CN113613298A - 一种组网漫游方法与可读存储介质 - Google Patents

一种组网漫游方法与可读存储介质 Download PDF

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CN113613298A CN202110898743.5A CN202110898743A CN113613298A CN 113613298 A CN113613298 A CN 113613298A CN 202110898743 A CN202110898743 A CN 202110898743A CN 113613298 A CN113613298 A CN 113613298A
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Abstract

本发明提供了一种组网漫游方法，包括以下过程：当STA信号强时,尝试使其优先连5G；当STA信号弱时,尝试使其优先连2.4G；当STA移动时,尝试使STA连接到就近的合适的节点；当STA所连的频段负载过大时,尝试使其连到空闲的频段；其中，STA为客户端。本发明还提供了一种可读存储介质。本发明的有益效果是：当客户端连接质量较差或某台AP负载较大,优先尝试节点间迁移(AP Steeing)，融合已有的频段间迁移(Band Steering)，实现负载均衡，使客户端能实现更好的上网体验。

Description

一种组网漫游方法与可读存储介质
技术领域
本发明涉及无线通讯，尤其涉及一种组网漫游方法与可读存储介质。
背景技术
传统上,多节点的802.11 ESS网络中,客户端的漫游由客户端自身完成,不受AP控制.但不同客户端自身的漫游差异较大,使得实际漫游效果良莠不齐.
为了加强AP对客户端的管理,IEEE组织拟定了802.11v协议,并加入到802.11-2011标准中.借助802.11v,AP可以让客户端去连接另一个指定的AP,达到AP主动控制客户端漫游的目的.
IEEE 802.11k-2008最初是针对802.11-2007射频资源管理部分的修改,后被加入到802.11-2012标准中.其定义了射频测量等功能,可以用于AP获取客户端周围邻居节点的射频信息,进一步方便了AP对漫游的控制.
2012年APPLE在推出的IOS 6中加入了对802.11k的支持,2013年在IOS7中加入了对802.11v的支持.目前大多数新发布的中高端手机已经支持802.11k和802.11v.因此AP可以借助802.11k和802.11v,在某些场景下主动使客户端发生漫游。
原有的漫游功能，是基于当前AP下的STA(客户端)的rssi(接收的信号强度指示)情况，使用解除关联或者解除认证等方式踢掉客户端，让客户端自己去选择更合适的AP(无线接入点)连接，会引入一些问题：
(1)、部分手机收到解除关联或者解除认证报文后，重新连接时，不再发送广播的proble request报文，导致踢掉以后重新连接，又会连上之前的AP，无法真正的踢除客户端，如魅蓝手机；
(2)、部分手机收到解除关联或者解除认证的报文后，可能出现不再主动连接的情况，如iphone6s，导致客户端无法连接AP,不能上网；
(3)、虽然在当前的AP下的sta信号强度不行，但是其他AP可能更差，此时其实并不应该踢客户端。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种组网漫游方法与可读存储介质。
本发明提供了一种组网漫游方法，包括以下过程：
当STA信号强时,尝试使其优先连5G；
当STA信号弱时,尝试使其优先连2.4G；
当STA移动时,尝试使STA连接到就近的合适的节点；
当STA所连的频段负载过大时,尝试使其连到空闲的频段；
其中，STA为客户端。
作为本发明的进一步改进，当STA连接AP时,AP按照如下规则判断是否允许STA连接:
若双频STA信号很好,当其连接2.4G时,拒绝其连接；
若双频STA信号很差,当其连接5G时,拒绝其连接；
其中，AP为无线接入点。
作为本发明的进一步改进，当STA连接AP时,为避免由于拒绝连接导致STA连不上,AP有如下保护措施:
连续多次拒绝STA连接后，放行；
拒绝STA连接后,若指定时间内STA未能连上来,则后面无论STA信号强度如何都不再拒绝其连接。
作为本发明的进一步改进，当STA状态或环境发生变化时,steerd进程收到来自td_multiap_steer进程的事件通知，然后根据事件信息触发不同的迁移流程,进一步决策是否迁移,以及迁移到哪个BSS，不同事件触发不同的决策流程,但最终迁移动作的执行逻辑是相同的。
作为本发明的进一步改进，td_multiap_steer进程工作在内核空间，用于STA信息收集,相关事件通知,认证管理,以及相关报文收发，steerd进程为应用层程序，用于逻辑控制,以及节点间协作，steerd进程通过IOCTL向td_multiap_steer进程下发命令及配置，td_multiap_steer进程通过Netlink对steerd进程进行事件通知。
作为本发明的进一步改进，有以下事件可以触发迁移，包括：
(1)RSSI低于阈值，当RSSI低于阈值时，优选尝试邻居节点选择，再进行频段选择；
(2)RSSI高于阈值，当RSSI高于阈值时，如果STA支持5G，且连在2.4G频段,则选择合适的5G频段，执行迁移动作；
(3)频段负载过高，频段负载过高是指某频段的工作信道空口占用率过高及此频段上连接的客户端数量过多，当频段负载过高时,优先选择空口占用最大的可迁移的STA,将其迁移到空闲的频段。
作为本发明的进一步改进，判断是否迁移的决策逻辑包括：
(1)频段选择；
目标BSS需要满足以下条件:
目标BSS的工作频段被STA支持，
此STA与目标BSS满足允许迁移判定，
目标BSS满足安全条件,若不存在满足安全条件的目标BSS,则不执行迁移动作；
(2)邻居节点选择；
以STA到主节点的速率为依据，选择连接后STA到主节点速率最大的BSS为目标BSS。
作为本发明的进一步改进，实现迁移的动作包括：若STA支持BSS TransitionManagement(BTM),则优先尝试BTM Steering.若BTM Steering失败,在安全的前提下,使用Backoff Steering重试，其中，
(1)、BTM Steering逻辑
BTM Steering通过向STA发送IEEE802.11v中定义的BTM相关报文,来请求STA重新关联到另一BSS；
(2)Backoff Steering逻辑
Backoff Steering通过强行踢掉STA来迫使它重新关联。
本发明还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有执行指令，所述执行指令被处理器执行时用于实现如上述中任一项所述的方法。
本发明的有益效果是：
1.当客户端连接质量较差或某台AP负载较大,优先尝试节点间迁移(APSteeing)，融合已有的频段间迁移(Band Steering)，实现负载均衡，使客户端能实现更好的上网体验。
2.借助802.11v协议实现BTM漫游，使客户端连接到更好的AP，客户端漫游过程中不掉线，实现无缝漫游，增强客户体验。
3.解决当客户端信号很差不会主动切换到信号更好的AP，造成客户端掉线或卡顿问题，增强客户体验。。
附图说明
图1是Pre-association(信号好,优先5G)的示意图；
图2 Pre-association(信号差,优先2.4G)的示意图；
图3 Pre-association(5G负载大,优先2.4G)的示意图；
图4 Pre-association(2.4G负载大,优先5G)的示意图；
图5 2.4G->5G(RSSI触发)的迁移示意图。
图6 5G->2.4G(RSSI触发)的迁移示意图。
图7 2.4G->5G(负载触发)的迁移示意图。
图8 5G->2.4G(负载触发)的迁移示意图。
图9 Post-association Band Steering的流程图。
图10迁移动作子流程图。
图11客户端认证流程图。
图12 RSSI低于阈值迁移流程图。
图13 RSSI高于阈值迁移流程图。
图14频段负载过高迁移流程图。
图15 BTM Steering流程图。
图16 Backoff Steering流程图。
图17漫游有线组网图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1至图17所示，一种组网漫游方法，适用于高通漫游方案的实现，其整体代码框架设计如下：
1、td_multiap_steer:工作在内核空间.用于客户端信息收集,相关事件通知,认证管理,以及相关报文收发；
2、steerd:应用层程序.用于逻辑控制,以及节点间协作；
3、steerd通过Commands via IOCTL向td_multiap_steer下发命令及配置；td_multiap_steer通过Events via Netlink对steerd进行事件通知。
本方案整体功能逻辑设计如下：
STA(客户端)信号强时,尝试使其优先连5G；
STA信号弱时,尝试使其优先连2.4G；
STA移动时,尝试使STA连接到就近的合适的节点；
STA所连的频段负载过大时,尝试使其连到空闲的频段。
Pre-association Band Steering是指客户端正要连接802.11网络时,让客户端连接到指定的频段。Pre-assoaciation Band Steering由客户端的认证事件触发,当客户端及频段状态满足特定条件时,拒绝客户端连接。
Post-association Band Steering是指客户端已经连接到无线网络,但需要让客户端重新连接到另一个频段.
AP Steering是指客户端已经连接到无线网络,但需要让客户端重新连接到另一个节点.
Post-association Band Steering与AP Steering的区别在于：在AP Steering评估时,需要知道所有节点与客户端之间的信号强度,只有存在信号强度更好的节点时才可能进行AP Steering。目前实现中,通过向客户端发送Beacon Request(802.11k),根据客户端回复的Beacon Report来获取此信息。
如图9所示，对于Post-association Band Steering,触发事件包括:客户端RSSI高于阈值,客户端RSSI低于阈值,客户端所在的频段"过载".对于AP Steering,触发事件为:客户端RSSI低于阈值.当客户端RSSI低于阈值时。
当5G客户端RSSI低于阈值时,既可以将客户端迁移到2.4G,也可以将其迁移到另一个节点。但迁移到2.4G体验改善有限；如果周围存在其它信号很好的节点,迁移到这个节点改善会很明显。因此,当客户端RSSI低于阈值时,优先考虑进行AP Steering。当周围不存在更好的节点时,再考虑进行Post-association Band Steering。
本方案具体实现原理如下：
Pre-association Steering实现原理；
当STA连接AP(无线接入点)时,AP根据当前信息决定是否允许STA连接。总的来说,按照如下规则判断:
若双频STA信号很好,当其连接2.4G时,拒绝其连接；
若双频STA信号很差,当其连接5G时,拒绝其连接；
同时,为避免由于拒绝连接导致STA连不上,有如下保护措施:
连续多次拒绝STA连接后放行。
拒绝STA连接后,若指定时间内STA未能连上来,则后面无论STA信号强度如何都不再拒绝其连接。
Post-association Steering分为三个环节，分别为感知事件，决策目标BSS(基本服务集)和执行迁移，当STA状态或环境发生变化时,steerd进程收到来自td_multiap_steer的事件通知，然后根据事件信息触发不同的迁移流程,进一步决策是否迁移,以及迁移到哪个BSS。不同事件触发不同的决策流程,但最终迁移动作的执行逻辑都是一样。
触发事件
目前有三类事件可以触发迁移,如下：
1、RSSI低于阈值
如图12,当RSSI低于阈值(steerd.lrssi_2或steerd.lrssi_5)时,优先尝试APSteering,AP Steering无法进行时则尝试Downgrade Steering。
需要注意的是,为保证AP Steering优先于Downgrade Steering.RSSI低于steerd.lrssi_2/5时就会触发此流程,但只有RSSI进一步低于steerd.lrssi_down时才会考虑执行Downgrade Steering。
RSSI低于阈值多节点组网，且STA支持RRM邻居节点选择确定了合适的目标节点，执行迁移动作，STA支持2.4G且连在5G，且RSSI小于steerd.lrssi_down频段选择,选择2.4G，确定了合适的目标频段迁移，如图12。
RSSI高于阈值
RSSI高于阈值(steerd.hrssi_2或steerd.hrssi_5)时,尝试Upgrade Steering。
RSSI高于阈值STA支持5G且连在2.4G频段选择,选择5G确定了合适的目标频段执行迁移动作，如图13。
频段负载过高
频段负载过高是指某频段的工作信道空口占用率过高及此频段上连接的客户端数量过多。
频段负载过高时,优先选择空口占用最大的可迁移的STA,将其迁移到空闲的频段,即Offload Steering。
若选择的STA占用的空口资源过高,将其迁移到其它频段后会造成其它频段负载过高。则对于此STA来说,不存在合适的目标频段,此STA也不适合迁移,会继续选择其它STA尝试迁移。
Offload Steering每执行一次迁移动作后,为等待频段负载信息稳定,在近steerd.ol_interval秒内,此频段不再执行任何Offload Steering逻辑。若steerd.ol_interval秒后,此频段仍然负载过高,则会继续对其它STA进行Offload Steering,直至负载低于阈值或所有可迁移的STA均尝试过。
频段负载过高按空口占由高到低的顺序,选择此频段上的下个STA，所有STA均遍历完成，选择空闲频段确定了合适的目标频段执行迁移动作，如图14。
决策逻辑
频段选择
Post-association Band Steering过程中,需要选择特定频段中的BSS作为目标BSS。
目标BSS需要满足以下条件:
目标BSS的工作频段被STA支持。
此STA与目标BSS满足允许迁移判定。
目标BSS满足一些安全条件,若不存在满足这些条件的目标BSS,则不会执行迁移动作。
邻居节点选择
在AP Steering中,需要选择一个合适的目标节点及目标BSS。
目标BSS选择原理
不同节点由于组网状态不同,为了量化地评估,目标BSS的选择在实现时以STA到主节点的速率为依据。选择连接后STA到主节点速率最大的BSS为目标BSS。
以下举例速率计算方法:
假设AP为双频设备,主节点与次节点间使用5G组网,组网连接速率为450Mbps。2.4G工作信道空口的空闲率为70％,5G工作信道空口的空闲率为90％。考虑以下可能的情况:
假设STA连接次节点5G,连接速率为700Mbps。
由于fonthaul(STA与次节点的连接)与backhaul(次节点与主节点的连接)共享信道,因此STA到主节点的等效速率为两速率倒数之和的倒数,即:1/((1/450)+(1/700))＝274Mbps。进一步地,考虑空口资源,则最终速率为274*90％＝247Mbps。
假设STA连接次节点2.4G,连接速率为300Mbps。
由于fonthaul与backhaul不共享信道,因此STA到主节点的等效速率为两速率最小值,即:min(300,450)＝300Mbps。进一步地,考虑空口资源,则最终速率为min(300*70％,450*90％)＝210Mbps。
假设STA连接主节点5G,连接速率为80Mbps。
考虑空口资源,则最终速率为80*90％＝72Mbps。
假设STA连接主节点2.4G,连接速率为130Mbps。
考虑空口资源,则最终速率为130*70％＝91Mbps。
综上所述,当STA连接次节点5G时,其到主节点的速率最大,故应选择次节点5G为目标BSS。
上述条件参数中,组网速率AP自身可获取；空口空闲率,驱动内一般也有办法可以获取。但由于STA实际并未关联,AP无法知道fonthaul的连接速率。不过连接速率可以根据STA和AP属性以及两者间的RSSI来大致估算。
RSSI测量
目前,获取未关联STA的RSSI的较通用的不影响AP性能的办法是,使用IEEE802.11k中Radio Resource Management(RRM)中的Radio Measurement(RM)特性。
并非所有STA均支持RM,支持RM的STA在Association Request中会携带RM IE(70)。另外即使STA支持RM,也不一定会正常回复扫描结果。
Radio Measurement获取RSSI的过程如下:
AP发送Radio Measurement Request的action报文,指定扫描频段,信道,SSID。
STA收到此报文后,扫描指定信道,将扫描报告通过Radio Measurement Report返回给AP。
AP从Radio Measurement Report报文中读取Received Channel PowerIndicator(RCPI)字段来获取其信号强度。
筛选条件
目标BSS根据上述原理选择，此外,还需要满足以下条件:
目标BSS的工作频段被STA支持。
STA与目标BSS满足允许迁移判定。
目标BSS与STA间的RSSI强于steerd.safe_rssi。
STA连接目标BSS后,其与主节点的速率比当前速率高百分之steerd.ap_tg_ratio以上。
若不存在满足以上条件的目标BSS,迁移动作不会被执行。
迁移动作
当决策逻辑中选择出了合适的目标BSS后,需要将STA迁移到目标BSS.目前有两种方法实现。
若STA支持BTM,则优先尝试BTM Steering。若BTM Steering失败,在安全的前提下,会使用Backoff Steering重试。
BTM Steering逻辑
BTM Steering通过向STA发送IEEE802.11v中定义的BSS Transition Management(BTM)相关报文,来请求STA重新关联到另一BSS。
并非所有STA均支持BTM。
BTM Steering执行过程大概如图15(Serving Node:即STA当前连接的节点，Target Node:即要迁移到的目标节点)。
Backoff Steering逻辑
Backoff Steering通过强行踢掉STA来迫使它重新关联,不需要STA支持任何额外的协议。但存在较大的安全分析,容易出现STA掉线的问题.Backoff Steering流程如图16。
如图1所示，当STA(客户端)信号强时,尝试使其优先连5G，触发过程：
1.初始：双频客户端首次打开了WLAN；
2.此时两个频段媒介占用率均不高，且客户端信号较强因此路由器(AP)应该拒绝2.4G连接，让其连接更优的5G频段；
约束条件：
1.需要客户端在两个频段都发送probe request报文。
如图2所示，STA信号弱时,尝试使其优先连2.4G，触发过程：
1.初始：双频客户端首次打开了WLAN；
2.此时两个频段负裁均较小，且客户端信号较弱.因此路由器(AP)应该拒绝5G连接，让其连接更优的2.4G频段；
约束条件：
1.需要客户端在两个频段都发送probe reques报文。
如图3所示，当5G负载大时，优先2.4G，触发过程：
1.初始：双频客户端首次打开了WLAN；
2.此时客户端信号很好，但5G媒介占用过高，2.4G媒介占用率较低.此时客户端连接2.4G体验可能更好，路由器(AP)应该拒绝客户端连接5G，让其连接负戴较小的2.4G频段；
约束条件：
1.需要客户端在两个频段都发送probe request报文。
如图4所示，当2.4G负载大时，优先5G，触发过程：
1.初始：双频客户端首次打开了WLAN；
2.此时客户端5G信号强度较差.但2.4G频段媒介占用率很高，5G媒介占用率较低，客户端连接5G体验会更好，因此，路由器(AP)应拒绝客户端连接2.4G，让其连接更优的5G频段；
约束条件：
1.需要客户端在两个频段都发送probe request报文。
如图5所示，2.4G向5G迁移(RSSI触发)，触发过程：
1.初始：双频客户端通过2.4G连接到路由器(AP)，且此时客户端距离路由器(AP)较远，信号强度较弱；
2.客户端向路由器(AP)方向移动，且未自主漫游.此时客户端状态如下：
信号较强；
5G媒介占用率不高；
客户端目前没有网络活动，处于非活动“状态，因此，迁移过程中不会对客户端造成体验影响。
此时，路由器(AP)应尝试将客户端迁移到5G。
如图6所示，5G向2.4G迁移(RSSI触发)，触发过程：
1.初始：双频客户端通过5G连接到路由器(AP)，且此时客户端距离路由器(AP)较近，信号强度较强；
2.客户端远离路由器(AP)，且未自主漫游.此时客户端状态如下：
信号较强；
2.4G媒介占用率不高。
此时，路由器(AP)应尝试将客户端迁移到2.4G。
如图7所示，2.4G向5G迁移(负载触发)，触发过程：
1.初始：双频客户端通过2.4G连接到路由器(AP)；
2.一段时间后2.4G媒介占用率过高，5G媒介占用率不高，因此应该将客户端迁移到5G。
约束条件：
1.客户端需要正常回复802.11等报文；
2.客户端在满足触发条件后未进行自主漫游；
3.客户端需要在满足触发条件前一段时间内在双频发送过probe request。
如图8所示，5G向2.4G迁移(负载触发)，触发过程：
1.初始：双频客户端通过5G连接到路由器(AP)；
2.一段时间后5G媒介占用率过高，且2.4G媒介占用率不高，因此应该将客户端迁移到2.4G；
约束条件：
1.客户端需要正常回复802.11小等报文；
2.客户端在满足触发条件后未进行自主漫游；
3.客户端需要在满足触发条件前一段时间内在双频发送过probe request。
本发明提供的一种组网漫游方法，能从以下方面让客户端漫游得到改善：
1.当客户端连接质量较差或某台AP负载较大,优先尝试节点间迁移(APSteeing)，融合已有的频段间迁移(Band Steering)，实现负载均衡，使客户端能实现更好的上网体验。
2.借助802.11v协议实现BTM漫游，使客户端连接到更好的AP，客户端漫游过程中不掉线，实现无缝漫游，增强客户体验。
3.解决当客户端信号很差不会主动切换到信号更好的AP，造成客户端掉线或卡顿问题，增强客户体验。
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 (9)

1.一种组网漫游方法，其特征在于，包括以下过程：
当STA信号强时,尝试使其优先连5G；
当STA信号弱时,尝试使其优先连2.4G；
当STA移动时,尝试使STA连接到就近的合适的节点；
当STA所连的频段负载过大时,尝试使其连到空闲的频段；
其中，STA为客户端。
2.根据权利要求1所述的组网漫游方法，其特征在于：当STA连接AP时,AP按照如下规则判断是否允许STA连接:
若双频STA信号很好,当其连接2.4G时,拒绝其连接；
若双频STA信号很差,当其连接5G时,拒绝其连接；
其中，AP为无线接入点。
3.根据权利要求2所述的组网漫游方法，其特征在于：当STA连接AP时,为避免由于拒绝连接导致STA连不上,AP有如下保护措施:
连续多次拒绝STA连接后，放行；
拒绝STA连接后,若指定时间内STA未能连上来,则后面无论STA信号强度如何都不再拒绝其连接。
4.根据权利要求1所述的组网漫游方法，其特征在于：当STA状态或环境发生变化时,steerd进程收到来自td_multiap_steer进程的事件通知，然后根据事件信息触发不同的迁移流程,进一步决策是否迁移,以及迁移到哪个BSS，不同事件触发不同的决策流程,但最终迁移动作的执行逻辑是相同的，BSS为基本服务集。
5.根据权利要求4所述的组网漫游方法，其特征在于：td_multiap_steer进程工作在内核空间，用于STA信息收集,相关事件通知,认证管理,以及相关报文收发，steerd进程为应用层程序，用于逻辑控制,以及节点间协作，steerd进程通过IOCTL向td_multiap_steer进程下发命令及配置，td_multiap_steer进程通过Netlink对steerd进程进行事件通知。
6.根据权利要求4所述的组网漫游方法，其特征在于：有以下事件可以触发迁移，包括：
(1)RSSI低于阈值，当RSSI低于阈值时，优选尝试邻居节点选择，再进行频段选择；
(2)RSSI高于阈值，当RSSI高于阈值时，如果STA支持5G，且连在2.4G频段,则选择合适的5G频段，执行迁移动作；
(3)频段负载过高，频段负载过高是指某频段的工作信道空口占用率过高及此频段上连接的客户端数量过多，当频段负载过高时,优先选择空口占用最大的可迁移的STA,将其迁移到空闲的频段。
7.根据权利要求4所述的组网漫游方法，其特征在于：判断是否迁移的决策逻辑包括：
(1)频段选择；
目标BSS需要满足以下条件:
目标BSS的工作频段被STA支持，
此STA与目标BSS满足允许迁移判定，
目标BSS满足安全条件,若不存在满足安全条件的目标BSS,则不执行迁移动作；
(2)邻居节点选择；
以STA到主节点的速率为依据，选择连接后STA到主节点速率最大的BSS为目标BSS。
8.根据权利要求4所述的组网漫游方法，其特征在于：实现迁移的动作包括：若STA支持BSS Transition Management(BTM),则优先尝试BTMSteering.若BTM Steering失败,在安全的前提下,使用BackoffSteering重试，其中，
(1)、BTM Steering逻辑
BTM Steering通过向STA发送IEEE802.11v中定义的BTM相关报文,来请求STA重新关联到另一BSS；
(2)Backoff Steering逻辑
Backoff Steering通过强行踢掉STA来迫使它重新关联。
9.一种可读存储介质，其特征在于：所述可读存储介质存储有执行指令，所述执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1至8中任一项所述的方法。
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