一种无线负载均衡方法和系统与流程

本发明涉及无线通讯技术领域，特别是一种无线负载均衡方法和系统。

背景技术：

在高密度无线网络环境中，需要一种负载均衡技术来引导客户端的合理接入。在STA（Station，无线终端）接入AP（Access Point，接入点）连接过程中，AC（Access Controller，接入控制器）负责执行负载均衡。AP周期性地向AC发送与其关联的STA的信息，AC根据这些信息执行负载均衡过程。当STA发送关联请求时，AC检查AP上连接的STA是否达到设定负载的阈值。如果小于该阈值，则当前请求的连接将被接受；否则，将基于负载均衡的配置，决定当前连接是否被接受。目前的无线负载均衡有两种做法：

1、流量模式：各AP的流量（上下行之和）差值。差值超过门限时认为组内AP间出现负载不均衡；

2、会话模式：各AP下的无线客户端数目差值。差值超过门限时认为组内AP间出现负载不均衡。

上述当前无线负载均衡技术中，只考虑到流量和会话单个因素对无线的影响来采取均衡技术，实际上，无线网络负载均衡的目的是优化网络性能，网络性能除与终端数目、网络带宽相关外，还与无线终端的无线模式、无线终端的能力等有关。现有技术对这些并不加以区别，虽然作了基本的均衡，但没有充分发挥AC/AP整体协作，一些较差的终端因占用无线带宽时间较多，导致无线整体总容量不高。而简单地按流量或用户数进行均衡，会碰到流量并不高，但因为终端质量参差不齐，在均衡时没作合理的处理，导致低速终端拖低整体网络性能。

技术实现要素：

本发明针对现有技术简单化、不计实际用户体验的负载均衡问题，提出了一种无线负载均衡方法和系统，它创新性地结合了无线终端的能力来进行有效的均衡，在调度时，将无线终端分门别类的连接到相应性能的AP中，从而有效地提升了无线的整体吞吐率，减少了用户的投资，给用户带来良好的体验。

具体的，本发明所采用的技术方案是，一种无线负载均衡方法，包括：

接入控制器AC接收各接入点AP上报的设备负载消息，该AP设备负载消息中包含对应的接入点AP当前扫描到的终端列表和状态信息；

接入控制器AC根据各接入点AP当前的终端列表和状态信息，确定各个接入点AP的当前负载参数和能力匹配度，进而获得一组当前负载参数最小的接入点AP群（接入点AP群至少包括一个接入点AP）；所述接入控制器AC从当前负载参数最小的接入点AP群中，选择一个能力匹配度最高的接入点AP作为无线终端STA归属的接入点AP。其中，能力匹配度代表无线的能力协商过程中各参数最为吻合，或者说代表AP和终端相互之间最配套，不必要维护额外的通信，从而提高性能，例如都支持聚合，那就能够用高性能的聚合帧进行传输，此时匹配度最高。

采用本发明实施例提供的技术方案，可以解决现有负载均衡技术中简单根据负荷带来的问题，让STA关联到更适合的接入点AP中，充分利用网络资源。

具体的，接入点AP上报的设备负载消息中，接入点AP状态信息至少包括以下性能信息：

接入点AP的SSID是否为开放式；

接入点AP是否为802.11N ONLY；

接入点AP是否支持802.11 AC；

接入点AP是否开启BG保护模式；

接入点AP是否需要进行弹PORTAL认证；

接入点AP的工作模式是路由NAT模式还是接入点AP桥接模式；

接入点AP的当前CPU利用率和CPU告警门限；

接入点AP平均内存利用率和内存告警门限；

接入点AP平均转发流量和最大转发流量；

接入点AP当前接口上行带宽和接口最大上行带宽；

接入点AP当前接口下行带宽和接口最大下行带宽；

接入点AP当前关联的无线终端STA数目和最大可接入无线终端STA数目；

接入点AP当前TCP/IP会话连接数和最大TCP/IP会话连接数。

接入点AP是否支持帧聚合，这个性能将用于计算能力匹配度，不参与负载度计算。

其中，802.11N ONLY 是只使用该802.11N 协议。另外，802.11 AC，相对802.11N 802.11B，速度更快，性能更好。如果能够双方都采用802.11AC通信，那么将获得最高的传输性能。

所述接入点AP当前扫描到的终端列表，至少包含如下信息：终端的RSSI值、终端的MAC地址、终端是否支持802.11AC、终端是否支持802.11B/G、终端是否支持802.11N、终端是否支持聚合帧。其中，802.11B/G为802.11B协议和802.11G协议。

接入控制器AC根据各接入点AP当前的终端列表和状态信息，确定接入点AP当前的负载参数和能力匹配度，具体是：接入控制器AC根据其当前的性能状态信息，按照预置算法生成相应的处理数值，并将处理数值与预设性能项目的权值之间的乘积确定为负载参数。具体的，该负载参数的计算方式为：

负载参数=第1权值*（工作模式负载因子）+第2权值*（CPU告警门限-平均CPU利用率）+第3权值*（内存告警门限-平均内存利用率）+第4权值*（1-平均转发流量/最大转发流量）+第5权值*（1-（（当前接口上行带宽/接口最大上行带宽）+(当前接口下行带宽/接口最大下行带宽)）/2）+第6权值*（最大可接入无线终端STA数目-当前关联的无线终端STA数目）+第7权值*（最大TCP/IP会话连接数-当前TCP/IP会话连接数）+第8权值*（SSID加密负载因子）+第9权值*（接入点AP是否为802.11N ONLY负载因子）+第10权值*（接入点AP是否开启BG保护模式负载因子）+第11权值*（接入点AP是否需要进行弹PORTAL认证负载因子）

其中，平均CPU利用率是通过计算一段时间内接入点AP的CPU利用率的平均值而获得；

工作模式负载因子根据其工作模式（路由NAT模式还是接入点AP桥接模式）取不同值来反映负荷的轻重，其中，路由NAT模式，工作模式负载因子取10，接入点AP桥接模式，工作模式负载因子取8；

SSID加密负载因子：如果接入点AP的SSID为开放式，因子取小，SSID加密负载因子的值为5，反之，加密SSID的取大，SSID加密负载因子的值为10；

接入点AP是否为802.11N ONLY负载因子：当是802.11N ONLY时，负载轻，其取值2，否则为BGN混合，负载会重一些，取10.；BGN为802.11B协议、802.11G协议和802.11N协议的混合；

接入点AP是否开启BG保护模式负载因子：开启BG保护模式时，负载重，其值取10，不开启的，负载轻，取5；

接入点AP是否需要进行弹PORTAL认证负载因子：需要弹PORTAL的负载普遍要大，其值取10，不需要弹PORTAL的，负载要轻，取3；

第1权值至第11权值相加的和为1：第1权值+第2权值+……第11权值=1。

其中，为了实现更好的效果，第1权值最佳取值为0.05；第2权值最佳取值为0.1；第3权值最佳取值为0.1；第4权值最佳取值为0.15；第5权值最佳取值为0.1；第6权值最佳取值为0.15；第7权值最佳取值为0.1；第8权值最佳取值为0.05；第9权值最佳取值为0.05；第10权值最佳取值为0.05；第11权值最佳取值为0.1。

能力的匹配度计算方式具体为：

能力匹配度=第12权值*（RSSI匹配度）+第13权值(是否都支持802.11 AC协议匹配度)+第14权值*（聚合能力匹配度）；

RSSI匹配度计算：RSSI值在-95至-80区间时，属于基本不可用，RSSI匹配度取1分，RSSI值在-80至-60区间时，属于基本可用，RSSI匹配度取3分，RSSI值属于-60至-50区间时，较好，RSSI匹配度取5分，RSSI值在-50以上，非常好，RSSI匹配度取8分。

是否支持802.11AC协议能力匹配度：如果接入点AP支持，终端也支持，则取10分，最佳匹配；否则，不匹配取5分。

聚合能力匹配度：如果接入点AP支持聚合，终端也支持聚合帧，聚合能力匹配度取8分，否则取2分。不支持聚合对性能的影响是相当大的。

第12权值至第14权值相加的和为1：第12权值+第13权值+第14权值=1。

其中，为了得到最佳的效果，所述第12权值最佳取值：0.5；第13权值最佳取值:0.2；第14权值最佳取值：0.3。

优选的，所述接入控制器AC从当前负载参数最小的接入点AP群中选择匹配度最接近的一个接入点AP作为允许终端接入的接入点AP，具体包括：

当所述接入控制器AC确定当前负载参数最小的接入点AP群中的接入点AP数量为一个时，所述接入控制器AC确定该接入点AP为无线终端STA所接入的接入点AP；

当所述接入控制器AC确定当前负载参数最小的接入点AP群中的接入点AP数量为多个时，所述接入控制器AC在该接入点AP群中选择匹配度最接近的一个接入点AP作为无线终端STA接入的接入点AP。

本发明还提供一种无线负载均衡系统，该系统包括接入点AP、接入控制器AC和无线终端STA，其中，接入控制器AC至少包括接收模块、确定模块和选择模块；其中，接收模块接收各接入点AP上报的设备负载消息，该AP设备负载消息中包含对应的接入点AP当前扫描到的终端列表和状态信息；确定模块根据各接入点AP当前的终端列表和状态信息，确定各个接入点AP的当前负载参数和能力匹配度；选择模块选择最适合的接入点AP作为无线终端STA上线的设备。

相比现有的接入控制器AC/接入点AP简单的协作，本发明通过接入控制器AC对各种实际终端能力的分析和分布情况，进行综合计算后，驱动协作的接入点AP有效引导终端到适当位置接入，更有效地提升了无线网络的总体吞吐率。而且可以让用户混合布署802.11N和802.11接入控制器AC或802.11N ONLY和802.11 BGN，节省用户投资，组网更加灵活。

附图说明

图1是本发明的实施例中包含接入点AP的网络结构示意图；

图2是本发明的实施例中接入点AP负载均衡的流程示意图；

图3是本发明的实施例中无线负载均衡系统的示意图。

具体实施方式

本发明针对现有技术简单化、不计实际用户体验的负载均衡问题，提出了一种无线负载均衡技术，它创新性地结合了终端的能力来进行有效的均衡，在调度时，将终端分门别类，连接到相应性能的接入点AP中，从而有效地提升了无线的整体吞吐率，减少了用户的投资，给用户带来良好的体验。下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明的实施例提供了一种无线负载均衡方法和系统。所述方法包括：接入控制器AC接收至少一条接入点AP上报的设备负载消息，接入点AP设备负载消息中包含对应的接入点AP当前的扫描到的终端列表、接入点AP自身状态信息和接入点AP资源信息；接入控制器AC根据接入点AP当前的终端列表和状态信息，确定接入点AP的当前负载参数；接入控制器AC在当前负载参数最小的至少一个接入点AP中，选择一个能力匹配度最高的接入点AP作为终端归属的接入点AP。采用本发明实施例提供的技术方案，可以解决现有负载均衡技术中简单根据负荷带来的问题，让无线终端STA关联到更适合的接入点AP中，充分利用网络资源。

参见图1，该无线负载均衡系统的整体逻辑架构由接入点AP，接入控制器AC和无线终端STA组成。接入控制器AC控制着多个接入点AP，无线终端STA在一个或多个接入点AP的无线范围内。针对多个可选的接入点AP，无线终端STA可以选择接入点AP1，也可以选择接入点AP2。根据接入点AP和接入控制器AC对负载的控制，由接入点AP引导无线终端STA到适当的接入点AP上。

参见图2，本发明的无线负载均衡方法，具体步骤如下：

步骤201：接入点AP上报其状态信息和扫描到的终端列表；

其中，接入点AP的状态信息，至少包括以下各组信息：

接入点AP的SSID否要为开放式；

接入点AP是否为802.11NONLY；

接入点AP是否支持802.11接入控制器AC；

接入点AP是否开启BG保护模式；

接入点AP是否需要进行弹PORTAL认证；

接入点AP的工作模式，是路由NAT模式还是接入点AP桥接模式；

接入点AP的当前CPU利用率和CPU告警门限；

接入点AP平均内存利用率和内存告警门限；

接入点AP平均转发流量和最大转发流量；

接入点AP当前接口上行带宽和接口最大上行带宽；

接入点AP当前接口下行带宽和接口最大下行带宽；

接入点AP当前关联的无线终端STA数目和最大可接入无线终端STA数目；

接入点AP当前TCP/IP会话连接数和最大TCP/IP会话连接数。

其中，802.11N是指802.11N 协议，802.11B为802.11B协议，802.11G为802.11G协议，后面带“ONLY”的就是只使用这一种速率，带“MIXED”的是向下兼容的混合模式，也即：802.11N ONLY 是只使用该802.11N 协议。

接入点AP所扫描到的终端列表，至少包含如下信息：

终端的RSSI值；

终端的MAC地址；

终端是否支持802.11接入控制器AC；

终端是否支持802.11B/G；

终端是否支持802.11N；

终端是否支持聚合帧。

步骤202：接入控制器AC根据接入点AP当前的状态信息和终端列表，确定接入点AP当前的负载参数和匹配度。

接入控制器AC根据接入控制器AC当前的性能状态信息，按照预置算法生成相应的处理数值，接入控制器AC将处理数值与预设性能项目的权值之间的乘积确定为负载参数。

在具体应用场景中，当前负载参数的计算方式具体为：

负载参数=第1权值*（工作模式负载因子）+第2权值*（CPU告警门限-平均CPU利用率）+第3权值*（内存告警门限-平均内存利用率）+第4权值*（1-平均转发流量/最大转发流量）+第5权值*（1-（（当前接口上行带宽/接口最大上行带宽）+(当前接口下行带宽/接口最大下行带宽)）/2）+第6权值*（最大可接入无线终端STA数目-当前关联的无线终端STA数目）+第7权值*（最大TCP/IP会话连接数-当前TCP/IP会话连接数）+第8权值*（SSID加密负载因子）+第9权值*（接入点AP是否为802.11N ONLY负载因子）+第10权值*（接入点AP是否开启BG保护模式负载因子）+第11权值*（接入点AP是否需要进行弹PORTAL认证负载因子）。

其中，工作模式负载因子根据NAT模式和桥接模式不同，取不同值，反映负荷的轻重。比如，NAT取10，桥接模式取8计算。

SSID加密负载因子：如果是开放式SSID，因子取小，值为5，加密SSID的取大，值为10。

接入点AP是否开启BG保护模式负载因子：开启的，负载重，取10，不开启的，负载轻，取5。

接入点AP是否需要进行弹PORTAL认证负载因子：需要弹PORTAL的负载普遍要大，取10，不需要弹PORTAL的，负载要轻，取3。

第1权值至第11权值之间的和为1。

能力的匹配度计算方式具体为：

能力匹配度=第12权值*（RSSI匹配度）+第13权值(802.11接入控制器AC能力匹配度)+第14权值*（聚合能力匹配度）

RSSI匹配度计算：-95至-80，属于基本不可用，取1分，-80至-60，属于基本可用，取3分，-60至-50，较好，取5分，-50以上，非常好，取8分。

802.11接入控制器AC能力匹配度：如果接入点AP支持，终端也支持，则取10分，最佳匹配。否则，不匹配取5分。

聚合能力匹配度：如果接入点AP支持聚合，终端也支持，取8分，否则取2分。不支持聚合对性能的影响是相当大的。

第12权值至第14权值之间的和为1。

优选的，接入控制器AC在当前负载参数最小的至少一个接入点AP中，选择匹配度最接近的一个接入点AP作为允许终端接入的接入点AP。具体为：当接入控制器AC确定当前负载参数最小的接入点AP的数量为一个时，接入控制器AC确定接入点AP为无线终端STA所接入的接入点AP；当接入控制器AC确定当前负载参数最小的接入点AP的数量为多个时，接入控制器AC在多个接入点AP之音，选择匹配度最接近的一个接入点AP作为无线终端STA接入的接入点AP。

本实施例还提供一种无线负载均衡系统，其包括接入控制器AC、接入点AP和无线终端STA，其中，参见图3，接入控制器AC至少包括一个接收模块、一个确定模块和一个选择模块。接收模块接收各接入点AP上报的设备负载消息，该AP设备负载消息中包含对应的接入点AP当前扫描到的终端列表和状态信息；确定模块根据各接入点AP当前的终端列表和状态信息，确定各个接入点AP的当前负载参数和能力匹配度；选择模块选择最适合的接入点AP作为无线终端STA上线的设备。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。