CN100433680C - 无线局域网的负载均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线局域网的负载均衡方法，通过无线接入点之间的协调发现负载最轻的无线接入点，当前无线接入点作为终端的代理实现全局的切换排队，统一调度和控制终端在目标无线接入点处的切换。该方法有以下优点：1.由于在目标接入点处的所有的切换请求和切换行为都已经被预先定义顺序，目标无线接入点的负载变化也会呈现平稳有序的变化，避免切换在目标无线接入点上的拥塞。2.对于终端来讲，由于没有切换竞争，真正切换时间会缩短，降低了切换带来的风险，切换的成功率提高。3.切换的准备期是由终端的当前无线接入点实现的，终端上的业务也不受影响，有效降低原切换方法造成的时延。

Description

无线局域网的负载均衡方法

技术领域

本发明涉及通信领域中的无线局域网***，尤其涉及无线局域网中负载均衡的实现方法。

背景技术

WLAN(无线局域网)是指应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。在WLAN网络环境中，一个扩展服务组***由一个或多个基本服务组，以及联接这些基本服务组的分布***构成，每个基本服务组包含一个无线接入点设备。扩展服务组通过ESSID(扩展服务组识别号)来区分，无线接入点通过BSSID(基本服务组识别号)来区分。终端通过扫描信道，获取所处WLAN环境中扩展服务组和基本服务组信息，并选择加入一个合适的基本服务组。WLAN中的负载均衡就是由多个接入点为多种移动终端提供接入服务的无线局域网***，每一个接入点成员利用网络信息进行终端管理，允许或拒绝移动终端接入，达到均匀承担网络负载，充分利用网络现有资源，减少网络阻塞目的的一种策略。

在现有技术中，主要有以下方法可以调节无线接入点的网络负载：

1、吴湘宁在2004年4月27日申请的专利《无线接入点负载均衡方法》(专利申请号：CN200410017978)中采用以下方法实现负载均衡：在终端接入无线接入点之前，比较同一无线局域网内相同服务区标识符(SSID)的无线局域网的当前接入用户数或接入数据流量，无线终端接入到接入用户数或接入流量最少的无线接入点，从而实现局域网无线接入点的负载均衡。

2、程琳香在2003年9月24日申请的专利《一种无线接入点的负载均衡方法》(专利申请号：CN03134660)中采用以下方法实现负载均衡：通过无线接入点之间的相互通信，每个无线接入点可以根据当前网络的负载分配情况决定是否允许新终端接入，如果负载高，则拒绝终端的接入，从而实现负载均衡。

3、CROMER DARYL CARVIS在2002年6月26日申请的专利《Accesspoint initiated forced roaming based upon bandwidth》(专利申请号：US 2004001467)中提到一种控制终端移动和漫游的负载均衡方法：无线接入点监控其管辖的所有终端的带宽使用情况，如果发现负载异常，就选择一个终端，强迫其漫游到其他的无线接入点上，由此实现负载均衡。

以上几个方法虽然都能不同程度地解决接入点负载均衡的问题，但是其还是存在以下问题：

方法1和2都只考虑了新加入网络的终端的接入情况。对正常接入的终端并没有起到控制的作用，而在实际中无线网络下终端的移动造成的负载差异将远大于新站点接入的情况。

方法3虽然是针对基本服务组的负载均衡，调整对象是已经连接的终端，保持的是当前终端连接的无线接入点的负载水平，但是对于因负载均衡而被迫切换的终端而言，其最终结果是不可保证的，这将会导致以下性能下降。

1、易出现切换拥塞，网络稳定性差。由于每个基本服务组都尽量保持自己的负载水平的稳定，一旦发现有负载轻的无线接入点存在，就强迫终端切换。在热点环境下，很容易出现多个终端因为相同的原因拥挤向同一个无线接入点，终端竞争接入目标无线接入点的机会。在这个无线接入点上就容易出现切换拥塞，降低网络的稳定性。

2、切换成功率低，负载均衡方法的风险大，切换的延时大。无线接入点并不对终端的切换结果负责。由于多个终端在目标无线接入点处竞争接入的机会，相当于在切换的过程中引入了干扰，终端可能竞争不到切换的机会，导致切换失败，终端必须重新寻找无线接入点进行连接。另一种情况是终端虽然竞争到了接入的机会，并接入了目标无线接入点，但此时无线接入点的负载情况已经发生了变化，已经不能向终端提供其要求的服务，切换过程实际上也是失败的。对于终端而言，由于竞争的存在，从终端离开当前的无线接入点到接入到目标无线接入点完成的时间间隔延长，终端上的业务中断的风险增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是克服现有负载均衡技术中终端在目标无线接入点拥挤和竞争的缺点，解决现有技术中存在的因负载均衡而产生的终端切换不受控制的问题。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种无线局域网的负载均衡方法，包括下列步骤：

第一步：扩展服务组中的无线接入点之间交互各自的负载均衡信息；

第二步：当前无线接入点统计负载差距并将负载差距信息通知其管辖的所有终端；

第三步：终端根据负载差距信息决定是否切换，并将决定通知当前无线接入点；

第四步：当前无线接入点代理决定切换的终端，到目标无线接入点处进行切换申请；

第五步：目标无线接入点判断当前自身剩余资源能否满足申请切换终端的需求，如果能则安排该申请终端的切换时机，否则拒绝该终端的切换申请；

第六步：当前无线接入点将申请结果通知申请切换的终端；

第七步：获得切换资格的终端在切换时机到达时或得到当前接入点的切换指示后进行切换。

本发明提出的负载均衡方法，通过无线接入点之间的协调发现负载最轻的无线接入点，当前无线接入点作为终端的代理实现全局的切换排队，统一调度和控制终端在目标无线接入点处的切换。该方法有以下的优点：

1、由于在目标接入点处的所有的切换请求和切换行为都已经被预先定义顺序，切换的发生是目标无线接入点根据排队顺序进行，避免了终端在目标接入点处的竞争，将排队的竞争转移到无线接入点之间，通过有线***进行。目标无线接入点的负载变化也会呈现平稳有序的变化，避免切换在目标无线接入点上的拥塞。

2、对于终端来讲，切换之前虽然经历了排队申请，切换的时间跨度延长，但主要是切换准备的时间延长，由于没有切换竞争，真正切换时间会缩短。终端提前可以知道切换的结果和切换的顺序，降低切换带来的风险，切换的成功率提高。

3、切换的准备期是由终端的当前无线接入点实现的，终端并不直接参与竞争。在此准备期间，终端并没有发生实质性的变化，终端上的业务也不受影响。在目标无线接入点处理切换队列的过程中，由于有一个目标接入点向当前接入点的叫号的过程，与切换有关的认证，同步等工作都可以提前完成，终端只需重连接到目标无线接入点，这就能够有效降低原切换方法造成的时延。

附图说明

图1是无线局域网扩展服务组的结构示意图；

图2是本发明的一个具体实施例的详细流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明做进一步详细说明。

本发明所述的无线局域网环境至少包括两个无线接入点和两个终端。两个无线接入点组成一个扩展服务组，为两个终端提供接入服务。图1是无线局域网扩展服务组的结构示意图，如图1所示，一共有两个无线接入点：无线接入点1和无线接入点2。每个接入点和其管理的终端组成基本服务组，两个个基本服务组协同工作组成一个扩展服务组。图中基本服务组的椭圆虚线表示无线接入点的覆盖范围。两个基本服务组的覆盖范围有一定的重叠。终端1，终端2是在扩展服务组中移动的终端，上层应用业务在终端上运行。处于重叠区域内的终端，会同时扫描到多个无线接入点的信号。

结合图2，负载重的无线接入点为当前无线接入点，负载轻的无线接入点即为目标无线接入点。本发明的详细实施步骤如下：

1、扩展服务组之内的无线接入点通过设备间私有协议或分布式***，交互各自的负载均衡信息。这里的负载均衡信息至少包括无线接入点连接的终端个数和无线接入点的流量。

2、发现扩展服务组中负载轻的无线接入点之后，当前无线接入点计算负载差距。这里的负载差距是指当前无线接入点与某个负载较轻的无线接入点之间的负载差距，至少包括以下信息：目标无线接入点的基本服务组标识(BSSID)，目标无线接入点可以接纳的终端数量，目标无线接入点可以提供的带宽容量。

3、当前无线接入点向其管辖的所有终端广播负载差距信息，同时向终端发送的还有目标无线接入点的基本服务组标识BSSID。

4、终端接收到负载差距信息后，进行相关的判断。一方面是进行背景扫描，获取目标无线接入点的信号强度。另一方面，根据目标无线接入点的可接纳用户数量和带宽情况，决定是否参加切换排队。如果终端不参加排队，则继续维持当前的连接。如果决定参加排队，则向当前无线接入点发送排队申请，请求当前无线接入点代理终端进行排队。

5、当前无线接入点接收到排队请求后，通过设备间私有协议或分布式***，向目标无线接入点申请排队。多个无线接入点之间采用竞争方式申请，排队申请信息中包括：终端的MAC地址信息，当前无线接入点的BSSID信息，终端的带宽要求，终端的QoS要求。

6、目标无线接入点在接收到排队申请后，根据排队申请中的内容，判断当前自身剩余的资源能否满足申请切换终端的需求，如果能够满足，则接受排队申请，将申请终端的MAC地址，终端所在的BSSID，终端的带宽要求等信息保存到本地的排队队列中，同时产生一个排队序号，将该序号返回给当前无线接入点。这个序号可以是排队的顺序序号，也可以是排列好的切换开始的时间。如果不能满足终端的要求，则向当前无线接入点发送排队失败消息。目标无线接入点返回的排队结果信息中包括：排队结果，如果正确为排队序号，如果错误，则序号为-1；终端的MAC地址；当前无线接入点的BSSID。

7、当前无线接入点接收到排队结果后，将该结果发送给相应的终端。如果排队成功，则通知终端排队序号，如果排队失败，则通知终端排队申请失败。

8、终端接收到当前无线接入点转发的排队结果后，进行判断。如果排队失败，则维持当前的连接。如果排队成功，则等待自己的切换时机。

9、目标无线接入点发现切换排队队列中不为空，就开始顺序处理队列中的排队申请。处理顺序是按照排队序号的先后顺序。处理的动作就是判断排队者所属的无线接入点的BSSID信息，然后向该无线接入点发送切换开始通知，当前无线接入点在收到该通知后转发给终端。获得切换资格的终端在正式切换前可以放弃切换资格，目标无线接入点不对放弃资格的无线终端作进一步处理。目标无线接入点在通知终端切换的同时，启动定时装置，如果在定时的时间段之内，终端没有发出重连接请求，则切换失败。

10、终端接收到切换开始的通知后，切断与当前无线接入点的连接，切换至目标无线接入点的信道上，向目标无线接入点发送重连接请求。目标无线接入点处理重连接请求，完成切换过程。切换完成后目标无线接入点将该终端的信息从排队队列中删除。更新排队队列的信息。

11、目标无线接入点判断排队队列的情况。如果排队队列非空，则转至第9步，继续处理排队队列。如果排队队列空，则本次负载均衡调整结束。

本方法兼容终端放弃已经申请到的排队序号，终端可以通过当前无线接入点向目标接入点发送放弃请求，目标无线接入点在接收到放弃请求后，将终端的信息从排队队列中删除。目标无线接入点依然按照排队队列中的顺序处理切换。

Claims (10)

1、一种无线局域网的负载均衡方法，其特征在于包括下列步骤：

第一步：扩展服务组中的无线接入点之间交互各自的负载均衡信息；

第二步：当前无线接入点统计负载差距并将负载差距信息通知其管辖的所有终端；

第三步：终端根据负载差距信息决定是否切换，并将决定通知当前无线接入点；

第四步：当前无线接入点代理决定切换的终端，到目标无线接入点处进行切换申请；

第五步：目标无线接入点判断当前自身剩余资源能否满足申请切换终端的需求，如果能则安排该申请终端的切换时机，否则拒绝该终端的切换申请；

第六步：当前无线接入点将申请结果通知申请切换的终端；

第七步：获得切换资格的终端在切换时机到达时或得到当前接入点的切换指示后进行切换。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述负载均衡信息至少包括无线接入点连接的终端个数和无线接入点的流量。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述扩展服务组之内的无线接入点通过设备间私有协议或分布式***交互各自的负载信息。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述负载差距信息是指当前无线接入点与某个负载较轻的无线接入点之间的负载差距，包括目标无线接入点的基本服务组标识、目标无线接入点可以接纳的终端数量以及目标无线接入点可以提供的带宽容量。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于第三步中，终端在进行目标无线接入点的扫描，获取终端与目标无线接入点之间的连接质量后，根据负载差距和终端自身的带宽要求决定是否进行切换。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于第五步中，目标无线接入点在确认自身资源能够满足申请切换终端的需求后，保存该终端的地址信息和该终端所属的基本服务组标识，以及安排给该终端的切换时机。

7、根据权利要求1或2或3或4或6所述的方法，其特征在于所述第四步中，多个无线接入点申请切换排队采用竞争的方式申请。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述第五步中的切换时机可以是给终端安排的切换顺序序号，也可以是代表切换顺序的切换开始时间。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述第七步具体包括下列步骤：

(1)目标无线接入点顺序处理排队队列，通过当前无线接入点通知终端切换开始；

(2)切换终端与目标无线接入点建立连接；

(3)终端完成切换；

(4)更新排队队列；

(5)目标无线接入点重复执行步骤(1)-(4)直至所有终端完成切换。

10、根据权利要求7所述的方法，其特征在于获得切换资格的终端在正式切换前可以放弃切换资格，目标无线接入点不对放弃资格的无线终端作进一步处理。

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