CN101002431A - 在无线lan中用于负荷平衡的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种在无线LAN中用于负荷平衡的系统和方法。该系统和方法使用一种包括用于负荷平衡目的的管理帧的新管理命令。新的“负荷平衡”管理帧包括一个两部分的帧主体：至少一个AP信息组和至少一个切换条件组。该切换条件组还可包括对预定算法的指定。

Description

在无线LAN中用于负荷平衡的系统和方法
[0001]本发明涉及一种在无线局域网WLAN中用于负荷平衡的系统和方法。更具体地，本发明提供了一种在参加WLAN的设备之间平衡业务量时使用的管理帧和程序过程。最具体地，本发明提供了一种用于在WLAN的设备之间切换业务量以便平衡它们的业务量负荷的管理帧和程序过程。
[0002]近年来，IEEE 802.11 WLAN产品已主导WLAN市场。用于WLAN的支持物理层单元的媒体接入控制(MAC)和物理特征被规定且是IEEE 802.11标准，该标准是在International Standard ISO/IEC8802-11，“Information Technology-Telecommunications andInformation Exchange Area Networks，”1999 Edition(国际标准ISO/IEC8802-11，“信息技术一电信和信息交换区域网”1999版)中定义的，该标准整体地在此引入以供参考。
[0003]IEEE 802.11标准将无线局域网定义为具有两种拓扑，即基础结构(Infrastructure)和自组网(Ad hoc)的其中之一。在基础结构拓扑中，基本网络部件是无线站(STA)和接入点(AP)，其中AP在STA与外部网络实体之间执行桥接。AP提供STA到一个分布系统(DS)的接入，而分布系统(DS)连接无线网与至少一个外部网络(以太网，LAN，互联网)。所以，基础结构BSS被广泛地使用于企业网络。STA与AP相关联，并且通过AP与其它STA通信，单个STA可以与一个以上的AP相关联，并且STA可以从一个AP漫游到另一个AP。在自组网拓扑中，每个STA直接与其它的STA通信，而不用藉助于AP。
[0004]图1显示了典型的IEEE 802.11无线LAN设置，其中有两个AP101，其服务于两个基础结构基本服务组(BSS)100。围绕AP的圆圈102代表AP101的覆盖区域。在AP101的覆盖区域内的STA103可以与AP101相关联，从而变为参加(affiliate with)由AP101提供服务的BSS102。应当指出，在图1上有一个AP覆盖范围的重叠区域104。在重叠区域104中，一个AP101或两个AP101可以服务于STA105。
[0005]无线局域网经受不均匀的业务量分布，因为没有适当的机制来支持WLAN的设备之间的负荷平衡。尽管有显著的进步，但今天的WLAN仍旧不能提供与有线LAN相同水平的持续的带宽。现有技术的基于接收信号强度指示(RSSI)的算法会导致所有的STA101与单个或非常少的AP102相关联，从而使总的网络性能降级。例如，在图1上，STA1-STA8可全部与AP1相关联。因为当前的IEEE802.11无线LAN标准没有规定STA如何选择与哪个BSS相关联。
[0006]IEEE802.11 MAC的接入方法是具有冲突避免的载波侦听多址接入(CSMA/CA)，它采用在对话之前收听的方案。具有待传送数据的STA必须首先侦听无线电信道，以及仅仅在媒质不忙时才可以由该STA进行传输。
[0007]因此，在本行业中需要一种用于在无线网中的AP之间进行负荷平衡的系统和方法。
[0008]本发明的系统和方法是基于由AP发送到STA的新的管理帧。本发明提供了一种系统和方法，用于由AP使用该新的管理帧来通知STA它可以切换到至少一个另外的AP，并且还用于由AP向STA提供关于STA应当根据其切换的条件的相关信息。STA使用预定的负荷平衡算法来确定是否切换和何时切换以及切换到哪个AP。
[0009]通过以下的附图和本发明的详细说明，本发明的系统和方法的这些和其它特性将变得显而易见。
[00010]图1显示典型的无线网体系结构，用于具有非平衡负荷的重叠的基础结构BSS，对该基础结构BSS要应用本发明的实施例；
[00011]图2显示按照本发明的实施例修改的、重新平衡一次的图1的重叠的基础结构BSS；
[00012]图3显示按照本发明的、用于负荷平衡的管理帧；
[00013]图4显示按照本发明的、当STA接收到用于负荷平衡的管理帧时由STA执行的处理流；以及
[00014]图5显示按照本发明的实施例修改的无线设备的体系结构。
[00015]应当理解，这些图仅仅是为了说明本发明的概念，而并不打算作为本发明的限制的定义。这里的附图所显示的、并在附随的详细说明中描述的实施例被用作为说明性实施例，而不应当被看作为实践本发明的唯一方式。另外，相同的参考标号被使用来标识相似的单元，在适当的场合下这些相同的参考标号有可能用参考字符予以补充。
[00016]本领域技术人员应当理解，以下的说明是出于说明而不是限制的目的而提供的。技术人员明白，在本发明的精神和所附权利要求的范围内有许多变化。已知的功能和操作的不必要的细节可以从当前的说明中省略，以免遮蔽本发明。
[00017]图1显示了在其中要应用本发明的实施例的代表性基础结构无线通信网100。该网络包括多个无线AP设备101和多个STA103。在传统的方法中，可能出现非平衡负荷情形，其中STA1-STA8与AP1相关联，而STA9与AP2相关联。在传统的方法中，当前的IEEE802.11无线LAN标准没有规定STA如何选择加入哪个BSS。因此，新的站可以通过(1)扫描媒质寻找可附着的AP和记录对应于发现的每个AP的接收信号强度指示(RSSI)而选择AP。结果是在AP1与AP2之间既没有平等地共享工作负荷，也没有平等地共享带宽，且网络容量未被充分利用。更好的解决方案是在AP之间平衡负荷。
[00018]IEEE802.11无线LAN标准没有提供用于由AP重新平衡负荷的机制。按照本发明的系统和方法，希望AP1请求某些站转到BSS2。所以，有可能发生图1所示的情景，其中除了一个STA以外的所有STA由一个Ap，即AP1提供服务，从而导致对于两个AP的非平衡负荷。
[00019]通过使得AP能够为与其BSS关联的所有站(STA)提供新的管理命令，本发明的系统和方法可应用于无线局域网(WLAN)。例如，BSS1的STA2处在与邻近的BSS2重叠的区域104内，因此它是切换到BSS2的候选者。为此，本发明引入以新管理帧300的形式的新管理命令，其使能当至少一个预定的非平衡负荷条件成立时切换AP。
[00020]在第一实施例中，当一STA首先加入一AP的网络时，该AP发送管理帧到该STA。在第二实施例中，通过该至少一个非平衡条件来动态地确定负荷平衡，该非平衡条件通过一个预定算法发现，该预定算法首先由AP来执行以便确定负荷是非平衡的，且然后由关联的STA执行以验证该条件对于该STA成立。
[00021]本发明的系统和方法添加了一个被称为“负荷平衡”的命令，它采取由AP发送到STA的新管理帧300的形式。图3显示了这个负荷平衡命令的管理帧主体300，其包括第一部分301和第二部分302。
[00022]在第一部分301中，该命令指定一个候选AP1，如果在第二部分302中指定的算法被满足的话则接收到这个命令的STA应当切换到该候选AP1。在该管理帧的一般形式中，它提供至少一个AP作为负荷平衡候选者，STA可以从其中进行选择。在第一部分301中还包括对于指定的APi的信息组#i。对于该至少一个APi的信息组#i包括BSSID、工作信道、当前负荷等等。
[00023]在第二部分302中，该管理帧指定至少一个算法，根据该算法，接收到该命令的STA应当切换到指定的APi。该算法从由以下项组成的组中选择：
[00024](1)-得到对于在帧的第一部分中的相应AP的RSSI，以及
[00025]-如果来自管理帧的第一部分中的候选AP的RSSI超过一预定阈值，则
切换到该候选AP；以及
[00026](2)-得到对于在帧的第一部分中的相应AP的RSSI，以及
[00027]-只有在
[00028]a.该管理帧的第一部分中的候选AP的负荷低于预定阈值，且
[00029]b.来自该候选AP的RSSI超过一预定阈值时，才切换到该AP；
[00030](3)-得到对于在帧的第一部分中的相应AP的RSSI，以及
[00031]-只有在
[00032]a.管理帧的第一部分中的候选AP负荷与当前AP负荷之间的差值超过一预定阈值(即，候选AP比起当前AP具有相当轻的负荷)，且
[00033]b.来自该候选AP的RSSI超过一预定阈值时，才切换到该候选AP。
如果没有算法被满足，则该STA保持与其当前的AP相关联。
[00034]图4显示用于处理按照本发明的管理帧的流程图，该管理帧由已与AP1关联的STAj接收。在步骤401，STAj侦听媒质和接收来自AP1的管理帧300。然后在步骤402，STAj处理接收到的管理帧300，以及在步骤403，确定是否切换AP，以及在步骤404，或是切换到APm、或是返回到步骤401侦听媒质。
[00035]现在参考图5，每个AP和STA按照本发明被修改成执行负荷平衡算法，以确定STA应当何时初始地加入另一个AP或切换到另一个AP。按照本发明的原理，提供了一个管理命令，其使得AP101能够发送管理帧和STA103能够接收管理帧，该管理帧包含至少一个AP信息组和至少一个切换条件，例如预定的算法。应当指出，该预定的算法可以被识别，但并不存在于管理帧的切换条件中。图2显示最终得到的通信系统200，它使用本发明来为STA2105和STA3105发送管理命令以切换到AP2107。
[00036]在图1所示的WLAN100内的每个无线设备101、103可包括一个系统，该系统包括图5所示的体系结构。每个无线设备101、103可包括天线506，其被耦合到通过无线媒质通信的接收机501。设备101、103各自还包括处理器502和负荷平衡算法模块504。例如，在STA中，处理器502被配置成从接收机501接收具有一个或多个AP信息组301i和相应的切换条件302i的管理帧，并通过使用负荷平衡算法模块504来处理该管理帧，以便确定STA是否应当切换AP。在AP中，处理器502被配置成格式化并经由发送机503发送管理命令(帧)300来引导STA切换到某些AP301，以及指定切换的条件302(例如要由STA执行的算法)以确定何时切换AP。
[00037]用于负荷平衡的管理命令的系统和方法可以用于包括IEEE802.11WLAN以及其它类型的WLAN的无线LAN。
[00038]虽然这里展示、描述和指出了被应用到本发明优选实施例的本发明的基本的新颖特性，但将会看到，可以由本领域技术人员在所描述的设备中、在所公开的装置的形式和细节上以及在它们的操作上作出各种省略和替换以及修改，而不背离本发明的精神。显然旨在将以基本上相同的方式执行基本上相同的功能来达到相同结果的那些单元的所有组合纳入本发明的范围内。从一个描述的实施例到另一个实施例的元素的替换也完全是在计划中的和预期的。

Claims (21)

1.一种在包括多个接入点(AP)(101，107，108)和与其相关联的多个站(STA)(103，105)的无线通信系统(100)中进行负荷平衡的方法，该方法包括以下步骤：
由STA(105)从其关联的AP(107)接收负荷平衡命令(300)，该负荷平衡命令包括用于至少另一个AP(108)的至少一个AP信息组(301)和至少一个切换条件组(302)；以及
基于满足该至少一个切换条件组(302)之一，由STA(105)使用该至少一个AP信息组(301)来从其关联的AP(107)切换到该至少另一个AP(108)，且如果没有算法被满足，则STA(105)保持与它的当前AP(106)相关联。
2.权利要求1的方法，其中该至少一个AP信息组(301)包括从由基本服务组识别符(BSSID)、工作信道和当前负荷组成的组中选取的用于AP(101)的至少一个信息项。
3.权利要求1的方法，其中该切换条件组(302)包括从由以下项组成的组中选择的至少一个算法：
(1)-得到对于来自该至少一个AP信息组(301)的相应的候选AP的RSSI，以及
-如果该候选AP的RSSI超过一预定阈值，则切换到该候选AP；以及
(2)-得到对于在帧的第一部分中的相应AP的RSSI，以及
-如果
a.该候选AP的负荷低于一预定阈值，且
b.该候选AP的RSSI超过一预定阈值，
则切换到该候选AP；
(3)-得到对于来自该至少一个AP信息组(301)的相应AP的RSSI，以及
-如果
a.该候选AP负荷与当前AP负荷之间的差值超过一预定阈值，且
b.该候选AP的RSSI超过一预定阈值，
则切换到该候选AP。
4.权利要求3的方法，其中该至少一个AP信息组(301)包括从由基本服务组识别符(BSSID)、工作信道和当前负荷组成的组中选取的用于AP(101)的至少一个信息项。
5.权利要求1的方法，其中该负荷平衡命令是包括该至少一个AP信息组(301)和该至少一个相应的切换条件组(302)的管理帧(300)。
6.权利要求5的方法，其中该至少一个AP信息组(301)包括从由基本服务组识别符(BSSID)、工作信道和当前负荷组成的组中选取的用于AP(101)的至少一个信息项。
7.权利要求6的方法，其中该至少一个相应的切换条件组(302)包括从由以下项组成的组中选择的至少一个算法：
(1)-得到对于来自该至少一个AP信息组(301)的相应的候选AP的RSSI，以及
-如果该候选AP的RSSI超过一预定阈值，则切换到该候选AP；以及
(2)-得到对于在帧的第一部分中的相应AP的RSSI，以及
-如果
a.该候选AP的负荷低于一预定阈值，且
b.该候选AP的RSSI超过一预定阈值，
则切换到该候选AP；
(3)-得到对于来自该至少一个AP信息组(301)的相应AP的RSSI，以及
-如果
a.该候选AP负荷与当前AP负荷之间的差值超过一预定阈值，且
b.该候选AP的RSS I超过一预定阈值，
则切换到该候选AP。
8.一种在包括多个接入点(AP)(101，107，108)和与其相关联的多个站(STA)(103，105)的无线通信系统(100)中进行负荷平衡的方法，该方法包括以下步骤：
由AP(107)发送负荷平衡命令(300)到关联的STA(103，105)，该负荷平衡命令(300)包括用于至少另一个AP(108)的至少一个AP信息组(301)和至少一个相应的切换条件组(302)；以及
基于满足该至少一个相应的切换条件组(302)之一，由STA(105)使用该至少另一个AP(108)的信息组(302)来从其关联的AP(107)切换到该至少另一个AP(108)。
9.权利要求8的方法，其中该至少一个AP信息组(301)包括从由基本服务组识别符(BSSID)、工作信道和当前负荷组成的组中选取的用于AP的至少一个信息项。
10.权利要求8的方法，其中该至少一个相应的切换条件组(302)包括从由以下项组成的组中选择的至少一个算法：
(1)-得到对于来自该至少一个AP信息组(301)的相应的候选AP的RSSI，以及
-如果该候选AP的RSSI超过一预定阈值，则切换到该候选AP；以及
(2)-得到对于在帧的第一部分中的相应AP的RSSI，以及
-如果
a.该候选AP的负荷低于一预定阈值，且
b.该候选AP的RSSI超过一预定阈值，
则切换到该候选AP；
(3)-得到对于来自该至少一个AP信息组(301)的相应AP的RSSI，以及
-如果
a.该候选AP负荷与当前AP负荷之间的差值超过一预定阈值，且
b.该候选AP的RSSI超过一预定阈值，
则切换到该候选AP。
11.权利要求10的方法，其中该至少一个AP信息组(301)包括从由基本服务组识别符(BSSID)、工作信道和当前负荷组成的组中选取的用于AP(101，107，108)的至少一个信息项。
12.权利要求8的方法，其中该负荷平衡命令是包括该至少一个AP信息组(301)和该至少一个相应的切换条件组(302)的管理帧(300)。
13.权利要求12的方法，其中该至少一个AP信息组(301)包括从由基本服务组识别符(BSSID)、工作信道和当前负荷组成的组中选取的用于AP的至少一个信息项。
14.权利要求13的方法，其中该至少一个相应的切换条件组(302)包括从由以下项组成的组中选择的至少一个算法：
(1)-得到对于来自该至少一个AP信息组(301)的相应的候选AP的RSSI，以及
-如果该候选AP的RSSI超过一预定阈值，则切换到该候选AP；以及
(2)-得到对于在帧的第一部分中的相应AP的RSSI，以及
-如果
a.该候选AP的负荷低于一预定阈值，且
b.该候选AP的RSSI超过一预定阈值，
则切换到该候选AP；
(3)-得到对于来自该至少一个AP信息组(301)的相应AP的RSSI，以及
-如果
a.该候选AP负荷与当前AP负荷之间的差值超过一预定阈值，且
b.该候选AP的RSSI超过一预定阈值，
则切换到该候选AP。
15.一种用于由站(STA)(103，105)从一个接入点(AP)(101，107，108)切换到另一个AP的设备，包括：
接收机(501)，用来接收负荷平衡命令(300)，该负荷平衡命令包括用于一AP的至少一个信息组(301)和至少一个相应的切换条件组(302)；
负荷平衡算法处理模块(504)，其使用该至少一个AP信息组(301)、通过至少一个预定算法来确定何时该至少一个相应的切换条件组(302)已被满足；
发送机(503)，用来传送消息；以及
处理器(502)，可操作地被耦合到接收机(501)、负荷平衡算法模块(504)和发送机(503)，并且它被配置成接受该接收的负荷平衡命令(300)、引导该负荷平衡算法处理模块来处理所述命令以便确定STA(105)应当切换到的新的AP(108)一如果有的话，以及引导发送机(503)传送管理帧(300)以便把STA(105)切换到该新的AP(108)。
16.权利要求15的设备，其中用于AP的该至少一个信息组包括从由基本服务组识别符(BSSID)、工作信道和当前负荷组成的组中选取的用于AP的至少一个信息项。
17.权利要求15的设备，其中该至少一个切换条件组(302)包括从由以下项组成的组中选择的至少一个算法：
(1)-得到对于来自该至少一个AP信息组(301)的相应的候选AP的RSSI，以及
-如果该候选AP的RSSI超过一预定阈值，则切换到该候选AP；以及
(2)-得到对于在帧的第一部分中的相应AP的RSSI，以及
-如果
a.该候选AP的负荷低于一预定阈值，且
b.该候选AP的RSSI超过一预定阈值，
则切换到该候选AP；
(3)-得到对于来自该至少一个AP信息组(301)的相应AP的RSSI，以及
-如果
a.该候选AP负荷与当前AP负荷之间的差值超过一预定阈值，且
b.该候选AP的RSSI超过一预定阈值，
则切换到该候选AP。
18.权利要求17的设备，其中用于AP的该至少一个信息组(301)包括从由基本服务组识别符(BSSID)、工作信道和当前负荷组成的组中选取的用于AP的至少一个信息项。
19.权利要求15的设备，其中该负荷平衡命令是包括该用于一AP的至少一个信息组(301)和该至少一个相应的切换条件组(302)的管理帧。
20.权利要求19的设备，其中该用于AP的至少一个信息组(301)包括从由基本服务组识别符(BSSID)、工作信道和当前负荷组成的组中选取的用于AP的至少一个项。
21.权利要求20的设备，其中该至少一个相应的切换条件组(302)包括从由以下项组成的组中选择的至少一个算法：
(1)-得到对于来自该至少一个AP信息组(301)的相应的候选AP的RSSI，以及
-如果该候选AP的RSSI超过一预定阈值，则切换到该候选AP；以及
(2)-得到对于在帧的第一部分中的相应AP的RSSI，以及
-如果
a.该候选AP的负荷低于一预定阈值，且
b.该候选AP的RSSI超过一预定阈值，
则切换到该候选AP；
(3)-得到对于来自该至少一个AP信息组(301)的相应AP的RSSI，以及
-如果
a.该候选AP负荷与当前AP负荷之间的差值超过一预定阈值，且
b.该候选AP的RSSI超过一预定阈值，
则切换到该候选AP。
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