一种应用于集群AP的漫游控制方法
技术领域
本发明属于通信网络技术领域,具体地讲,是涉及一种应用于集群AP的基于AP主动控制的漫游控制策略。
背景技术
随着802.11无线局域网WLAN技术的飞速发展,大量的基于无线接入点(AccessPoint,AP)的无线局域网被广泛应用。无线局域网设备可提供无束缚的自由移动性,使得用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。
针对在一定范围内大规模部署的AP,传统的方式是移动终端可以实现依据其自身的漫游策略自主选择一个可以提供较高无线服务质量的AP接入,并在众多AP间进行切换。具体来讲,如果移动终端本身采用的是不积极的漫游策略,那么移动终端只要还能扫描到原有服务集标识(Service Set Identifier,SSID)的信号,仍会使用原有的SSID而不会选择新的信号质量更优的SSID,难以保证服务质量。如果移动终端采用积极的漫游策略,则有可能因为较小的信号强度变化而反复进行漫游,导致数据传输频繁中断。简言之,传统的方式是移动终端通过自己的方式选择AP接入,这完全依赖于移动终端自身的漫游策略,无法实现主动控制,统一管理,因此切换效率、服务质量(QoS)要求以及负载均衡等优化措施等都难以保证。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题,本发明提供一种应用于集群AP的漫游控制方法,其在一定范围内大规模部署的AP中引入一个接入控制器(Access Controller,AC),该设备维护了所有用户信息以及控制策略,AC与AP通过有线连接构成可扩展服务集合(Extend Service Set,ESS),并由AC主动对AP进行漫游控制,实现集中统一管理。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种应用于集群AP的漫游控制方法,包括如下步骤:
(S100)网络设备初始化,AC将所有AP设置为相同SSID,且所有AP具有的MAC地址不同;
(S200)AC根据比例公平原则确定每个移动终端初次选择接入的AP,使每个移动终端与该确定的AP建立连接;
(S300)AC在一个定时周期内,根据比例公平原则依次确定每个移动终端需要切换的AP,并完成切换。
进一步地,所述步骤(S200)中确定初次选择接入AP的过程包括如下步骤:
(S210)移动终端发出目的地址为SSID的关联请求帧;
(S220)AP收到关联请求帧,标记该移动终端,并将该移动终端的信息发送至AC;
(S230)AC根据比例公平原则确定该移动终端选择接入的AP;
(S240)AC通告该AP可以进行关联的移动终端。
其中,所述步骤(S220)中移动终端的信息包括优先级值、与AP的接收信号强度值。
更进一步地,所述步骤(S200)中建立连接的过程包括如下步骤:
(S250)该移动终端与该AP进行认证;
(S260)判定是否认证成功,如果是,则执行下一步,否则跳转至步骤(S210);
(S270)移动终端与AP按照802.11协议进行链路协商;
(S280)移动终端与AP进行数据报文交互。
具体来讲,所述AC根据比例公平原则确定移动终端选择接入的AP的过程包括:
(I)根据移动终端与各AP的接收信号强度值获得移动终端的可用数据传输速率r0j;该参数可根据表1内容获知:
表1信号强度与有效数据传输速率关系表
(II)AC根据比例公平原则计算当前移动终端接入任意一个AP的带宽利用率δj;
(III)确定具有最大带宽利用率δj的AP作为当前移动终端选择接入的AP。
所谓比例公平原则是指移动终端接入局域网络内时应根据已有各移动终端的连接传输状况均等或大致均等比例地分配其可使用网络带宽,以达到改善网络的目的,其具体体现为各AP的带宽利用率,即网络带宽利用的改善程度,因此新加入网络的移动终端选择带宽利用率最高的AP,其计算公式如下:所述步骤(II)中带宽利用率其中w0为当前移动终端的优先级值。
并且所述Wj为当前关联至同一APj的所有移动终端的优先级值之和,且其中mj为关联至同一APj的移动终端的数量,wk为每个移动终端的优先级值,APj表示某一特定的AP。
进一步地,所述步骤(S300)的具体方法包括如下步骤:
(S310)AC设置定时器,选取一个已连接的移动终端;
(S320)AC根据比例公平原则重新确定当前移动终端选择接入的AP,该步骤所采用的方式与前述方式一致;
(S330)判定当前移动终端接入的AP是否需要切换,如果是,则由AC控制连接切换,并执行下一步,否则跳转至步骤(S350);
(S340)当前移动终端与重新确定的AP建立连接,进行数据报文互交;
(S350)判定是否所有移动终端都进行过切换判断,如果是,则跳转至步骤(S310)并重置定时器,否则选取下一个移动终端并跳转至步骤(S320)。
进一步地,所述步骤(S330)中切换连接的过程包括如下步骤:
(S331)AC根据重新确定的AP,进行数据链路切换,更新转发表;
(S332)AC通告切换前的AP,建立MAC地址过滤,不响应连接请求;
(S333)切换前后的两个AP通过接入点互操作协议(IAPP,Inter-Access PointProtocol)进行移动终端认证信息互交。其中,所述接入点互操作协议为现有技术,本发明不再赘述。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明在无线局域网络中的接入控制器AC主动对本局域网络中的各AP进行漫游控制,管理集中、统一,其采用比例公平原则根据AP的带宽利用率确定移动终端与AP之间的连接关系,尽可能地保证网内各AP在任意时候的负载均衡,而且保证了接入的移动终端的无线服务质量,并且其复杂度低,易于实现,也不会造成额外的硬件成本,具有广泛的应用前景和推广价值,适合推广应用。
(2)本发明将局域网络内的所有AP均设为相同的SSID,减少了漫游切换时重新扫描可用信号的时间,并且旧的(切换前的)AP也会将认证信息发给新的(重新确定的)AP,使得断开当前连接到建立新的连接的时间比传统切换策略所用的时间更少,减少了延迟,保证业务连续性好,增强了用户体验。
(3)本发明引入AC控制移动终端与AP的连接关系,实现了集中统一的管理,并且可管理性高。
(4)本发明基于比例公平原则,通过对移动终端信息与AP的带宽利用率的检测,确定移动终端与其最适合的AP建立连接,不仅有效避免了某个AP接入负载过高或过低的情况,公平性强,而且优选服务质量更好的AP连接,有效地保证了移动终端的无线服务体验,可靠性高。
(5)本发明基于IAPP协议进行连接切换,可以更好地维护数据链路层,避免了可能存在丢包的情况,提高了无线服务质量,而且保证了移动终端与AP连接的唯一性,易于实现。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明中步骤(S200)的流程示意图。
图3为本发明中步骤(S300)的流程示意图。
图4为“AC根据比例公平原则确定移动终端选择接入的AP”的流程示意图。
图5为“AC进行连接切换”的流程示意图。
图6为本发明-实施例中无线局域网络示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明,本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1至图6所示,该应用于集群AP的漫游控制方法,基于AP主动控制,其在一定范围内大规模部署的AP中引入一个AC利用比例公平原则主动对AP进行漫游控制,实现集中统一管理。
所谓比例公平原则是指移动终端接入局域网络内时应根据已有各移动终端的连接传输状况均等或大致均等比例地分配其可使用网络带宽,以达到改善网络的目的,其具体体现为各AP的带宽利用率,即网络带宽利用的改善程度。设定网络内有j个AP,以APj表示每个具体的AP,移动终端具有不同的优先级值wk,且有mj个移动终端关联至APj,则所有关联至APj的移动终端的优先级值之和以r0j表示某移动终端对于各APj的有效数据传输速率(可由表1根据接入信号强度换算获得),则APj的带宽利用率可表示为其中w0为当前移动终端的优先级值。
以某局域网络为例,如图6所示,其内包括一个AC,三个AP(AP1、AP2、AP3),三个移动终端(STA1、STA2、STA3),三个移动终端的优先级值分别为w1=1,w2=2,w3=3。
(S100)网络设备初始化,AC将AP1、AP2、AP3设置为相同SSID,且AP1、AP2、AP3具有的MAC地址不同。
(S200)AC根据比例公平原则确定每个移动终端初次选择接入的AP,使每个移动终端与该确定的AP建立连接。以移动终端STA1为例,移动终端STA1初次选择接入该无线网络,具体地:
(S210)移动终端STA1发出目的地址为SSID的关联请求帧。
(S220)所有AP收到关联请求帧,标记该移动终端,并将该移动终端STA1的信息发送至AC;其中,该移动终端STA1的信息包括其优先级值w1=1,分别与AP1、AP2以及AP3的接收信号强度值RSSI1=18dB,RSSI2=12dB,RSSI3=8dB。
(S230)AC根据比例公平原则确定该移动终端选择接入的AP。
(I)根据移动终端STA1与AP1、AP2、AP3的接收信号强度值获得移动终端STA1的可用数据传输速率r01=24Mbps,r02=18Mbps,r03=9Mbps;
(II)AC根据比例公平原则计算移动终端STA1接入AP1、AP2、AP3的带宽利用率分别为δ1=1.38,δ2=1.26,δ3=0.95;
(III)选择具有最大带宽利用率的AP1作为移动终端STA1选择接入的AP。
(S240)AC通告该AP1可以进行关联的移动终端STA1。
(S250)该移动终端STA1与该AP1进行认证。
(S260)认证成功。
(S270)移动终端STA1与AP1按照802.11协议进行链路协商;
(S280)移动终端STA1与AP1进行数据报文交互。
同理,移动终端STA2和STA3也由此分别与AP2、AP3建立连接。
(S300)AC在一个定时周期内,根据比例公平原则依次确定每个移动终端需要切换的AP,并完成切换。以移动终端STA1为例,移动终端STA1从AP1的基础服务集合(BasicService Set,BSS1)进入AP2的基础服务集合BSS2,此时,移动终端STA1分别与AP1、AP2以及AP3的接收信号强度值RSSI1’=7dB,RSSI2’=17.5dB,RSSI3’=9.5dB,具体为:
(S310)AC设置定时器T=200秒,选取移动终端STA1。
(S320)AC根据比例公平原则重新确定当前移动终端STA1选择接入的AP,具体地,
(I’)根据移动终端STA1与AP1、AP2、AP3的接收信号强度值获得移动终端的可用数据传输速率r01’=6Mbps,r02’=24Mbps,r03’=12Mbps;
(II’)AC根据比例公平原则计算移动终端STA1接入AP1、AP2、AP3的带宽利用率分别为δ1′=0.78,δ2′=0.85,δ3′=0.11;
(III’)选择具有最大带宽利用率的AP2作为移动终端STA1选择接入的AP。
(S330)判定移动终端STA1接入的AP1需要切换至AP2,由AC控制连接切换。具体地,
(S331)AC根据重新确定选择接入的AP2,进行数据链路切换,更新转发表。
(S332)AC通告切换前的AP1,建立MAC地址过滤,不响应连接请求。
(S333)AP1和AP2通过接入点互操作协议进行移动终端认证信息互交。
(S340)移动终端STA1与AP2建立连接,进行数据报文互交。
(S350)判定是否所有移动终端都进行过切换判断,由于移动终端STA2和STA3还未进行切换判断,则选择移动终端STA2并跳转至步骤(S320),按上述过程执行。
同理,移动终端STA3也按上述过程执行,由于STA2与STA3不需要切换,故仍然分别与AP2、AP3保持连接,当定时器设定的时间到期后,重复步骤(S300)。
而当有新的移动终端需要接入该无线局域网络时,按步骤(S200)执行。
通过本发明的方法,AC主动对AP进行漫游控制,实现集中、统一管理。切换效率、服务质量(QoS)要求和负载均衡等优化措施等都可以得到保证,具有很高的实用价值和推广价值。
上述实施例仅为本发明的优选实施例,并非对本发明保护范围的限制,但凡采用本发明的设计原理,以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化,均应属于本发明的保护范围之内。