CN113347670B - 一种基于负载均衡的bss通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于负载均衡的BSS通信方法，提出不区分信道和子信道，对BSS信道进行划分；创建BSS信道分配表，并对分配表进行更新；创建BSS信道占用表，并对占用表进行更新；对BSS独占信道进行分配；基于不同信道，选取不同的BSS信号发送方法。本发明取消了信道及子信道的区分，各信道均可独立使用，采用统一编址，更方便信道的选择和使用；可更大程度避免信道冲突；实现基于负载均衡的全局最优通信方案。

Description

一种基于负载均衡的BSS通信方法

技术领域

本发明属于无线局域网技术领域，具体涉及一种基于负载均衡的BSS通信方法。

背景技术

现有的无线局域网(WLAN，Wireless Local Area Network)系统最新标准802.11ax采用正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)进行数据传输时，采用子载波集方法，各子信道分配方法不够灵活，BSS之间虽然采用染色机制，仍然无法克服负载大时信号冲突问题，且各BSS之间无专用信道交换信息，使得各BSS无法及时掌握全局负载状况，做到全局最优。

针对上述不足，本发明提出不区分信道和子信道，即将所有子信道升级为信道，采用统一编址，并提出使用专有信道用于BSS之间信息交互，同时采用BSS信道分配表和BSS信道占用表为快速切换到空闲信道提供依据，配合BSS独占信道分配方法和BSS信号发送方法实现基于负载均衡的全局最优通信方案。

发明内容

发明目的：本发明提供一种基于负载均衡的BSS通信方法，方便信道的选择和使用，可更大程度避免信道冲突。

技术方案：本发明所述的一种基于负载均衡的BSS通信方法，具体包括以下步骤：

(1)划分BSS信道：BSS以频分复用技术，将信道载波的频率区间划分为N个信道，按频率从低至高编号为0～N-1；其中0号信道为公共信道，用于不同BSS的AP之间通信；1～N-1号信道仅用于BSS内部AP与Station之间通信；

(2)创建BSS信道分配表，并对分配表进行更新；

(3)创建BSS信道占用表，并对占用表进行更新；

(4)对BSS独占信道进行分配；

(5)基于不同信道，选取不同的BSS信号发送方法。

进一步地，步骤(2)所述的BSS信道分配表包括BSSID、MAC、CID、FC、TTL五个字段；其中BSSID字段保存本AP能接收到的所有BSS的BSSID；MAC字段保存同一行记录中BSSID所对应的MAC地址；CID字段保存同一行记录中BSSID所对应BSS独占信道的编号；FC字段保存同一行记录中BSSID所对应BSS上一时间段T0的流量；TTL字段保存本记录生存时间，每次更新记录时，TTL值复位至初始值T1，且T1>T0，T1随时间递减，当T1为0时，删除该记录。

进一步地，步骤(2)所述的创建BSS信道分配表过程如下：

S1：AP启动后，按BSS信道分配表创建BSS信道分配表的空表；

S2：通过0信道向外广播信道请求包，信道请求包包括源AP的BSSID、MAC地址；信道请求包发送前先侦听0信道上是否有信号传输，如果有则延时随机时间后，再次侦听，如果没有则发送信道请求包；发送过程中，如果信号冲突，则延时随机时间后，重新执行S2；

S3：所有收到信道请求包的目的AP立刻回复信道公告包，信道公告包包括自身的BSSID、MAC地址、独占的信道编号、上一时间段T0的流量；信道公告包发送前先侦听0信道上是否有信号传输，如果有则延时随机时间后，再次侦听，如果没有则发送信道公告包，发送过程中，如果信号冲突，则延时随机时间后，重新执行S3；

S4：源AP将接收到的每个目的AP的信道公告包数据作为一条记录存储至BSS信道分配表中，并将该记录最后一项TTL的值置为T1。

进一步地，步骤(2)所述的BSS信道分配表更新过程如下：

BSS内AP每隔T0时间，通过0信道广播自身的信道公告包；BSS内AP持续接收其他BSS的AP通过0信道广播的信道公告包；如接收到的信道公告包中包含的BSSID和MAC已经存在于自身BSS信道分配表中，将接收到的信道公告包中数据替换BSS信道分配表中的源数据，并将该记录最后一项TTL的值置为T1，否则在自身BSS信道分配表中新建一条记录保存收到的信道公告包，并将该记录最后一项TTL的值置为T1；BSS信道分配表中每条记录的TTL值随时间减少，当TTL值减至0时，删除该记录。

进一步地，步骤(3)所述的创建BSS信道占用表是利用一串二进制位的值来反映信道的分配使用情况，其二进制位的数量等于信道载波按频率区间划分的信道数，BSS信道占用表中每位二进制位反映一个信道的占用情况，若BSS信道分配表中，某信道被任意BSS占用为独占信道，则BSS信道占用表中对应该信道的位置1，否则置0。

进一步地，所述步骤(4)实现过程如下：

AP首先通过公式

确定本BSS独占信道的数量n；其中，λ为独占信道分配常量，且λ∈(0,1)，N为BSS频分复用技术的信道数，FC为本BSS上一时间段T0的流量，K为BSS信道分配表中记录数，FC_i表示BSS信道分配表中第i条记录上一时间段T0的流量，

表示向上取整；

通过BSS信道占用表查询最大连续空闲信道区，选择居中的连续n个信道作为本BSS的独占信道；每隔T0时间，通过0信道广播自身的信道公告包，其中信道公告包中独占的信道编号为此时本BSS的独占信道所对应的编号。

进一步地，步骤(5)实现过程如下：

BSS中所有信道均可独立传输，若AP使用多个信道发送信号，则各信道为并行关系，以信道轮转方式依次发出欲发送的帧；若AP使用本BSS独占信道发送信号，可直接发送，如果信号冲突，则持续发送，直至成功发送；若AP使用共享信道发送信号，需要先侦听共享信道上是否有信号正在传输，如果有信号正在传输，则转下一共享信道，如果共享信道上没有信号正在传输，则发送信号，若信号冲突，则取消此次发送，转下一共享信道；共享信道选取优先级为BSS信道占用表中与本BSS独占信道相邻距离越小，优先级越高。

有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明取消了信道及子信道的区分，各信道均可独立使用，不必组成子信道集，采用统一编址，更方便信道的选择和使用；设置最低频率信道作为BSS信息交互的专用信道，由于相同发射功率下，低频传输距离更远，可更大程度避免信道冲突；由于各BSS均有自身独占信道，所以不会出现因为信号碰撞导致网络完全无法传输的情况，最差的情况也是各BSS均降速，仅用自身独占信道进行通信；采用BSS信道分配表和BSS信道占用表为快速切换到空闲信道提供依据，配合BSS独占信道分配方法和BSS信号发送方法实现基于负载均衡的全局最优通信方案。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种基于负载均衡的BSS(Basic Service Set)通信方法，提出不区分信道和子信道，即将所有子信道升级为信道，采用统一编址，并提出使用专有信道用于BSS之间信息交互，同时采用BSS信道分配表和BSS信道占用表为快速切换到空闲信道提供依据，配合BSS独占信道分配方法和BSS信号发送方法实现基于负载均衡的全局最优通信方案。如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤1：对BSS信道进行划分。

BSS以频分复用技术，将信道载波的频率区间划分为N个信道，按频率从低至高编号为0～N-1；其中0号信道为公共信道，用于不同BSS的AP之间通信；1～N-1号信道仅用于BSS内部AP与Station之间通信。

步骤2：创建BSS信道分配表，并对分配表进行更新。

BSS信道分配表数据结构包含BSSID、MAC、CID、FC、TTL五个字段，其中BSSID字段保存本AP能接收到的所有BSS的BSSID，包括本AP所处BSS的BSSID；MAC(Media AccessControl)字段保存同一行记录中BSSID所对应的MAC地址；CID(Channel ID)字段保存同一行记录中BSSID所对应BSS独占信道的编号；FC(Flow Capacity)字段保存同一行记录中BSSID所对应BSS上一时间段T0的流量；TTL(Time To Live)字段保存本记录生存时间，每次更新记录时，TTL值复位至初始值T1，且T1>T0，T1随时间递减，当T1为0时，删除该记录。

BSS信道分配表创建方法如下：

(1)AP启动后，按BSS信道分配表数据结构创建BSS信道分配表的空表。

(2)通过0信道向外广播信道请求包，信道请求包包括源AP的BSSID、MAC地址；信道请求包发送前先侦听0信道上是否有信号传输，如果有则延时随机时间后，再次侦听，如果没有则发送信道请求包，发送过程中，如果信号冲突，则延时随机时间后，重新执行本步骤。

(3)所有收到信道请求包的目的AP立刻回复信道公告包，信道公告包包括自身的BSSID、MAC地址、独占的信道编号、上一时间段T0的流量；信道公告包发送前先侦听0信道上是否有信号传输，如果有则延时随机时间后，再次侦听，如果没有则发送信道公告包，发送过程中，如果信号冲突，则延时随机时间后，重新执行本步骤。

(4)源AP将接收到的每个目的AP的信道公告包数据作为一条记录存储至BSS信道分配表中，并将该记录最后一项TTL的值置为T1。

BSS信道分配表更新方法：

BSS内AP每隔T0时间，通过0信道广播自身的信道公告包；BSS内AP持续接收其他BSS的AP通过0信道广播的信道公告包，如接收到的信道公告包中包含的BSSID和MAC已经存在于自身BSS信道分配表中，将接收到的信道公告包中数据替换BSS信道分配表中的源数据，并将该记录最后一项TTL的值置为T1，否则在自身BSS信道分配表中新建一条记录保存收到的信道公告包，并将该记录最后一项TTL的值置为T1；BSS信道分配表中每条记录的TTL值随时间减少，当TTL值减至0时，删除该记录。

步骤3：创建BSS信道占用表，并对占用表进行更新。

BSS信道占用表是利用一串二进制位的值来反映信道的分配使用情况，其二进制位的数量等于信道载波按频率区间划分的信道数，BSS信道占用表中每位二进制位反映一个信道的占用情况，若BSS信道分配表中，某信道被任意BSS占用为独占信道，则BSS信道占用表中对应该信道的位置1，否则置0。

AP启动后，创建BSS信道占用表空表，每次BSS信道分配表变更后，根据BSS信道分配表的内容，重置BSS信道占用表。

步骤4：对BSS独占信道进行分配。

AP首先通过公式

确定本BSS独占信道的数量n，其中λ为独占信道分配常量，且λ∈(0,1)，N为BSS频分复用技术的信道数，FC为本BSS上一时间段T0的流量，K为BSS信道分配表中记录数，FC_i表示BSS信道分配表中第i条记录上一时间段T0的流量，

表示向上取整。

再通过BSS信道占用表查询最大连续空闲信道区，选择居中的连续n个信道作为本BSS的独占信道；每隔T0时间，通过0信道广播自身的信道公告包，其中信道公告包中独占的信道编号为此时本BSS的独占信道所对应的编号。

步骤5：基于不同信道，选取不同的BSS信号发送方法。

BSS中所有信道均可独立传输，若AP使用多个信道发送信号，则各信道为并行关系，以信道轮转方式依次发出欲发送的帧；若AP使用本BSS独占信道发送信号，可直接发送，如果信号冲突，则持续发送，直至成功发送；若AP使用共享信道发送信号，需要先侦听共享信道上是否有信号正在传输，如果有信号正在传输，则转下一共享信道，如果共享信道上没有信号正在传输，则发送信号，若信号冲突，则取消此次发送，转下一共享信道；共享信道选取优先级为BSS信道占用表中与本BSS独占信道相邻距离越小，优先级越高。

本实施方式中BSS以频分复用技术，将信道载波的频率区间划分为N个信道，本案例设N＝1024,按频率从低至高编号为0～1023；其中0号信道为公共信道，仅用于不同BSS的AP之间通信，不用于BSS内部AP与Station之间通信；1～1023号信道仅用于BSS内部AP与Station之间通信。

AP启动后，按BSS信道分配表数据结构创建BSS信道分配表的空表，通过0信道向外广播信道请求包，信道请求包包括源AP的BSSID、MAC地址；信道请求包发送前先侦听0信道上是否有信号传输，如果有则延时随机时间后，再次侦听，如果没有则发送信道请求包，发送过程中，如果信号冲突，则延时随机时间后，重新广播信道请求包，设本AP的名称为AP0，BSSID为BSSID0，MAC地址为MAC0。

所有收到信道请求包的目的AP立刻回复信道公告包，信道公告包包括自身的BSSID、MAC地址、独占的信道编号、上一时间段T0的流量；信道公告包发送前先侦听0信道上是否有信号传输，如果有则延时随机时间后，再次侦听，如果没有则发送信道公告包，发送过程中，如果信号冲突，则延时随机时间后，重新回复信道公告包。

所有BSS内的AP均持续接收其他BSS的AP通过0信道广播的信道公告包，如接收到的信道公告包中包含的BSSID和MAC已经存在于自身BSS信道分配表中，将接收到的信道公告包中数据替换BSS信道分配表中的源数据，并将该记录最后一项TTL的值置为T1，否则在自身BSS信道分配表中新建一条记录保存收到的信道公告包，并将该记录最后一项TTL的值置为T1；BSS信道分配表中每条记录的TTL值随时间减少，当TTL值减至0时，删除该记录，本案例设T0＝600s、T1＝1000s。

AP0通过发送信道请求包、接收信道公告包，按照BSS信道分配表创建方法创建BSS信道分配表如表1所示：

表1 BSS信道分配表

AP0根据BSS信道分配表构建BSS信道占用表如表2所示：

表2 BSS信道占用表

……	15	16	17	……	100	101	102	103	104	……
											……	1	1	1	……	1	1	1	1	1	……

AP0根据公式

确定本BSS独占信道的数量n，若AP0之前T0时间流量为一个极小值100，BSS信道分配表中FC项之和为10⁸，则AP0所占用的独占信道n＝1，再根据BSS信道占用表分配AP0的独占信道，若AP0的BSS信道占用表当前连续0的最多的区间在17～100之间，则AP0的独占信道设置为

此时AP0通过0信道向外发送信道公告包内容如表3所示：

表3通过0信道向外发送信道公告包内容

BSSID0

MAC0

58

100

其他BSS的AP接收到该信道公告包后，更新自身BSS信道分配表和BSS信道占用表。

Claims (3)

1.一种基于负载均衡的BSS通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)划分BSS信道：BSS以频分复用技术，将信道载波的频率区间划分为N个信道，按频率从低至高编号为0～N-1；其中0号信道为公共信道，用于不同BSS的AP之间通信；1～N-1号信道仅用于BSS内部AP与Station之间通信；

(2)创建BSS信道分配表，并对分配表进行更新；

(3)创建BSS信道占用表，并对占用表进行更新；

(4)对BSS独占信道进行分配；

(5)基于不同信道，选取不同的BSS信号发送方法；

步骤(2)所述的BSS信道分配表包括BSSID、MAC、CID、FC、TTL五个字段；其中BSSID字段保存本AP能接收到的所有BSS的BSSID；MAC字段保存同一行记录中BSSID所对应的MAC地址；CID字段保存同一行记录中BSSID所对应BSS独占信道的编号；FC字段保存同一行记录中BSSID所对应BSS上一时间段T0的流量；TTL字段保存本记录生存时间，每次更新记录时，TTL值复位至初始值T1，且T1>T0，T1随时间递减，当T1为0时，删除该记录；

步骤(2)所述的创建BSS信道分配表过程如下：

S1：AP启动后，按BSS信道分配表创建BSS信道分配表的空表；

S2：通过0信道向外广播信道请求包，信道请求包包括源AP的BSSID、MAC地址；信道请求包发送前先侦听0信道上是否有信号传输，如果有则延时随机时间后，再次侦听，如果没有则发送信道请求包；发送过程中，如果信号冲突，则延时随机时间后，重新执行S2；

S3：所有收到信道请求包的目的AP立刻回复信道公告包，信道公告包包括自身的BSSID、MAC地址、独占的信道编号、上一时间段T0的流量；信道公告包发送前先侦听0信道上是否有信号传输，如果有则延时随机时间后，再次侦听，如果没有则发送信道公告包，发送过程中，如果信号冲突，则延时随机时间后，重新执行S3；

S4：源AP将接收到的每个目的AP的信道公告包数据作为一条记录存储至BSS信道分配表中，并将该记录最后一项TTL的值置为T1；

步骤(2)所述的BSS信道分配表更新过程如下：

BSS内AP每隔T0时间，通过0信道广播自身的信道公告包；BSS内AP持续接收其他BSS的AP通过0信道广播的信道公告包；如接收到的信道公告包中包含的BSSID和MAC已经存在于自身BSS信道分配表中，将接收到的信道公告包中数据替换BSS信道分配表中的源数据，并将该记录最后一项TTL的值置为T1，否则在自身BSS信道分配表中新建一条记录保存收到的信道公告包，并将该记录最后一项TTL的值置为T1；BSS信道分配表中每条记录的TTL值随时间减少，当TTL值减至0时，删除该记录；

步骤(3)所述的创建BSS信道占用表是利用一串二进制位的值来反映信道的分配使用情况，其二进制位的数量等于信道载波按频率区间划分的信道数，BSS信道占用表中每位二进制位反映一个信道的占用情况，若BSS信道分配表中，某信道被任意BSS占用为独占信道，则BSS信道占用表中对应该信道的位置1，否则置0。

2.根据权利要求1所述的基于负载均衡的BSS通信方法，其特征在于，所述步骤(4)实现过程如下：

AP首先通过公式

确定本BSS独占信道的数量n；其中，λ为独占信道分配常量，且λ∈(0,1)，N为BSS频分复用技术的信道数，FC为本BSS上一时间段T0的流量，K为BSS信道分配表中记录数，FCi表示BSS信道分配表中第i条记录上一时间段T0的流量，

表示向上取整；

通过BSS信道占用表查询最大连续空闲信道区，选择居中的连续n个信道作为本BSS的独占信道；每隔T0时间，通过0信道广播自身的信道公告包，其中信道公告包中独占的信道编号为此时本BSS的独占信道所对应的编号。

3.根据权利要求1所述的基于负载均衡的BSS通信方法，其特征在于，步骤(5)实现过程如下：

BSS中所有信道均可独立传输，若AP使用多个信道发送信号，则各信道为并行关系，以信道轮转方式依次发出欲发送的帧；若AP使用本BSS独占信道发送信号，可直接发送，如果信号冲突，则持续发送，直至成功发送；若AP使用共享信道发送信号，需要先侦听共享信道上是否有信号正在传输，如果有信号正在传输，则转下一共享信道，如果共享信道上没有信号正在传输，则发送信号，若信号冲突，则取消此次发送，转下一共享信道；共享信道选取优先级为BSS信道占用表中与本BSS独占信道相邻距离越小，优先级越高。

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