密集WI-Fi网络集中控制技术研究

摘要

Wi-Fi全称Wireless Fidelity，是由AP(Access Point)和无线网卡组成的无线局域网络。数据流量激增给B3G甚至初期LTE带来巨大承载压力。Wi-Fi网络在多方面具有较大优势，如经济价值、吞吐率、室内覆盖、频域资源。因此，Wi-Fi网络可作为无线数据承载的重要形式之一。802.11技术的持续演进使促使Wi-Fi设备越来越普及，因而AP的布设也更加密集，覆盖区域也从分散热点向密集热点的大规模热区演变。密集Wi-Fi网络，通过大量Wi-Fi设备实现流量分流，网络的集中控制机制是最重要的。密集Wi-Fi网络不仅仅需要AP设备的部署，还需要实现网络的可用可管可控，从而提升用户体验，使网络性能最优。欠佳的体验会致使Wi-Fi网络使用率明显下降。
　　密集Wi-Fi网络中，AP设备之间的干扰是造成网络性能波动最重要因素之一。干扰越强，网络性能越差，系统吞吐率越低。网络中的干扰由四个重要因素决定，即AP密集度、干扰信道、AP发射功率以及AP传输速率。如何在特定的AP密集度下，系统自适应调整满足网络性能最优，具有重要的意义。
　　本文通过研究动态Wi-Fi信道分配策略和干扰协调方法，对集中控制协议进行了扩展实现，主要的研究内容及贡献如下:
　　第一，针对现有的三种集中控制协议(CAPWAP、SLAPP、WiCoP)，分别研究了报文、状态图及转移、信令及流程，并提出不足之处。
　　第二，针对密集Wi-Fi网络，基于如何有效减小或避免AP间干扰，从而优化网络性能，提出一种动态Wi-Fi信道分配策略和干扰协调方法。该方案将信道干扰因子和信道重叠因子相结合，通过定义信道评估因子，建立信道质量排序准则，在该准则下选择最优信道分配。在此基础上，提出基于功率控制的优化方案，方案不影响现有用户的接入，利用最优功率设定AP不同发射功率，进一步降低AP间干扰。同时，提出AP限速降低干扰的方法。仿真分析表明，方案提高了信道等资源的合理分配，有效降低密集Wi-Fi网络内部干扰。
　　第三，基于动态Wi-Fi信道分配策略和干扰协调方法，提出一种扩展CAPWAP协议设计方案。方案重点研究带内和带外信令，通过报文修改和扩展，设计信令流程。同时，基于开源OpenCAPWAP平台对扩展协议进行实现。测试结果表明，扩展协议具有可行性，满足密集Wi-Fi网络的集中控制需求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要工作和内容安排

第2章 集中控制协议的研究与分析

2．1 CAPWAP协议分析

2．1．1 CAPWAP协议状态机

2．1．2 CAPWAP协议报文格式

2．1．3 CAPWAP协议传输

2．1．4 CAPWAP协议信令流程

2．2 SLAPP协议分析

2．2．1 SLAPP协议状态机

2．2．2 SLAPP协议报文格式

2．3 WiCoP协议分析

2．3．1 WiCoP协议状态机

2．3．2 WiCoP协议报文格式

2．3．3 WiCoP协议信令流程

2．4 本章小结

第3章 密集Wi-Fi网络动态信道分配和干扰协调方法

3．1 密集Wi-Fi网络干扰分析

3．1．1 Wi-Fi信道

3．1．2 Wi-Fi系统带内干扰

3．2 动态Wi-Fi信道分配策略

3．2．1 信道干扰因子

3．2．2 信道评估因子

3．2．3 信道分配

3．2．4 仿真及性能分析

3．3 Wi-Fi干扰协调方法

3．3．1 功率控制

3．3．2 干扰AP限速

3．3．3 仿真及性能分析

3．4 本章小结

第4章 密集Wi-Fi网络集中控制协议的设计与实现

4．1 带内和带外信令设计

4．1．1 信令扩展

4．1．2 信令流程

4．2 基于OpenCWAPWAP的CAPWAP实现

4．2．1 重要代码修改

4．2．2 OpenCAPWAP编译与安装

4．3 测试与分析

4．3．1 测试环境

4．3．2 测试结果

4．3．3 结果分析

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果