WLAN信道黑名单功能的提出与实现

袁凤姣 ，陈常嘉 ，王少杰

（1.北京交通大学电子信息工程学院，北京100044；2.华三通信技术有限公司软件部，北京100085）

WLAN（ 无线局域网）技术是当今通信领域的热点之一，与有线网络相比，无线局域网启动和实施相对简单，维护成本低廉，因而得到了广泛应用。WLAN使用802.11标准协议族，它使用开放频段作为传输媒介，其中802.11b/g设备使用2.4 GHz ISM频带，802.11a设备使用5 GHz ISM频带[1]。WLAN工作在开放频带，它可以在全球范围内使用，但干扰较多，因而如何有效地选择干扰较小的信道，一直是研究的重点[2~4]。本文基于对WLAN应用场景的分析，提出了信道黑名单方案，解决了WLAN需要避开选择特定信道的需求，具有很强的应用前景。

1 信道黑名单功能的提出

如何选择信道减小AP（Access Point，接入点）间的干扰，文献[2] 通过数学建模得到了重叠信道之间的干扰，设计了一种动态信道分配算法来最小化AP之间的干扰；文献[3] 通过数学建模考虑了3部分的干扰，即AP自身的噪音干扰、相邻信道AP的干扰、同信道AP的干扰，选择干扰最小的信道；文献[4] 将AP的干扰分为一级干扰和二级干扰，算出每个AP的信道利用率，尽量选用别的AP用的少的信道。

但是，有些情况下AP应该直接避开选择某些信道，如雷达信道，有的国家直接规定在其领域内WLAN不可使用雷达信道；而对于可以使用雷达信道的国家，也有WLAN服务必须在探测到雷达信道的时候进行规避的规定。对于其它信道，WLAN服务提供商也需要提供类似的信道选择过滤功能，比如以下情况：（1）紧急军用需要临时组建WLAN；（2）自然灾害紧急医疗救助临时组建WLAN；（3）有VIP用户要确保其服务质量；（4）station（工作站）与AP（Access Point, 无线接入点）支持的信道不一致。（5）特殊的组网需求，要求室内和室外用不同的一组信道。

本文通过对WLAN架构的具体分析，提出了信道黑名单方案以满足此需求，通过编码进行实现，并利用H3C WX3024、WX6103、WA2610EAGN等设备进行实际系统测试。

2 WLAN架构

2.1 FAT AP架构

FAT AP架构的组网如图1。此架构的特点是：AP实现所有的802.11功能，包括媒体接入功能、物理层功能以及安全认证功能等。优点是功能强大，独立性强；缺点是大规模部署时难管理。

图1 FAT AP架构

2.2 AC-FitAP架构

AC-FitAP架构的组网如图2。此架构的特点是：AC集中处理所有的安全、控制和管理功能，Fit AP只提供可靠、高性能的无线接入服务功能。AC-FitAP方案除具有部署经济、易于管理等特点外，还支持快速切换、无线安全防护、网络故障自愈等高级功能。

图2 AC-FitAP架构

2.3 MESH架构

无线MESH网络是一种新的WLAN类型。它是传统WLAN网络的骨干网进行了变动。基于FAT AP和Fit AP的MESH组网分别如图3和图4。此架构的特点是：AP间采用无线连接，与传统WLAN网络相比，部署更容易。且AP间可以建立多跳的无线链路，可以提供多条备份链路，避免单点故障。

图3 基于FAT AP 的MESH组网图

图4 基于Fit AP的MESH组网图

3 设计与实现

3.1 分析

FAT AP架构：FAT AP自己进行管理，需要在FAT AP上提供信道黑名单功能。

AC-FitAP架构：AC会对AP进行统一管理，需要在AC上提供信道黑名单功能。

MESH（FAT AP）架构：AP自己进行管理，需要在FAT AP上提供信道黑名单功能。

MESH（Fit AP）架构：MPP、MP、MAP需要过滤信道黑名单，配置信息由AC统一管理，将AC上的信道黑名单配置信息下发到MPP、MP和MAP。

3.2 实现方案

（1）在FAT AP和AC上提供命令，用于配置11a/11bg信道黑名单。当发现已有radio使用了黑名单信道时，使其自动重新选择信道。

（2）11a/b/g初始化信道选择时，屏蔽黑名单中信道。Radio开启时，随机选择1个从驱动获取回来的信道，同时保证不会选择黑名单中信道。

（3）11a/b/g自动信道选择时，过滤黑名单信道。当配置了自动信道调整时，根据当前信道的质量情况，选择合适的信道并进行调整，保证选择的信道不为黑名单中的信道。

（4）11n信道绑定过滤信道黑名单。当radio配置为11gn/11an时，对于辅信道都在黑名单中的信道进行过滤，在初始信道选择和自动信道调整时，都不会选用这样的信道。

（5）MESH（FitAP）架构，通过CAPWAP协议，把AC上的信道黑名单配置信息下发到MPP、MP和MAP。

4 性能评估

本实验应用H3C WX3024、WX6103、WA2610E-AGN、WA2620E-AGN、WA2220E-AG、WA2100设备及VTP综合管理平台进行测试。以下分析为MESH AC-FitAP架构的实验结果。

4.1 11a/b/g初始信道选择过滤黑名单

在AC上用命令配置11bg信道黑名单为11，11a信道黑名单为149、161、165。初始信道选择完成后，用命令display wlan ap all radio，显示初始信道选择结果,如图5。

多次开启/关闭radio重复进行初始信道选择功能测试，发现工作在11bg的radio只会选择1或6信道，11a信道只会选择153或157信道。取消信道黑名单后，发现可以正常选择到其它的信道。

分析：当11信道和11a的149、161、165信道被列入黑名单时，radio不可使用这些信道；当取消黑名单后，可以正常使用。

4.2 11a/b/g自动信道选择过滤黑名单

图5 初始信道选择

在AC上用命令dot11bg calibrate-channel self-service开启自动信道调整功能（MESH要配置mesh calibrate-channel self-service功能）；用dot11bg calibrate-interval 3调整信道自动调整时间为3 min；配置dot11bg信道黑名单为1和11，11a黑名单为149、153、157、161。另外，在附近放置3个工作在6信道的AP,使其产生干扰。

用命令display wlan ap name map rrm-status查看信道质量，发现6信道质量不好。自动信道调整完成后，发现尽管6信道质量不好，还是选择工作在6信道。

依次等待3 min后，重复进行观察，发现工作在11bg的radio 只会选择工作在6信道，11a只会选择工作在165信道。将信道黑名单去掉，自动信道调整完成后，再次观察，发现工作在11bg的radio选择了不存在干扰的1和11信道，11a选择了其它的信道，如图6。

图6 取消黑名单后的自动信道选择

分析：因为6信道上有干扰AP，根据信道质量评估方法可知6信道质量将不好；当1和11信道处于黑名单中时，尽管6信道质量不好，没有别的选择，只能工作在6信道；当信道黑名单去掉后，有质量更好的1和11信道可选择，此处选择了1信道。11a信道现象同此。

4.3 11n信道绑定过滤黑名单

配置radio 类型为11an/11gn，信道带宽绑定为40MHz，11bg信道黑名单为1，11a黑名单为149、153、157，调整后，发现结果如图7。

图711 n信道绑定

多次开启/关闭radio重复进行测试，发现工作在11a的radio只会选择工作在165信道向下绑定或工作在161信道向上绑定，工作在11bg的radio只会选择工作在6信道向上绑定或工作在11信道向下绑定。取消信道黑名单后，发现可以工作在其它信道进行正常的信道绑定。

分析：根据设计时的分析，当配置radio工作在11n模式时，不仅主信道要过滤黑名单，如果主信道的所有辅信道都在黑名单中，主信道也将被过滤，所以只能是工作在161信道向上绑定或在165信道向下绑定。

由上述测试结果可知，信道黑名单方案可行。

5 结束语

本文提出了WLAN的服务提供商提供信道选择黑名单功能的必要性，介绍了WLAN的3种主要架构，分析不同的架构，确定实现信道黑名单功能的方案，并编程进行实现。利用H3C设备进行测试，验证了实现方法的正确性。信道黑名单功能为WLAN无线资源提供了更进一步的管理。

[1] Mattbew S.Gast. 802.11 无线网络权威指南[M] . 南京：东南大学出版社，2007.

[2] R.AKI and A.Arepally. Dynamic Channel Assignment in IEEE 802.11 Networks[C] . IEEE International Conference, pp. 1-5,2007.

[3] S.C, Varone, F. Aviolat, S.Pierre. Distributed Channel Assignment Algorithm for 802.11 Networks[C] . IEEE International Conference, 2006.

[4] Leung,Kin K, Kim, Byoung-Jo. Frequency Assignment for IEEE 802.11 Wireless Networks[C] . IEEE Vehicular Technology Conference , 2004.