CN102711084B - 一种实现移动终端集中控制和多信道部属的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动终端STA集中控制和多信道部属的方法和装置，应用于由至少一个无线控制器AC和至少两个无线接入点AP构成的无线网络系统中，其中相邻AP部属在不同的信道。所述AC为每个关联的STA虚拟一个独立的AP。当STA漫游或者因负载均衡需要切换时，所述AC通过多个AP的侦听进行感知，当满足一定的条件时，AC将STA从原来的AP调度到新的AP上，即由新的AP来完成该STA对应的虚拟AP功能，并保持虚拟AP的BSSID不变。本发明中，AP可以部属在不同信道上，并可动态调整。AC需要将STA调度到相邻不同信道的AP上时，可通过Channel Switch Announcement功能让STA完成信道切换。

Description

一种实现移动终端集中控制和多信道部属的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤指一种在WLAN网络（无线局域网）中实现移动终端STA集中控制和多信道部属的方法和装置。

背景技术

目前，无线局域网的网络架构主要有两种实现方式。一种是“微蜂窝”式，即一个场所由多个AP（Access Point，无线接入点，用于部署热点区域，向用户提供WLAN无线接入服务）覆盖，它们都由同一个或多个AC（AccessControl，无线控制器，用于管理众多无线接入点AP，提供统一的配置、监控、安全策略等）共同控制，每个AP独立发包，为了减少AP之间的相互干扰，相邻AP部属在不同的信道上，其典型的网络架构如图1所示。另一种是“虚拟蜂窝”式，其特点是对一片场所，所有AP都部属在同一个信道，整个网络中对每个移动终端STA都虚拟为一个单独的AP蜂窝，使用相同的BSSID。AC则集中调度每个AP的发包，以避免AP之间的发包冲突。另外，由于所有的AP都部属在同一个信道上，移动终端（以下简称STA）虚拟的AP蜂窝具体由哪个实体AP来完成，由AC集中控制和调度。

然而，上述两种网络架构各自有其不足：微蜂窝网络虽然具有充分利用信道的特点，但不能很好地实现移动终端STA的无线漫游和负载均衡；虚拟蜂窝网络虽然能够完美实现移动终端STA的无缝漫游和负载均衡，但不能利用更多的信道来实现更高的空口吞吐量，且AC集中调度发包，对AC的硬件性能要求非常高，且集中调度的算法也非常复杂，对调度响应的处理延迟都要求非常高，会造成能够支持的AP数量很有限，另外，虚拟蜂窝缺少微蜂窝的信道自动调整的功能，网络自愈比较差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种移动终端STA集中控制和多信道部属的方法和装置，利用本发明可以使得当前无线局域网既具有微蜂窝的高性能、信道自动调整等优点，也具有虚拟蜂窝的完美的无缝漫游、负载均衡等特点。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种实现移动终端STA集中控制和多信道部属的方法，应用于由至少一个无线控制器AC和至少两个无线接入点AP构成的微蜂窝无线网络系统中，其中每个AP能够独立地进行报文的收发功能，相邻AP部属在不同的信道，其中所述方法包括：

所述AC为每台关联的移动终端STA配置独立的虚拟AP，并通过将该虚拟AP安装在实体AP上完成该移动终端STA接入AP的功能；

当移动终端STA漫游或者需要主动调整与其关联的AP时，所述AC根据预定的策略完成该移动终端对应的虚拟AP在不同的实体AP之间进行切换。

本发明还提供了一种移动终端集中控制和多信道部属的装置，应用于由至少一个无线控制器AC和至少两个无线接入点AP构成的微蜂窝无线网络系统中，其中每个AP能够独立地进行报文的收发功能，相邻AP部属在不同的信道，其中所述装置具体为该无线局域网系统中的AC，所述装置包括：

配置模块，用于为与其关联的每台移动终端STA配置不同的虚拟AP；

切换处理模块，用于当移动终端STA漫游或者因网络负载而需要主动调整与其关联的AP时，根据预定的策略完成该移动终端对应的虚拟AP在不同的实体AP之间进行切换。

由上述技术方案可见，本发明通过以微蜂窝网络架构为基础，每个AP能独立调度发送报文，但整个网络为每个移动终端STA虚拟一个单独的虚拟AP蜂窝，AC则集中控制各个STA蜂窝在哪个实体AP上，并随移动终终端STA的漫游而调整，进而使得当前无线局域网络架构既具有微蜂窝的高性能、信道自动调整等优点，也具有虚拟蜂窝的完美的无缝漫游、负载均衡等特点。

附图说明

图1是现有技术典型的微蜂窝无线网络架构图；

图2是本发明实现移动终端集中控制和多信道部属的方法流程图；

图3是本发明实现移动终端集中控制和多信道部属的装置示意图。

具体实施方式

为了实现本发明目的，本发明采用的核心思想为：在现有的微蜂窝无线网络中，AC为每个关联的STA虚拟一个独立的AP。当STA漫游时，AC通过多个AP的侦听进行感知，当满足一定的条件时，AC将STA从原来的AP调度到新的AP上，即由新的AP来完成该STA对应的虚拟AP功能，并保持虚拟AP的BSSID不变。由于整个网络架构采用微蜂窝方式，AP可以部属在不同信道上，并可动态调整。AC需要将STA调度到相邻不同信道的AP上时，通过Channel Switch Announcement功能让STA完成信道切换。

为了更加清楚和明白，以下结合实施例对本发明技术方案进行详细说明。如图2所示，为本发明实现移动终端集中控制和多信道部属的方法流程图，其中该方法应用于由至少一个AC和两个以上的AP构成的微蜂窝无线网络系统上。所述方法包括如下步骤：

步骤1、所述AC为每台关联的移动终端STA配置独立的虚拟AP，并通过将该虚拟AP安装在实体AP上完成该移动终端STA接入AP的功能。

具体地，亦即所述AC为每一台关联的移动终端STA配置不同的BSSID（Basic Service Set Identifier，基本服务集标识，由单个AP提供的无线服务标识，用以区分不同AP提供的同一种无线服务），以便实现不同的移动终端STA对应不同的虚拟AP。其中所述移动终端STA的虚拟AP具体安装在哪个实体AP上，则由AC控制。

当某个实体AP上安装上该移动终端STA对应的虚拟AP后，该AP则采用AC下发的虚拟AP标识，即该STA对应的BSSID，完成该虚拟AP所有的功能，包括Beacon帧（即AP广播时使用的通告帧，以通知关联移动终端STA的AP所提供的服务，其中携带了服务能力、加密信息以及服务参数等）的发送、与移动终端STA之间交互的报文收发等。在本实施例中，由于AC控制下的AP采用现行通用的微蜂窝架构，因此，每个AP将被部属在不同的信道独立地进行报文的收发，并可进行单独的信道调整。

步骤2、当移动终端STA漫游或者需要主动调整与其关联的AP时，所述AC根据预定的策略完成该移动终端对应的虚拟AP在不同的实体AP之间进行切换。

在移动终端STA漫游或者因网络负载需要主动调整与其关联的AP时，所述AC将根据事先预定的策略，将该移动终端STA的虚拟AP对应的BSSID、该STA的安全信息以及会话信息等从一个实体AP调整到另一个实体AP上。需要说明的是，在本实施例进行移动终端STA的虚拟AP调整切换时，新AP需要保持移动终端STA的虚拟AP对应的BSSID、该STA的安全信息以及会话信息等不变，且所述AC进一步要将移动终端STA的虚拟AP从原来的AP上删除，并将其安装在切换后的新AP上。具体地，所述AC是通过信道切换宣告（Channel Switch Announcement）功能来实现。即，所述AC通知当前AP向移动终端STA发送携带有Channel SwitchAnnouncement消息单元的Beacon帧，以便让移动终端STA切换到新AP所在的信道上，然后指示当前AP告知AC关于该移动终端STA的会话信息，例如：加解密涉及的计数器信息等，以便在AC通知新AP接管该移动终端STA的虚拟AP功能时，将前述该移动终端STA的会话信息和安全信息告诉该AP，然后停止该移动终端STA的虚拟AP功能；并通知新AP接管该移动终端STA的虚拟AP功能。

进一步地，所述AC对移动终端STA进行调整切换的策略需要依赖于对所述移动终端STA位置信息的收集。对STA位置信息收集可以基于主动侦听，也可以被动扫描。主动侦听就是每个AP需要扫描周围的信道，并收集移动终端STA的信号强度，并将扫瞄到的移动终端STA的信息强度上报给AC。需要说明的是，STA当前关联的AP需要上报更多的信息，包括链路的各种参数统计，如传输速率、重传比率、接收成功帧数、接收失败帧数等。当STA漫游时，AC根据STA位置信息决策哪个AP更好地为STA提供服务。如果要实现AP负载均衡功能，在微蜂窝系统中，AC一般还需要知道每个AP上承载的STA个数和信道参数。具体地，所述信道参数为各AP上报当前信道的环境参数、各个STA的平均使用带宽、AP当前总的平均信道利用率等，其中信道环境参数包括底噪、干扰情况等，AC则根据这些信息以及STA的位置信息来决策是否需要调整AP之间负载。

为了更好地理解本发明，以下进一步就AC对移动终端STA在不同AP之间调整切换的具体实现进行详细说明：

步骤A、AC上记录所有移动终端STA的安全信息，如组播密钥、会话密钥或共享密钥的索引等。

步骤B、AC通知移动终端STA当前关联的AP调出该STA，以及新AP所在信道位置；原AP接收到AC的通知后，首先向STA发送信道切换宣告帧（Channel Switch Announcement帧），在该帧中New Channel Number字段指示STA要切换的信道。然后原AP上报该移动终端STA相关的会话信息给AC，例如：加解密涉及的计数器信息等，并删除该STA对应的虚拟AP。

步骤C、AC将通知新AP安装该STA的虚拟AP，其中该通知信息中包括该STA虚拟AP对应的BSSID、该STA的安全信息以及会话信息等。新AP接收到通知后将立即安装实现该STA虚拟AP功能的相关信息，并开始接收和发送该STA相关的数据报文。

对集中控制转发的AC来说，当AC通知原AP调出该STA时，可以停止向原AP转发该STA的报文，将之缓存起来。在原AP向STA发送ChannelSwitch Announcement帧中，将Channel Switch Mode字段设置为0，即让STA立即停止交互报文。待新AP安装好该STA实现其虚拟AP功能的所有信息后，AC将缓存的流量转发给新AP，从而最大限度地避免STA的报文丢失。

由于本发明通过以微蜂窝网络架构为基础，每个AP能独立调度发送报文，但整个网络为每个STA虚拟一个单独的虚拟蜂窝，AC则集中控制各个STA蜂窝在哪个AP上，并随STA漫游而调整，进而使得当前无线局域网络架构既具有微蜂窝的高性能、信道自动调整等优点，也具有虚拟蜂窝的完美的无缝漫游、负载均衡等特点。

本发明同时提供了一种移动终端集中控制和多信道部属的装置，应用于由至少一个AC和两个以上的AP构成的微蜂窝无线网络系统上。其中所述装置具体为该微蜂窝无线网络系统中的AC。所述装置包括：

配置模块，用于为与其关联的每台移动终端配置不同的虚拟AP；

具体地，所述配置模块为每台与其关联的移动终端STA配置不同的BSSID（Basic Service Set Identifier，基本服务集标识，由单个AP提供的无线服务标识，用以区分不同AP提供的同一种无线服务），以便实现不同的移动终端STA对应不同的虚拟AP。

切换处理模块，用于当移动终端STA漫游或者因网络负载而需要主动调整与其关联的AP时，根据预定的策略完成该移动终端对应的虚拟AP在不同的实体AP之间进行切换。

当所述移动终端STA漫游或者因网络负载需要主动调整与其关联的AP时，所述切换处理模块根据预定的策略，将该移动终端STA对应的虚拟AP的BSSID、该STA的安全信息以及会话信息等从一个AP调整到另一个AP上，进而完成新AP接管该移动终端STA虚拟AP的所有功能，具体包括Beacon帧（即AP广播时使用的通告帧，以通知关联移动终端STA的AP所提供的服务，其中携带了服务能力、加密信息以及服务参数等）的发送、与移动终端STA之间交互的报文收发等。其详细实现流程如下：

步骤A、所述切换处理模块记录所有移动终端STA的安全信息，如组播密钥、会话密钥或共享密钥的索引信息等。

步骤B、所述切换处理模块通知移动终端STA当前关联的AP调出该STA，以及新AP所在信道位置；原AP接收到所述切换处理模块的通知后，首先向STA发送信道切换宣告帧（Channel Switch Announcement帧），在该帧中New Channel Number字段指示STA要切换的信道。然后原AP上报该移动终端STA相关的会话信息给所述切换处理模块，例如：加解密涉及的计数器信息等，并删除该STA对应的虚拟AP。

步骤C、所述切换处理模块将通知新AP安装该STA的虚拟AP，其中该通知信息中包括该STA虚拟AP对应的BSSID、该STA的安全信息以及会话信息等。新AP接收到通知后将立即安装实现该STA虚拟AP功能的相关信息，并开始接收和发送该STA相关的数据报文。

对集中控制转发的AC来说，当切换处理模块通知原AP调出该STA时，可以停止向原AP转发该STA的报文，将之缓存起来。在原AP向STA发送Channel Switch Announcement帧中，将Channel Switch Mode字段设置为0，即让STA立即停止交互报文。待新AP安装好该STA实现其虚拟AP功能的所有信息后，所述切换处理模块将缓存的流量转发给新AP，从而最大限度地避免STA的报文丢失。

进一步地，所述装置还包括一信息收集模块，用于收集对移动终端STA的位置信息，以便所述装置利用这些信息对所述STA进行调整切换AP时决策。其中对STA位置信息收集可以基于主动侦听，也可以被动扫描。主动侦听就是每个AP需要扫描周围的信道，并收集移动终端STA的信号强度，并将扫瞄到的移动终端STA的信息强度上报给所述信息收集模块。需要说明的是，移动终端STA当前关联的AP需要上报更多的信息，包括链路的各种参数统计，如传输速率、重传比率、接收成功帧数、接收失败帧数等。

当移动终端STA漫游时，所述装置根据信息收集模块收集到的STA位置信息决策哪个AP更好地服务STA。如果要实现负载均衡功能，在微蜂窝系统中，AC一般知道AP上的STA个数和信道参数，具体地，所述信道参数为AP可以进一步上报当前信道的环境参数、各个STA的平均使用带宽、AP当前总的平均信道利用率等，信道环境参数包括底噪、干扰情况等给所述信息收集模块。所述装置根据信息收集模块收集到的这些信息以及STA的位置信息来决策是否需要调整AP之间负载。

在本实施例中，由于AC控制下的AP采用现行通用的微蜂窝架构，即每个AP独立进行报文的收发功能，部属在不同的信道，并可进行单独的信道调整。

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 (12)

1.一种实现移动终端STA集中控制和多信道部属的方法，应用于由至少一个无线控制器AC和至少两个无线接入点AP构成的微蜂窝无线网络系统中，其中每个AP能够独立地进行报文的收发功能，相邻AP部属在不同的信道，其特征在于，所述方法包括：

所述AC为每台关联的移动终端STA配置独立的虚拟AP，并通过将该虚拟AP安装在实体AP上完成该移动终端STA接入AP的功能；

当移动终端STA漫游或者需要主动调整与其关联的AP时，所述AC根据预定的策略完成该移动终端对应的虚拟AP在不同的实体AP之间进行切换；其中，当所述AC通知原AP调出该移动终端STA时，停止向所述原AP转发该移动终端STA的报文，并缓存该移动终端STA的报文；

其中，所述AC根据预定的策略完成该移动终端对应的虚拟AP在不同的实体AP之间进行切换，包括：通知移动终端STA当前关联的AP调出该移动终端STA以及新AP所在信道位置，以使原AP接收到AC的通知后，向移动终端STA发送信道切换宣告帧；其中，信道切换宣告帧中包括用于指示移动终端STA要切换的信道的字段。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述AC为每台关联的移动终端配置独立的虚拟AP，具体是通过所述AC为每台关联的移动终端STA配置不同的BSSID来实现。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述AC根据预定的策略完成该移动终端对应的虚拟AP在不同的实体AP之间进行切换，具体是将该移动终端STA的虚拟AP对应的BSSID、该STA的安全信息以及会话信息从一个实体AP调整到另一个实体AP上。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述AC具体是通过信道切换宣告报文来实现所述STA在不同AP间的切换。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述AC对移动终端STA进行调整切换的策略通过对所述移动终端STA位置信息的收集来实现。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当实现不同AP间的负载均衡时，所述AC对移动终端STA进行调整切换的策略，还需要进一步知道每个AP上关联的STA个数和信道参数。

7.一种移动终端集中控制和多信道部属的装置，应用于由至少一个AC和两个以上的AP构成的微蜂窝无线网络系统中，其中每个AP能够独立地进行报文的收发功能，相邻AP部属在不同的信道，其中所述装置具体为该微蜂窝无线网络系统中的AC，其特征在于，所述装置包括：

配置模块，用于为与其关联的每台移动终端STA配置不同的虚拟AP；

切换处理模块，用于当移动终端STA漫游或者因网络负载而需要主动调整与其关联的AP时，根据预定的策略完成该移动终端对应的虚拟AP在不同的实体AP之间进行切换；其中，当所述AC通知原AP调出该移动终端STA时，停止向所述原AP转发该移动终端STA的报文，并缓存该移动终端STA的报文；

其中，所述切换处理模块在根据预定的策略完成该移动终端对应的虚拟AP在不同的实体AP之间进行切换时包括：通知移动终端STA当前关联的AP调出该移动终端STA以及新AP所在信道位置，以使原AP接收到AC的通知后，向移动终端STA发送信道切换宣告帧；其中，信道切换宣告帧中包括用于指示移动终端STA要切换的信道的字段。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述配置模块为关联的每台移动终端配置不同的虚拟AP，具体是通过为每台移动终端配置不同的BSSID来实现。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述切换处理模块根据预定的策略完成该移动终端对应的虚拟AP在不同的实体AP之间进行切换，具体是将该移动终端STA的虚拟AP对应的BSSID、该STA的安全信息以及会话信息从一个实体AP调整到另一个实体AP上。

10.如权利要求9所述装置，其特征在于，所述AC具体是通过信道切换宣告报文来实现所述STA在不同AP间的切换。

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括信息收集模块，用于收集对移动终端STA的位置信息，以便所述装置利用这些信息对所述STA进行调整切换AP时决策。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，当实现不同AP间的负载均衡时，所述信息收集模块还需要进一步知道每个AP上关联的STA个数和信道参数。