CN101335663A - 一种无线局域网接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线局域网接入方法，基于采用802.11协议分离MAC方案的系统构架实现，该方法是在分离MAC系统构架的集中式设备上创建虚拟网络接口，终端通过该虚拟网络接口与核心网实现数据交换。本发明通过在实际以太网接口上构造802.11虚拟网络接口，使得无线WLAN用户与有线用户可以同时使用相同的物理以太网接口，而可以使用不同网段，这就能在不改变现有有线基础网络的基础上，对其进行无线WLAN接入服务的扩展，由于所有的AP的数据都会送到集中设备上的虚拟接口上，因此在终端移动时不会出现用户标识的变化，使得终端可以在不同的AP间漫游移动。

Description

一种无线局域网接入方法

技术领域

本发明属于无线局域网技术领域，具体地说，本发明涉及一种无线局域网接入方法。

背景技术

常见的无线网络协议有：IEEE 802.11，IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE802.11g。根据IEEE 802.11MAC功能实现的不同，将WLAN网络结构划分为本地MAC方式、远程MAC方式和分离MAC方式，如附图1所示。本地MAC方式是将MAC功能实现在AP(Access Point，接入点)上，而将Mobile IP，IPSec，RADIUS客户端和AP的配置管理等功能实现在AP上。优点是实现简单，在原有AP上添加相应的接口即可；缺点是AP成本较高，集中式设备和AP之间存在功能上的重叠，不适合大规模WLAN网络的部署。远程MAC方式是将MAC功能完全实现在集中式设备上，AP仅实现物理层的功能。优点是AP功能简单，成本最低；缺点是实时MAC功能实现在集中式设备上，不利于开展时延敏感型业务。分离MAC方式是将MAC功能中的非实时部分实现在集中式设备上，而将和物理层联系比较紧密或实时性要求比较强的部分实现在AP上。控制了AP成本，利于开展话音业务和实现无线资源管理等高级管理功能。由上述说明可见，分离MAC方式的WLAN结构将更加适合于运营商或大型企业布设大型无线网络并开展不同的业务。

通常一个实际的物理端口对应一个网络接口，管理员可以对该实际的网络接口进行IP和路由的配置。在特殊需要时也可以建立一个逻辑的网络接口(即虚拟网络接口)，虚拟的网络接口对外表现出与实际物理的网络接口相同的特性(即可以配置IP和路由等)，将此虚拟网络接口与一个或多个实际网络接口关联起来可以实现特定的功能(如VLAN)。

传统的WLAN网络的部署，通常是在现有的有线网络上部署无线接入点AP以提供无线接入，所有的数据流通过AP发送到宽带接入服务器BAS上，最后由BAS转发的核心网。由于BAS对于合法接入终端的标识由IP地址、MAC地址、BAS端口号以及VLAN号四个参数组成，当终端从一个AP移动到另一个AP上是，标识就会发生变化，合法终端将会变为非法终端，从而造成通信的中断。因此这种方法仅仅是提供了无线接入，并不能提供移动性服务。

发明内容

本发明的目的是利用虚拟网络接口技术实现分离MAC方案中High MAC功能，从而提供一种基于802.11协议的无线局域网接入方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的无线局域网接入方法基于采用802.11协议分离MAC方案的系统构架实现，该方法在分离MAC系统构架的集中式设备上创建虚拟网络接口，终端通过该虚拟网络接口与核心网实现数据交换。

上述技术方案中，所述创建虚拟网络接口的方法包括如下步骤：

1)在集中式设备上创建802.11的虚拟网络接口；

2)将一个或多个实际的网络接口与所述虚拟的网络接口进行绑定；

3)在集中式设备与AP之间建立GRE隧道；

所述终端与核心网实现数据交换的方法是：

4)终端通过AP，经GRE隧道与集中式设备连接，再通过集中式设备上的虚拟网络接口与核心网实现数据交换。

上述技术方案中，所述步骤4)中，其数据上行过程包括如下步骤(参考图3)：

21)终端发送给核心网的数据通过无线链路交付给AP；

22)AP将接收到的数据通过GRE隧道发送给集中式设备；

23)集中式设备将AP发送的GRE数据帧交付给TCP/IP协议栈；

24)TCP/IP协议栈判断该数据包的目的地址是否为本机的地址，如果是则从数据包中提取802.11帧；

25)如果步骤24)中提取的802.11帧为802.11管理帧，构造响应帧并通原路径返回AP，并由AP发送给终端；

26)如果步骤24)中提取的802.11帧为数据帧，将其转换为以太网帧并经由802.11虚拟网络接口交付给TCP/IP协议栈，由TCP/IP协议栈转发到核心网。

上述技术方案中，所述步骤4)中，其数据下行过程包括如下步骤(参考图3)：

31)集中式设备从核心网接收发送至终端的IP包，通过路由查找获得虚拟网络接口；

32)将IP包转换成以太网帧；

33)将以太网帧转换为802.11帧；

34)确定终端所属的AP，通过GRE隧道将802.11帧发送给AP；

35)AP利用无线链路将数据帧送达终端。

本发明通过在实际以太网接口上构造802.11虚拟网络接口，使得无线WLAN用户与有线用户可以同时使用相同的物理以太网接口，而可以使用不同网段，这就能在不改变现有有线基础网络的基础上，对其进行无线WLAN接入服务的扩展，由于所有的AP的数据都会送到集中设备上的虚拟接口上，因此在终端移动时不会出现用户标识的变化，使得终端可以在不同的AP间漫游移动。

附图说明

图1是802.11MAC实现的三种结构

图2是802.11分离MAC方案的网络拓扑图

图3是802.11分离MAC中High MAC数据流处理图

图4是802.11分离MAC软件功能模块图

具体实施方式

本发明基于分离MAC方式，将MAC层拆分为两部分，即High MAC部分和LowMAC部分。其中，High MAC部分实现在集中式设备上，以支持无线资源的管理、优化移动性管理。其具体实现的功能有：管理帧的处理；数据帧的处理，包括分组和重组；将STA(Station，终端)发送的数据帧转换成以太网帧；或将发送给STA的以太网帧转换为802.11数据帧，发送给STA；转发功能；数据报文的加密、解密。Low MAC部分实现在接入点上，主要是处理对实时性要求比较高以及和物理层关系比较紧密的功能，具体具备以下功能：控制帧的处理；速率调整；信标帧的产生；探询帧的处理；节电模式的处理等。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

实施例1

分离MAC方案实施的网络拓扑可以如图2所示，将所有的AP都连接到集中式设备上，所以无线用户发送的的数据都将被送给集中式设备上，由该设备处理相应的802.11帧，最后发送给核心网。

本实施例在具体实现中的系统架构可分为AP部分和集中设备部分，

其中，AP部分包括：

APCP模块：主要完成向集中式设备注册、接收配置指令、本地配置等功能；

Low MAC模块：主要是控制帧、信标帧、探询帧的处理；

AI-API模块：实现APCP协议和Low MAC的相关通信；

GRE模块：将High MAC帧通过GRE封装发送给集中式设备处理。

集中设备部分包括：

WLAN配置模块：创建和配置WLAN接口；

APCP模块：与实际的AP通信，配置、监测AP，已完成信道分配、功率调整、自愈、负载均衡等高级功能；

AP配置与维护模块：与APCP通讯，添加、配置本地AP变量；

GRE模块：接收、发送High MAC数据帧；

802.11帧接收、发送模块：提供802.11帧接收接口和发送接口；

STA维护模块：维护STA哈希表，提供添加、删除、查找等外部接口；

管理帧处理模块：处理STA发送给AP的11管理帧，并作出相应的响应；

数据帧处理模块：处理STA发送或发送给STA的11数据帧；

虚拟接口处理模块：系统软件与IP协议栈的接口。

本实施利中，集中式设备在硬件上可采用intel x86或ixp2400平台，操作系统可以采用Linux实现。

本实施例的数据处理过程如下：

1、系统初始化(集中设备的初始化)

系统的初始化主要包括以下几个操作：

1)GRE初始化。向TCP/IP协议栈注册GRE协议的处理函数，使得IP协议栈收到发给本机的GRE包后，能够交给GRE模块进行处理。

2)Netlink初始化。创建内核的Netlink套接口，用于与上层的APCP模块进行通讯，接收AP配置的消息。

3)AP初始化。接收AP注册，建立AP之间的GRE隧道。

2、数据处理流程

数据处理流程如图4所示：(描述了上行数据处理过程，下行数据的处理过程相同，路径相反)

其中，上行数据处理

1)当AP收到STA的数据帧时，首先判断是否属于Low MAC帧，是则交给本地的Low MAC模块处理，否则通过GRE模块发送给集中设备处理

2)集中设备的GRE模块收到数据帧后，判断是否由已注册的AP发送，是则转交给802.11接收模块处理

3)802.11接收模块检验帧的正确性，并对帧进行分类，如果是管理帧就交给管理帧处理模块，如果是数据帧则交给数据帧处理模块

4)管理帧处理模块将处理并响应收到的802.11管理帧，并按原路径发送给终端

5)数据帧处理模块将收到的802.11数据格式转换为以太网数据格式，并交付给虚拟网络接口处理模块。

6)虚拟网络接口处理模块将以太网帧转换IP包，最后交付给IP协议帧处理，由IP协议栈查找路由发送至核心网。

下行数据处理

1)集中式设备从核心网收到发送无线终端的数据时，通过路由查找获得无线虚拟网络接口，并该数据交给虚拟网络接口处理模块处理。

2)虚拟网络接口处理模块将IP包转换成以太网帧交给数据帧处理模块。

3)数据帧处理模块构造802.11帧，交给802.11帧发送模块处理。

4)802.11发送模块确定终端所属的AP，调用GRE模块，通过GRE隧道发送给AP。

5)AP最终利用无线链路将数据帧送达终端。

漫游移动的支持

以两个AP连接到集中设备的不同接口为例，可以将集中设备不同接口下AP划分到一个虚拟网络接口，当终端从一个AP移动另一个AP时，由于两个AP都是通过GRE隧道将数据帧发送给集中设备的同一个虚拟网络接口处理，因此对于TCP/IP协议栈来说，终端的数据帧都是来自同一个路由接口或端口，从而终端可以成功的切换到另一个AP。

Claims (4)

1、一种无线局域网接入方法，基于采用802.11协议分离MAC方案的系统构架实现，该方法是在分离MAC系统构架的集中式设备上创建虚拟网络接口，终端通过该虚拟网络接口与核心网实现数据交换。

2、按权利要求1所述的无线局域网接入方法，其特征在于，所述创建虚拟网络接口的方法包括如下步骤：

1)在集中式设备上创建802.11的虚拟网络接口；

2)将一个或多个实际的网络接口与所述虚拟的网络接口进行绑定；

3)在集中式设备与AP之间建立GRE隧道；

所述终端与核心网实现数据交换的方法是：

4)终端通过AP，经GRE隧道与集中式设备连接，再通过集中式设备上的虚拟网络接口与核心网实现数据交换。

3、按权利要求2所述的无线局域网接入方法，其特征在于，所述步骤4)中，其数据上行过程包括如下步骤：

21)终端发送给核心网的数据通过无线链路交付给AP；

22)AP将接收到的数据通过GRE隧道发送给集中式设备；

23)集中式设备将AP发送的GRE数据帧交付给TCP/IP协议栈；

24)TCP/IP协议栈判断该数据包的目的地址是否为本机的地址，如果是则从数据包中提取802.11帧；

25)如果步骤24)中提取的802.11帧为802.11管理帧，构造响应帧并通原路径返回AP，并由AP发送给终端；

26)如果步骤24)中提取的802.11帧为数据帧，将其转换为以太网帧并经由802.11虚拟网络接口交付给TCP/IP协议栈，由TCP/IP协议栈转发到核心网。

4、按权利要求2所述的无线局域网接入方法，其特征在于，所述步骤4)中，其数据下行过程包括如下步骤：

31)集中式设备从核心网接收发送至终端的IP包，通过路由查找获得虚拟网络接口；

32)将IP包转换成以太网帧；

33)将以太网帧转换为802.11帧；

34)确定终端所属的AP，通过GRE隧道将802.11帧发送给AP；

35)AP利用无线链路将数据帧送达终端。

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