论文总字数：30049字

摘 要

随着无线局域网的使用规模日益增大，WLAN的能耗问题日益凸显。由于用户WLAN流量需求分布在时间和空间具有明显的波动性，某个区域网络流量的负载会与峰值负载相距甚远，空载或是负载较低的AP就会造成能源浪费的现象。

针对上述问题，本论文设计并实现一个AP节能调度系统。首先进行系统设计，在给出WLAN网络架构的基础上，设计AP节能调度机制和系统总体框架，并详细阐述AP端和中央控制器端的设计方案。其次，设计AP节能调度算法，提出一种基于贪心策略的AP节能调度算法，在满足终端用户需求的前提下，尽量减少开启AP的数量；同时，提出一种基于二分图半匹配的负载均衡算法，在不增加开启AP的数量的同时，实现AP间负载均衡，从而提升网络性能与用户体验。然后，对系统进行实现，分别实现AP端和中央控制器端的功能模块。最后，进行系统的测试，验证系统在节能方面的有效性和效率。实验结果表明该系统可有效实现WLAN的节能。

关键词：节能，集中式调度，WLAN网络架构，贪心策略

Design and Implementation of an AP Energy-saving Scheduling System in WLAN

09013316 Xu Weihong

Advisor Wu Wenjia

Abstract

With the widely deployment of WLANs, the issue of WLAN’s energy consumption becomes more and more severe. Since the distribution of users’ traffic demand of in time and space has obvious volatility, the load of certain regional network traffic is far away from the peak load, so the low-load or empty-load AP will cause the waste of energy.

To address this issue, an AP energy-saving scheduling system is designed and implemented. Firstly, the AP energy-saving scheduling mechanism and the overall framework of the system is designed on the basis of WLAN network architecture. Secondly, an AP energy-saving scheduling algorithm based on the greedy strategy is proposed to minimize the number of opened APs under the premise of satisfying the users’ traffic demand. At the same time, in order to improve the performance of the network and user experience, a load balancing algorithm based on bipartite graph semi-matching is proposed to achieve load balancing among APs without increasing the number of opened APs. Then, the functional modules in the AP side and central controller side are implemented respectively. Finally the system is tested to verify effectiveness and feasibility of the system in terms of energy-saving. The results of the experiments show that the system can effectively achieve energy saving in WLANs.

KEY WORDS: energy-saving, centralized scheduling, WLAN network architecture, greedy

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 研究现状 1

1.2.1 AP数据采集 1

1.2.2 AP节能调度 2

1.3 研究目标和内容 3

1.4 论文组织结构 3

第二章 系统设计 4

2.1 系统总体设计 4

2.1.1 WLAN网络架构 4

2.1.2 集中式AP节能调度机制 4

2.1.3 系统总体框架设计 5

2.2 系统详细设计 6

2.2.1 AP端的设计方案 6

2.2.2 中央控制器端的设计方案 6

2.3 本章小结 7

第三章 AP节能调度算法设计 8

3.1 系统模型与问题描述 8

3.1.1 网络模型 8

3.1.2 问题描述 8

3.2 基于贪心策略的AP节能调度算法 9

3.3 基于二分图半匹配的负载均衡算法 10

3.4 本章小结 12

第四章 系统实现 13

4.1 AP端的实现 13

4.1.1 AP数据采集 13

4.1.2 AP与中央控制器的有线连接 14

4.1.3 AP迁移终端设备 15

4.2 中央控制器端的实现 15

4.3 本章小结 18

第五章 系统测试 19

5.1 实验环境部署 19

5.2 系统测试方案与结果 20

5.3 本章小结 24

第六章 总结与展望 25

6.1 论文总结 25

6.2 未来工作展望 25

致 谢 26

参考文献 27

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

无线局域网（Wireless Local Area Network, WLAN）是移动互联网中一种重要的无线接入方式，已被广泛部署于校园、机场、商场、家居等场所，给用户提供无处不在的、高宽带的互联网接入。其中，在校园、机场等用户密集的公共场所，WLAN规模较大，接入点（Access Point, AP）数量可达到数百甚至数千。随着全球对绿色网络和低碳节能的关注，WLAN的能耗问题日益凸显。

通常情况下，WLAN根据区域内用户流量需求进行规划并部署AP。由于用户流量需求分布在时间和空间具有明显的波动性（受用户作息、移动规律等因素的影响），某个区域网络流量的负载会在较长时间内维持一定的较低水平，而与峰值负载相距甚远，甚至会出现长时间的空载。若所有AP一致处于开启状态，空载或是负载较低的AP就会造成能源浪费的现象。因此，可以通过调度AP的开启/关闭状态来实现网络节能。例如，在公共场所中空载的AP，只需要直接将其关闭即可；而对于负载较低的AP，由于存在处于多个AP的重叠区域的终端用户，可以通过迁移负载较低AP上的终端用户，在保证用户连接的前提下动态开启/关闭AP，以达到降低能耗的目的。

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