CN105491602B - 用于wlan网络的控制器和用于控制wlan网络通信的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了用于WLAN网络的控制器、WLAN网络架构、用于在控制器中控制WLAN网络通信的方法以及用于在无线终止点中协助控制器控制WLAN网络通信的方法。根据一个实施例，提供用于WLAN网络的控制器，包括：服务发现模块，其用于确定无线终止点的服务信息；以及服务接入控制器模块，其用于实施与所述无线终止点相关的控制层面的功能，并且用于根据所述服务信息、所述无线终止点的IP地址和网络接入控制器的IP地址为所述无线终止点在网络接入控制器池中创建所述网络接入控制器，其中所述网络接入控制器用于实施与所述无线终止点相关的数据层面的功能，并且所述网络接入控制器池与所述控制器相分离。
Description
技术领域
本发明涉及WLAN网络通信，尤其涉及一种用于WLAN网络的控制器、一种WLAN网络架构、一种用于在控制器中控制WLAN网络通信的方法以及一种用于在无线终止点中协助控制器控制WLAN网络通信的方法。
背景技术
近些年来，无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)的布置非常迅猛。大批量的无线局域网的布置引起一些技术问题。例如，对于网络行政管理而言，对于网络中的大量接入点(Access Point，AP)的管理、监控和控制将引起很大的负担。因此，IETF引入了使用一个或多个集中式控制器(接入控制器，Access Controller，AC)的集中式WLAN网络架构来管理大量的AP(也称为无线终止点，wireless termination point，WTP)。AC用于控制、管理和配置网络中的WTP。此外，对于数据层面而言，AC是自然的汇聚点。然而，对于大规模的WLAN网络，传统的AC-WTP架构将面临下述问题：
-可扩展性。传统的AC-WTP的布置与城域网(MAN)是紧密关联的。首先，由于存在不同的WLAN模式(例如，local-MAC、split MAC和remote-MAC，如图1所示)需要不同的配置，因此配置和扩展wTP和AC将是非常复杂的。其次，对于由不同的运营商提供的和由不同的AC控制的、位于不同位置的不同的WTP需要维持多个IP地址池。
-使用效率。AC的分布式布置可能导致一些AC在经受较大的负载，而与此同时其余AC则经受较轻的负载。因此，需要引入负载平衡来促进整个网络的使用效率。
-运营成本。由于WLAN的快速布置，越来越多的AC被引入网络，因此配置、控制和管理大量的分布式的AC是非常困难的。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种软件定义的虚拟化的WLAN网络架构以及相关的机制来改善可扩展性和使用效率，并且降低WTP-AC的运营成本。并且由此实现了大规模的WLAN网络的布置。
根据本发明的第一方面，提出了一种用于WLAN网络的控制器，包括：服务发现模块，其用于确定无线终止点的服务信息；以及服务接入控制器模块，其用于实施与所述无线终止点相关的控制层面的功能，并且用于根据所述服务信息、所述无线终止点的IP地址和网络接入控制器的IP地址为所述无线终止点在网络接入控制器池中创建所述网络接入控制器，其中所述网络接入控制器用于实施与所述无线终止点相关的数据层面的功能，并且所述网络接入控制器池与所述控制器相分离。
优选地，所述服务接入控制器模块从DHCP服务器模块接收所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址，其中所述DHCP服务器模块用于分别为所述无线终止点和所述网络接入控制器分配IP地址。
优选地，所述服务发现模块还用于确定所述无线终止点是否处于离线状态，并且其中当确定所述无线终止点处于所述离线状态时，所述服务发现模块为所述无线终止点释放所述网络接入控制器。
优选地，当确定所述无线终止点处于所述离线状态时，所述服务发现模块通知所述DHCP服务器模块所述无线终止点处于离线状态，并且所述DHCP服务器模块还用于分别释放所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址。
优选地，所述DHCP服务器模块能够在所述控制器之中或在所述控制器之外。
优选地，所述服务接入控制器模块还用于向所述无线终止点发送指示消息，其指示所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址。
优选地，所述服务信息包括以下中的至少一项：所述无线终止点的WLAN网络模式；所述无线终止点的容量要求；所述无线终止点的CPU使用率；以及所述无线终止点的存储器使用率。
根据本发明的第二方面，提出了一种WLAN网络架构，其包括：根据本发明的控制器；至少一个无线终止点；以及网络接入控制器池，其包括至少一个网络接入控制器，用于实施与所述至少一个无线终止点相关的数据层面的功能。
根据本发明的第三方面，提出了一种在控制器中用于控制WLAN网络通信的方法，其中WLAN网络架构包括所述控制器、至少一个无线终止点和网络接入控制器池，所述网络接入控制器池用于实施与所述至少一个无线终止点相关的数据层面的功能，所述控制器用于实施与所述至少一个无线终止点相关的控制层面的功能，所述方法包括：-确定无线终止点的服务信息；-为所述无线终止点和网络接入控制器分配IP地址；-根据所述服务信息、所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址为所述无线终止点在所述网络接入控制器池中创建所述网络接入控制器，其用于实施与所述无线终止点相关的数据层面的功能；以及-向所述无线终止点发送指示消息，其指示所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址。
优选地，所述方法还包括如下步骤：-确定所述无线终止点是否处于离线状态；以及-当确定所述无线终止点处于所述离线状态时，释放所述网络接入控制器、所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址。
根据本发明的第四方面，提出了一种在无线终止点中用于协助控制器控制WLAN网络通信的方法，其中WLAN网络架构包括所述控制器、至少一个无线终止点和网络接入控制器池，所述网络接入控制器池用于实施与所述至少一个无线终止点相关的数据层面的功能，所述控制器用于实施与所述至少一个无线终止点相关的控制层面的功能，所述方法包括：-将所述无线终止点的服务信息发送给所述控制器；以及-从所述控制器接收指示消息，其指示所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器池中的网络接入控制器的IP地址。
优选地，所述步骤还包括如下步骤：-基于所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址与所述网络接入控制器实施数据层面的功能。
根据本发明的第五方面，提出了一种在控制器中用于控制WLAN网络通信的方法，其中WLAN网络架构包括所述控制器、至少一个无线终止点和网络接入控制器池，所述网络接入控制器池用于实施与所述至少一个无线终止点相关的数据层面的功能，所述控制器包括服务发现模块和服务接入控制器模块，其中所述服务接入控制器模块用于实施与所述至少一个无线终止点相关的控制层面的功能，所述方法包括：-在所述服务发现模块处确定无线终止点的服务信息；-在所述服务发现模块处将所述服务信息发送给所述服务接入控制器模块，并且将所述服务信息发送给DHCP服务器模块，以用于所述DHCP服务器模块为所述无线终止点的IP地址和网络接入控制器分配IP地址，其中所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址由所述DHCP服务器模块发送给所述服务接入控制器模块；
-在所述服务接入控制器模块处接收所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址，并根据所述服务信息和所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址为所述无线终止点在所述网络接入控制器池中创建所述网络接入控制器；以及-在所述服务接入控制器模块处向所述无线终止点发送指示消息，其指示所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址。
优选地，所述DHCP服务器模块能够在所述控制器之中或在所述控制器之外。
通过本发明可以提供下述优点：
a.对宽带网络和WLAN网络进行了统一管理。宽带网络和wLAN网络的单一虚拟管理平台简化了网络运行并且降低了成本。网络运营商能够使用单一工具来查看和管理整个网络。
b.对于供应商具有更大选择余地。软件定义的网络是开放式的，并且其能够使得IP来混合和匹配来自提供不同的WLAN模式的供应商的网络元件。
c.简化了网络规则并且降低了所有权的成本。本发明能够对于改变的策略和负载做出动态反应，这将使得管理人员能够更加关注于策略工作，而不是为了满足业务需求来配置和重新配置网络设备。
d.相比于现有方案，本发明能够以更高的可扩展性和低成本来支持local-MAC，split-MAC和remote-MAC。
f.IP地址的高效利用。本发明为网络中的WTP和N-AC(网络接入控制器，networkaccess controller)分配IP地址。通过实时地检测离线用户并且释放这些离线用户的IP地址，能够促进IP地址的高效使用。
g.资源的更高效的利用。可以例如基于相关的WTP的数量、WTP管辖的用户设备(user equipment，UE)的数量、CPU使用率、存储器使用率、WTP和N-AC直接的链路质量和业务流来创建N-AC。也即，将N-AC作为一种资源池来创建，而不是给WTP限制特定容量。相比于现有方案，这将具有更高的使用效率。
本发明的各个方面将通过下文中的具体实施例的说明而更加清晰。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：
图1示出了AC-WTP家庭中的三种架构变型示意图；
图2示出了根据本发明一个实施例的WLAN架构的示意图；以及
图3示出了根据本发明另一个实施例的用于控制WLAN通信的方法流程图。
在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相对应的部件或特征。
具体实施方式
本发明提出了一种软件定义的虚拟化的WLAN，这包括如下基本思路：
-传统的AC的控制层面的功能与其数据层面的功能分离。也即，传统的AC被分离为两个子实体：(1)S-AC(server access controller，服务器接入控制器)，用于实施传统的AC的控制层面的功能，也即CAPWAP(control and provisioning of wireless accesspoints)功能，诸如RF监控、RF配置和WTP配置。本发明由此提供了一种统一的控制层面。(2)N-AC(network access controller，网络接入控制器)，其用于实施传统的AC的数据层面的功能，诸如IEEE 802.11功能。应当注意，对于图1中的local-MAC、split-MAC和remote-MAC模式，N-AC将实施传统的AC的不同的数据层面的功能。
-对于WTP而言，通过将N-AC视为一种资源池而不是给WTP限制特定容量来将N-AC虚拟化。基于相关的wTP的数量、WTP管辖的用户设备的数量、CPU使用率、存储器使用率、WTP和N-AC直接的链路质量和业务流来在N-AC池(网络接入控制器池)中根据需要动态地为wTP来创建N-AC。然而，从特定的wTP的角度，N-AC是一种具有无限的容量供其使用的专属设备。此外，N-AC可以位于现有的网络设备上(例如，宽带网络网关控制设备，BNG)并且由S-AC控制。附加地，N-AC池可以例如是数据库或由许多服务器组成，并且N-AC是一个其中的用于WTP的特定的设备。
-提出了一种控制器。该控制器控制、管理和配置WTP、宽带网络和N-AC，并且为WTP创建N-AC。该控制器具有两个主要模块：(1)服务发现模块，负责与网络相关联的WTP的服务发现，诸如WLAN模式(local-MAC，split-MAC or remote-MAC)的确定；(2)S-AC模块(上文所述)，负责传统AC的控制层面的功能(诸如，RG监控和WTP配置，也即图1中示出的CAPWAP功能)，以及N-AC的控制、管理和配置。
-DHCP服务器能够位于控制器内或位于控制器之外。在本发明的一个实施例中，与现有的布置模型不同，DHCP服务器不再与AC分离地布置。替代地，DHCP服务器被集中化并且作为一个DHCP模块被包括在控制器中。DHCP服务器模块为网络中的wTP和N-AC分配IP地址。通过实时地检测离线用户并且释放这些离线用户的IP地址，能够促进IP地址的高效使用。
图2示出了根据本发明一个实施例的WLAN架构的示意图。
如图2所示，WLAN网络架构包括控制器，具有不同的WLAN网络模式的三个WTP(WTP1、WTP 2和WTP 3)以及一个N-AC池。
虽然在图2中示出了三个WTP，但是本领域的技术人员应当理解wTP数量仅是用于示例性的解释。WTP 1、WTP 2和WTP 3中的每个是物理或网络实体，其包括IEEE 802.11 RF天线和无线PHY用于发送和接收WLAN的基站数据流量。对于不同的WLAN模式(local-MAC，split-MAC and remote-MAC)，具有不同的WLAN模式的WTP具有不同的数据层面的功能。
N-AC池包括N-AC 1、N-AC 2 and N-AC 3，其分别为WTP 1、wTP 2和wTP 3被动态地创建。N-AC是一种实施传统的AC的数据层面功能(诸如IEEE 802.11功能)的元件。基于例如WTP对容量的需求、WTP下的相关联的用户设备的数量、CPU使用率、存储器使用率、WTP和N-AC直接的链路质量以及wTP的wLAN模式等来为wTP动态地创建N-AC。换而言之，通过将N-AC视为一种资源池而不是给WTP限制特定容量来将N-AC虚拟化。然而，从特定的WTP的角度，N-AC是一种具有无限的容量供其使用的专属设备。
仍参考图2，控制器用于控制、管理和配置wTP和N-AC，并且为WTP创建N-AC。该控制器具有如下主要模块：
服务发现模块：负责与网络相关联的WTP的服务发现，诸如WLAN模式(local-MAC，split-MAC or remote-MAC)的确定。
S-AC模块：负责传统AC的控制层面的功能(诸如，RG监控和WTP配置)，以及N-AC的控制、管理和配置。
附加地，该控制器还可以具有DHCP服务器模块。DHCP服务器模块为网络中的WTP和N-AC分配IP地址。通过实时地检测离线用户并且释放这些离线用户的IP地址，能够促进IP地址的高效使用。
图3示出了根据本发明另一个实施例的用于控制WLAN通信的方法流程图。
如图3所示，在步骤301中，控制器中的服务发现模块确定wTP的服务信息。具体地，当一个WTP首次与网络相关联时，控制器将与WTP实施服务发现过程，以获得服务信息。例如，服务信息包括WTP的WLAN网络模式、WTP的容量需求、WTP的CPU使用率；以及WTP的存储器使用率。不同的WLAN模式可能提供WTP的不同的服务。对于local-MAC，IEEE 802.11 MAC功能中的大部分或整个(包括IEEE 802.11管理帧处理中的大部分)都在wTP处实施。对于remote-MAC，整个IEEE 802.11 MAC功能(包括时延敏感功能)都在所创建的N-AC(下文将详述)中实施，而不是在WTP中实施。对于split-MAC，IEEE 802.11 MAC被有效地在WTP和所创建的N-AC(下文将详述)之间划分，其中WTP仅仅实施IEEE 802.11的时延敏感的MAC业务(包括所有的控制帧和一些管理帧)，而其他剩余的管理和数据帧则在所创建的N-AC(下文将详述)处实施。
一旦从WTP获得了服务信息，服务发现模块将WTP的服务信息通知给S-AC模块和DHCP服务器模块，如步骤S302和步骤S303所示。该信息可以被S-AC模块和DHCP服务器模块用于控制、管理和配置。在此，DHCP服务器模块能够位于控制器之内或之外。
在步骤S304中，DHCP服务器模块为wTP和N-AC分配IP地址。
在步骤S305中，DHCP服务器模块将WTP的IP地址和N-AC的IP地址通知给S-AC模块。
在步骤S306中，基于WTP的服务信息和DHCP服务器模块分配的IP地址，S-AC模块在N-AC池中创建用于WTP的适合的N-AC，包括其名称(表示N-AC的标识)以及其他需要的信息。附加地，S-AC能够保留wTP的IP地址和N-AC的IP地址以例如用于未来的重新配置和维护。
在步骤S307中，S-AC模块将指示消息发送给WTP，其指示WTP的IP地址和N-AC的IP地址。
在步骤S308中，WTP和N-AC实施数据层面的通信。
在步骤S309中，当服务发现模块确定wTP离线时，服务发现模块将释放N-AC。例如可以通过周期性地检测WTP的状态或通过来自WTP的报告来实现该确定过程。
在步骤S310中，服务发现模块将通知DHCP服务器模块wTP离线。
随后，在步骤S311中，DHCP服务器模块将分别释放WTP的IP地址和N-AC的IP地址。
通过实时地检测离线用户并且释放这些失效或离线用户的IP地址，能够促进IP地址的高效使用。
需要说明的是，上述实施例仅是示范性的，而非对本发明的限制。任何不背离本发明精神的技术方案均应落入本发明的保护范围之内，这包括使用在不同实施例中出现的不同技术特征，装置方法可以进行组合，以取得有益效果。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；“包括”一词不排除其他权利要求或说明书中未列出的装置或步骤。
Claims (15)
1.一种用于WLAN网络的控制器，包括：
服务发现模块，其用于确定无线终止点的服务信息；以及
服务接入控制器模块，其用于实施与所述无线终止点相关的控制层面的功能，并且用于根据所述服务信息、所述无线终止点的IP地址和网络接入控制器的IP地址为所述无线终止点在网络接入控制器池中创建所述网络接入控制器，其中所述网络接入控制器用于实施与所述无线终止点相关的数据层面的功能，并且所述网络接入控制器池与所述控制器相分离。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述服务接入控制器模块从DHCP服务器模块接收所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址，其中所述DHCP服务器模块用于分别为所述无线终止点和所述网络接入控制器分配IP地址。
3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述服务发现模块还用于确定所述无线终止点是否处于离线状态，并且其中当确定所述无线终止点处于所述离线状态时，所述服务发现模块为所述无线终止点释放所述网络接入控制器。
4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，当确定所述无线终止点处于所述离线状态时，所述服务发现模块通知所述DHCP服务器模块所述无线终止点处于离线状态，并且所述DHCP服务器模块还用于分别释放所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的控制器，其特征在于，所述DHCP服务器模块在所述控制器之中或在所述控制器之外。
6.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述服务接入控制器模块还用于向所述无线终止点发送指示消息，其指示所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址。
7.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述服务信息包括以下中的至少一项：
所述无线终止点的WLAN网络模式；
所述无线终止点的容量要求；
所述无线终止点的CPU使用率；以及
所述无线终止点的存储器使用率。
8.一种WLAN网络架构，其包括：
根据权利要求1至7中任一项所述的控制器；
至少一个无线终止点；以及
网络接入控制器池，其包括至少一个网络接入控制器，用于实施与所述至少一个无线终止点相关的数据层面的功能。
9.一种在控制器中用于控制WLAN网络通信的方法，其中WLAN网络架构包括所述控制器、至少一个无线终止点和网络接入控制器池，所述网络接入控制器池用于实施与所述至少一个无线终止点相关的数据层面的功能，所述控制器用于实施与所述至少一个无线终止点相关的控制层面的功能，所述方法包括：
-确定无线终止点的服务信息；
-为所述无线终止点和网络接入控制器分配IP地址；
-根据所述服务信息、所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址为所述无线终止点在所述网络接入控制器池中创建所述网络接入控制器，其用于实施与所述无线终止点相关的数据层面的功能；以及
-向所述无线终止点发送指示消息，其指示所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
-确定所述无线终止点是否处于离线状态；以及
-当确定所述无线终止点处于所述离线状态时，释放所述网络接入控制器、所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述服务信息至少包括以下中的至少一项：
所述无线终止点的WLAN网络模式；
所述无线终止点的容量要求；
所述无线终止点的CPU使用率；以及
所述无线终止点的存储器使用率。
12.一种在无线终止点中用于协助控制器控制WLAN网络通信的方法，其中WLAN网络架构包括所述控制器、至少一个无线终止点和网络接入控制器池，所述网络接入控制器池用于实施与所述至少一个无线终止点相关的数据层面的功能，所述控制器用于实施与所述至少一个无线终止点相关的控制层面的功能，所述方法包括：
-将所述无线终止点的服务信息发送给所述控制器，使得所述控制器根据所述服务信息以及所述无线终止点的IP地址和网络接入控制器的IP地址，来为所述无线终止点在网络接入控制器池中创建网络接入控制器；以及
-从所述控制器接收指示消息，其指示所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器池中的网络接入控制器的IP地址。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
-基于所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址与所述网络接入控制器实施数据层面的功能。
14.一种在控制器中用于控制WLAN网络通信的方法，其中WLAN网络架构包括所述控制器、至少一个无线终止点和网络接入控制器池，所述网络接入控制器池用于实施与所述至少一个无线终止点相关的数据层面的功能，所述控制器包括服务发现模块和服务接入控制器模块，其中所述服务接入控制器模块用于实施与所述至少一个无线终止点相关的控制层面的功能，所述方法包括：
-在所述服务发现模块处确定无线终止点的服务信息；
-在所述服务发现模块处将所述服务信息发送给所述服务接入控制器模块，并且将所述服务信息发送给DHCP服务器模块，以用于所述DHCP服务器模块为所述无线终止点的IP地址和网络接入控制器分配IP地址，其中所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址由所述DHCP服务器模块发送给所述服务接入控制器模块；
-在所述服务接入控制器模块处接收所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址，并根据所述服务信息和所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址为所述无线终止点在所述网络接入控制器池中创建所述网络接入控制器；以及
-在所述服务接入控制器模块处向所述无线终止点发送指示消息，其指示所述无线终止点的IP地址和所述网络接入控制器的IP地址。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述DHCP服务器模块在所述控制器之中或在所述控制器之外。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 201206 Shanghai, Pudong Jinqiao Ning Bridge Road, No. 388, No. Applicant after: Shanghai NOKIA Baer Limited by Share Ltd Address before: 201206 Shanghai, Pudong Jinqiao Ning Bridge Road, No. 388, No. Applicant before: Shanghai Alcatel-Lucent Co., Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |