基于智能天線的WLAN信號(hào)覆蓋控制方法

基于智能天線的WLAN信號(hào)覆蓋控制方法

忻曉雯

（上海交通大學(xué)信息安全工程學(xué)院，上海200240）

為了保證信息通信的安全，本文對(duì)智能天線的WLAN信號(hào)覆蓋的控制問(wèn)題進(jìn)行了闡述，在整個(gè)流程中要不斷的試驗(yàn)、計(jì)算、驗(yàn)證和現(xiàn)場(chǎng)考察才能找到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

WLAN信號(hào)；波束；AP

在如今快節(jié)奏的生活中智能手機(jī)、平板、電腦等智能電器已經(jīng)占據(jù)了我們生活中的大部分，辦公室、公交車、咖啡廳等公共場(chǎng)所還有我們的家庭中這些也是無(wú)處不在的，而WLAN也是無(wú)處不在，WLAN信號(hào)的好壞也與我們的生活息息相關(guān)。

1　WLAN信號(hào)覆蓋概述

WLAN無(wú)線信號(hào)的覆蓋分為室內(nèi)覆蓋和室外覆蓋這兩種，室內(nèi)覆蓋適用室內(nèi)場(chǎng)景，室內(nèi)的AP直接安裝在室內(nèi)的指定區(qū)域，它的信號(hào)大部分都集中在室內(nèi)指定區(qū)域以內(nèi)，它的信號(hào)不會(huì)被其它除制定目標(biāo)以外的區(qū)域用戶所使用，這樣能良好的保護(hù)室內(nèi)信號(hào)的使用；而室外覆蓋為人口較為集中的地帶和需求量比較大的室外場(chǎng)所，將AP安裝在室外，其信號(hào)容易擴(kuò)散，信息資源也很容易被其他非指定目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的人所使用，容易造成信號(hào)被占用而無(wú)法正常使用。如果在室內(nèi)采用室外的信號(hào)覆蓋方式就會(huì)存在容量受限的問(wèn)題，會(huì)增加AP的增加而造成資源的浪費(fèi)，所以在室內(nèi)場(chǎng)景使用無(wú)線時(shí)應(yīng)采用室內(nèi)覆蓋方式的網(wǎng)絡(luò)，只有在室內(nèi)使用的覆蓋方式?jīng)]有效果的情況下才會(huì)使用室外的覆蓋方式。

2　WLAN信號(hào)覆蓋的方法

目前看來(lái)無(wú)線信號(hào)的覆蓋一般是采用胖/瘦AP和胖/瘦AP加天饋部署的方式。雖然這幾種方式都是有用戶在用的，但是射頻的效率差也異是相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大的。胖AP也就是自帶復(fù)雜的配置功能（獨(dú)立的完整的操作系統(tǒng)），比如：你家里用的無(wú)線AP小路由器，就是胖AP其中的一種，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，胖AP是可以不依靠其他設(shè)備而可以獨(dú)立工作的，其缺點(diǎn)即胖AP無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，都是需要手動(dòng)來(lái)完成的，在使用不同的漫游情況時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的時(shí)效性差異，如果想使用語(yǔ)音和視頻通話聊天等此類用途時(shí)就不太方便了，而且也不支持無(wú)線設(shè)備，所以在較大的工程上需要使用網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋時(shí)是不推薦使用的。胖AP天饋系統(tǒng)也就是通過(guò)天線向周圍發(fā)射電磁波的方式。在室內(nèi)使用時(shí)都是通過(guò)內(nèi)置的分集的功能來(lái)解決信號(hào)的干擾問(wèn)題。瘦AP是適合大規(guī)模部署的，通常需要與交換機(jī)、控制器等設(shè)備來(lái)相互配合，瘦AP的所有配置都是從服務(wù)器的上下載的，因此瘦AP是無(wú)法獨(dú)立工作，瘦AP 的部署方式適合大批量的使用，能夠集中的控制和管理模式、能容的下較大的用戶使用，通過(guò)自動(dòng)管理和調(diào)整等參數(shù)來(lái)優(yōu)化無(wú)線服務(wù)項(xiàng)目，完全不影響用戶在漫游使用的情況下帶來(lái)的安全隱患可以放心的安全的使用所需要的信息和資源，為了滿足人們對(duì)無(wú)線信號(hào)的多方面需求，建議多使用瘦AP的部署方式來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的使用【1】。

3　WLAN信號(hào)覆蓋的控制算法

控制覆蓋方法的算法目標(biāo)是讓每一個(gè)傳感器所接收的信號(hào)強(qiáng)度與之前設(shè)定的目標(biāo)值之間的誤差達(dá)到最小化。無(wú)線傳感器的組成方式也是一方面，它是由一個(gè)模塊封裝在外殼之中，在工作時(shí)提供所需電源，來(lái)形成無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。然后采集設(shè)備的數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的無(wú)線網(wǎng)關(guān)，然后直接送入到計(jì)算機(jī)中來(lái)進(jìn)行分析和處理。無(wú)線傳感器也是可以傳輸和采集整個(gè)時(shí)間歷程為信號(hào)的，其中分為以下三點(diǎn)【2】。

3.1為保證通信的安全，希望接收的信號(hào)強(qiáng)度小，覆蓋指定區(qū)域外能接收的信號(hào)強(qiáng)度弱到不能正常解碼稱之為外部傳感器。

3.2覆蓋制定區(qū)域外的附近區(qū)域能接收的信號(hào)強(qiáng)度為合適的可接受值稱之為邊緣傳感器。

3.3覆蓋指定區(qū)域內(nèi)能接收的信號(hào)強(qiáng)度為足夠強(qiáng)，接入的速率高稱之為內(nèi)部傳感器。因?yàn)椴煌膫鞲衅魉枰囊粋€(gè)或者多個(gè)AP信號(hào)，所以就可以反映出信號(hào)的強(qiáng)弱數(shù)值，計(jì)算控制方法可以針對(duì)不同的傳感器所帶來(lái)的不同的權(quán)值來(lái)滿足相對(duì)應(yīng)傳感器的目標(biāo)值。

首先要了解各個(gè)傳感器的目標(biāo)場(chǎng)的強(qiáng)弱值和權(quán)重值、各個(gè)AP到傳感器的信道向量、各個(gè)AP的發(fā)射功率來(lái)表示總體的目標(biāo)函數(shù)問(wèn)題。計(jì)算的方法分為以下七點(diǎn)：①設(shè)置傳感器的目標(biāo)功率和權(quán)重值，②不同AP的波束組合的功率發(fā)射來(lái)測(cè)量所需的信號(hào)值，③AP的各個(gè)波束組合傳達(dá)到傳感器的影響因子，④利用粒子群優(yōu)化搜索AP的波束組合以及發(fā)射功率，調(diào)整AP的信號(hào)發(fā)射參數(shù)值，⑤傳感器接收到的AP信號(hào)強(qiáng)度值，⑥服務(wù)器判斷傳感器接收信號(hào)強(qiáng)度和設(shè)定的目標(biāo)值之間的誤差是否超出之前的設(shè)定，⑦監(jiān)聽(tīng)AP波束組合的信號(hào)衰弱的變化。波束的形成運(yùn)用了信號(hào)處理的技術(shù)將形成的波束用在接收或者發(fā)射指定方向的信號(hào)，這方面是為了得到足夠大的信噪比，另一方便是為了得到高度精準(zhǔn)的目標(biāo)分辨力。

4　WLAN信號(hào)覆蓋的結(jié)束語(yǔ)

在本次計(jì)算中難度較高的是波速組合功率發(fā)射的接收信號(hào)強(qiáng)度和進(jìn)行最優(yōu)質(zhì)的波束組合和功率的搜索過(guò)程。

在整個(gè)流程中要不斷的試驗(yàn)、計(jì)算、驗(yàn)證和現(xiàn)場(chǎng)考察。而且在實(shí)際測(cè)試和仿真測(cè)試有一定的差距，在實(shí)際的測(cè)試中多出了天氣和物體移動(dòng)的多方面的環(huán)境因素，而仿真測(cè)試是利用模型直接用公式算出的，所以在對(duì)于實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)需要對(duì)實(shí)際測(cè)量的場(chǎng)強(qiáng)值經(jīng)行平滑的處理。在整個(gè)實(shí)測(cè)結(jié)果中目標(biāo)值和權(quán)值的算法結(jié)果起到牽引作用，還需要兩者相互配合才能達(dá)到控制目標(biāo)。該方案是在不同的區(qū)域部署多個(gè)無(wú)線傳感器，然后利用多個(gè)無(wú)線傳感器來(lái)采集WLAN的信號(hào)強(qiáng)度，然后上報(bào)給控制器，再利用控制器來(lái)計(jì)算出最佳信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。

為了達(dá)到應(yīng)用所需的要求來(lái)看良好的覆蓋性能可以控制不同的區(qū)域覆蓋強(qiáng)度。在本次算法中需要多次的調(diào)整才能達(dá)到整體的目標(biāo)，任何此類實(shí)驗(yàn)計(jì)算都是需要現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)各方面所需的數(shù)值來(lái)計(jì)算的，根據(jù)測(cè)試的環(huán)境不同，所測(cè)試的結(jié)果也會(huì)隨之產(chǎn)生變化。

［1］周元.基于智能天線的WLAN信號(hào)覆蓋控制方法［J］華為技術(shù)有限公司中央研究院，2014

［2］韓貴杰.定向天線實(shí)現(xiàn)多波束智能天線研究［J］蘭州大學(xué)，2006

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1003-5168（2015）11-119-01