CN110996357A - 一种多接入点下的终端分布优化方法、系统及存储介质 - Google Patents

一种多接入点下的终端分布优化方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多接入点下的终端分布优化方法、系统及存储介质，该终端分布优化方法包括：步骤1：针对所有节点，计算终端经过节点到网关的最大传输速率；步骤2：判断是否存在邻居节点的最大传输速率比服务节点高，若是，执行步骤3，否则结束；步骤3：判断终端是否支持BSS Transition Management，若是，使终端连接到最优邻居节点上，否则，执行步骤4；步骤4：断开终端与服务节点的连接；步骤5：使终端重新关联到最优的邻居节点。本发明的有益效果是：由AP主动进行终端分布的优化,相比终端漫游,可以保证终端连接的AP是合理的；在选择最优AP时,充分考虑了网络的拓扑结构,评分机制更加准确。

Description

一种多接入点下的终端分布优化方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种多接入点下的终端分布优化方法、系统及存储介质。
背景技术
1.终端设备在AP(Access Point,接入点)间移动时可自己进行漫游，连接到就近的AP,以保证网络畅通。
2.当终端分布并不合理时,AP可采取措施进行优化,传统上需要AP断开其与终端的连接,使其重新关联。
3.传统上通过终端的信号强度来选择要使其连接的AP。
背景技术的缺陷：
1.由于终端并不清楚整体网络拓扑,使得其漫游时选择的AP可能不是最优的,存在优化空间。
2.断开连接会造成终端网络中断,或者明显卡顿。
3.单纯通过信号强度选择AP并不合理,实际上AP与网关的传输速率,AP的工作频段,信道,都会影响最终的终端体验。
发明内容
本发明提供了一种多接入点下的终端分布优化方法，包括如下步骤：
步骤1：针对所有节点，计算终端经过节点到网关的最大传输速率，所述节点包括AP或Mesh节点；
步骤2：判断是否存在邻居节点的最大传输速率比服务节点高，若是，那么执行步骤3，否则结束；服务节点是指与终端正在连接的节点，邻居节点是指与终端未连接的节点；
步骤3：判断终端是否支持BSS Transition Management，若是，那么使用IEEE802.11v中规范的BSS Transition Management Request报文,使终端连接到最优邻居节点上，终端在收到BSS Transition Management Request报文后,会重新连接，此过程中网络不会中断，然后结束，若终端不支持BSS Transition Management，那么执行步骤4；
步骤4：断开终端与服务节点的连接；
步骤5：使终端重新关联到最优的邻居节点。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤4中，首先进行安全性判断，若安全判断通过，那么断开终端与服务节点的连接，然后执行步骤5，若安全判断未通过，终端与服务节点的连接不断开，结束；
以下任一条件满足时,安全性判断不通过：
条件1：终端近20秒内网络流量大于12KB/s；
条件2：节点曾在500秒内主动断开过与终端的连接；
条件3：终端连续超过3次尝试连接服务节点。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤5中包括：
步骤5.1：服务节点断开终端的连接，此时终端会尝试重新连接；
步骤5.2：如果终端重新连接时会尝试连接到服务节点，此时,服务节点会拒绝连接；
步骤5.3：当终端尝试连接到最优的邻居节点上，此时连接成功。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤1中，终端仅通过一个节点连接到网关，此时,终端经过节点到网关的最大传输速率称为单跳最大传输速率，单跳最大传输速率计算方法：节点基带芯片会采集得到周围环境中的空口占用情况，通过读取此数据可获得周围环境中剩余空口资源的百分数，将此百分数与终端和节点间数据链路理论通讯速率相乘，从而得到单跳最大传输速率。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤1中，终端和节点间数据链路理论通讯速率根据终端与节点间的信号强度，终端属性查询MCS速率表得到。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤1中，所述单跳最大传输速率通过如下步骤获得：
步骤1.1：节点向终端发送Radio Measurement Request报文；
步骤1.2：终端进行扫描，并将扫描结果通过Radio Measurement Report报文回复给节点；
步骤1.3：节点从Radio Measurement Report报文中提取出终端与各节点的信号强度；
步骤1.4：节点根据信号强度、终端属性，查询MCS速率表得到终端和节点间数据链路的理论通讯速率；
步骤1.5：节点读取基带相关寄存器，得到可用空口资源的百分数；
步骤1.6：将理论通讯速率与用空口资源的百分数相乘，得到单跳最大传输速率。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤1中，终端通过多个节点连接到网关，此时,终端经过节点到网关的最大传输速率称为多跳最大传输速率，节点与节点间的链路为L1，其最大传输速率为R1，终端与节点间的链路为L2，其最大传输速率为R2，R1计算：由于节点与节点已连接，两者间的理论通讯速率可从驱动中读取，然后将理论速率乘上可用空口资源百分数，从而得到最大传输速率为R1；
R2计算：R2计算方法与单跳最大传输速率计算方法相同。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤1中，为了计算终端与网关间的多跳最大传输速率R，分为以下两种情况:
a.若链路L1与链路L2工作在不同信道,两条链路可以同时通讯，此时R数值上等于R1、R2中的较小值，R＝min(R1，R2)；
b.若链路L1与链路L2工作在相同信道,两条链路不能同时通讯，此时,按如下计算:
Figure BDA0002309346460000031
将上述两跳链路的场景扩展到任意跳链路，假设从终端到网关要经过多跳无线链路，这些无线链路工作信道分布在C1,C2,…,Cn,n个信道上，其中工作信道为信道ck的链路有
Figure BDA0002309346460000032
共mk个,其传输速率分别为
Figure BDA0002309346460000033
Figure BDA0002309346460000034
则终端经过这些链路,连接到网关的最大传输速率为:
Figure BDA0002309346460000035
本发明还提供了一种多接入点下的终端分布优化系统，包括：
最大传输速率计算模块：用于针对所有节点，计算终端经过节点到网关的最大传输速率，所述节点包括AP或Mesh节点；
分布合理性判定模块：用于判断是否存在邻居节点的最大传输速率比服务节点高，若是，那么执行判断模块，否则结束；服务节点是指与终端正在连接的节点，邻居节点是指与终端未连接的节点；
判断模块：用于判断终端是否支持BSS Transition Management，若是，那么使用IEEE802.11v中规范的BSS Transition Management Request报文,使终端连接到最优邻居节点上，终端在收到BSS Transition Management Request报文后,会重新连接，此过程中网络不会中断，然后结束，若终端不支持BSS Transition Management，那么执行处理模块；
处理模块：用于断开终端与服务节点的连接；
重新连接模块：用于使终端重新关联到最优的邻居节点。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现本发明所述的终端分布优化方法的步骤。
本发明的有益效果是：由AP主动进行终端分布的优化,相比终端漫游,可以保证终端连接的AP是合理的；在选择最优AP时,充分考虑了网络的拓扑结构,评分机制更加准确。
附图说明
图1是网络拓扑示意图；
图2是单跳最大传输速率示意图；
图3是单跳传输速率的计算流程图；
图4是两跳最大传输速率示意图；
图5是终端重新关联到最优邻居AP示意图；
图6是本发明的方法流程图。
具体实施方式
本发明公开了一种多接入点下的终端分布优化方法，本发明应用于使用多AP(Access Point,接入点)组网的IEEE802.11无线网络中，可用于Mesh家庭无线网络，多AP商业无线网络覆盖等产品和解决方案。
本发明主要针对多AP组网网络，图1为其中一种典型的网络拓扑形式。在图1中，网络中存在多个AP或Mesh节点,彼此间通过无线连接；其中一个AP或Mesh节点通过有线连接到网关或AP控制器.
图1中,终端连接到了AP4。终端与AP3、AP4间的距离、信号强度相差不大，但AP4距网关的跳数比AP3更多,总体上到网关的传输速率更慢。因此,此时终端连接到AP4是不合理的,应该连接到AP3。
此时,为了优化终端设备在AP间的分布,需要完成以下两个步骤:
步骤一:感知到终端连接的AP不是合理的,并选出最优的AP。
步骤二:使终端重新连接到最优的AP。
为了确定终端应该连接的最优AP,需要为每个AP计算一个评分值。在本发明中,使用终端到网关的最大传输速率作为此评分值。
如图2所示，终端仅通过一个AP连接到网关，此时,终端到网关的最大传输速率取决于两个因素：
a.终端与AP间数据链路的理论通讯速率。
b.AP工作信道的空口环境。
因素a:
对于因素a,理论速率可根据信号强度，终端属性查询MCS速率表得到。为了获取到终端与AP间的信号强度,本发明中使用了IEEE802.11k中所规范的Radio Measurement功能。
因素b:
对于因素b,AP基带芯片会采集得到周围环境中的空口占用情况,通过读取此数据可获得周围环境中剩余空口资源的百分数.将此百分数与终端的理论通讯速率相乘,可以粗略得到终端的最大传输速率。
单跳传输速率的计算过程见图3。
多跳最大传输速率：
由于AP间通过无线组网,当终端通过多个AP连接到网关,AP之间的传输速率也会影响到终端到网关的传输速率。如图4,以两跳为例.AP1与AP2间的链路为L1,其最大传输速率为R1；终端与AP2之间的链路为L2,其最大传输速率为R2。
R1计算：由于AP1与AP2已连接,两者间的理论通讯速率可从驱动中读取,然后将理论速率乘上可用空口资源百分数,可得到传输速率。
R2计算：R2计算方法与单跳最大传输速率计算方法相同。
为了计算终端与网关间的最大传输速率R,以下分析几种情况:
a.若链路L1与链路L2工作在不同信道,两条链路可以同时通讯，此时R数值上等于R1、R2中的较小值(以下使用符号’min(a,b)’表示取a,b中的较小值)，R＝min(R1，R2)。
b.若链路L1与链路L2工作在相同信道,两条链路不能同时通讯.此时,按如下计算:
Figure BDA0002309346460000061
将上述两跳链路的场景扩展到任意跳链路，假设从终端到网关,要经过多跳无线链路，这些无线链路工作信道分布在C1,C2,…,Cn,n个信道上，其中工作信道为信道Ck的链路有
Figure BDA0002309346460000062
共mk个,其传输速率分别为
Figure BDA0002309346460000063
Figure BDA0002309346460000064
则终端经过这些链路,连接到网关的最大传输速率为:
Figure BDA0002309346460000065
分布合理性判定：
见图1,对于特定的终端而言,将网络中的AP分为两类:
a.终端正在连接的服务AP，即AP4。
b.终端未连接的邻居AP，即AP1、AP2、AP3。
根据如下方法来判断终端当前连接的AP是否合理:
1.为网络中的所有AP按照上述的“最大传输速率”计算方法来得到评分值。
2.将所有邻居AP的评分值与服务AP的评分值对比，如果存在邻居AP的评分值比服务AP的评分值高一个等级,则认为终端当前连接的AP是不合理的。
终端重关联：
当终端当前连接的服务AP不合理时,需要使终端重新连到评分最高的最优邻居AP上。
通过以下两种方法来实现:
a.优先使用IEEE802.11v中规范的BSS Transition Management Request报文,建议终端连接到最优邻居AP上。通常终端在收到此报文后,会重新连接,此过程中网络不会中断,但需要终端支持此协议。
b.当终端不支持BSS Transition Management时,使用断开连接的方法使终端重新关联。
由于断开连接可能会造成终端网络卡顿或终端无法连接等问题,断开连接前需要先进行安全性判断。当以下任一条件满足时,安全性判断不通过,重关联流程会被终止。
(1)终端近20秒内网络流量大于12KB/s。
(2)AP曾在500秒内主动断开过与终端的连接。
(3)终端连续超过3次尝试连接服务AP。
如图5所示,方法b中,当安全判断通过后,具体通过如下措施使终端重新关联到最优邻居AP:
(1)服务AP断开终端的连接,此时终端会尝试重新连接。
(2)终端重新连接时可能会尝试连接到服务AP，此时,服务AP会拒绝连接。
(3)终端尝试连接到最优AP上,此时连接成功。
综合最优AP的选择以及终端重关联,本发明的总体流程如图6所示。
如图6所示，本发明公开了一种多接入点下的终端分布优化方法，包括如下步骤：
步骤1：针对所有节点，计算终端经过节点到网关的最大传输速率，所述节点包括AP或Mesh节点；
步骤2：判断是否存在邻居节点的最大传输速率比服务节点高，若是，那么执行步骤3，否则结束；服务节点是指与终端正在连接的节点，邻居节点是指与终端未连接的节点；
步骤3：判断终端是否支持BSS Transition Management，若是，那么使用IEEE802.11v中规范的BSS Transition Management Request报文,使终端连接到最优邻居节点上，终端在收到BSS Transition Management Request报文后,会重新连接，此过程中网络不会中断，然后结束，若终端不支持BSS Transition Management，那么执行步骤4；
步骤4：断开终端与服务节点的连接；
步骤5：使终端重新关联到最优的邻居节点。
本发明还公开了一种多接入点下的终端分布优化系统，包括：
最大传输速率计算模块：用于针对所有节点，计算终端经过节点到网关的最大传输速率，所述节点包括AP或Mesh节点；
分布合理性判定模块：用于判断是否存在邻居节点的最大传输速率比服务节点高，若是，那么执行判断模块，否则结束；服务节点是指与终端正在连接的节点，邻居节点是指与终端未连接的节点；
判断模块：用于判断终端是否支持BSS Transition Management，若是，那么使用IEEE802.11v中规范的BSS Transition Management Request报文,使终端连接到最优邻居节点上，终端在收到BSS Transition Management Request报文后,会重新连接，此过程中网络不会中断，然后结束，若终端不支持BSS Transition Management，那么执行处理模块；
处理模块：用于断开终端与服务节点的连接；
重新连接模块：用于使终端重新关联到最优的邻居节点。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现本发明所述的终端分布优化方法的步骤。
本发明的有益效果如下：
1.由AP主动进行终端分布的优化,相比终端漫游,可以保证终端连接的AP是合理的。
2.在选择最优AP时,充分考虑了网络的拓扑结构,评分机制更加准确。
3.利用了BSS Transition Management功能,当终端支持此功能时,重新连接耗时很短,终端网络不会中断。
4.断开连接前先进行安全性判断,避免了连接断开后出现的无法连接或网络卡顿问题。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多接入点下的终端分布优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：针对所有节点，计算终端经过节点到网关的最大传输速率，所述节点包括AP或Mesh节点；
步骤2：判断是否存在邻居节点的最大传输速率比服务节点高，若是，那么执行步骤3，否则结束；服务节点是指与终端正在连接的节点，邻居节点是指与终端未连接的节点；
步骤3：判断终端是否支持BSS Transition Management，若是，那么使用IEEE802.11v中规范的BSS Transition Management Request报文,使终端连接到最优邻居节点上，终端在收到BSS Transition Management Request报文后,会重新连接，此过程中网络不会中断，然后结束，若终端不支持BSS Transition Management，那么执行步骤4；
步骤4：断开终端与服务节点的连接；
步骤5：使终端重新关联到最优的邻居节点。
2.根据权利要求1所述的终端分布优化方法，其特征在于，在所述步骤4中，首先进行安全性判断，若安全判断通过，那么断开终端与服务节点的连接，然后执行步骤5，若安全判断未通过，终端与服务节点的连接不断开，结束；
以下任一条件满足时,安全性判断不通过：
条件1：终端近20秒内网络流量大于12KB/s；
条件2：节点曾在500秒内主动断开过与终端的连接；
条件3：终端连续超过3次尝试连接服务节点。
3.根据权利要求1所述的终端分布优化方法，其特征在于，在所述步骤5中包括：
步骤5.1：服务节点断开终端的连接，此时终端会尝试重新连接；
步骤5.2：如果终端重新连接时会尝试连接到服务节点，此时,服务节点会拒绝连接；
步骤5.3：当终端尝试连接到最优的邻居节点上，此时连接成功。
4.根据权利要求1所述的终端分布优化方法，其特征在于，在所述步骤1中，终端仅通过一个节点连接到网关，此时,终端经过节点到网关的最大传输速率称为单跳最大传输速率，单跳最大传输速率计算方法：节点基带芯片会采集得到周围环境中的空口占用情况，通过读取此数据可获得周围环境中剩余空口资源的百分数，将此百分数与终端和节点间数据链路理论通讯速率相乘，从而得到单跳最大传输速率。
5.根据权利要求4所述的终端分布优化方法，其特征在于，在所述步骤1中，终端和节点间数据链路理论通讯速率根据终端与节点间的信号强度，终端属性查询MCS速率表得到。
6.根据权利要求5所述的终端分布优化方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述单跳最大传输速率通过如下步骤获得：
步骤1.1：节点向终端发送Radio Measurement Request报文；
步骤1.2：终端进行扫描，并将扫描结果通过Radio Measurement Report报文回复给节点；
步骤1.3：节点从Radio Measurement Report报文中提取出终端与各节点的信号强度；
步骤1.4：节点根据信号强度、终端属性，查询MCS速率表得到终端和节点间数据链路的理论通讯速率；
步骤1.5：节点读取基带相关寄存器，得到可用空口资源的百分数；
步骤1.6：将理论通讯速率与用空口资源的百分数相乘，得到单跳最大传输速率。
7.根据权利要求4至6任一项所述的终端分布优化方法，其特征在于，在所述步骤1中，终端通过多个节点连接到网关，此时,终端经过节点到网关的最大传输速率称为多跳最大传输速率，节点与节点间的链路为L1，其最大传输速率为R1，终端与节点间的链路为L2，其最大传输速率为R2，R1计算：由于节点与节点已连接，两者间的理论通讯速率可从驱动中读取，然后将理论速率乘上可用空口资源百分数，从而得到最大传输速率为R1；R2计算：R2计算方法与单跳最大传输速率计算方法相同。
8.根据权利要求7所述的终端分布优化方法，其特征在于，在所述步骤1中，为了计算终端与网关间的多跳最大传输速率R，分为以下两种情况:
a.若链路L1与链路L2工作在不同信道,两条链路可以同时通讯，此时R数值上等于R1、R2中的较小值，R＝min(R1，R2)；
b.若链路L1与链路L2工作在相同信道,两条链路不能同时通讯，此时,按如下计算:
Figure FDA0002309346450000031
将上述两跳链路的场景扩展到任意跳链路，假设从终端到网关要经过多跳无线链路，这些无线链路工作信道分布在C1,C2,…,Cn,n个信道上，其中工作信道为信道Ck的链路有
Figure FDA0002309346450000033
共mk个,其传输速率分别为
Figure FDA0002309346450000034
Figure FDA0002309346450000035
则终端经过这些链路,连接到网关的最大传输速率为:
Figure FDA0002309346450000032
9.一种多接入点下的终端分布优化系统，其特征在于，包括：
最大传输速率计算模块：用于针对所有节点，计算终端经过节点到网关的最大传输速率，所述节点包括AP或Mesh节点；
分布合理性判定模块：用于判断是否存在邻居节点的最大传输速率比服务节点高，若是，那么执行判断模块，否则结束；服务节点是指与终端正在连接的节点，邻居节点是指与终端未连接的节点；
判断模块：用于判断终端是否支持BSS Transition Management，若是，那么使用IEEE802.11v中规范的BSS Transition Management Request报文,使终端连接到最优邻居节点上，终端在收到BSS Transition Management Request报文后,会重新连接，此过程中网络不会中断，然后结束，若终端不支持BSS Transition Management，那么执行处理模块；
处理模块：用于断开终端与服务节点的连接；
重新连接模块：用于使终端重新关联到最优的邻居节点。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现权利要求1－8中任一项所述的终端分布优化方法的步骤。
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