一種無線局域網(wǎng)中有區(qū)分的接入點優(yōu)化算法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線局域網(wǎng)接入技術領域，具體涉及基于節(jié)點服務質(zhì)量建模和協(xié)同過 濾推薦的接入節(jié)點優(yōu)化選擇方法，具體是指一種無線局域網(wǎng)中有區(qū)分的接入點優(yōu)化算法。
【背景技術】
[0002] IEEE802. 11無線局域網(wǎng)具有布設便捷、成本低廉及高靈活性，成為了當下熱門無 線連接技術。無線局域網(wǎng)廣泛部署在機場、醫(yī)院、咖啡廳、圖書館等場所。在802. 11協(xié)議中， 用戶基于信號強度關聯(lián)接入點，盡管實現(xiàn)簡單卻導致網(wǎng)絡性能不佳和負載不均衡?？梢婈P 聯(lián)的接入點決定了用戶的最終性能，故而接入點選擇關聯(lián)優(yōu)化成為重要研宄課題。
[0003] 無線網(wǎng)絡接入選擇方法可以分為主動型、被動型和混合型三種形式。主動型的方 法通常要工作站主動向所有可用的接入點主動發(fā)起一次主動的關聯(lián)，然后根據(jù)關聯(lián)各個接 入點之后的性能做簡要的評估，根據(jù)所有的記錄來決策最好的接入點。比如A.Nicholson 等人提出的Virgil算法，其中工作站掃描所有可用的接入點，快速地與逐個關聯(lián)；與接入 點關聯(lián)的時候，工作站運行一系列測試來評估與該接入點關聯(lián)時的互聯(lián)網(wǎng)連接質(zhì)量。工作 站通過緩存的這些接入點測試數(shù)據(jù)來選擇接入點，網(wǎng)絡性能和關聯(lián)成功率都得到了提高。 H.Wu等人提出了主動預掃描，在工作站切換網(wǎng)絡之前提前給每一個信道主動發(fā)送探測消 息，通過將信道掃描階段切成小的時間片，放在正常的數(shù)據(jù)流量中進行。通過主動型方法， 工作站能在選擇接入點之間對網(wǎng)絡狀況有精確的了解，但是主動探尋接入點狀況較被動型 方法花費較大的時間開銷。
[0004] 被動型方法一般是工作站通過觀察網(wǎng)絡環(huán)境、Beacon消息和探測消息等來評估最 佳接入點。G.Judd等人提出了一個對網(wǎng)絡負載敏感的接入點選擇算法，該方法使得工作站 對接入點的選擇不再僅僅依賴于信號強度，還有對接入點負載的評估。J.Chen等人通過觀 察工作站進入網(wǎng)絡后的探測消息幀的時延來估算接入點的負載情況，以此來選擇負載最輕 量的接入點關聯(lián)，該算法不需要修改802. 11網(wǎng)絡協(xié)議，只需要在工作站一端進行選擇算法 的實現(xiàn)即可。被動型方法往往比主動型方法更快速，因為在主動型方法中逐個關聯(lián)接入點 進而評估等待的時間較長。
[0005] 主動被動混合型方法也稱為接入節(jié)點（AP)協(xié)助型方法。工作站要提供少量的信 息給接入點，接入點利用這些信息給工作站提供反饋消息以幫助工作站做出最合適的接入 決策。K.Sudareasan等人定義了三種不同的接入點選擇標準：第一個是AP防止干擾的能 力，第二個是AP為所有用戶服務一次的平均時間，第三個是AP和用戶之間的鏈路質(zhì)量。前 兩個標準作者通過修改網(wǎng)絡適配器底層來獲取，而另外所需要的信號強度和延遲估算則在 客戶端做簡要修改，通過將這三個標準結合，用戶根據(jù)結果來選擇接入點。Y.Lee等人對工 作站和接入點之間的信息交互做出了修改，讓移動終端在關聯(lián)接入點之前就能了解接入點 的服務信息，包括切換信息、安全策略、接入點出價和接入點負載等。
[0006] 已提出的AP選擇方法可以分為集中式和分布式兩種。集中式AP選擇方法通常 需要一個指定的服務器去收集和分析網(wǎng)絡信息，然后向整個網(wǎng)絡決定和分發(fā)關聯(lián)授權。 A.Balachandran等人使用一個訪問控制服務器保持每個接入點網(wǎng)絡及每個用戶的狀態(tài)信 息，所以它可以方便地監(jiān)控和控制整個網(wǎng)絡的無線帶寬使用。J.Pang等人基于工作站向公 共AP提交他們關聯(lián)的AP的性能信息，進而建立WiFi報告，并通過這些報告總結統(tǒng)計數(shù)據(jù) 從而對每一個AP的性能進行預估。從而無線用戶能用這些AP性能的歷史數(shù)據(jù)更好地選擇 AP。由于802. 11協(xié)議支持工作站多種速率傳輸，對于關聯(lián)同一個接入點的工作站來說，那 些低速率的工作站將使得高速率工作站的吞吐量大大降低。本發(fā)明設計了一種接入點之間 的信息交互機制來收集集中重新分布工作站所需要的信息，使用中央式WLAN管理機制來 尋找優(yōu)化的關聯(lián)并在AP之間重新分布已經(jīng)關聯(lián)的工作站。A.Karimi設計了一個使用在高 密度分布的WLAN下的協(xié)同網(wǎng)絡，能夠通過中央服務器優(yōu)化接入控制，使得接入點能將本地 帶寬共享給非本地的用戶，同時增加自身帶寬。W.Li將AP選擇問題轉化為最大化用戶帶 寬的非線性規(guī)劃問題，提出了一種中央式的非線性逼近優(yōu)化來求解用戶和接入點關聯(lián)的公 平分配。R.Trestian提出了E-PoFANS算法讓客戶工作站在信號質(zhì)量和節(jié)能兩個方面做平 衡，客戶端手機用戶配置信息、應用程序需求和服務質(zhì)量參數(shù)等數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡中間層加入網(wǎng) 絡過濾模塊收集可用的網(wǎng)絡列表，然后將不匹配用戶配置需求的網(wǎng)絡過濾掉，減少用戶工 作站選擇接入點的計算復雜度和決策時間。然而，集中式AP選擇方法通常需要在802. 11 網(wǎng)絡中增加額外的設備，并且也與現(xiàn)有的設備協(xié)議不兼容，需要對802. 11協(xié)議進行修改。
[0007] 在分布式的AP選擇方法中，每一個工作站獨立地依據(jù)自己的興趣選擇接入點。 F.Xu基于對AP負載和用戶本地吞吐量的評估設計了一種分布式AP關聯(lián)選擇算法，同時通 過修改802. 11協(xié)議以減少算法實現(xiàn)的開銷。Y.Fukuda等人通過估算工作站關聯(lián)接入點可 以獲得的本地吞吐量和丟包率，提出了一種提升工作站本地吞吐量和降低丟包率的分布式 選擇算法。H.Gong對當前AP的beacon消息和探測消息做了簡單修改，基于接入點帶寬分 配的公平性提出了基于啟發(fā)式算法的分布式AP選擇算法。M.Abusubaih提出了一種分布式 選擇算法，該文基于考慮AP之間和同一個AP之內(nèi)的干擾的新的選擇標準。分布式AP選擇 方法不需要在網(wǎng)絡邊緣進行所有的非認證的通信，所以這是一種更安全的設計。其次，在每 一個單獨的接入點上管理狀態(tài)時是更原子化的、更靈活的。再者，分布式的狀態(tài)維護減少了 中央服務器上的網(wǎng)絡管理開銷。
[0008] 盡管AP選擇問題的相關研宄工作已取得了一定成果，但是仍然存在以下一些問 題：
[0009] (1)當用戶工作站選擇接入點時，對于所有的用戶都使用相同的選擇標準來選擇 接入點。然而，運行不同應用的用戶對于QoS的需求不同，對接入點提供的接入服務的需求 也不盡相同。
[0010] (2)目前相關研宄大都針對單一目標最優(yōu)，但該方法并不能保證所有情況下工作 站得到理想的性能。
[0011] (3)很多選擇算法復雜度高，而工作站花費在信道掃描和在每一個信道上等待的 時間也很高，每一個工作站都需要重復地計算選擇算法，所以工作站關聯(lián)接入點的效率大 大降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 針對這些問題，本發(fā)明基于差異QoS需求對用戶進行分類。首先提出基于層次分 析法的有區(qū)分接入點選擇算法，提供有區(qū)分的、多目標的接入選擇優(yōu)化；在此基礎上，提出 基于協(xié)同過濾推薦的有區(qū)分接入點選擇算法，目標是節(jié)省關聯(lián)時間開銷和計算資源，并驗 證本發(fā)明方案相比傳統(tǒng)方法性能帶來的提升。無線局域網(wǎng)中一種有區(qū)分的接入點優(yōu)化算 法，包括以下步驟：
[0013] 步驟1、用戶分類及聲明服務質(zhì)量期望。
[0014] 步驟2、構造層次分析法的層級結構。
[0015] 步驟3、生成第二層成對比較矩陣。
[0016] 步驟4、求解第二層標準的權重向量。
[0017] 步驟5、生成第三層成對比較矩陣。
[0018] 步驟6、根據(jù)第二層的標準，建立對應第三層元素的成對比較矩陣。
[0019] 步驟7、組合整體權重向量。
[0020]步驟8、構建動態(tài)選擇算法。
【附圖說明】
[0021] 圖1為系統(tǒng)仿真模型；
[0022] 圖2為工作站的分布位置；
[0023] 圖3為第一種類型的用戶帶寬隨時間變化的性能分析；
[0024] 圖4為第三種類型的用戶帶寬隨時間變化的性能分析；
[0025] 圖5為第二種類型的用戶延遲隨時間變化的性能分析；
[0026] 圖6為第三種類型的用戶延遲隨時間變化的性能分析；
【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖對本發(fā)明一種實施例做進一步說明。無線局域網(wǎng)中一種有區(qū)分的接 入點優(yōu)化算法，包括以下步驟：
[0028] 步驟1、用戶分類及聲明服務質(zhì)量期望：