基于智能天線的WLAN信號覆蓋控制方法

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，本文對智能天線的WLAN信號覆蓋的控制問題進(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)場考察才能找到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

WLAN信號；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、咖啡廳等公共場所還有我們的家庭中這些也是無處不在的，而WLAN也是無處不在，WLAN信號的好壞也與我們的生活息息相關(guān)。

1　WLAN信號覆蓋概述

WLAN無線信號的覆蓋分為室內(nèi)覆蓋和室外覆蓋這兩種，室內(nèi)覆蓋適用室內(nèi)場景，室內(nèi)的AP直接安裝在室內(nèi)的指定區(qū)域，它的信號大部分都集中在室內(nèi)指定區(qū)域以內(nèi)，它的信號不會被其它除制定目標(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所，將AP安裝在室外，其信號容易擴(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，容易造成信號被占用而無法正常使用。如果在室內(nèi)采用室外的信號覆蓋方式就會存在容量受限的問題，會增加AP的增加而造成資源的浪費(fèi)，所以在室內(nèi)場景使用無線時(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使用室外的覆蓋方式。

2　WLAN信號覆蓋的方法

目前看來無線信號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來說比較大的。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：你家里用的無線AP小路由器，就是胖AP其中的一種，簡單來說，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無法進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，都是需要手動來完成的，在使用不同的漫游情況時(shí)會產(chǎn)生較大的時(shí)效性差異，如果想使用語音和視頻通話聊天等此類用途時(shí)就不太方便了，而且也不支持無線設(shè)備，所以在較大的工程上需要使用網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋時(shí)是不推薦使用的。胖AP天饋系統(tǒng)也就是通過天線向周圍發(fā)射電磁波的方式。在室內(nèi)使用時(shí)都是通過內(nèi)置的分集的功能來解決信號的干擾問題。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，通過自動管理和調(diào)整等參數(shù)來優(yōu)化無線服務(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，為了滿足人們對無線信號的多方面需求，建議多使用瘦AP的部署方式來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的使用【1】。

3　WLAN信號覆蓋的控制算法

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，來形成無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。然后采集設(shè)備的數(shù)字信號，再通過無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的無線網(wǎng)關(guān)，然后直接送入到計(jì)算機(jī)中來進(jìn)行分析和處理。無線傳感器也是可以傳輸和采集整個(gè)時(shí)間歷程為信號的，其中分為以下三點(diǎn)【2】。

3.1為保證通信的安全，希望接收的信號強(qiáng)度小，覆蓋指定區(qū)域外能接收的信號強(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，所以就可以反映出信號的強(qiáng)弱數(shù)值，計(jì)算控制方法可以針對不同的傳感器所帶來的不同的權(quán)值來滿足相對應(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)射功率來表示總體的目標(biāo)函數(shù)問題。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)射來測量所需的信號值，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的信號發(fā)射參數(shù)值，⑤傳感器接收到的AP信號強(qiáng)度值，⑥服務(wù)器判斷傳感器接收信號強(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AP波束組合的信號衰弱的變化。波束的形成運(yùn)用了信號處理的技術(shù)將形成的波束用在接收或者發(fā)射指定方向的信號，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信號覆蓋的結(jié)束語

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

在整個(gè)流程中要不斷的試驗(yàn)、計(jì)算、驗(yàn)證和現(xiàn)場考察。而且在實(shí)際測試和仿真測試有一定的差距，在實(shí)際的測試中多出了天氣和物體移動的多方面的環(huán)境因素，而仿真測試是利用模型直接用公式算出的，所以在對于實(shí)際現(xiàn)場測試時(shí)需要對實(shí)際測量的場強(qiáng)值經(jīng)行平滑的處理。在整個(gè)實(shí)測結(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)無線傳感器，然后利用多個(gè)無線傳感器來采集WLAN的信號強(qiáng)度，然后上報(bào)給控制器，再利用控制器來計(jì)算出最佳信號進(jìn)行調(diào)整。

為了達(dá)到應(yīng)用所需的要求來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)場勘測各方面所需的數(shù)值來計(jì)算的，根據(jù)測試的環(huán)境不同，所測試的結(jié)果也會隨之產(chǎn)生變化。

［1］周元.基于智能天線的WLAN信號覆蓋控制方法［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