申请/专利权人：韩山师范学院

申请日：2020-10-14

公开（公告）日：2023-04-11

公开（公告）号：CN112312408B

主分类号：H04W16/18

分类号：H04W16/18;H04W24/06;H04W24/02;H04W52/02;H04W28/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.04.11#授权;2021.02.23#实质审查的生效;2021.02.02#公开

摘要：一种具有服务质量保证的802.11ax密集WiFi网络AP布置方法，包括以下步骤：1、问题描述，过程如下：1.1建立网络模型；1.2建立干扰模型；2ProcedureI获得STA的吞吐量的步骤如下：2.1STA‑AP关联；2.2AP功率调整；2.3AP信道分配和功率再调整；2.4STARU分配；2.5获取STA的数据速率；2.6计算STA的吞吐量；3设计四阶段启发式算法Algorithm_4stages求解优化问题。本发明融合了AP布置和功率‑信道‑RU分配，在满足失效容忍和用户个性化吞吐量需求的前提下减少AP数量，节约802.11ax密集WiFi网络的部署成本。

主权项：1.一种具有服务质量保证的802.11ax密集WiFi网络AP布置方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1.1建立网络模型网络服务的目标区域包含VIP区域和普通区域两个子区域，分别以Vvip和V表示，且以AP表示网络接入点，以STA表示网络站点，以Ω表示AP候选位置集合，该集合是事先已知的，即目标区域Vvip∪V被划分为|Ω|个网格，AP只能布置在网格的中心，在每个网格之内，可以根据STA的密度布置0个、1个或多个AP；网络由如下三种设备组成：网络控制器、AP和STA；网络控制器负责网络的管理和协调，在网络控制器的协调之下，AP在传输数据之前不需要退避；以S和A分别表示STA和AP集合，任意STAi∈S只能与一个APj∈A关联，当一个AP集合Af满足|Af||A|失效时，与故障AP关联的STA可以与其他正常的AP重新关联以获取网络服务，网络采用2.4和5GHz两个频段，在这两个频段中，每个信道的带宽为bMHz，b∈B＝{20,40,80,160}MHz，网络采用OFDMA物理层，在OFDMA中，每个STA在传输数据时不占用整个信道，而是由AP向其分配合适的RU以支持多STA并行传输，每个AP只能分配一个信道，所分配的信道属于一个给定的信道集合C，每个STA只能分配一个j-toneRU，j∈K＝{26,52,106,242,484,996,2×996}，其中，K是每个RU中所包含的子载波数目的集合，以P表示AP的功率值集合，每个AP可分配属于P的一个功率值，每个STA所采用的功率与其AP相同；在OFDMA机制之下，TXOP、SIFS、M-BA和OFDMA-BA分别表示传输机会、短帧间间隔、多STA块确认和OFDMA块确认；在OFDMA帧交换过程中，STA仅在接收到触发帧TF之后才开始将上行PPDU传输给其AP，STA在接收到下行PPDU之后，将OFDMA-BA帧回复给其AP；1.2建立干扰模型以li,j表示节点i和j之间的链路，节点指的是AP或STA；要使节点i通过链路li,j从j正确接收到帧，则节点i从j处的接收信号强度RSS必须不低于帧解码阈值θD，在这种情况下，节点i在j的通信范围内，如果节点i和j位于信道相互重叠的不同链路上且i从j接收到的信号强度大于或等于干扰信号强度阈值θI，则节点i会被j干扰；在这种情况下，节点i在j的干扰范围之内，θDθI，为了获得AP的通信范围和干扰范围，定义以下路径损耗模型：RSS＝Pj+GTX-Plost+GRX1其中，Plost＝Pref+10lgdη+χ2在式1和2中，RSS是接收方的接收信号强度，d是发送方和接收方之间的距离，Pj是发送方j的发射功率，GTX和GRX是发送方和接收方的天线增益，Pref是参照距离处的路径损耗，η是路径损耗指数，χ是与阴影衰落程度相关的标准差；因此，得到： 以rj和γj分别表示节点j的通信范围和干扰范围，则： 由式1至4以及θD和θI的值，可以获得节点的通信范围和干扰范围；建立网络干扰模型，以li,x和lj,y分别表示APi和STAx以及APj和STAy之间的链路，以di,x和dj,y分别表示APi和STAx以及APj和STAy之间的距离，以γx和γy分别表示STAx和STAy的干扰范围；以Si和Sj分别表示与APi和j相关联的STA集合，定义APi和j之间的干扰距离为： 如果APi和j之间的距离小于或等于Ii,j且它们的信道彼此重叠，i≠j，则链路li,x和lj,y相互干扰，即链路li,x和lj,y不能同时传输；1.3优化问题以δi表示STAi的吞吐量，表述为以下优化问题： 在约束条件C1中，如果STAi与APj关联，则指示变量ai,j＝1，否则ai,j＝0，C1表示当|Af|＝n个AP同时失效时，任何STAi∈S都可以与APj关联以获得WiFi服务，j∈A\Af；在约束条件C2和C3中，STAi既表示第i个STA，也表示该STA位于第i个位置；C2表示当STAi位于VIP区域时，其吞吐量大于或等于ρH；C3表示当STAi位于VIP区域之外时，其吞吐量大于或等于ρL，其中，ρHρL；将C1称为失效容忍需求，将C2和C3称为用户个性化吞吐量需求；2STA的吞吐量的计算，采用ProcedureI获得STA的吞吐量；ProcedureI获得STA的吞吐量的步骤如下：2.1.STA-AP关联；2.2.AP功率调整；2.3.AP信道分配和功率再调整；2.4.STARU分配；2.5.获取STA的数据速率；2.6.计算STA的吞吐量；3启发式算法A表示AP集合，A也可以表示具体的AP布置方案，由四个阶段组成，每个阶段的关键操作是测试当前的AP布置方案A是否可行，设计算法Algorithm_test进行可行性测试；Algorithm_test:可行性测试，输入：A,S,Ω,P,C,n；输出：指示变量I，I＝TRUE表示A可行，I＝FALSE表示A不可行，测试过程如下：3.1.1将I置为TRUE；3.1.2判断优化问题6的约束条件C1是否能满足，若是，则转向3.1.3；若否，则置I为FALSE并转向3.1.4；3.1.3在A中删除n＝|Af|个AP，表示有n个AP失效，再调用ProcedureI以获得STA的吞吐量，然后，判断优化问题6的约束条件C2和C3是否能满足，若在种AP失效情形下方案A都能满足C2和C3，则转向3.1.4；若种AP失效情形中有任意一种情形不能满足C2和C3，则置I为FALSE并转向3.1.4；3.1.4返回I的值设计四阶段启发式算法Algorithm_4stages求解优化问题6，过程如下：第一阶段：采用贪婪法生成初始AP布置方案A1；第二阶段：移除A1中多余的AP；第三阶段：迭代地将两个距离最近的AP替换为一个；第四阶段：迭代地将三个邻近的AP替换为两个；在第三和第四阶段中，计算每对AP或每组AP的STA覆盖密度CD，先给出CD的定义：定义1：每对AP的覆盖密度CDpairCDpair＝两个AP所覆盖的STA总数量与这两个AP的距离的比值定义2：每组AP的覆盖密度CDgroupCDgroup＝三个AP所覆盖的STA总数量与这三个AP的坐标所组成的三角形的周长的比值；第一阶段：采用贪婪法生成初始AP布置方案A1，步骤如下：3.2.1放置一个AP到未被覆盖的STA密度最大的区域，并将被该AP所覆盖的STA标记为已覆盖；3.2.2调用算法Algorithm_test测试当前方案是否可行，若是，则转向3.2.3；若否，则转向3.2.1；3.2.3返回初始布置方案A1；第二阶段：移除A1中多余的AP，步骤如下：3.3.1按每个AP所关联的STA的数量进行升序排序，生成AP队列Qb；3.3.2按Qb中AP的顺序，逐个尝试删除，每删除一个AP之后，就调用算法Algorithm_test对当前方案进行可行性测试，若可行，则返回3.3.1；若不可行，则将所删除的AP还原并继续尝试删除队列Qb中下一个AP，直至总共|Qb|次删除尝试完成为止；3.3.3返回A2；第三阶段：将两个距离最近的AP替换为一个，步骤如下：3.4.1生成对AP；3.4.2计算每对AP的STA覆盖密度CDpair；3.4.3按CDpair的值升序排序以生成替换队列Qc[i]＝{APi1,APi2}，其中APi1和APi2表示队列Qc中第i对AP中的两个AP，3.4.4按Qc中AP对的顺序，逐对尝试替换为一个新AP，新AP的位置可在候选位置集Ω中搜索获得，然后，调用算法Algorithm_test对当前方案进行可行性测试，若可行，则返回3.4.1，此时A2中的AP数量减少1个；若不可行，则将所替换的AP对还原，继续尝试替换Qc中下一对AP，如此反复，直至总共|Qc|次替换尝试完成为止；3.4.5返回A3；第四阶段：将三个邻近的AP替换为两个，过程如下：3.5.1生成组AP；3.5.2计算每组AP的STA覆盖密度CDgroup；3.5.3按CDgroup的值升序排序以生成替换队列Qd[i]＝{APi1,APi2,APi3}，其中APi1、APi2和APi3表示队列Qd中第i组AP中的三个AP，3.5.4按Qd中AP组的顺序，逐组尝试替换为两个新AP，两个新AP的位置可在候选位置集Ω中搜索获得，然后，调用算法Algorithm_test对当前方案进行可行性测试，若可行，则返回3.5.1，此时A3中的AP数量减少1个；若不可行，则将所替换的AP组还原，继续尝试替换Qd中的下一对组AP，如此反复，直至总共|Qd|次替换尝试完成为止；3.5.5返回A4。

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百度查询： 韩山师范学院 一种具有服务质量保证的802.11ax密集WiFi网络AP布置方法

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