CN106792575A - 一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡方法及系统 - Google Patents

一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡方法及系统 Download PDF

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CN106792575A CN201710099751.7A CN201710099751A CN106792575A CN 106792575 A CN106792575 A CN 106792575A CN 201710099751 A CN201710099751 A CN 201710099751A CN 106792575 A CN106792575 A CN 106792575A
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Abstract

本发明涉及基于终端关联实时信号强度和群主决策的负载均衡方法及系统。本发明方法：1)群AP接收到终端发起的关联请求后，实时向主AP发送所述终端的关联信息；2)所述主AP监听到所述群AP发送的所述关联信息后，向所有群AP组播信号强度获取指令；3)收到所述信号强度获取指令的所有群AP分别监听所述终端的信号强度，并分别将监听获得的信号强度发送给所述主AP。本发明取消群员周期上报群主无线扫描结果，只在终端发起关联时发送该终端的RSSI信息，群主收到群员的关联请求后，广播请求所有群员回复该终端STA的RSSI信息，群主设定定时器，根据时间段内收到的群员AP对STA的RSSI信息做对比，做出决策，回复发起关联AP是否同意关联。

Description

一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡方法及系统
技术领域
本发明涉及移动通讯技术领域，具体为一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡方法及系统。
背景技术
在AP集群的场景中，所有AP使用同一SSID，无线终端在连接过程中无法依据SSID判断哪个AP的信号强度(RSSI)最好，终端关联到RSSI不好的AP，影响用户上网体验。同时由于终端关联的随机性，导致AP负载不均，不能均衡使用AP。
目前AP已经实现对终端的无线扫描，通过监控PROBE request帧获取终端的MAC、RSSI信息，AP集群中群主群员角色分配方案也已经实现。
现有的基于RSSI实现负载均衡方案为：群员AP通过无线扫描获取无线终端的信息保存，周期性(默认30s)向群主发送报文，包含获取的无线终端的MAC、RSSI信息；当AP接到终端的关联请求时，实时向群主发送关联请求报文，包含请求终端的StaMac信息，等待群主回复是否同意接受关联。群主AP收到群员发送的周期性报文，保存StaMac APMac RSSI数据，并对上一周期数据做老化处理；当收到群员关联请求报文时，在数据库中查询该StaMac相关的AP的RSSI，如果接到关联请求的群员AP的RSSI值不是最大，则单播回复群员报文拒绝关联，否则回复同意关联。
现有的负载均衡方案有三个缺点：①群主AP需要存储StaMac APMac RSSI表，并且有更新维护开销，AP内存负担较大；②群主决策是否关联的数据依据是上一报文周期的RSSI值，不是实时获取的RSSI，数据准确性不够。③群员AP周期性发送无线扫描获取的终端信息报文，如果AP周围终端数量较大，会占用一定带宽。
因此，需要对现有的基于RSSI实现负载均衡方案进行改进。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡方法及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡方法，包括以下步骤，
1)群AP接收到终端发起的关联请求后，实时向主AP发送所述终端的关联信息；
2)所述主AP监听到所述群AP发送的所述关联信息后，向所有群AP组播信号强度获取指令；
3)收到所述信号强度获取指令的所有群AP分别监听所述终端的信号强度，并分别将监听获得的信号强度发送给所述主AP；
4)所述主AP在设定的等待时间内接收各群AP发送来的信号强度，并对比接收到的所有信号强度的大小，如果所述终端要关联的群AP上报的信号强度的值为最大，则向相应所述群AP发送同意所述终端关联的指令；否则，向相应所述群AP发送拒绝所述终端关联的指令。
作为优选，所述步骤4)具体包括，
41)将所述主AP接收到的第一个群AP设置为可关联群AP；
42)在等待时间内，按时间先后顺序，将所述可关联群AP的信息强度与所述主AP接收到的下一个群AP的信号强度做比较，向信号强度较弱的群AP发送拒绝所述终端关联的指令，并将信号强度较强的群AP设置成可关联群AP；
43)等待时间结束后，向所述可关联群AP发送同意所述终端关联的指令。作为优选，所述步骤3)进一步为，收到所述信号强度获取指令的所有群AP，通过无线扫描确定所述终端的信号强度，以及计算所述群AP的负载率，并分别将监听获得的信号强度以及负载率信息发送给所述主AP。
作为优选，所述步骤4)进一步为，所述主AP在设定的等待时间内接收各群AP发送来的信号强度及负载率信息，，并对比所有所述群AP上报的信号强度和负载率，选取最优的可关联群AP，向所述最优的可关联群AP发送同意所述终端关联的指令，向其他所述群AP发送拒绝所述终端关联的指令。
作为优选，所述步骤3)中，群AP的负载率计算具体包括，31)计算群AP在预设时间内的CPU平均使用率，在预设时间段内的内存平均占用率，和当前接入用户总数；
32)当CPU平均使用率，内存平均占用率，和当前接入用户总数中有任意一个达到最大负载门限值时，则根据CPU平均使用率，内存平均占用率，和当前接入用户总数找出最大负载率，并将最大负载率作为群AP的负载率；
33)当CPU平均使用率，内存平均占用率，和当前接入用户总数均未达到最大负载门限值时，则根据CPU平均使用率，内存平均占用率，和当前接入用户总数计算平均负载率，并将平均负载率作为群AP的负载率。作为优选，所述步骤4)具体为，
L41.比较所述等待时间内所有群AP的上报的信号强度，选取信号强度最强的三个备选群AP；
L42.比较三个备选群AP的负载率，选取负载率最小的备选AP作为最优的可关联群AP；
L43.向所述最优的可关联群AP发送同意所述终端关联的指令，向其他所述群AP发送拒绝所述终端关联的指令。
作为优选，所述步骤L41还包括，设置信号强度阈值，在信号强度大于一定阈值的群AP中取信号强度最强的三个备选群AP。
一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡系统，包括群AP单元和主AP单元；所述群AP单元包括，
终端请求接收单元，用于接收到终端发起的关联请求；
报文发送单元，用于向所述主AP单元发送所述终端的关联信息或所述终端的信号强度；
主AP监听单元，用于接收所述主AP单元发送的信号强度获取指令或同意/拒绝所述终端关联的指令；
信号强度确定单元，用于确定终端的信号强度；
所述主AP单元包括，
报文返回单元，用于向所述群AP单元发送信号强度获取指令或同意/拒绝所述终端关联的指令；
群AP监听单元，用于接收所述群AP单元发送的所述终端的关联信息或所述终端的信号强度；
时间设定单元，用于设定主AP接收所述终端的信号强度的等待时间；
信号强度对比单元，用于按时间先后顺序比较各群AP上报的信号强度。
作为优选，所述群AP单元还包括负载率计算单元，用于根据群AP的CPU平均使用率，内存平均占用率，和当前接入用户总数计算出群AP的负载率。
作为优选，所述主AP单元还包括最优可关联群AP选取单元和信号强度阈值设定单元。
本发明的有益效果是，本发明的负载均衡方法及系统，取消群员周期上报群主无线扫描结果，只在终端发起关联时发送该终端的RSSI信息，群主收到群员的关联请求后，广播请求所有群员回复该终端STA的RSSI信息，群主设定定时器，根据时间段内收到的群员AP对STA的RSSI信息做对比，做出决策，回复发起关联AP是否同意关联。解决了群主AP内存负担、RSSI数据实时性以及群员周期发送无线扫描结果报文占用带宽的问题，具有内存负担小，数据实时性好，宽带占用率低等优点。
附图说明
图1为本发明负载均衡方法实施例一的方法流程图；
图2为本发明负载均衡系统实施例一的结构示意图；
图3为群AP处理主AP组播报文的流程示意图；
图4为群AP处理终端关联请求的流程示意图；
图5为主AP处理群AP关联请求的流程示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
如图1所示，一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡方法，包括以下步骤，
1)群AP接收到终端发起的关联请求后，实时向主AP发送所述终端的关联信息。所述终端的关联信息以报文的形式发送，报文包括以下内容，目的群主IP：主AP负载均衡配置文件读取，有4字节；源IP：群AP的WAN口IP地址，有4字节；PkgType：自定义群AP关联请求报文类型LDBAL_ASSO_REQ_PKG＝0，有1字节；StaMac：发起关联请求的终端mac地址，有6字节；APMac：群AP的WAN口MAC地址，有6字节。
2)所述主AP监听到所述群AP发送的所述终端的关联信息后，向所有所述群AP组播信号强度获取指令，信号强度获取指令以报文的形式发送，报文包括以下内容，目的组播IP：定义为255.255.255.255，有4字节；源IP：主AP的WAN口IP地址，有4字节；PkgType：自定义群主组播请求报文类型LDBAL_RSSI_REQ_PKG＝1，有1字节；StaMac：发起关联请求的终端mac地址，有6字节。
3)所述群AP监听所述主AP组播的信号强度获取指令后，通过无线扫描确定所述终端的信号强度，并向所述主AP发送终端的信号强度。终端的信号强度以报文的形式发送，报文包括以下内容，目的群主IP：主AP负载均衡配置文件读取，有4字节；源IP：群AP的WAN口IP地址，有4字节；PkgType：自定义群AP关联请求报文类型LDBAL_ASSO_REQ_PKG＝2，有1字节；StaMac：发起关联请求的终端mac地址，有6字节；APMac：群AP的WAN口MAC地址，有6字节；RSSI：无线扫描获取的StaMac信号强度，有1字节。
4)所述主AP在等待时间内监听所述群AP发送的终端的信号强度，并对比所述群AP上报的信号强度，如果所述群AP上报的信号强度的值为最大，则向相应所述群AP发送同意所述终端关联的指令；否则，向相应所述群AP发送拒绝所述终端关联的指令。同意或拒绝所述终端关联的指令以报文的形式发送，报文包括以下内容，目的群员IP：发起关联请求的群AP的IP地址，有4字节；源IP：主AP的WAN口IP地址，有4字节；PkgType：自定义群员关联请求报文类型LDBAL_ASSO_RESPONSE_PKG＝3，有1字节；StaMac：发起关联请求的终端mac地址，有6字节；APMac：群AP的WAN口MAC地址，有6字节；Association：0拒绝1同意，有1字节。
所述步骤4)具体包括，
41)将所述主AP接收到的第一个群AP设置为可关联群AP；
42)在等待时间内，按时间先后顺序，将所述可关联群AP的信息强度与所述主AP接收到的下一个群AP的信号强度做比较，向信号强度较弱的群AP发送拒绝所述终端关联的指令，，并将信号强度较强的群AP设置成可关联群AP；
43)等待时间结束后，向所述可关联群AP发送同意所述终端关联的指令。
所述方法采用的负载均衡系统，如图2所示，包括群AP单元和主AP单元；
所述群AP单元包括，终端请求接收单元，用于接收到终端发起的关联请求；
报文发送单元，用于向所述主AP单元发送所述终端的关联信息或所述终端的信号强度；主AP监听单元，用于接收所述主AP单元发送的信号强度获取指令或同意/拒绝所述终端关联的指令；信号强度确定单元，用于确定终端的信号强度。
所述主AP单元包括，报文返回单元，用于向所述群AP单元发送信号强度获取指令或同意/拒绝所述终端关联的指令；群AP监听单元，用于接收所述群AP单元发送的所述终端的关联信息或所述终端的信号强度；时间设定单元，用于设定主AP接收所述终端的信号强度的等待时间；信号强度对比单元，用于按时间先后顺序比较各群AP上报的信号强度。
如图3所示，群AP处理主AP组播报文的流程为，1)设置监听端口(该端口定义为7849)；2)监听组播报文；3)解析报文，检测PkgType字段是否为PKGLDBAL_RSSI_REQ_PKG；4)做LDBAL_ASSO_RESPONSE_PKG类型处理；5)在无线扫描结果中查找到报文中的StaMac；6)构造回复群主请求RSSI单播报文LDBAL_RSSI_RESPONSE_PKG；7)通过WAN口利用UDP发送该响应报文。
如图4所示，群AP处理终端关联请求的流程为，1)AP收到STA的关联请求，关联处理模块通知负载均衡进程；2)构造单播报文LDBAL_ASSO_REQ_PKG；3)通过WAN口利用UDP向群主发送该响应报文；4)启动定时器监听端口7893；5)定时器100ms计时内是否收到报文；6)收到LDBAL_ASSO_RESPONSE_PKG报文；7)解析报文，按照Association值返回给关联模块接收或拒绝关联信息。
如图5所示，主AP处理群AP关联请求的流程为，1)设置监听端口(该端口定义为7848)；2)监听到组播报文；3)解析报文，检测PkgType字段是否为LDBAL_ASSO_REQ_PKG(否则为LDBAL_RSSI_RESPONSE_PKG)；4)如果是，构造组播报文LDBAL_RSSI_REQ_PKG；5)通过WAN口利用UDP发送该组播报文；6)启动定时器，等待群员LDBAL_RSSI_RESPONSE_PKG报文；7)定时器100ms计时内接收LDBAL_RSSI_RESPONSE_PKG报文；8)定时器未超时，处理LDBAL_RSSI_RESPONSE_PKG报文。初始化Association＝1，对比报文中RSSI值与关联请求AP的RSSI对比，比它大则Association＝0；9)定时器超时，取消定时器，构造单播报文LDBAL_ASSO_RESPONSE_PKG；10)通过WAN口利用UDP发送该响应报文LDBAL_ASSO_RESPONSE_PKG。
实施例二
一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡方法，包括以下步骤，
1)群AP接收到终端发起的关联请求后，实时向主AP发送所述终端的关联信息。
2)所述主AP监听到所述群AP发送的所述终端的关联信息后，向所述群AP组播信号强度获取指令。
3)所述群AP监听所述主AP组播的所述信号强度获取指令后，通过无线扫描确定所述终端的信号强度，以及计算所述群AP的负载率，并向所述主AP发送终端的信号强度。
所述步骤3)中，群AP的负载率计算具体包括，31)计算群AP在预设时间内的CPU平均使用率，在预设时间段内的内存平均占用率，和当前接入用户总数。32)当CPU平均使用率，内存平均占用率，和当前接入用户总数中有任意一个达到最大负载门限值时，则根据CPU平均使用率，内存平均占用率，和当前接入用户总数找出最大负载率，并将最大负载率作为群AP的负载率。33)当CPU平均使用率，内存平均占用率，和当前接入用户总数均未达到最大负载门限值时，则根据CPU平均使用率，内存平均占用率，和当前接入用户总数计算平均负载率，并将平均负载率作为群AP的负载率。
4)所述主AP在等待时间内监听所述群AP发送的终端的信号强度和负载率，并对比所有所述群AP上报的信号强度和负载率，选取最优的可关联群AP，向所述最优的可关联群AP发送同意所述终端关联的指令，向其他所述群AP发送拒绝所述终端关联的指令。
所述步骤4)具体为，
L41.比较所述等待时间内所有群AP的上报的信号强度，选取信号强度最强的三个备选群AP。L42.比较三个备选群AP的负载率，选取负载率最小的备选AP作为最优的可关联群AP。L43.向所述最优的可关联群AP发送同意所述终端关联的指令，向其他所述群AP发送拒绝所述终端关联的指令。
所述方法采用的负载均衡系统，包括群AP单元和主AP单元；
所述群AP单元包括，终端请求接收单元，用于接收到终端发起的关联请求；报文发送单元，用于向所述主AP单元发送所述终端的关联信息或所述终端的信号强度；主AP监听单元，用于接收所述主AP单元发送的信号强度获取指令或同意/拒绝所述终端关联的指令；信号强度确定单元，用于确定终端的信号强度。负载率计算单元，用于根据群AP的CPU平均使用率，内存平均占用率，和当前接入用户总数计算出群AP的负载率。
所述主AP单元包括，报文返回单元，用于向所述群AP单元发送信号强度获取指令或同意/拒绝所述终端关联的指令；群AP监听单元，用于接收所述群AP单元发送的所述终端的关联信息或所述终端的信号强度；时间设定单元，用于设定主AP接收所述终端的信号强度的等待时间；最优可关联群AP选取单元，用于根据群AP上报的信号强度和负载率找出最优的可关联群AP。
群AP的负载率计算方法的实施例一，
以某一群AP为例，假设其最近10分钟的CPU平均使用率CPU_average＝0.8，而CPU平均使用率的最大负载门限值为0.7；最近10分钟的内存平均占用率MEM_average＝0.7，而内存平均占用率的最大负载门限值为0.7；群AP接入数CurrentAcessUsers为5，其中群AP的允许最大接入数MaxAcessUsers为10，而群AP当前接入用户总数最大负载门限值为7。
则CPU平均使用率CPU_average和内存平均占用率MEM_average均达到了各自的最大负载门限值，因此，该群AP的负载率取其最大的负载率，即LoadRatio＝MaxLoadRatio＝0.8。
群AP的负载率计算方法的实施例二，
以某一候群AP为例，假设其最近10分钟的CPU平均使用率CPU_average＝0.4，而CPU平均使用率的最大负载门限值为0.7；最近10分钟的内存平均占用率MEM_average＝0.7，而内存平均占用率的最大负载门限值为0.7；当前群AP接入数CurrentAcessUsers为5，其中群AP的允许最大接入数MaxAcessUsers为10，而群AP当前接入用户总数最大负载门限值为7。
则内存平均占用率MEM_average达到其最大负载门限值，因此，该群AP的负载率取其最大的负载率，即LoadRatio＝MaxLoadRatio＝0.7。
群AP的负载率计算方法的实施例三，
以某一群AP为例，假设其最近10分钟的CPU平均使用率CPU_average＝0.4，而CPU平均使用率的最大负载门限值为0.7；最近10分钟的内存平均占用率MEM_average＝0.6，而内存平均占用率的最大负载门限值为0.7；当前群AP接入数CurrentAcessUsers为5，其中群AP的允许最大接入数MaxAcessUsers为10，而群AP当前接入用户总数最大负载门限值为7。
则CPU平均使用率CPU_average、内存平均占用率MEM_average及当前群AP接入数CurrentAcessUsers均未达到其最大负载门限值，因此，该群AP的负载率取其最大的负载率，即LoadRatio＝(0.4+0.6+5/10)/3＝0.5。
负载均衡方法实施例三在实施例二的基础上，
更改了步骤L41.设置信号强度阈值，在信号强度大于一定阈值的群AP中取信号强度最强的三个备选群AP。
并在负载均衡系统的主AP单元中增加了信号强度阈值设定单元，用于给信号强度设定一个阈值，以排除信号强度过低的群AP。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)群AP接收到终端发起的关联请求后，实时向主AP发送所述终端的关联信息；
2)所述主AP监听到所述群AP发送的所述关联信息后，向所有群AP组播信号强度获取指令；
3)收到所述信号强度获取指令的所有群AP分别监听所述终端的信号强度，并分别将监听获得的信号强度发送给所述主AP；
4)所述主AP在设定的等待时间内接收各群AP发送来的信号强度，并对比接收到的所有信号强度的大小，如果所述终端要关联的群AP上报的信号强度的值为最大，则向相应所述群AP发送同意所述终端关联的指令；否则，向相应所述群AP发送拒绝所述终端关联的指令。
2.根据权利要求1所述的一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡方法，其特征在于：所述步骤4)具体包括，
41)将所述主AP接收到的第一个群AP设置为可关联群AP；
42)在等待时间内，按时间先后顺序，将所述可关联群AP的信息强度与所述主AP接收到的下一个群AP的信号强度做比较，向信号强度较弱的群AP发送拒绝所述终端关联的指令，并将信号强度较强的群AP设置成可关联群AP；
43)等待时间结束后，向所述可关联群AP发送同意所述终端关联的指令。
3.根据权利要求1所述的一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡方法，其特征在于：所述步骤3)进一步为，收到所述信号强度获取指令的所有群AP，通过无线扫描确定所述终端的信号强度，以及计算所述群AP的负载率，并分别将监听获得的信号强度以及负载率信息发送给所述主AP。
4.根据权利要求3所述的一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡方法，其特征在于：所述步骤4)进一步为，所述主AP在设定的等待时间内接收各群AP发送来的信号强度及负载率信息，，并对比所有所述群AP上报的信号强度和负载率，选取最优的可关联群AP，向所述最优的可关联群AP发送同意所述终端关联的指令，向其他所述群AP发送拒绝所述终端关联的指令。
5.根据权利要求3所述的一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡方法，其特征在于：所述步骤3)中，群AP的负载率计算具体包括，31)计算群AP在预设时间内的CPU平均使用率，在预设时间段内的内存平均占用率，和当前接入用户总数；
32)当CPU平均使用率，内存平均占用率，和当前接入用户总数中有任意一个达到最大负载门限值时，则根据CPU平均使用率，内存平均占用率，和当前接入用户总数找出最大负载率，并将最大负载率作为群AP的负载率；
33)当CPU平均使用率，内存平均占用率，和当前接入用户总数均未达到最大负载门限值时，则根据CPU平均使用率，内存平均占用率，和当前接入用户总数计算平均负载率，并将平均负载率作为群AP的负载率。
6.根据权利要求4所述的一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡方法，其特征在于：所述步骤4)具体为，
L41.比较所述等待时间内所有群AP的上报的信号强度，选取信号强度最强的三个备选群AP；
L42.比较三个备选群AP的负载率，选取负载率最小的备选AP作为最优的可关联群AP；
L43.向所述最优的可关联群AP发送同意所述终端关联的指令，向其他所述群AP发送拒绝所述终端关联的指令。
7.根据权利要求6所述的一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡方法，其特征在于：所述步骤L41还包括，设置信号强度阈值，在信号强度大于一定阈值的群AP中取信号强度最强的三个备选群AP。
8.一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡系统，其特征在于：包括群AP单元和主AP单元；
所述群AP单元包括，
终端请求接收单元，用于接收到终端发起的关联请求；
报文发送单元，用于向所述主AP单元发送所述终端的关联信息或所述终端的信号强度；
主AP监听单元，用于接收所述主AP单元发送的信号强度获取指令或同意/拒绝所述终端关联的指令；
信号强度确定单元，用于确定终端的信号强度；
所述主AP单元包括，
报文返回单元，用于向所述群AP单元发送信号强度获取指令或同意/拒绝所述终端关联的指令；
群AP监听单元，用于接收所述群AP单元发送的所述终端的关联信息或所述终端的信号强度；
时间设定单元，用于设定主AP接收所述终端的信号强度的等待时间；
信号强度对比单元，用于按时间先后顺序比较各群AP上报的信号强度。
9.根据权利要求8所述的一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡系统，其特征在于：所述群AP单元还包括负载率计算单元，用于根据群AP的CPU平均使用率，内存平均占用率，和当前接入用户总数计算出群AP的负载率。
10.根据权利要求8所述的一种基于终端关联实时信号强度的负载均衡系统，其特征在于：所述主AP单元还包括最优可关联群AP选取单元和信号强度阈值设定单元。
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