ;然后選擇集合W1, d2,. . , dj中最大的元素對(duì)應(yīng)的AP加入集合U，得U = (AP1, AP2, , APj, APj+1}，直至集合U中的元素個(gè)數(shù)達(dá)到N ； 步驟五、檢驗(yàn)全部開(kāi)啟集合U中的AP是否可對(duì)WLAN全覆蓋，若未達(dá)到全覆蓋，則繼續(xù)按照上述原則從4N個(gè)待選擇的AP中選擇一個(gè)AP加入集合U，直至滿(mǎn)足WLAN全覆蓋要求，同時(shí)關(guān)閉剩余AP ;然后再執(zhí)行步驟六； 步驟六、判斷在滿(mǎn)足對(duì)WLAN全覆蓋的前提下，是否可降低功率如果否，所述的AP發(fā)射功率優(yōu)化方法結(jié)束；否則，降低指定AP發(fā)射功率，直至所有AP均以最低功耗進(jìn)行工作，所述的AP發(fā)射功率優(yōu)化方法結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綠色WLAN中基于節(jié)能和干擾規(guī)避的AP發(fā)射功率優(yōu)化方法，其特征在于在步驟六中，在滿(mǎn)足對(duì)WLAN全覆蓋的前提下，降低功率采取的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)如式(3)所示
全文摘要
綠色WLAN中基于節(jié)能和干擾規(guī)避的AP發(fā)射功率優(yōu)化方法，本發(fā)明涉及綠色WLAN中AP發(fā)射功率控制優(yōu)化方法，以有效解決在WLAN中，由于AP的密集部署及覆蓋范圍相互重疊所導(dǎo)致的能量浪費(fèi)和同頻分量干擾影響通信質(zhì)量的問(wèn)題。根據(jù)WLAN及單個(gè)AP默認(rèn)發(fā)射功率時(shí)的覆蓋范圍，確定實(shí)現(xiàn)WLAN全覆蓋所需的AP數(shù)；對(duì)WLAN內(nèi)密集部署的AP進(jìn)行聚類(lèi)，可采用模糊K均值聚類(lèi)方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法進(jìn)行AP聚類(lèi)；根據(jù)聚類(lèi)結(jié)果，選擇關(guān)閉多數(shù)AP，用剩余的少數(shù)AP實(shí)現(xiàn)WLAN無(wú)線信號(hào)全覆蓋，同時(shí)形成AP分布結(jié)構(gòu)，即對(duì)AP發(fā)射功率優(yōu)化算法進(jìn)行初始化；反復(fù)計(jì)算每一個(gè)AP覆蓋區(qū)域的重復(fù)覆蓋程度，并排列之；對(duì)AP發(fā)射功率進(jìn)行控制，從而減小AP的覆蓋半徑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)AP節(jié)能和干擾規(guī)避的目的。
文檔編號(hào)H04W52/02GK103068021SQ20131003168
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者馬琳, 鄭秀明, 徐玉濱, 盧洋, 莫云, 夏穎, 譚學(xué)治 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)