CN101646259A - 一种无线局域网空口限速方法和一种无线网络设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线局域网空口限速方法，包括：当接收到/需要发送报文时，根据所接收到/需要发送报文的传输速率确定应扣除令牌数量；其中，所接收到/需要发送报文的传输速率越低，应扣除令牌数量越多；判断所接收到/需要发送报文的对应令牌桶中剩余的令牌数量是否大于或等于所述计算出的应扣除令牌数量；如果否，则丢弃所接收到/需要发送的报文；如果是，则从对应令牌桶中扣除与所述计算出的应扣除令牌数量相等的令牌，并转发所接收到/需要发送的报文。本发明还公开了一种无线网络设备。本发明的技术方案，使得各用户公平地占用无线局域网空口带宽。
Description
技术领域
本发明涉及无线局域网技术领域，尤指一种无线局域网空口限速方法和一种无线网络设备。
背景技术
无线局域网(WLAN，Wireless Local Area Network)技术遵循802.11协议族中的相关规定，在2.4GHz或5GHz频段内向用户提供无线接入服务。
在WLAN中接入点(AP，Access Point)提供无线客户端(STA，Station)到局域网的桥接功能。常见的AP分为胖AP(Fat AP)和瘦AP(Fit AP)两种。胖AP可以完成用户的无线接入、用户权限认证、用户安全策略实施等几乎全部的无线用户接入工作，而瘦AP则需要在接入控制器(AC，AccessController)的配合下才能提供全套的无线用户接入功能。AC对WLAN中的所有AP进行控制和管理。
在WLAN系统中使用无线射频作为传输介质。WLAN中的无线传输采用分布式协调功能(DCF)模式，即Station在试图传送任何数据之前，必须检查传输介质是否处于闲置状态，若处于忙碌状态，则必须延迟发送，并利用指数型退避算法来避免碰撞发生。这种访问方式决定了连接到同一无线介质中的多个Station中，在同一时刻内仅有一个Station可以发送信号，而在某个Station发送信号时，其他Station处于载波监听状态。
WLAN是一种能够以不同数据传输速率工作的网络技术，该技术具备一种机制，可以协调出一种收发端均可以接受的数据传输速率。速率协商对Station而言尤其方便，Station可以经常变化传输速率，以便回应无线电环境的快速变动。802.11g协议中规定WLAN网络能够支持1M、2M、5.5M和11M四个强制速率和6M、9M、12M、18M、24M、36M、48M和54M八个可选速率，其中最高的工作速率为54M。
在WLAN中，因为需要保证接入用户的服务质量，避免由于一两个用户大量占用带宽而导致其他用户服务质量下降的问题，往往对用户采用流量监管、速率限制的措施，从而限制单一用户对于带宽的占用。
流量监管(TP，Traffic Policing)就是对流量进行控制，通过监督进入网络的流量速率，对超出部分的流量进行“惩罚”，使进入流量被限制在一个合理的范围内，以保护网络资源和运营商的利益。流量监管支持入和出两个方向，但实现方式一样，在下文中以出方向为例进行说明。
图1是现有技术中实现流量监管的示意图。参见图1，在现有的WLAN网络中采用令牌桶实现流量监管，令牌桶可以看作是一个存放一定数量令牌的容器，系统按设定的速度向桶中放入令牌，当令牌桶中令牌满时，多出的令牌溢出，桶中令牌不再增加。在用令牌桶评估流量规格时，是以令牌桶中令牌数量是否足够满足报文的转发为依据，如果桶中存在足够的令牌可以转发报文，则称流量“符合”这个规格，对报文进行继续转发，反之则称为“不符合”这个规格，对报文进行丢弃处理。每到达一个报文就进行一次评估，每次评估时，如果桶中有足够的令牌可供使用，则说明流量控制在允许的范围内，此时要从桶中取走与报文转发权限相当的令牌数量，否则说明已经耗费太多令牌，流量超标了。评估流量时令牌桶的参数包括：
平均速率：向桶中放置令牌的速率，即允许的流的平均速率；
突发尺寸：令牌桶的容量，即每次突发所允许的最大流量尺寸，突发尺寸必须大于最大报文长度。
在流量监管过程中，AP接收到某个Station发送的报文时，如果发现相应令牌桶中有足够的令牌可以转发报文，则对报文进行继续转发，这种情况下Station会接收相应的回应报文，并尝试发送后续的报文；如果发现相应令牌桶中报文不足以转发报文，则AP丢弃报文，这种情况下Station会等待回应报文，当在一定时间内没有收到回应报文时，尝试重新发送该报文并降低发送速率。
流量监管还包括对所监管的流分类服务。流量监管被广泛地用于监管进入互联网服务提供商ISP的网络流量。
以一个802.11g的WLAN网络为例，工作在最大的速率54M的情况下，传输数据量折合到有线网络中约为20M左右，为了描述方便，这里就以20M为基准进行计算。常见的情况下，对每个接入用户做双向1M的流量监管，对于超出的部分采取丢弃的惩罚措施。由于WLAN网络是一共享型半双工网络，全部利用双向1M的流量上限会占用无线网络2M的带宽。这样的一个无线网络在AP和Station都工作在54M速率的情况下，可以接入10个用户，在理想状态中，这些用户之间不会发生带宽争抢的现象，即使部分用户消耗掉自己的全部带宽，也能保证其他用户有1M的基本带宽。
但是，无线网络不是一个理想的网络，由于传输介质的不稳定性、距离、信号传播、干扰以及系统内的冲突等因素的影响，即使有54M速率的能力，Station和AP并不会固定采用最大速率54M进行数据传输，甚至不会一直采用同一速率进行数据传输，而是根据外部环境的不同，不断地在速率组支持的各种速率上跳变。而无线局域网的空中接口(以下简称空口)是一个共享介质，当一个Station占用空口发送数据时，其他Station只能处于监听状态，无法发送数据。
这样导致一个问题，即在AP或Station以54M速率发送1M流量时，占用空口时间折合为1/20秒的时隙(以前文20M的吞吐量计算，下同)；如果发送速率为24M，相应占用空口时间则会增加1倍，达到1/10秒；如果发送速率低至18M，则发送1M流量所占用的空口时间会相应增加到54M时的3倍；在最恶劣的情况下，如果发送速率为1M，整个1秒钟时间上不足以完成1M报文的发送。此时即使采用图1所示的流量限速，由于无论发送速率的快慢，在某一时刻，所有Station抢占传输介质的几率是一样的，因此，如果存在一个发送速率为1M且以全部的1M带宽发送数据的Station，它仍有能力占掉空口上的大部分甚至全部带宽，从而导致其他Station抢到很少的空口时隙或者抢不到空口时隙，无法保证其带宽。
综上所述，现有的流量监管策略中的限速手段是基于每秒传输的数据量来限制用户抢占带宽，但是由于空口的特殊性，这种手段不能切实地确保公平性，即不能保证每个用户所占用的空口时隙。
发明内容
本发明提供了一种无线局域网空口限速方法，该方法使得各用户公平地占用空口带宽。
本发明还提供了一种无线网络设备，该无线网络设备使得各用户公平地占用空口带宽。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
本发明公开了一种无线局域网空口限速方法，该方法包括：
当接收到/需要发送报文时，根据所接收到/需要发送报文的传输速率确定应扣除令牌数量；其中，所接收到/需要发送报文的传输速率越低，应扣除令牌数量越多；
判断所接收到/需要发送报文的对应令牌桶中剩余的令牌数量是否大于或等于所述计算出的应扣除令牌数量；
如果否，则丢弃所接收到/需要发送的报文；
如果是，则从对应令牌桶中扣除与所述计算出的应扣除令牌数量相等的令牌，并转发所接收到/需要发送的报文。
本发明还公开了一种无线网络设备，该无线网络设备包括：令牌计算模块和报文处理模块，其中，
令牌计算模块，用于在接收到/需要发送报文时，根据所接收到/需要发送报文的传输速率确定应扣除令牌数量，并将所接收到/需要发送的报文和应扣除令牌数量发送给报文处理模块；其中，所接收报文到/需要发送的传输速率越低，应扣除令牌数量越多
报文处理模块，用于在接收到来自令牌计算模块的所接收到/需要发送报文和应扣除令牌数量时，判断所接收到/需要发送报文的对应令牌桶中剩余的令牌数量是否大于或等于所述应扣除令牌数量，如果否，则丢弃所接收到/需要发送的报文，如果是，则从对应令牌桶中扣除与所述应扣除令牌数量相等的令牌，并转发所接收到/需要发送的报文。
由上述技术方案可见，本发明这种当接收到/需要发送报文时，根据所接收到/需要发送报文的传输速率确定应扣除令牌数量，判断所接收到/需要发送报文的对应令牌桶中剩余的令牌数量是否大于或等于所述计算出的应扣除令牌数量，如果否，则丢弃所接收到/需要发送的报文，如果是，则从对应令牌桶中扣除与所述计算出的应扣除令牌数量相等的令牌，并转发所接收到/需要发送的报文的技术方案中，由于在传输速率越小时，转发报文所扣除的令牌数量越多，这样，用户每秒传输的数据量也会降下来，各个用户之间还是会公平地占用空口带宽。
附图说明
图1是现有技术中实现流量监管的示意图；
图2是本发明实施例一种无线局域网空口限速方法的流程图；
图3是本发明实施例一种无线网络设备的组成结构框图。
具体实施方式
本发明的核心思想是：为了使共享同一传输介质的各个用户之间在不同的传输速率(工作速率)下，仍能够公平地占用空口带宽，将用户在不同传输速率下发送的数据量和其所用占用的空口时隙联系起来，即在传输速率越低时，限制用户流量，使其每秒所能发送的数据量越少，进而保证在不同传输速率下各用户都能相对公平地占用空口时隙。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
在本发明实施例中，在网络设备上，如AP或AC等，配置相应的流量监管策略和速率限制等措施，并建立相应的令牌桶，根据用户流量监控策略，定期向令牌桶中填充令牌，以保证足够的令牌维持一定流量的转发，当令牌桶填满后，多余的令牌被丢弃，该过程与图1所示现有技术相同。这里可以为每个客户端设备Station的收发方向分别建立令牌桶，或者针对每个Station的每个业务流均建立令牌桶，这并不影响本发明方案的实施。本发明的方案适应于所建立的每一个令牌桶，如图2所示。
图2是本发明实施例一种无线局域网空口限速方法的流程图。如图2所示，该方法包括：
步骤201，当接收到/需要发送报文时，根据所接收到/需要发送报文的传输速率确定应扣除令牌数量；其中，所接收到/需要发送报文的传输速率越低，应扣除令牌数量越多。
本步骤中，“当接收到/需要发送报文时”表示：当接收报文或需要发送报文时。这里接收到的报文和需要发送的报文分别指端口的“入”和“出”两个方向上报文。例如，对于AP而言，Station发送给AP的报文，视为“接收”，而AP发送给Station的报文，视为“发送”。
步骤202，判断所接收到/需要发送报文的对应令牌桶中剩余的令牌数量是否大于或等于所述计算出的应扣除令牌数量，如果否，则执行步骤203，如果是，则执行步骤204。
步骤203，丢弃所接收到/需要发送的报文。
本步骤中，AP丢弃报文，Station在一定的时间内收不到相应的回应报文时，会尝试重新发送该报文并降低发送速率。由于该Station降低了发送速率，因此在后续的一段时间内抢占传输介质并发送数据的次数会变少，因此其他Station会有更多的机会抢占到传输介质并发送数据。
步骤204，从所接收到/需要发送报文的对应令牌桶中扣除与所述计算出的应扣除令牌数量相等的令牌，并转发所接收到/需要发送的报文。
本步骤中，AP对报文进行转发，Station会接收到相应的回应报文，然后Station尝试发送后续的报文。
在图2所示的方案中，由于将每个转发报文所扣除的令牌数量与报文传输速率(即当前的工作速率)联系起来，且报文的传输速率越低时，转发报文所扣除的令牌数量越多，这样令牌桶中令牌越快耗尽，使的用户每秒所能发送的数据量越少，进而保证在不同传输速率下各用户都能相对公平地占用空口时隙。
在上述的步骤201中，在实现根据所接收到/需要发送报文的传输速率确定应扣除令牌数量时，可以采用任何方式和算法，只要保证所接收到/需要发送报文的传输速率越低时，应扣除令牌数量越多这一规律即可。本发明实施例中举例给出以下两种方式：
方式一
将设备的可能传输速率分成若干等级，并配置相应系统，得到关系表，如表1所示：
| 传输速率(M/每秒) | 系数 |
| 54、48 | 1 |
| 36、24、18 | 1.5 |
| 12、11、9、6、5.5 | 3 |
| 2 | 15 |
| 1 | 27 |
表1
当接收到/需要发送报文时，根据所接收到/需要发送报文的传输速率查找预先配置的如表1所示的关系表，获得对应系数值，系数值为正数，然后根据如下公式计算得到应扣除令牌数：
应扣除令牌数＝报文长度(字节)×该报文的传输速率所对应的系数；
即将所接收到/需要发送报文的长度乘以该报文的传输速率所对应的系数，得到应扣除令牌数量。
方式二
将一指定传输速率设置为基础速率，并设置该基础速率对应的系数为基础系数Cbase，该基础系数可以通过某种计算产生，则某个其它传输速率对应的系数为：
某传输速率对应的系数＝Cbase×(基础速率/某传输速率)；
应扣除令牌数为：报文长度(字节)×某传输速率所对应的系数。
即在接收到到/需要发送报文时，计算基础速率与所接收到/需要发送报文的传输速率之间的比值；将基础系数乘Cbase乘以所述比值得到所接收报文传输速率所对应的系数；再将所接收到/需要发送报文的长度乘以该报文的传输速率所对应的系数，得到应扣除令牌数量。
图3是本发明实施例一种无线网络设备的组成结构框图。如图3所示于，该无线网络设备包括：令牌计算模块301和报文处理模块302，其中：
令牌计算模块301，用于在接收到/需要发送报文时，根据所接收到/需要发送报文的传输速率确定应扣除令牌数量，并将所接收到/需要发送的报文和应扣除令牌数量发送给报文处理模块302；其中，所接收到/需要发送报文的传输速率越低，应扣除令牌数量越多
报文处理模块302，用于在接收到来自令牌计算模块的所接收到/需要发送报文和应扣除令牌数量时，判断所接收到/需要发送报文的对应令牌桶中剩余的令牌数量是否大于或等于所述应扣除令牌数量，如果否，则丢弃所接收到/需要发送的报文，如果是，则从对应令牌桶中扣除与所述应扣除令牌数量相等的令牌，并转发所接收到/需要发送的报文。
在图3中，所述令牌计算模块301，用于根据所接收到/需要发送报文的传输速率查找预先配置的关系表，获得相应系数值，将所接收到/需要发送报文的长度乘以所述相应系数值，得到应扣除令牌数量；
其中，所述关系表中保存有报文传输速率和系数值之间的对应关系，且在该关系表中报文传输速率越高，相应系数值越大，且系数值为正数。
或者，在图3中，所述令牌计算模块301，用于将一指定传输速率设置为基础速率，并设置基础速率对应的系数为基础系数，计算基础速率与所接收到/需要发送报文的传输速率之间的比值，将基础系数乘以所述比值得到所接收到/需要发送报文的传输速率所对应的系数，再将所接收到/需要发送报文的长度乘以所接收报文的传输速率所对应的系数，得到应扣除令牌数量。
如图3所示的无线网络设备为接入点AP或接入控制器AC。
综上所述，本发明这种当接收到/需要发送报文时，根据所接收报文的传输速率确定应扣除令牌数量，其中，所接收到/需要发送报文的传输速率越低，应扣除令牌数量越多，然后判断所接收到/需要发送报文的对应令牌桶中剩余的令牌数量是否大于或等于所述计算出的应扣除令牌数量，是则从对应令牌桶中扣除与所述计算出的应扣除令牌数量相等的令牌，并转发所接收到/需要发送的报文，否则丢弃所接收到/需要发送的报文的技术方案中，根据不同的传输速率，调整扣除令牌的数量，从而通过控制用户在每秒的数据传输量来控制该用户对空口的占用比例。
以上所述，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做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1、一种无线局域网空口限速方法，其特征在于，该方法包括：
当接收到/需要发送报文时，根据所接收到/需要发送报文的传输速率确定应扣除令牌数量；其中，所接收到/需要发送报文的传输速率越低，应扣除令牌数量越多；
判断所接收到/需要发送报文的对应令牌桶中剩余的令牌数量是否大于或等于所述计算出的应扣除令牌数量；
如果否，则丢弃所接收到/需要发送的报文；
如果是，则从对应令牌桶中扣除与所述计算出的应扣除令牌数量相等的令牌，并转发所接收到/需要发送的报文。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所接收到/需要发送报文的传输速率确定应扣除令牌数量包括：
根据所接收到/需要发送报文的传输速率查找预先配置的关系表，获得相应系数值；其中，该关系表中保存有报文传输速率和系数值之间的对应关系，且在该关系表中报文传输速率越高，相应系数值越大，系数值为正数；
将所接收到/需要发送报文的长度乘以所述相应系数值，得到应扣除令牌数量。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所接收到/需要发送报文的传输速率确定应扣除令牌数量包括：
将一指定传输速率设置为基础速率，并设置基础速率对应的系数为基础系数；
计算基础速率与所接收到/需要发送报文的传输速率之间的比值，将基础系数乘以所述比值得到所接收到/需要发送报文的传输速率所对应的系数；
再将所接收到/需要发送报文的长度乘以所接收报文的传输速率所对应的系数，得到应扣除令牌数量。
4、一种无线网络设备，其特征在于，该无线网络设备包括：令牌计算模块和报文处理模块，其中，
令牌计算模块，用于在接收到/需要发送报文时，根据所接收到/需要发送报文的传输速率确定应扣除令牌数量，并将所接收到/需要发送的报文和应扣除令牌数量发送给报文处理模块；其中，所接收报文到/需要发送的传输速率越低，应扣除令牌数量越多
报文处理模块，用于在接收到来自令牌计算模块的所接收到/需要发送报文和应扣除令牌数量时，判断所接收到/需要发送报文的对应令牌桶中剩余的令牌数量是否大于或等于所述应扣除令牌数量，如果否，则丢弃所接收到/需要发送的报文，如果是，则从对应令牌桶中扣除与所述应扣除令牌数量相等的令牌，并转发所接收到/需要发送的报文。
5、如权利要求4所述的无线网络设备，其特征在于，
所述令牌计算模块，用于根据所接到/需要发送收报文的传输速率查找预先配置的关系表，获得相应系数值，将所接收到/需要发送报文的长度乘以所述相应系数值，得到应扣除令牌数量；
其中，所述关系表中保存有报文传输速率和系数值之间的对应关系，且在该关系表中报文传输速率越高，相应系数值越大，且系数值为正数。
6、如权利要求4所述的无线网络设备，其特征在于，
所述令牌计算模块，用于将一指定传输速率设置为基础速率，并设置基础速率对应的系数为基础系数，计算基础速率与所接收到/需要发送报文的传输速率之间的比值，将基础系数乘以所述比值得到所接收报文的传输速率所对应的系数，再将所接收到/需要发送报文的长度乘以所接收到/需要发送报文的传输速率所对应的系数，得到应扣除令牌数量。
7、如权利要求4至6中任一项所述的无线网络设备，其特征在于，该无线网络设备为接入点AP或接入控制器AC。
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