CN105933937A - 一种减少无线通信丢帧的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种减少无线通信丢帧的方法和设备，所述方法包括：为终端选择主接入点；为所述终端选择一个或多个从接入点；以及所述从接入点转发其接收到的来自于所述终端的流量。所述设备包括：为终端选择的主接入点；为所述终端选择的一个或多个从接入点；以及中间设备，其从所述主接入点和所述从接入点接收来自于所述终端的流量，并转发所述流量。根据本发明的方法和设备，能够减少无线通信丢帧，尤其是针对例如语音视频等对上行链路有较高性能要求的应用中存在的丢帧率高的问题。

Description

一种减少无线通信丢帧的方法和设备

技术领域

本发明涉及无线通信，尤其涉及基于SDN的无线网络通信。

背景技术

无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)，是使用无线电波作为数据传送媒介的局域网。无线局域网和有线局域网的差异性大部分是由媒介的共享特性和无线网卡半双工的工作特性，以及物理层的信号传播特性所决定的。一个典型的WLAN包括两类设备：连接到无线网络中的移动终端(Mobile Node，MN)，以及提供移动终端对有线局域网和从有线局域网对移动终端的访问的接入点(Access Point，AP)。

在大型的组织机构中，WLAN可能会包括成百上千个AP，以便为大量的用户提供网络服务。然而在实际的使用场景中，由于对于无线网络接入规模的需求，使得在数据上行传输方向上存在着高丢帧率问题。这是因为，随着接入规模的增大，无线媒介的共享特性和无线网卡半双工的工作特性，会导致单接收点处信号冲突的概率增加；并且由于无线信号的传播特性、多径效应、阴影效应等，由其是在室内环境下，容易导致无线帧传输失败；此外，由于MN是上行方向上的信号传输者，其通常为抗噪声能力较弱的小功率发射设备，这也会导致降低传输成功率。

目前用于减少丢帧的方法包括通过采用微秒级的群轮间隔时间和灵活的分组策略，来保证站点(Station，STA)的服务质量。例如，通过采用群轮方式，对于STA所覆盖的所有STA进行分组，避免在AP所覆盖的STA数量较多时的丢帧问题，从而节省无线资源。然而，这样的方法仍存在以下缺点：操作的复杂度较高，并且在例如高密度部署的室内环境中对传输成功率的提升能力有限。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种减少无线通信丢帧的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，包括：

一种减少无线通信丢帧的方法，包括：

为终端选择主接入点；

为所述终端选择一个或多个从接入点；以及

所述从接入点转发其接收到的来自于所述终端的流量。

根据所述的方法，优选地，其中，所述从接入点转发其接收到的来自于所述终端的流量包括：所述从接入点将所述流量转发到中间设备；

并且其中，所述主接入点也将其接收到的来自于所述终端的流量转发到所述中间设备，所述中间设备转发其从所述主接入点或所述从接入点接收的流量。

根据所述的方法，优选地，其中，所述中间设备转发其从所述主接入点或所述从接入点接收的流量包括：

所述中间设备对所述流量执行冗余消除处理，以消除所述流量中的重复数据。

根据所述的方法，优选地，其中，所述从接入点转发其接收到的来自于所述终端的流量包括：所述从接入点将所述流量转发到所述主接入点，

并且其中，所述主接入点转发其从所述终端或所述从接入点接收的流量。

根据所述的方法，优选地，其中，所述主接入点转发其从所述终端或所述从接入点接收的流量包括：

所述主接入点对所述流量执行冗余消除处理，以消除所述流量中的重复数据。

根据所述的方法，优选地，其中，所述冗余消除处理包括：

转发重复数据中最先到达的数据，并抛弃重复数据中之后到达的数据；或者

转发在设定的时间段内到达的重复数据中信号强度最高的数据。

根据所述的方法，优选地，其中，所述主接入点的传输功率高于所述从接入点的传输功率。

根据所述的方法，优选地，其中在所述终端处的所述主接入点的接收功率与在所述终端处的所述从接入点的接收功率之差大于噪声功率与天线灵敏度功率之和；在所述终端处的所述从接入点的接收功率大于噪声功率与天线灵敏度功率之和。

一种减少无线通信丢帧的设备，包括：

为终端选择的主接入点；

为所述终端选择的一个或多个从接入点；以及

中间设备，其从所述主接入点和所述从接入点接收来自于所述终端的流量，并转发所述流量。

一种减少无线通信丢帧的设备，包括：

用于为终端选择主接入点的装置；

用于为所述终端选择一个或多个从接入点的装置；

用于通过所述从接入点将其接收到的来自于所述终端的流量转发到所述主接入点的装置；

用于通过所述主接入点转发其从所述终端或所述从接入点接收的流量的装置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的方法复杂度较低，并且能够支持采用商用硬件的AP及基于普通PC的中间设备，以降低部署方案的成本。

本发明的方法还可以在不影响其他设备正常工作的情况下，根据实际的介入规模和流量规模，在现有AP的基础上动态地选择所使用的AP，和/或动态地添加所使用的中间设备。

本发明的方法还可以提高通行的链路带宽、减小时延；尤其是能够大幅提升针对对上行链路有高性能要求的应用(例如语音或视频等)以及在例如高密度部署的室内的使用场景中的传输成功率。根据实际场景测试的结果，能够将丢帧率从10％左右降低到2％左右，并且将链路层带宽提升40％。

此外，本发明还可以结合SDN提供的可编程性以及相关的管理控制技术，从而提升MN的网络体验。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的上行数据流处理的示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的中间设备MRMB的结构的示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的实际网络环境的带宽测试结果；

图4是根据本发明的一个实施例的实际网络环境中采用一个主AP和一个从AP时的传输正确率的测试结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

发明人认为，虽然采用一个AP来转发MN的流量时可能会产生丢帧的现象，但是在同一个无线网络中的其他AP仍有很大的可能性能够接收到丢失的帧。因此，可以利用无线网络的上述性质，让多个AP转发同一个MN的流量，从而降低丢帧率。并且，可以针对由此产生的重复的流量，再进行去冗余的操作。

同时，出于提高能效的考虑(例如为了保证对应的下行链路的信号强度)，可以为一个MN选择无线性能最好的AP作为用于该MN的主AP，并为主AP提供较高的传输功率以进行流量转发；而选择其他一个或多个AP(可以是无线性能次优的一个或多个AP)作为用于该MN的从AP，并为从AP提供较低的传输功率以进行流量转发。

根据本发明的一个实施例，WLAN系统包括控制器、AP和中间设备(其在本文中也被称为多径传输中间盒子(Multi-Radio Middle Box，MRMB))，其中控制器的数量可以是大于或等于1个，AP的数量可以为多个。在实际使用时，可以根据需求动态地增加/减少所部署的中间设备的数量，而不需要对现有的网络设备进行重新配置。在虚拟蜂窝架构中，同层AP工作在同一信道。其中，可以采用空间密集型的AP部署方案。

本发明的接入控制方法主要针对上行流量管理，可以包括如下步骤：

第一步：为MN选择能够为该MN提供最好无线网络性能的AP，并在该AP上建立该MN的主多径虚拟接入点(Master Multi-Radio VAP，MMRVAP)。

其中，所述主多径虚拟接入点负责与该MN按照例如802.11的协议进行无线关联并转发该MN的流量。

第二步：在该MN周围选择其他AP，并在选择的所述其他AP上分别建立该MN的冗余从多径虚拟接入点(Slave Multi-Radio VAP，SMRVAP)。

其中，所述从多径虚拟接入点负责转发该MN的流量。

第三步：控制器配置流表，将与该MN相关的所有多径虚拟接入点(包括MMRVAP及SMRVAP)的流量定向到中间设备，即MRMB。

第四步：该中间设备继续转发所述流量。

其中，如果该中间设备接收到了冗余的流量，则可以在该中间设备上去除冗余的流量。在去除冗余的流量时，基于降低延时的目的，可以转发先到达的流量；或者基于进一步降低传输错误率的目的，可以等待一段时间并保留信号强度较高的流量。

图1示出了根据本发明的上行数据流处理的一个具体实例。

在该实例中，MN发出的无线帧被两个AP正确地接收到，这两个AP向MN回复确认字符(例如，按照802.11协议回复ACK)即冗余确认字符(DUPACK)；所述两个AP将各自收到的数据包(例如根据流表)通过有线交换网络发送到相应的MRMB；MRMB处理收到的数据包，并将非冗余数据包转发到相应的其他网络。

下面具体介绍根据本发明的设备所包含的各个部分：

控制器

在本发明中，控制器对AP和中间设备以及有线交换网络中的交换机进行配置和管理，其主要任务包括：

根据MN在相应的物理AP上配置相应的多径虚拟接入点(主多径虚拟接入点或者从多径虚拟接入点)；

配置交换机的流表，从而将MN的主多径虚拟接入点及从多径虚拟接入点接收到的流量导入到中间设备；

配置该中间设备上的流表和用于消除冗余的模块。

在未将下行数据流通过主AP及从AP进行转发的实施例中，由于没有冗余数据的存在，因此中间设备不需要对下行数据流进行冗余消除。然而，本领域的技术人员应理解，还可以将本发明的减少无线通信丢帧的方法应用于无线通信的下行数据流。

在本发明中，控制器可以是基于SDN的，并且不需要部署在网关处，只要其以任意方式接入到局域网中即可。控制器可以根据需要保存全部AP的信息，从而根据AP和该MN的相关信息，选择和建立有效的多径接入点。并且，由于基于SDN的控制器的决策是依据全局视图做出的，因此还可以根据全局的无线网络服务状况和MN的业务需求制定针对全局的策略。

AP

AP是为MN提供网络的基础物理设备，其可以支持虚拟化技术(VAP)。AP在向MN提供无线网络服务的同时，还会接收控制器的无线相关的控制消息。AP可以与MN建立两类接入方式：主多径虚拟接入点方式和从多径虚拟接入点方式。这两类接入方式均可以由控制器进行配置和管理，并且都可以实现完整的虚拟化技术功能，它们的区别在于采用不同的传输功率和响应机制：

1、传输功率：可以将主多径虚拟接入点的传输功率设置为大于从多径虚拟接入点，保证响应的冗余确认字符能够被MN正确地接收，因此传输功率要满足例如以下条件(Noise是环境噪声，ε是接收端的天线灵敏度)：

RVP_MMRVAP-RVP_SMRVAP＞Noise+ε

RVP_SMRVAP＞Noise+ε

其中，RVP是MN处AP的接收功率。

2、对于一些信息告知类型的管理帧，比如信标帧(Beacon Frame)和探测响应帧(Probe Response)等，可以仅由主多径虚拟接入点来进行发送，而从多径虚拟接入点则不执行相应的操作。

在本发明中，可以在原有的AP部署方式下，根据流量及接入规模的需要，动态地为MN选择用作主多径虚拟接入点和从多径虚拟接入点的AP。并且，还可以采用虚拟蜂窝架构在同一信道层空间密集地部署AP，由此使得在一些区域内来自同一个MN的无线帧可以同时被多个AP侦听到，以用于本发明的主多径虚拟接入点和/或从多径虚拟接入点，并且使得在单位空间内支持的MN的服务个数得到大幅提升。

中间设备

本发明的中间设备用于实现数据的转发功能，并可以用于实现数据的冗余处理功能，其可以采用支持SDN的设备(例如图中所示的交换机MRMB)，并且能够接受控制器的控制。应理解，本发明的中间设备可以布置在通信路径中的任意位置，而不必将其限制在诸如网关的位置上。所以，经中间设备去冗余后的上行流量传输仍有可能是无线传输。针对无线传输的情况，可以考虑保留高功率的流量，以获得更好的抗噪性从而达到降低无线传输错误率的效果。在实际使用时，可以根据需要选择在去冗余的过程中是转发最先达到的流量，还是保留在一段时间内接收到的重复流量中功率最高的流量。

根据本发明的一个实施例，图2示出的MRMB是一个SDN交换机，其利用虚拟网络设备(TAP/TUN)来实现冗余消除。在MRMB中，虚拟网络设备对来自AP的流量进行冗余消除，并转发消除冗余后的流量。

对于所述冗余消除的方法，可以根据需要来设定用于判别冗余的方法。例如，可以逐字节比较到达中间设备的流量中的数据包，以判断是否属于相同的数据包。又例如，为了提高判断冗余流量的效率，还可以计算流量中数据包的哈希(Hash)值来确定是否为相同内容的数据包。

根据本发明的一个实施例，可以对每个数据包进行哈希算法，并保留哈希值和时间戳。当某个数据包的哈希值与之前的另一个数据包的哈希值相同并且这两个数据包的时间戳的差别小于一个超时器时长(Timeout)时，则可以将后接收到的数据包认为是冗余数据包，否则认为是新的数据包。可以将冗余的数据包直接丢弃，并将新的数据包则按照流表规则进行转发。

在本发明中，可以将中间设备设置成是能够相互独立地工作、以及增量部署的设备，并且能够使得中间设备连接多个软硬件以将多个服务器从逻辑上看成一个实体。比如，可以通过简单的负载平衡，通过增加多个服务器，来克服单个设备的性能瓶颈。并且，可以基于MN的数量来设置接入系统的服务粒度，从而支持灵活的服务质量控制。

为验证本发明相较于现有技术在减少无线通信丢帧上的效果，发明人在实际网络环境中进行了测试。在图3示出了测试的结果，其中使用了测试工具iperf，使得终端以18Mbps速率传输流量，并在接收端测量UDP带宽。参考图3，相较于传统方案，根据本发明的方法可以将链路层带宽提升约40％。

图4示出了在实际网络环境中采用一个主AP和一个从AP来传输10000个报文的测试结果，其中AP1作为主AP，AP2作为从AP。参考图4可知，AP1和AP2均能正确地接收到报文的概率为85.51％，仅AP1能正确地接收到报文的概率为6.82％，仅AP2能正确地接收到报文的概率为5.54％，而AP1和AP2均不能正确地接收到报文的概率为2.13％。由此可知，不采用本发明的方法时能够正确接收报文的概率为(85.51+6.82)％，即92.33％；而采用根据本发明的方法时则可以将正确接收报文的概率提高至(85.51+6.82+5.54)％，即97.87％。以上仅为采用一个从AP的实际测试结果，应理解增加从AP的数量更有利于提高接收报文的成功率。因此，在实际的使用过程中，可以通过采用更多数量的从AP来更大程度的提高传输成功率。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。例如，本发明并不限制是否必须采用独立的中间设备来进行去冗余的过程，还可以在现有设备上实施上述功能。例如可以使主AP接收来自终端的流量，并使从AP将同一个终端的流量转发至主AP，再由主AP对该终端的流量中的重复部分进行去冗余并转发。

另外，虽然在上文中主要针对无线通信的上行数据流描述了本发明的减少无线通信丢帧的方法，然而本领域的技术人员应理解，本发明的减少无线通信丢帧的方法同样可以应用于无线通信的下行数据流。

尽管上文参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种减少无线通信丢帧的方法，包括：

为终端选择主接入点；

为所述终端选择一个或多个从接入点；以及

所述从接入点转发其接收到的来自于所述终端的流量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述从接入点转发其接收到的来自于所述终端的流量包括：所述从接入点将所述流量转发到中间设备；

并且其中，所述主接入点也将其接收到的来自于所述终端的流量转发到所述中间设备，所述中间设备转发其从所述主接入点或所述从接入点接收的流量。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述中间设备转发其从所述主接入点或所述从接入点接收的流量包括：

所述中间设备对所述流量执行冗余消除处理，以消除所述流量中的重复数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述从接入点转发其接收到的来自于所述终端的流量包括：所述从接入点将所述流量转发到所述主接入点，

并且其中，所述主接入点转发其从所述终端或所述从接入点接收的流量。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述主接入点转发其从所述终端或所述从接入点接收的流量包括：

所述主接入点对所述流量执行冗余消除处理，以消除所述流量中的重复数据。

6.根据权利要求3或5所述的方法，其中，所述冗余消除处理包括：

转发重复数据中最先到达的数据，并抛弃重复数据中之后到达的数据；或者

转发在设定的时间段内到达的重复数据中信号强度最高的数据。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述主接入点的传输功率高于所述从接入点的传输功率。

8.根据权利要求1所述的方法，其中在所述终端处的所述主接入点的接收功率与在所述终端处的所述从接入点的接收功率之差大于噪声功率与天线灵敏度功率之和；在所述终端处的所述从接入点的接收功率大于噪声功率与天线灵敏度功率之和。

9.一种减少无线通信丢帧的设备，包括：

为终端选择的主接入点；

为所述终端选择的一个或多个从接入点；以及

中间设备，其从所述主接入点和所述从接入点接收来自于所述终端的流量，并转发所述流量。

10.一种减少无线通信丢帧的设备，包括：

用于为终端选择主接入点的装置；

用于为所述终端选择一个或多个从接入点的装置；

用于通过所述从接入点将其接收到的来自于所述终端的流量转发到所述主接入点的装置；以及

用于通过所述主接入点转发其从所述终端或所述从接入点接收的流量的装置。