CN1561039A - 一种无线局域网接入点设备间负载均衡的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线局域网接入点设备间负载均衡的实现方法，适用于由多个接入点为多个移动无线终端提供无线连接服务的无线局域网络，多个接入点之间通过交互消息的方式选举出主控接入点，所述主控接入点允许移动无线终端接入，其余接入点设为备选接入点，所述备选接入点拒绝移动无线终端接入。本发明克服现有技术中负载均衡的实现依赖于接入点AP外部服务控制器的控制或只能针对特定STA用户群应用的缺陷，解决了接入点AP间充分利用有效资源实现动态负载均衡的问题。

Description

一种无线局域网接入点设备间负载均衡的实现方法
技术领域
本发明涉及一种无线局域网接入点设备间负载均衡的实现方法，尤其涉及通讯领域的无线局域网组网时，接入点设备间负载均衡的实现方法。
背景技术
一种由多个接入点(Access Point，以下简称AP)为多个移动无线终端(以下简称STA)提供无线连接服务的IEEE 802.11无线局域网络(WLAN)，例如在一个建筑物内，多个接入点AP分布在关键位置，STA在建筑物内任意移动都可以接入到其中的任意一个接入点AP，移动无线终端STA利用信标(Beacon)帧信号强度来选择一个信号最好的接入点AP接入。但是当向该无线局域网络系统增加STA的数量时，不同的AP将面临不同的通信负载，那些相对接入较多STA的AP将变得超负荷且运行效率下降。因此为了有效利用AP资源，需要调节每个AP的网络负载以降低网络阻塞。
现有技术中，普遍采用以下几种方法调节每个AP的网络负载：
(1)AP在其有效覆盖范围内向STA发送信标帧，同时向STA广播发送AP的负载水平信息，STA利用信标帧的信号强度和负载水平信息，决定接入到哪一个AP；
(2)AP允许或拒绝STA的接入是基于AP的负载水平以及该STA是否能关联到其他AP。STA向AP发送可关联其他AP的指示信息，AP基于自己的负载决定允许或拒绝该STA接入；
(3)由一个服务控制器来监控各个AP的负载，并控制STA接入到某个AP。
分析以上实现技术，可发现存在以下不足：
在方法(1)和(2)中，AP向STA发送的负载水平信息以及STA向AP发送的可关联其他AP的指示信息都不是标准信息，只有支持或识别这些信息的特定STA和AP才能应用这两种方法，使得STA的使用受到了一定的限制。在方法(3)中需要AP以外的服务控制器来控制AP的负载，即增加了网络成本，又降低了组网灵活性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无线局域网接入点设备间负载均衡的实现方法，克服现有技术中负载均衡的实现依赖于AP外部服务控制器的控制或只能针对特定STA用户群应用的缺陷，解决了AP间充分利用有效资源实现动态负载均衡的问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种无线局域网接入点设备间负载均衡的实现方法，适用于由多个接入点为多个移动无线终端提供无线连接服务的无线局域网络，其特点在于，多个接入点之间通过交互消息的方式选举出主控接入点，所述主控接入点允许移动无线终端接入，其余接入点设为备选接入点，所述备选接入点拒绝移动无线终端接入。
上述的方法，其特点在于，所述主控接入点为选举出的负载水平最小的接入点。
上述的方法，其特点在于，所述多个接入点通过实时交互负载水平消息并且互相比较各自负载水平和优先级来选举主控接入点以及发起选举新主控接入点。
上述的方法，其特点在于，任一所述接入点进行选举主控接入点的选举过程包括如下步骤：
步骤一，该接入点拒绝移动无线终端接入，并设定选举时间段；
步骤二，判断当前时间否在设定的选举时间段中，是则执行步骤三，否则执行步骤六；
步骤三，发送该接入点的负载水平消息并接收其它接入点的负载水平消息；
步骤四，进行负载水平比较，如果被比较接入点的负载水平小于该接入点的负载水平，或者被比较接入点的负载水平等于该接入点的负载水平并且被比较接入点优先级高于该接入点，执行步骤五，否则执行步骤二；
步骤五，该接入点设为备选接入点并且停止发送负载水平消息，转到步骤七；
步骤六，该接入点设为主控接入点并且允许移动无线终端接入；
步骤七，结束。
上述的方法，其特点在于，选举出主控接入点后，所述主控接入点执行如下处理步骤：
主控接入点主动向备选接入点定期发送负载水平消息通报自己的负载水平；
主控接入点监测自己的负载水平，当主控接入点的负载水平增加时，主控接入点发起选举新主控接入点的过程；
主控接入点接收其它接入点的负载水平消息，当存在某一备选接入点的负载水平低于主控接入点的负载水平时，或存在某一备选接入点的负载水平等于主控接入点的负载水平且该备选接入点的优先级高于主控接入点时，将主控接入点设为备选接入点。
上述的方法，其特点在于，选举出主控接入点后，所述备选接入点执行如下处理步骤：备选接入点接收主控接入点的负载水平消息并自检，当备选接入点的负载水平小于主控接入点的负载水平时，或当备选接入点的负载水平等于主控接入点的负载水平且备选接入点的优先级高于主控接入点时，备选接入点发起选举新主控接入点的过程。
上述的方法，其特点在于，所述备选接入点执行的处理步骤还包括：备选接入点接收其它备选接入点的负载水平消息，当存在另一备选接入点的负载水平小于当前主控接入点的负载水平时，或存在另一备选接入点的负载水平等于当前主控接入点的负载水平且该另一备选接入点的优先级高于当前主控接入点时，备选接入点将该另一备选接入点作为新主控接入点。
上述的方法，其特点在于，所述备选接入点执行的处理步骤还包括：备选接入点依据主控接入点的负载水平消息检测主控接入点的在线运行状况，当备选接入点检测到主控接入点运行异常时，备选接入点发起选举新主控接入点的过程。
本发明的技术效果在于：与现有技术相比，采用本发明所述方法，AP不需与STA交互负载水平信息，因此适用于所有符合IEEE 802.11标准的STA；负载水平信息只在AP之间交互并自发控制STA接入，无需AP以外的服务控制器来控制，因此取得了在AP间实现动态负载均衡技术的进步，达到了AP为各种符合IEEE 802.11标准STA提供无线连接服务时都能实现负载均衡的目的，降低了组网应用时对外部服务控制器的依赖，节省了组网的成本，提高了组网的灵活性等。
下面结合附图进一步详细说明本发明的具体实施例。
附图说明
图1是本发明中AP间负载均衡应用示意图；
图2是本发明中选举主控AP的处理流程；
图3是本发明中主控AP的处理流程；
图4是本发明中备选AP的处理流程。
具体实施方式
如图1所示，在依据每个AP接入用户数量的多少进行负载均衡的应用中，AP1，2，3连接在同一台以太网交换机(SWITCH)，多台STA分别接入AP1，2，3。经过AP间的选举，接入用户少的AP1成为主控(MASTER)AP，AP2，3则成为备选(SLAVE)AP。此时AP1可以继续接入其他STA，而AP2，3拒绝接入其他STA。当一台新移动无线终端(STA1)加入该特定无线局域网时，STA1只能接入到AP1。在STA1完成接入AP1后，AP1，2，3之间将重新选举新的主控AP。当负载水平(LOADING LEVEL)最小的AP超过两个时，根据每个AP预先配置的优先级大小选举出唯一的主控AP。
应用时的具体实现描述如下：
1.  AP间交互的负载水平消息数据报文格式(如下表所示)，其中各字段含义为：
“版本”，1个字节长，指出负载均衡方案的版本。
“命令”，1个字节长，指出报文的特定功能。
“报文标识”，2个字节长，有助于匹配请求和应答，应答报文应将接收报文标识字段的值拷贝到应答报文标识字段，接收非应答报文时忽略该字段。
“报文长度”，2个字节长，指出整个报文的长度，包括版本，命令，报文标识，报文长度字段，以及后面的字段。
“子命令”，1个字节长，指出负载水平消息子功能。
“负载均衡策略”，1个字节长，指出负载均衡采用的策略，如按照无线终端数量和按照数据流量等策略。
报文字段 长度
版本 1
命令 1
报文标识 2
报文长度 2
子命令 1
负载均衡策略 1
负载均衡群组 2
AP标识 8
AP工作模式 1
AP状态 1
负载水平 4
序列号 2
扩展服务集标识长度 1
扩展服务集标识 扩展服务集标识长度
“负载均衡群组”，2个字节长，指出参与负载均衡特定AP群组的标识。
“AP标识”，8个字节长，指出AP的标识。AP标识由两部分构成，即AP优先级连接基本服务集标识(BSSID)，其中AP优先级占用两个字节。
“AP工作模式”，1个字节长，指出AP当前的工作模式，如工作在IEEE802.11a，IEEE 802.11b或IEEE 802.11g等。
“AP状态”，1个字节长，指出发布该消息AP的状态，如处于选举过程的AP，备选AP或主控AP等。
“负载水平”，为4个字节，指出发布该消息AP的当前负载水平大小。
“序列号”，2个字节长，指出报文的序列号，接收者可以在短时间内检测到重复接收的信息，也用于接收者防止接收到比当前信息老的信息报文。
“扩展服务集标识长度”，1个字节长，指出扩展服务集标识的长度。
“扩展服务集标识”，为扩展服务集标识长度字段规定的长度，指出发布该消息AP扩展服务集标识(ESSID)。
由于AP间交互的负载水平消息目前还没有标准支持，因此这里使用的是非标准交互消息。
2.初始时，为每个AP创建四个定时器，分别是：监测负载水平定时器，发送负载水平消息定时器，选举主控AP持续定时器和检测主控AP异常定时器。
设定选举主控AP持续定时时长大于或等于检测主控AP异常定时时长。
设定发送负载水平消息定时时长小于选举主控AP持续定时时长，应保证在选举主控AP持续时间内侦听到所有其他AP的负载水平消息。
设定发送负载水平消息定时时长小于检测主控AP异常定时时长，应保证主控AP正常在线且检测主控AP异常定时器到期前，接收到主控AP的负载水平消息。
设定监测负载水平定时时长，应保证在不同的负载均衡策略下较准确地反映实时负载水平。
为每个AP配置不同的优先级。需要指出的是，当检测到两个AP标识的优先级域相同时，通过从高字节到低字节依次比较AP标识的BSSID域决定AP的优先级大小。
3.AP加入到如图1所示的无线局域网时首先启动“监测负载水平定时器”定期监测自己的负载水平，然后发起选举新主控AP的过程。如图2所示，步骤301，在选举开始时AP拒绝STA接入并启动“选举主控AP持续定时器”和“发送负载水平消息定时器”；步骤302，在“选举主控AP持续定时器”到期前，执行步骤305，由“发送负载水平消息定时器”定期向分布系统DS发送负载水平消息通报自己的负载水平。
步骤306，接收来自其他AP的负载水平消息，执行步骤307，如果该AP的负载水平小于自己的负载水平，或该AP的负载水平等于自己的负载水平且该AP的优先级高于自己时，则执行步骤308，AP成为备选AP，步骤309备选AP应终止“选举主控AP持续定时器”和“发送负载水平消息定时器”，同时启动“检测主控AP异常定时器”。步骤307，如果该AP的负载水平大于自己的负载水平，转到步骤302和步骤305继续向分布系统DS发送负载水平消息通报自己的负载水平。
步骤302中，如果“选举主控AP持续定时器”到期，仍未收到比自己负载水平小的消息，则执行步骤303使AP成为主控AP，执行步骤304允许STA接入，并继续发送负载水平消息通报自己的负载水平。
4.主控AP的处理如图3所示。
步骤401，主控AP发送负载水平消息通报自己的负载水平。步骤402，通过“监测负载水平定时器”检查自己的负载水平。
步骤403，当自己的负载水平增加时，执行步骤404主控AP将重新发起选举新主控AP的过程。
步骤405，当主控AP侦听到其他AP的负载水平消息时，执行步骤406，如果该AP的负载水平小于自己的负载水平，或该AP的负载水平等于自己的负载水平且该AP的优先级高于自己时，执行步骤407主控AP成为备选AP，拒绝STA接入，终止“发送负载水平消息定时器”，同时启动“检测主控AP异常定时器”。
5.备选AP的处理如图4所示。
步骤501侦听主控AP的负载水平消息，步骤502中如果备选AP在“检测主控AP异常定时器”到期后仍未收到主控AP的负载水平消息，则执行步骤504判断主控AP已经出现异常，执行步骤510备选AP将重新发起选举新主控AP的过程。否则步骤503表示主控AP正常在线。
步骤505备选AP经接收主控AP的负载水平消息或自检，将自己的负载水平和主控AP的负载水平比较，步骤506中当自己的负载水平小于主控AP的负载水平时，或当自己的负载水平等于主控AP的负载水平且自己的优先级高于主控AP时，执行步骤510备选AP发起选举新主控AP的过程。
步骤507当备选AP侦听到其他AP的负载水平消息，将该AP的负载水平和主控AP的负载水平比较，步骤508中当该AP的负载水平小于当前主控AP的负载水平时，或该AP的负载水平等于当前主控AP的负载水平且该AP的优先级高于当前主控AP时，执行步骤509备选AP将该AP作为新主控AP。
采用本发明所述方法，只需在AP之间交互负载水平信息，AP不需与STA交互负载水平信息，因此适用于所有符合IEEE 802.11标准的STA；负载水平信息只在AP之间交互并自发控制STA接入，无需AP以外的服务控制器来控制，因此取得了在AP间实现动态负载均衡技术的进步，达到了AP为各种符合IEEE 802.11标准STA提供无线连接服务时都能实现负载均衡的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依本发明所作的等效变化与修改，皆为本发明专利范围所涵盖。

Claims (8)

1、一种无线局域网接入点设备间负载均衡的实现方法，适用于由多个接入点为多个移动无线终端提供无线连接服务的无线局域网络，其特征在于，多个接入点之间通过交互消息的方式选举出主控接入点，所述主控接入点允许移动无线终端接入，其余接入点设为备选接入点，所述备选接入点拒绝移动无线终端接入。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选举出负载水平最小的接入点为主控接入点。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个接入点通过实时交互负载水平消息并且互相比较各自负载水平和优先级来选举主控接入点以及发起选举新主控接入点。
4、根据权利要求1、2、或3所述的方法，其特征在于，任一所述接入点进行选举主控接入点的选举过程包括如下步骤：
步骤一，该接入点拒绝移动无线终端接入，并设定选举时间段；
步骤二，判断当前时间否在设定的选举时间段中，是则执行步骤三，否则执行步骤六；
步骤三，发送该接入点的负载水平消息并接收其它接入点的负载水平消息；
步骤四，进行负载水平比较，如果被比较接入点的负载水平小于该接入点的负载水平，或者被比较接入点的负载水平等于该接入点的负载水平并且被比较接入点优先级高于该接入点，执行步骤五，否则执行步骤二；
步骤五，该接入点设为备选接入点并且停止发送负载水平消息，转到步骤七；
步骤六，该接入点设为主控接入点并且允许移动无线终端接入；
步骤七，结束。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，选举出主控接入点后，所述主控接入点执行如下处理步骤：
主控接入点主动向备选接入点定期发送负载水平消息通报自己的负载水平；
主控接入点监测自己的负载水平，当主控接入点的负载水平增加时，主控接入点发起选举新主控接入点的过程；
主控接入点接收其它接入点的负载水平消息，当存在某一备选接入点的负载水平低于主控接入点的负载水平时，或存在某一备选接入点的负载水平等于主控接入点的负载水平且该备选接入点的优先级高于主控接入点时，将主控接入点设为备选接入点。
6、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，选举出主控接入点后，所述备选接入点执行如下处理步骤：备选接入点接收主控接入点的负载水平消息并自检，当备选接入点的负载水平小于主控接入点的负载水平时，或当备选接入点的负载水平等于主控接入点的负载水平且备选接入点的优先级高于主控接入点时，备选接入点发起选举新主控接入点的过程。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述备选接入点执行的处理步骤还包括：备选接入点接收其它备选接入点的负载水平消息，当存在另一备选接入点的负载水平小于当前主控接入点的负载水平时，或存在另一备选接入点的负载水平等于当前主控接入点的负载水平且该另一备选接入点的优先级高于当前主控接入点时，备选接入点将该另一备选接入点作为新主控接入点。
8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述备选接入点执行的处理步骤还包括：备选接入点依据主控接入点的负载水平消息检测主控接入点的在线运行状况，当备选接入点检测到主控接入点运行异常时，备选接入点发起选举新主控接入点的过程。
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