CN104968018A

CN104968018A - 一种基于sdn的wlan接入式负载均衡的优化方法

Info

Publication number: CN104968018A
Application number: CN201510358734.1A
Authority: CN
Inventors: 陈晨; 刘红运; 任智源; 赵力强
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2015-10-07

Abstract

本发明涉及一种基于SDN的WLAN接入式负载均衡的优化方法，其包括以下步骤：1、主动或者被动地扫描新的站点支持的所有信道；2、若新的站点没有检测到能够提供服务的接入点，结束本次操作；若新的站点只探测到一个接入点，则新的站点直接选择该接入点接入服务，结束本次操作；否则，新的站点采集向每一个接入点成功发送数据帧的平均时间；3、新的站点选择临时接入点；4、当一个接入点的接入信号强度值超过预先设置的阈值时，该接入点成为候选接入点；5、若候选接入点的个数为1时，则将新的站点接入到该候选接入点，结束本次操作；否则，控制器比较候选所有候选接入点的负载大小，选择负载较轻的候选接入点作为接入点，结束本次操作。

Description

一种基于SDN的WLAN接入式负载均衡的优化方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种负载均衡的优化方法，特别涉及一种基于SDN的WLAN接入式负载均衡的优化方法。

背景技术

无线局域网技术的迅猛发展以及无线产品价格的不断降低，使得WLAN的组网规模不断扩大，无线站点也愈来愈多，且由无线信道的时变性以及无线站点在无线网络的移动性，使得在大规模的WLAN系统中，出现网络拥塞，STA数据业务中断以及新站点不能接入到无线网络中的现象，以至网络负载急剧恶化。

无线局域网的负载均衡技术可以减少WLAN数据传送拥塞问题，提供WLAN可靠的服务质量，使得每个接入点的资源能够最大可能充分利用，从而提高整个网络的资源利用率。如何实现WLAN内各小区的负载均衡，保持网络稳定和较高的服务质量是无线局域网的关键问题。集中式WLAN体系结构能都满足人们大规模组网需求，已经成为发展的主要趋势。因此，如何基于集中式WLAN体系结构，设计出一种在不改变网络拓扑结构的基础上提高系统的吞吐量和资源利用率的负载均衡方法，成为了研究的重点。

SDN(Software Defined Network,软件定义网络)是一种网络虚拟化技术，由美国史丹福大学Clean State计划提出。利用OpenFlow协议，把路由器的控制层从数据层中分离出来，以软件方式实现。SDN把传统网络中的网络硬件和控制逻辑器件抽象的连接到一个中心控制器。在软件定义网络中，传统的各种复杂的网络硬件被简化为软件定义网络交换机。受益于数据层和控制层的解耦，软件定义网络交换机可以极大地简化网络的管理，同时提供一个可编程的平台以供为新的特性快速开发应用。

软件定义网络包含三层网络架构，转发层、控制层和应用层，如图1所示。转发层主要包含一些交换机；控制层是一个中心控制器，其通过标准化的接口实现对转发层的控制以实现各种服务来满足新的功能。应用层基于控制器提供的应用程序接口实现各种应用。因此基于SDN集中控制的WLAN负载均衡方法是一种提高系统的吞吐量和资源利用率的有效方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于克服已有负载均衡技术的不足，提出一种基于SDN的WLAN接入式负载均衡的优化方法，设计出一种在不改变网络拓扑结构的基础上提高系统的吞吐量和资源利用率的负载均衡方法。

技术方案：一种基于SDN的WLAN接入式负载均衡的优化方法，包括以下步骤：

(1)当有新的站点要接入到扩展服务集时，主动或者被动地扫描新的站点支持的所有信道；

(2)若步骤(1)中新的站点没有检测到能够提供服务的接入点，则结束本次操作；若步骤(1)中新的站点只探测到一个接入点时，则新的站点直接选择该接入点接入服务，结束本次操作；否则，新的站点向探测到的所有接入点发送K个探测请求帧，通过发送请求帧和收到探测响应帧的时间差来计算新的站点向接入点成功发送数据帧的平均时间

(3)新的站点选择步骤(2)中接收信号强度指示值最强的一个接入点作为临时接入点，然后将探测到的接入点的接入信号强度值和每一个接入点成功发送数据帧的平均时间发送给临时接入点，临时接入点再通过OpenFlow协议将其上传给软件定义网络的控制器；

(4)控制器先检查所有接入点的接入信号强度值，当一个接入点的接入信号强度值超过预先设置的阈值时，该接入点成为候选接入点，若一个接入点的接入信号强度值没有超过预先设置的阈值，则舍弃该接入点；

(5)若步骤(4)中候选接入点的个数为1时，则将新的站点接入到该候选接入点，结束本次操作；否则，控制器比较候选所有候选接入点的负载大小，选择负载较轻的候选接入点作为接入点，结束本次操作。

作为本发明中一种基于SDN的WLAN接入式负载均衡的优化方法的一种优选方式，步骤(2)中新的站点向接入点成功发送数据帧的平均时间的计算公式为：

T_{s}^{i} = \frac{Σ_{i = 1}^{K} (s_{i} - t_{i})}{K}

表示新的站点向第i个接入点成功发送数据帧的平均时间，s_i表示站点接收到探测响应帧的时刻，t_i表示站点发送请求帧的时刻，K的取值范围为5＜K＜20。

作为本发明中一种基于SDN的WLAN接入式负载均衡的优化方法的一种优选方式，步骤(4)中的阈值为最大接入信号强度值的四分之一。

有益效果：本发明公开了一种基于SDN的WLAN接入式负载均衡的优化方法，其具有以下有益效果：

(1)方便网络管理——本发明是基于SDN的WLAN负载均衡的方法，由于SDN具有优秀的网络管理能力，通过控制器可以直观的看出整个网络的拓扑以及每一个接入点下的站点接入状况，因此，管理员可以根据业务需求与变化灵活地部署、变更负载均衡方案；

(2)降低了接入点工作负荷——本发明是基于SDN的WLAN负载均衡，整个负载均衡算法的实现是通过在控制器上的应用层上开发一个负载均衡应用，整个算法的实施过程是在控制器上而不是接入点上实施的，因此降低了接入点的工作负荷，使负载均衡更加有效。

附图说明

图1是本发明的软件定义网络的架构图；

图2是本发明的场景图；

图3是本发明的总体架构图；

图4是本发明公开的一种基于SDN的WLAN接入式负载均衡的优化方法的流程图；

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式详细说明。

在如图1～2所示的工作场景中，接入点1下接入的有站点1，接入点2下接入的有站点4、站点5、站点6和站点7。此时，又有两个站点2和站点3同时处在接入点1和接入点2的覆盖范围之下，站点1和站点2应该选择哪个接入点呢？本专利针对此种情形，提出了一种基于SDN的WLAN接入式负载均衡优化方法。

如图3所示，本发明是基于SDN的WLAN负载均衡方法，在SDN的架构下实现一个负载均衡的应用，采用OpenFlow协议，由控制器实现负载均衡算法然后下发流表项，接入点收到流表做出相应的操作。

参照图4，本发明的实现步骤如下：

步骤1，当有新的站点要接入到扩展服务集时，首先主动或者被动地扫描站点支持的所有信道，如果站点没有检测到能够提供服务的接入点时，则结束本次操作；

步骤2，站点负责对负载信息的采集

2.1)设站点只探测到N个接入点，若N＝1则站点直接选择该接入点接入服务，结束本次操作；否则站点向探测到的所有N个接入点发送K个(5＜K＜20)探测请求帧，通过发送请求帧和收到探测响应帧的时间差来计算站点向某个接入点成功发送数据帧的平均时间

T_{s}^{i} (1 < i < N);

2.2)站点向接入点成功发送数据帧的平均时间可以反映出丢包率的大小，的采集方法如下：

向扫描到的每个接入点发送K(5＜K＜20)个MAC帧，并记录发送时间t₁～t_k，之后接入点会向站点发送ACK，记录站点收到ACK的时间s₁～s_k，然后计算出成功发送MAC的平均时间为：

T_{s}^{i} = \frac{Σ_{i = 1}^{K} (s_{i} - t_{i})}{K}

即：表示站点向第i个接入点成功发送MAC帧的平均时间,s_i表示站点接收到探测响应帧的时刻，t_i表示站点发送请求帧的时刻，K的取值范围为5＜K＜20；

2.3)站点与各接入点间的距离不同，所以每个接入点在站点处的接入信号强度值会随着站点与接入点间的距离不同而不同，离接入点越近，站点接收到的接入信号强度值越大。站点检测各个接入点的在站点处的接入信号强度值，并记为R_i。

步骤3，站点上传采集到的负载信息。

站点选择一个接入信号强度值最强的接入点作为临时接入点，然后将探测到的各接入点的R_i和向每一个接入点成功发送数据帧的平均时间发送给临时接入点，临时接入点将R_i、以及连接到自身的站点数目N_i，通过OpenFlow协议上传给软件定义网络的控制器。同时网络中的接入点若自身连接的站点数目有变化，则上传连接到自身的站点数目N_j给控制器。

步骤4，控制器选择候选接入点。

控制器先检查这些接入点的R_i值，进行负载均衡算法调度的前提是必须要保证可以给站点提供可靠的无线链路，所以只有R_i值超过一定阈值M(阈值M为最大接入信号强度值的四分之一)的接入点，才能成为候选接入点。阈值M的选取原则是保证站点与接入点能够正常的通信。

步骤5，控制器从候选接入点中选择出最终的接入接入点。

如果候选接入点的个数为1时，则将站点接入到R_i最强的接入点，结束本次操作；否则控制器比较候选接入点的负载大小，选择较轻的接入点作为接入接入点。

接入接入点的选择如下：

5.1)通过步骤2可知，该站点给各个接入点成功发送MAC帧的平均时间为假设各接入点下的N_j个站点的给该接入点成功发送MAC帧的平均时间为则各个候选接入点的平均负载L_i可以表示为：

L_{i} = {αT}_{s}^{i} N_{j}

其中α为常数，为站点的给该接入点成功发送MAC帧的平均时间，N_j为该接入点下的站点接入数目。

5.2)定义接入点的接入指数为ACCESS(记为AC)，则各接入点的接入指数AC_i可以表示为：

{AC}_{i} = β \frac{L_{i}}{R_{i}}

其中β为常数，L_i为接入点的平均负载，R_i为站点在此接入点下的接入信号强度.

5.3)控制器通过比较AC_i的值的大小，选择最小的AC_i的最终的接入接入点。

上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims

1.一种基于SDN的WLAN接入式负载均衡的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于SDN的WLAN接入式负载均衡的优化方法，其特征在于，步骤(2)中新的站点向接入点成功发送数据帧的平均时间的计算公式为：

T_{s}^{i} = \frac{Σ_{i = 1}^{K} (s_{i} - t_{i})}{K}

表示新的站点向第i个接入点成功发送数据帧的平均时间，s_i表示站点接收到探测响应帧的时刻，t_i表示站点发送请求帧的时刻，K的取值范围为5<K<20。

3.根据权利要求1所述的一种基于SDN的WLAN接入式负载均衡的优化方法，其特征在于，步骤(4)中的阈值为最大接入信号强度值的四分之一。