CN101541038A - 增强无线局域网承载的上层应用稳定性的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强无线局域网承载的上层应用稳定性的方法和WLAN设备。本发明配置具有最高优先级的特殊队列，专门用于发送影响上层应用接续的关键报文。由于特殊队列优先级高，其获得发送权的几率大于普通发送队列，因此通过该特殊队列发送的关键报文可以获得较多的发送机会，大大降低了关键报文的丢失概率，从而减少上层应用异常断开的几率，增强了上层应用稳定性。

Description

增强无线局域网承载的上层应用稳定性的方法和设备

技术领域

本发明涉及WLAN(Wireless Local Area Network，无线局域网)技术，具体涉及增强无线局域网承载的上层应用稳定性的方法和一种增强无线局域网承载的上层应用稳定性的WLAN设备。

背景技术

WLAN提供了一种局域网的无线连接服务，它能在较小的范围内提供高速的无线数据接入，是目前IT行业比较热门的技术之一，也是流行的无线接入方式。AP(Access Point，接入点)是WLAN的一个重要组成设备，是一个无线收发设备，其将从有线网络(例如Internet)接收到的数据转换成无线信号发送，将接收到的无线信号转换成数据并转发到有线网络。

WLAN使用开放空间媒质，但是在开放空间媒质中还有很多其他类型的设备在使用，例如蓝牙、微波炉等等，这些设备会造成大量的干扰。同时，在一个特定的空间内大量WLAN设备的使用也会造成相互干扰。WLAN协议的物理层机制上保证了所有WLAN设备的空口可以公平的获取空间媒质的使用权，但由于干扰的存在使得空间媒质的丢包事件时有发生，虽然WLAN设备具有重传机制，但是也不会无限制的重传，所以在WLAN中报文的丢失是经常发生的。

图1示出了WLAN数据报文的发送过程，其发送过程只是根据实际需要示出了部分可能发生的过程(802.11的数据发送机制可以参见IEEE802.11-2007，Local and metropolitan area networks-Specificrequirements-Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and PhysicalLayer(PHY)specification)。如图1所示，首先，空口物理层根据协议定义的物理层竞争机制尝试获取空间媒质的使用权，只有获得了使用权以后，空口才会试图发送数据报文。802.11协议已经充分考虑了空间媒质造成丢包的可能，定义了报文确认机制。当发送设备的空口发送数据报文的时候，只有接收到目的设备回应的ACK(确认)报文才会认为报文发送成功。如果发送的数据报文在传输过程中丢失或目的设备返回的ACK报文在传输过程中丢失，空口都会对当前数据报文重传。但是空口不会对同一报文无限制的重传，协议定义了最大重传次数，通常为5次，当一个报文重传次数达到最大重传次数，该报文将会被空口丢弃。

对于不支持QoS(Quality of Service，服务质量)的WLAN应用，诸如AP设备或客户端的WLAN设备，其空口使用唯一的普通发送队列发送所有报文，也就是说，AP设备或者客户端发送的所有报文都按照相同的规则排队并顺序发送，不同设备的空口之间的竞争策略也是完全相同。那么，对于WLAN上承载的各种应用协议中的关键报文，例如上述ACK报文，这些关键报文的丢失概率与普通报文的丢失概率相同。当传输环境比较恶劣时，这些关键报文的丢失概率增加，容易导致承载的上层应用异常断开，无法保证上层应用的稳定性。

对于支持QoS机制的WLAN应用，IEEE 802.11定义了4个AC(AccessCategory，访问分类)队列，分别为AC0，AC1，AC2和AC3，这四个队列的优先级顺序是AC3＞AC2＞AC1＞AC0，按照业务优先级确定报文通过哪个AC队列发送。每个WLAN设备都具有这四个AC队列，同一设备中的四个AC队列根据优先级竞争空间媒质的使用权，得到使用权的AC队列与其它WLAN设备竞争空口资源，最终得到空口资源的队列得以接入信道，发送其队列中的报文。每一个AC队列对应一定的优先级策略，优先级策略包括最小竞争窗口、最大竞争窗口、退避物理间隔个数、发送优先级等信息，这些信息的组合确定了优先级策略的等级。队列的优先级策略不但影响到多台WLAN设备之间竞争到空间媒质的机会，也会影响到单个WLAN设备发送报文的几率。例如，当前使用AC3队列发送数据的设备将远远比使用AC1队列的设备更有可能获得发送报文的机会；对于同一个设备，其通过AC3队列发送的数据报文将比通过AC0队列发送的数据报文获得更多的发送机会，而且在同等条件下AC3队列发送的报文量将远远多于AC0队列发送的报文量。

虽然，在支持QoS的WLAN中，AP设备或者客户端的空口对报文进行分类并区分发送，但是其报文类型的确定依据是报文所属业务。对于通过低优先级的AC队列发送的报文，其不仅包括普通报文，还包括影响上层应用接续的关键报文。如果低优先级的AC队列迟迟不能得到发送权，那么其队列中的关键报文也会滞后发送，从而导致承载的上层应用协议异常断开，可见，QoS机制并不能改善上层应用的稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种增强无线局域网承载的上层应用稳定性的方法，能够减少上层应用异常断开的几率，从而改善上层应用的稳定性。

WLAN设备对待发送报文进行解析，以确定待发送报文是否为WLAN所承载的上层应用协议中的关键报文，所述关键报文是令上层应用接续的报文；

将确定出的关键报文送入预先配置的关键报文发送队列；所述关键报文发送队列的优先级策略的等级高于或等于所在WLAN设备中各普通发送队列的最高级优先级策略；

所述关键报文发送队列根据自身的优先级策略竞争空间媒质的使用权，并在获得使用权时发送其队列中的报文。

较佳地，所述关键报文发送队列的最高重传次数被配置为大于所在WLAN设备中各普通发送队列的最高重传次数。

较佳地，所述关键报文包括上层应用协议中的握手报文。

较佳地，所述预先配置的关键报文发送队列为：额外设置的关键报文发送队列；

所述关键报文发送队列的优先级策略的等级高于AC3队列的优先级策略，或者关键报文发送队列的优先级策略设置为与AC3队列的优先级策略相同，所述AC3队列为IEEE802.11规定的WLAN设备中优先级最高的访问分类AC队列。

其中，所述WLAN所承载的上层应用协议包括：以太网承载点对点协议PPPoE；

所述确定待发送报文是否为WLAN所承载的上层应用协议中的关键报文，包括：

通过报文解析，判断待发送报文是否满足设定的PPPoE协议对应的关键报文过滤规则，如果满足，则确定所述待发送报文为所述PPPoE协议中的关键报文；

所述PPPoE协议对应的关键报文过滤规则包括：以太网类型字段为0x8864、PPP协议类型字段为0xc021且类型字段为0x9或0xa。

本发明还提供了一种增强无线局域网承载的上层应用稳定性的WLAN设备，能够减少上层应用异常断开的几率，从而改善上层应用的稳定性。

该设备包括：报文解析单元、报文入队单元、关键报文发送队列和至少一个普通发送队列；

报文解析单元，用于对待发送报文进行解析，以确定待发送报文是否为WLAN所承载上层应用协议中的关键报文；所述关键报文是令上层应用接续的报文；

报文入队单元，用于将所述报文解析单元确定出的关键报文送入所述关键报文发送队列，将非关键报文送入相应普通发送队列；

所述关键报文发送队列，用于暂存待发送的关键报文，根据自身的优先级策略竞争空间媒质的使用权，并在获得使用权时发送其队列中的报文；该关键报文发送队列的优先级策略的等级高于或等于普通发送队列的最高级优先级策略；

所述普通发送队列，用于暂存待发送的非关键报文；根据自身的优先级策略竞争空间媒质的使用权，并在获得使用权时发送其队列中的报文。

较佳地，所述关键报文发送队列的最高重传次数被配置为大于所在WLAN设备中各普通发送队列的最高重传次数。

较佳地，所述报文解析单元所确定的关键报文包括上层应用协议中的握手报文。

较佳地，所述关键报文发送队列独立于所述普通发送队列；所述关键报文发送队列的优先级策略的等级高于AC3队列的优先级策略，或者关键报文发送队列的优先级策略设置为与AC3队列的优先级策略相同，所述AC3队列为IEEE802.11规定的WLAN设备中优先级最高的AC队列。

其中，所述WLAN所承载的上层应用协议包括PPPoE；

所述报文解析单元包括过滤规则存储模块和解析执行模块；

所述过滤规则存储模块，用于存储各上层应用协议对应的关键报文过滤规则；所述PPPoE协议对应的关键报文过滤规则包括：以太网类型字段为0x8864、PPP协议类型字段为0xc021且类型字段为0x9或0xa；

所述解析执行模块，用于通过报文解析，判断待发送报文是否满足所述过滤规则存储模块存储的关键报文过滤规则，如果满足，则确定所述待发送报文为关键报文。

根据以上技术方案可见，本发明设置具有高优先级的关键报文发送队列，将各上层应用协议中影响上层应用接续性的关键报文通过该关键报文发送队列发送。由于关键报文发送队列优先级高，因此无论是在WLAN设备中，还是在WLAN网络中，其获得发送权的几率都大于普通发送队列，因此通过关键报文发送队列发送的关键报文将比通过普通发送队列发送的报文获得更多的发送机会，大大降低了关键报文的丢失概率，从而减少上层应用异常断开的几率，使得上层应用的稳定性得以增强。

此外，本发明进一步提高关键报文发送队列发送失败时的重传次数，以提高关键报文的发送成功率，进一步提高了上层应用的稳定性。

附图说明

图1为目前无线局域网的报文发送过程示意图。

图2为本发明实施例中增强无线局域网承载的上层应用稳定性的方法流程图。

图3为本发明实施例中增强无线局域网承载的上层应用稳定性的WLAN设备结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种增强无线局域网承载的上层应用稳定性的方法，其基本思想为：在WLAN设备中增加一个特殊队列，专门用于发送关键报文。本发明将该特殊队列称为关键报文发送队列，将WLAN设备原有的报文发送队列称为普通发送队列。所述关键报文是指：令上层应用接续的报文。在很多上层应用协议中，握手报文属于关键报文。同时配置关键报文发送队列的优先级策略的等级高于或等于所在WLAN设备中各普通发送队列的最高级优先级策略。

在WLAN设备发送报文之前，对待发送报文进行解析，以确定待发送报文是否为WLAN所承载上层应用协议中的关键报文，将确定出的关键报文送入关键报文发送队列进行空口发送。不属于关键报文的报文称为非关键报文或普通报文，对于这部分报文进行常规处理。

可见，本发明设置具有最高优先级的关键报文发送队列，将各上层应用协议中影响上层应用接续性的关键报文通过该关键报文发送队列发送。由于关键报文发送队列优先级高，因此无论是在单个WLAN设备中，还是在WLAN网络中，其获得发送权的几率都大于普通发送队列，因此通过关键报文发送队列发送的关键报文将比通过普通发送队列发送的报文获得更多的发送机会，大大降低了关键报文的丢失概率，从而减少上层应用异常断开的几率，使得上层应用的稳定性得以增强。

较佳地，本发明进一步提高关键报文发送队列发送失败时的重传次数，以提高关键报文的发送成功率，进一步提高了上层应用的稳定性。

下面结合附图并举实施例，对本发明进行进一步地详细描述。

图2为本发明实施例中增强无线局域网承载的上层应用稳定性的方法流程图。如图2所示，该流程包括以下步骤：

步骤201：设置关键报文发送队列，称为AC4队列。该AC4队列独立于WLAN设备中原有的各普通发送队列。

在支持QoS的WLAN应用中，WLAN设备中原有的普通发送队列包括AC0、AC1、AC2和AC3队列，其中，AC3队列是IEEE802.11规定的WLAN设备中优先级最高的AC队列。在不支持Qos的WLAN中，原有普通发送队列仅有一个。

为了同时支持Qos和非Qos的WLAN应用，本发明实施例额外设置一个AC4队列：在支持QoS的WLAN设备中该AC4独立于AC0、AC1、AC2和AC3队列，在不支持QoS的WLAN设备中该AC4独立于唯一的普通发送队列。

而且，配置AC4队列的优先级策略的等级高于AC3队列的优先级策略的等级，或者将AC4队列的优先级策略设置为与AC3队列的优先级策略相同。

其中，优先级策略包括最小竞争窗口、最大竞争窗口、退避物理间隔个数、发送优先级等信息，这些信息的配置可以确定优先级策略的等级。采用高等级的优先级策略竞争发送权限的队列能够获得较高的发送机会。优先级策略中各参数的具体设置参见7.3.2.29 IEEE802.11-2007标准(Local andmetropolitan area networks-Specific requirements-Wireless LAN MediumAccess Control(MAC)and Physical Layer(PHY)specification)中关于优先级策略的参数设置。

较佳地，可以设置AC4队列的重传次数，使其大于各普通发送队列的最大重传次数，例如可以设置为10次。而普通发送队列的重传次数按照常规设置，例如设置为5次。

在实际中，在支持QoS的WLAN应用中，还可以直接采用AC3队列兼任关键报文发送队列，即AC队列既是普通的AC队列，又是本发明所提出的关键报文发送队列。在不支持Qos的WLAN应用中，还可以将AC4队列的优先级策略的等级设置为高于普通发送队列的优先级策略的等级。

步骤202：WLAN设备对待发送的报文进行解析，通过报文解析，判断待发送报文是否满足关键报文过滤规则，该过滤规则是针对各上层应用协议预先设置的，可以针对全部上层应用协议分别设置过滤规则，或针对关注的部分上层应用协议分别设置过滤规则；满足过滤规则的报文为关键报文，否则为普通报文。对关键报文执行步骤203，对普通报文执行步骤204。本步骤中被解析的报文为802.11报文，包括802.11承载的所有上层应用协议报文。

WLAN中较为常用的上层应用协议包括PPPoE(Point-to-Point Protocolover Ethernet，以太网承载的点对点协议)。当无线客户端使用PPPoE成功接入网络时，无线客户端和PPPoE服务器之间存在一类PPP(Point-to-PointProtocol，点对点协议)的握手报文，通常如果连续几次收不到该握手报文则会认为PPPoE链路出现异常，会主动的断开当前的PPPoE连接。所以该PPP的握手报文可以定义为PPPoE协议中的关键报文。

表1示出了PPPoE协议报文的格式。

表1

如表1所示，PPPoE协议报文中的“以太网类型”字段用来表示报文承载的载荷内容，例如0x0800表示IP报文、0x0864表示PPPoE的数据报文、0x0806表示ARP(地址解析协议)报文；“PPP协议类型”字段表示PPP协议的子协议类型，例如0xc021表示LCP(链路控制协议)；“类型”字段表示LCP协议载荷的报文类型。因此“以太网类型”、“PPP协议类型”和“类型”字段的结合可以指示PPPoE协议报文是否为PPPoE协议中的握手报文。具体来说，可以定义过滤规则：“以太网类型”字段为0x8864、“PPP协议类型”字段为0xc021且“类型”字段为0x9；或者“以太网类型”字段为0x8864、“PPP协议类型”字段为0xc021且“类型”字段为0xa。其中，“类型”为0x09为请求报文，“类型”为0x0a为ACK报文。满足上述过滤规则的报文被确定为握手报文，在空口发送这些报文时，会作为关键报文设置特殊处理标识，并通过AC4队列发送。不同协议对应的过滤规则不同，本发明不限制过滤规则具体内容。

以上仅以PPPoE协议为例，在实际中还适用于WLAN所承载的其他上层应用协议，例如802.1x认证协议、L2TP(Layer2 Tunnel Protocol，二层隧道协议)隧道协议等等。

步骤203：为关键报文设置特殊处理标识。

步骤204：在空口发送时，判断待发送报文是否设置有特殊处理标志；如果有，则执行步骤205；否则，执行步骤206。

步骤205：将待发送报文送入AC4队列，执行步骤207。

步骤206：根据WLAN设备是否支持Qos机制以及待发送报文承载的业务类型，将待发送报文送入相应普通发送队列，执行步骤207。

其中，在不支持Qos的WLAN应用中，将待发送报文送入唯一的普通发送队列；在支持Qos的WLAN应用中，根据待发送报文承载业务的优先级，将待发送报文送入符合业务优先级的AC队列。

步骤207：关键报文发送队列和各普通发送队列根据各自的优先级策略竞争空间媒质的使用权，并在获得使用权时发送其队列中的报文。

至此，本流程结束。

由图2示出的流程可见，通过为WLAN承载的各上层应用协议定义关键报文过滤规则，可以识别出各种上层应用协议中的关键报文。过滤操作不考虑报文所承载的业务类型，只关注报文是否为协议中的关键报文，使得各类业务流中的关键报文都能够通过获得较大的发送几率。例如，业务流1、业务流2和业务流3优先级不同，但是属于同一上层应用协议，那么业务流1、业务流2和业务流3中的关键报文都被过滤出来，通过AC4发送，使得这三种业务都能够得以接续，不会因为业务优先级低而被迟滞发送，导致连接中断。

为了实现上述增强无线局域网承载的上层应用稳定性的方法，本发明实施例还提供了一种WLAN设备，用以增强无线局域网承载的上层应用稳定性。图3为本发明实施例中增强无线局域网承载的上层应用稳定性的WLAN设备的结构示意图，如图3所示，该WLAN设备包括报文解析单元31、报文入队单元32、关键报文发送队列33和至少一个普通发送队列34。

报文解析单元31，用于对待发送报文进行解析，以确定待发送报文是否为WLAN所承载上层应用协议中的关键报文。该关键报文包括上层应用协议所定义的握手报文。

该报文解析单元31具体包括过滤规则存储模块311和解析执行模块312；其中，过滤规则存储模块311，用于存储WLAN承载的各上层应用协议对应的关键报文过滤规则。WLAN中常用的PPPoE协议对应的关键报文过滤规则包括：以太网类型字段为0x8864、PPP协议类型字段为0xc021、且类型字段为0x9或0xa。

解析执行模块312，用于通过报文解析，判断待发送报文是否满足过滤规则存储模块311存储的关键报文过滤规则，如果满足，则确定待发送报文为关键报文；不满足则确定为普通报文。

报文入队单元32，用于将报文解析单元31确定出的关键报文送入关键报文发送队列33，将普通报文送入相应普通发送队列34。

关键报文发送队列33，用于暂存待发送的关键报文，根据自身的优先级策略竞争空间媒质的使用权，并在获得使用权时发送其队列中的报文。该关键报文发送队列33的优先级策略等级高于或等于普通发送队列的最高级优先级策略。

普通发送队列34，用于暂存待发送的普通报文；根据自身的优先级策略竞争空间媒质的使用权，并在获得使用权时发送其队列中的报文。

较佳地，为了同时支持Qos和非Qos的WLAN应用，设置关键报文发送队列33独立于各普通发送队列34。关键报文发送队列33的优先级策略的等级高于AC3队列的优先级策略，或者关键报文发送队列33的优先级策略设置为与AC3队列的优先级策略相同。

在实际中，在不支持Qos的WLAN应用中，WLAN设备只包括一个普通发送队列，那么关键报文发送队列33的优先级策略的等级可以设置为高于唯一普通发送队列34的优先级策略的等级。在支持Qos机制的WLAN应用中，包括4个普通发送队列34：AC0、AC1、AC2和AC3，那么可以直接采用AC3作为关键报文发送队列，关键报文发送队列33与其中一个普通发送队列34重合，采用同一队列实现。图3中只示出了关键报文发送队列33与普通发送队列34相互独立的实施方式示意图。

较佳地，关键报文发送队列33的最高重传次数被配置为大于所在WLAN设备中各普通发送队列34的最高重传次数。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种增强无线局域网承载的上层应用稳定性的方法，其特征在于，该方法包括：

WLAN设备对待发送报文进行解析，以确定待发送报文是否为WLAN所承载的上层应用协议中的关键报文，所述关键报文是令上层应用接续的报文；

将确定出的关键报文送入预先配置的关键报文发送队列；所述关键报文发送队列的优先级策略的等级高于或等于所在WLAN设备中各普通发送队列的最高级优先级策略；

所述关键报文发送队列根据自身的优先级策略竞争空间媒质的使用权，并在获得使用权时发送其队列中的报文。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关键报文发送队列的最高重传次数被配置为大于所在WLAN设备中各普通发送队列的最高重传次数。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关键报文包括上层应用协议中的握手报文。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先配置的关键报文发送队列为：额外设置的关键报文发送队列；

所述关键报文发送队列的优先级策略的等级高于AC3队列的优先级策略，或者关键报文发送队列的优先级策略设置为与AC3队列的优先级策略相同，所述AC3队列为IEEE802.11规定的WLAN设备中优先级最高的访问分类AC队列。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述WLAN所承载的上层应用协议包括：以太网承载点对点协议PPPoE；

所述确定待发送报文是否为WLAN所承载的上层应用协议中的关键报文，包括：

通过报文解析，判断待发送报文是否满足设定的PPPoE协议对应的关键报文过滤规则，如果满足，则确定所述待发送报文为所述PPPoE协议中的关键报文；

所述PPPoE协议对应的关键报文过滤规则包括：以太网类型字段为0x8864、PPP协议类型字段为0xc021且类型字段为0x9或0xa。

6、一种增强无线局域网承载的上层应用稳定性的WLAN设备，其特征在于，该设备包括：报文解析单元、报文入队单元、关键报文发送队列和至少一个普通发送队列；

报文解析单元，用于对待发送报文进行解析，以确定待发送报文是否为WLAN所承载上层应用协议中的关键报文；所述关键报文是令上层应用接续的报文；

报文入队单元，用于将所述报文解析单元确定出的关键报文送入所述关键报文发送队列，将非关键报文送入相应普通发送队列；

所述关键报文发送队列，用于暂存待发送的关键报文，根据自身的优先级策略竞争空间媒质的使用权，并在获得使用权时发送其队列中的报文；该关键报文发送队列的优先级策略的等级高于或等于普通发送队列的最高级优先级策略；

所述普通发送队列，用于暂存待发送的非关键报文；根据自身的优先级策略竞争空间媒质的使用权，并在获得使用权时发送其队列中的报文。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述关键报文发送队列的最高重传次数被配置为大于所在WLAN设备中各普通发送队列的最高重传次数。

8、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述报文解析单元所确定的关键报文包括上层应用协议中的握手报文。

9、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述关键报文发送队列独立于所述普通发送队列；所述关键报文发送队列的优先级策略的等级高于AC3队列的优先级策略，或者关键报文发送队列的优先级策略设置为与AC3队列的优先级策略相同，所述AC3队列为IEEE802.11规定的WLAN设备中优先级最高的AC队列。

10、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述WLAN所承载的上层应用协议包括PPPoE；

所述报文解析单元包括过滤规则存储模块和解析执行模块；

所述过滤规则存储模块，用于存储各上层应用协议对应的关键报文过滤规则；所述PPPoE协议对应的关键报文过滤规则包括：以太网类型字段为0x8864、PPP协议类型字段为0xc021且类型字段为0x9或0xa；

所述解析执行模块，用于通过报文解析，判断待发送报文是否满足所述过滤规则存储模块存储的关键报文过滤规则，如果满足，则确定所述待发送报文为关键报文。

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