CN106937332B - 一种基于无线路由设备混合的负载均衡方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线局域网处理技术领域，具体为一种基于无线路由设备混合的负载均衡方法及系统。一种基于无线路由设备混合的负载均衡方法，按如下步骤进行：步骤S1，无线终端设备在作为第一类型路由设备的多用户多入多出设备和作为第二类型路由设备的单用户多入多出设备混合的无线网络中发送关联请求信号；步骤S2，所述无线终端设备根据所述无线路由设备的负载信息并通过第二判断方式选择要求接入的无线路由设备以均衡负载，更加灵活、准确度高、易实现且在类型混合的无线路由设备群所在网络中能有效进行负载均衡。

Description

一种基于无线路由设备混合的负载均衡方法及系统

技术领域

本发明涉及无线局域网处理技术领域，具体为一种基于无线路由设备混合的负载均衡方法及系统。

背景技术

一般的负载均衡用关联数或流量来衡量AP的负载，这种方法在支持单用户的设备中是合理的，而多用户或者设备种类不止一种的情况下，则会很不合理，特别地，随着无线技术的快速发展，无线终端的数量也快速增加，单一的无线接入点已无法承载过多的无线终端，基于此，提出了通过多台AP来均衡大量无线终端的方案。如在分布式无线局域网中，无线终端通常与接收到的接收信号强度指示最大的AP建立连接，也就是说，与信号较强的AP建立无线连接的无线终端数比较多，而与信号相对较弱的AP建立无线连接的无线终端数却很少，而按照这种方式建立的无线连接，则会造成负载不均衡，同时也降低了系统资源的利用率，特别是现今不同类型AP混合使用是的场景，就需要更好的均衡方法。

由此，负载均衡在整个AP群上很常用，但通常AP和STA之间实现负载均衡的方法都较为复杂，需要额外的报文交互或需要让期望接入的STA等待较长时间。而现有的进行负载均衡的方法和系统也存在较多，如公开号为105592502A的专利公开了一种负载均衡方法和装置，所述方法包括：获取自身管理的第一无线接入点AP上报的第一负载信息；获取属于第二AC管理的第二AP的第二负载信息；当第一AC接收到终端请求接入第一AP的第一射频口的接入请求时，根据第一负载信息和第二负载信息，判断第一射频口是否满足负载均衡条件；当第一射频口满足负载均衡条件时，第一AC对第一射频口执行负载均衡，以使第一射频口拒绝接入请求，其中AC除了能够获取自身管理的AP的负载信息外，还能够感知到其它AC管理下的AP的负载信息，最终达到跨AC实现负载均衡的目的；又如公开号为104602301A的专利公开了一种无线网络负载均衡的方法及装置，所述方法包括：网络接入系统上的第一接入点AP获取第一AP下的至少一个无线终端STA的第一负载信息，以及第二AP的第二负载信息，所述第二AP为所述网络接入系统上除所述第一AP外的其它至少一个AP；所述第一AP根据第一负载信息和第二负载信息判断所述第一AP下的至少一个STA是否满足负载均衡条件；如果满足负载均衡条件，则所述第一AP对至少一个STA进行负载均衡操作，其中，AP间相互获取其他AP负载均衡信息，并根据该负载均衡信息用于判断STA所处的位置和周围的网络环境，并以此进行负载均衡操作，不但实现了网络负载均衡，还提高了系统资源利用率，上述的两种负载均衡方法及装置，主要的设计点在AC、AP侧，实现方式有赖于AC、AP的有效存在，容错率较低，稳定性不高，当AC或者AP出现问题的时候，负载均衡的操作可能就会停止，可能会导致系统出现更大问题，同时也存在上述的额外的报文交互、STA长久等待等问题，执行的复杂性也较高，是有待改进的，而且，对于不同类型AP混合的群组的网络，均衡负载的能力显然不足，干扰也较大。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种更加灵活、准确度高、易实现且在类型混合的无线路由设备群所在网络中能有效进行负载均衡的负载均衡方法及系统。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于无线路由设备混合的负载均衡方法，按如下步骤进行：

步骤S1，无线终端设备在作为第一类型路由设备的多用户多入多出设备和作为第二类型路由设备的单用户多入多出设备混合的无线网络中发送关联请求信号；

步骤S2，所述无线终端设备根据所述无线路由设备的负载信息并通过第二判断方式选择要求接入的无线路由设备以均衡负载，其中，第二判断方式为：判断第一类型路由设备当前接入数/【(第一类型路由设备最大接入数-第一类型路由设备当前第一类型终端接入数)】/校准系数是否小于第二类型路由设备当前接入数/第二类型路由设备最大接入数，如果是则无线终端设备接入第一类型路由器，否则接入第二类型路由器。

作为对本发明的优选，步骤S2中，若所述无线终端设备为第一类型终端，则采用第一判断方式；若所述无线终端设备为第二类型终端，则采用第二判断方式。

作为对本发明的优选，所述第一判断方式为：判断第一类型路由设备当前接入数是否小于第一类型路由设备最大接入数，如果是则无线终端设备接入第一类型路由器，否则接入第二类型路由器。

作为对本发明的优选，所述第一类型终端为单天线单通道终端，所述第二类型终端为双天线双通道终端。

作为对本发明的优选，若所述无线终端设备为第一类型终端，则负载信息包括第一类型路由设备最大接入数和第一类型路由设备当前接入数；若所述无线终端设备为第二类型终端，则负载信息包括第一类型路由设备最大接入数、第一类型路由设备当前接入数、第一类型路由设备当前第一类型终端接入数、第二类型路由设备最大接入数、第二类型路由设备当前接入数。

作为对本发明的优选，所述校准系数以为第一类型路由设备的最大吞吐量和第二类型路由设备的最大吞吐量为参考值。

作为对本发明的优选，所述校准系数小于等于第一类型路由设备的最大吞吐量/第二类型路由设备的最大吞吐量。

一种基于无线路由设备混合的负载均衡系统，包括：

发送单元，用于无线终端设备在无线网络中向无线路由器发送关联请求信号；

响应单元，用于无线路由设备对所述发送单元发送的信号进行响应；

接收单元，用于无线终端设备接收所述响应单元的信息；

提取单元，用于提取所述接收单元接收信息中的无线路由设备负载信息；

判断单元，用于通过两种判断方式并根据所述提取单元中无线路由设备负载信息进行判断后得出判断结果；

负载均衡单元，用于无线终端设备根据判断单元判断结果选择要求接入的无线路由器。

作为对本发明的优选，所述响应单元中还包括无线终端设备类型辨识子单元，所述无线终端设备类型辨识单元用于无线路由设备区分不同类型的无线终端设备。

作为对本发明的优选，所述判断单元还包括判断方式选择子单元，用于无线终端设备根据自身类型选择其中一种判断方式进行判断。

本发明是基于不同类型的无线路由设备混合的网络的，通过AC端的总体把控，对AP和终端进行有序管理；

通过不同判断方式的判断，适用性就会更好，在无线路由设备混合使用的情况下，就能起到很好的协调效果，实现相对容易，负载均衡的效果会更好，可更好地利用网络。

附图说明

图1是本发明实施例1的总的流程图；

图2是本发明实施例1的优化后的流程图；

图3是本发明实施例2的系统模块图。

具体实施方式

以下具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1，现有的网络的复杂程度越来越高，通常，无线网络中的无线路由设备采用同一类型的可能性会更小，而且，无线终端设备采用同一类型的可能性更小，所以对于这种无线路由设备不止一种类型混合的情况，有效可靠的负载均衡方法是必须的，基于此，本发明设计了如下的方法：

一种基于无线路由设备混合的负载均衡方法，按如下步骤进行：

步骤S1，无线终端设备在不同类型无线路由设备混合的无线网络中发送关联请求信号；

步骤S2，所述无线终端设备根据所述无线路由设备的负载信息并通过第二判断方式选择要求接入的无线路由设备以均衡负载。

上述方法中，无线终端设备(STA)可以先向各个不同类型的无线路由设备(AP)发送请求信号，可以通过发送报文的方式进行，要求无线路由设备做出相应的响应，进一步要求其返回负载信息，负载信息应该是有关于负载的各种信息，如最大无线路由设备本身的最大接入负载数、当前负载接入数、接入何种负载、何时接入等信息，来判断无线路由设备的负载情况，然后通过选择相应的判断方式，来进行选择所要接入的无线路由器，进一步的，本申请实施例优选采用第二判断方式来实现负载均衡的目的，但并不以此为限，本申请实施例可以根据接入无线终端设备的类型，甚至提供两种以上的判断方式，选择的多样性，判断方式的不同选择，进一步提高了负载均衡的灵活性，总的流程图如图1所示。

为了无线终端设备能更好、更有效地采用何种判断方式，如图2所示，本申请采用如下操作来进行：

步骤S2中，若所述无线终端设备为第一类型终端，则采用第一判断方式；若所述无线终端设备为第二类型终端，则采用第二判断方式。

其针对无线终端设备本身的类型，来采取相应的判断方式，这样针对性更强，更适合较为复杂的网络环境，可以有效起到均衡负载的结果。

本实施例中，无线路由器主要探讨两种类型的情况，当然，本发明的方法可以沿用更多类型，具体说，无线路由设备包括第一类型路由设备和第二类型路由设备。

其次，在各种设备类型的选择上，本实施例采用如下的方案：所述第一类型路由设备为多用户多入多出设备，所述第二类型路由设备为单用户多入多出设备，所述第一类型终端为单天线单通道终端，所述第二类型终端为双天线双通道终端。

其中，多用户多入多出设备即为MU-MIMO设备；

单用户多入多出设备即为SU-MIMO设备；

单天线单通道终端即为1X1终端设备；

双天线双通道终端即为2X2终端设备。

在支持802.11ac wave2协议的设备中，市场上采用的无线路由设备AP多为支持SU-MIMO的，但随着技术的发展，支持802.11ac wave2的无线路由设备AP将会越来越多，而802.11ac wave2的一个主要特征是支持MU-MIMO，所以MU-MIMO的运用会更加多，由于技术的不同，MU-MIMO和SU-MIMO有很大区别，所以如果在同时有MU-MIMO和SU-MIMO的无线路由设备AP中进行负载均衡，采用本发明的方法会取得更好的效果；

一般的负载均衡用关联数或流量来衡量无线路由设备AP的负载，这种方法在支持SU-MIMO的设备中是合理的，而在支持MU-MIMO的设备中，则会很不合理，原因是MU-MIMO支持的关联数虽然比SU-MIMO多很多，但主要集中在1X1的无线终端设备STA设备，当无线终端设备STA的天线增多，SU-MIMO和MU-MIMO并没有区别。

MU-MIMO是SU-MIMO的升级版本，虽然采用这两种技术的无线路由设备AP都可以关联多个无线终端设备STA，但是SU-MIMO是时分的通信模式，或者说，单位时间采用SU-MIMO的AP是仅与一台无线终端设备STA通信的，而MU-MIMO没有限制。

在SU-MIMO中，虽然无线路由设备AP可能关联了很多无线终端设备STA，感觉上和很多无线终端设备STA在通信，但是实际上仅与一个无线终端设备STA在通信，无线终端设备STA确实采用两根天线的，但是实际上现在很多终端只有一根天线的还是较多的，比如大多数的手机(高端手机比如苹果是两根天线，笔记本也是两根天线)；而在MU-MIMO中，MU-MIMO可以同时与多个无线终端设备STA传输数据，主要以支持3根天线的为主，总的吞吐量可以达到SU-MIMO的3倍，(当然，如果AP只关联一个无线终端设备STA，而这个无线终端设备STA有两根天线，那么其与SU-MIMO的通信模式中无线终端设备STA为双天线的情况实质上是一样的，所以说MU-MIMO是SU-MIMO的升级版本)。

当网络中同时存在采用MU-MIMO和SU-MIMO的AP，如果用关联数来负载均衡，显然，如果关联了很多单天线的无线终端设备STA(由于无线路由设备AP常用在商场等环境，所以关联单天线的手机的概率非常大)以及一些双天线的无线终端设备STA，那么两种无线路由设备AP用单一的关联数或者单一的算法等比较僵硬的方式来实现负载均衡显然不合理，因而采用本发明的方法则可以有效解决问题。另外，MU-MIMO这种AP设备的芯片大多支持3根天线，如果天线一多干扰就会比较严重，所以理论上吞吐量是SU-MIMO的3倍，但是经过测试，由于干扰，吞吐量是在2.4倍左右。

本实施例中，通过MU-MIMO和SU-MIMO这些特性的了解，我们在整个过程中，对于负载信息获取的内容和判断方式的具体内容分别做如下的设计：

关于负载信息内容：若所述无线终端设备为第一类型终端，则负载信息包括第一类型路由设备最大接入数和第一类型路由设备当前接入数；若所述无线终端设备为第二类型终端，则负载信息包括第一类型路由设备最大接入数、第一类型路由设备当前接入数、第一类型路由设备当前第一类型终端接入数、第二类型路由设备最大接入数、第二类型路由设备当前接入数。

关于判断方式：

所述第一判断方式为：判断第一类型路由设备当前接入数是否小于第一类型路由设备最大接入数，如果是则无线终端设备接入第一类型路由器，否则接入第二类型路由器；

所述第二判断方式为：判断第一类型路由设备当前接入数/【(第一类型路由设备最大接入数-第一类型路由设备当前第一类型终端接入数)】/校准系数是否小于第二类型路由设备当前接入数/第二类型路由设备最大接入数，如果是则无线终端设备接入第一类型路由器，否则接入第二类型路由器。其中，校准系数以为第一类型路由设备的最大吞吐量和第二类型路由设备的最大吞吐量为参考值，进一步的，校准系数小于等于第一类型路由设备的最大吞吐量/第二类型路由设备的最大吞吐量，在本申请中可以视作标准系数是小于等于3的值，根据实际的使用情况，校准系数可以优选为2.3、2.4、2.5、3等2-3之间的数值，效果会更好一些。

下面，我们定义第一类型路由设备最大接入数为M1，第一类型路由设备当前接入数为C1，第一类型路由设备当前第一类型终端接入数为P，第二类型路由设备最大接入数为M2，第二类型路由设备当前接入数C2；

第一类型路由设备为A并且为MU-MIMO设备，支持1X1终端和2X2终端；第二类型路由设备为B并且为SU-MIMO设备，支持1X1终端和2X2终端。

下面通过还设计方案举一个具体的负载均衡例子：

这里假设有两台无线路由设备AP，A和B，对于A而言：我们认为他的最大关联数(接入数)M1考虑了MU-MIMO的影响，所以M1代表当所有无线终端设备都是1X1终端情况下的关联数，也即第一类型路由设备最大接入数，这时MU-MIMO会产生最大作用，由此，理论上MU-MIMO对并发总吞吐量的提升是SU-MIMO的3倍，但实践中的均值为2.4倍左右，所以用2.4倍来衡量MU-MIMO和SU-MIMO的差异，则认为A的最大2x2终端关联数(接入数)时M1/2.4，即如果所有的STA都是2x2终端，则MU-MIMO不发生作用，则A的最大关联数是M1/2.4。当A的1x1终端接入数为P时，则A的2x2终端的最大接入数为(M1-P)/2.4；

对于B而言，我们认为他的最大关联数(接入数)是M2。

从上述看出，基于MU-MIMO在2x2终端的系统中其实只对1X1终端才会发挥增加吞吐量的作用，所以本发明给予1x1终端更高的优先级，即如果无线终端设备STA是1x1终端，则无线终端设备STA可以连入A，也可以连入B，那么，我们在A的负载还不饱和时，让无线终端设备STA连入A而不是B，以便MU-MIMO发生作用。这样使的整个负载均衡无线路由设备AP群的总接入数可以最大化；当无线终端设备STA为2x2终端，则无线终端设备STA在A和B之间进行负载均衡，即对比A的最大接入数和B的最大接入数，其中A的最大接入数可以视作为(M1-P)/2.4,B的最大接入数为M2。

所以在步骤S2中通过不同判断方式以执行负载均衡时，过程如下：

若STA为1x1终端，判断A当前接入数C1是否<M1，如果小于M1，则接入A，否则接入B；

若STA为2x2终端，判断C1/[(M1-P)/2.4]和C2/M2的大小，如果C1/[(M1-P)/2.4]<C2/M2,则接入A，否则接入B。

当然，网络中可能会存在多个A和多个B，那么如果多个A满足被接入的条件，或者多个B满足接入的条件，无线终端设备该怎么选择同一类型的无线路由设备AP中的一个也会有问题，本实施例提供一种方案，就是满足接入条件的同一类型无线路由设备AP中，响应速度最快的一个，也即可以认作为，无线终端设备发出信号后，第一个反馈至无线终端设备相对应的无线路由设备AP，因为这可以一定程度上，表明该无线路由设备AP的负载不多，这是基于无线路由设备AP在负载增多时响应速度会变慢这一特性，特别是单核CPU的无线路由设备AP，较为明显，所以可以选择满足接入条件中的响应速度最快的无线路由设备AP作为接入目标，在无线终端设备接入之前增加一个响应时间大小的判断即可。

综上，本发明的方法可以在不同类型无线路由设备混合的网络环境下更有效地发挥作用，无线终端设备通过多种判断方式的均衡作业，灵活性更强，适用性更好，主要在终端进行，且能起到很好的协调效果，实现相对容易，负载均衡的效果会更好，可更好地利用网络，容错率高也高。

实施例2，系统图如图3所示，一种基于无线路由设备混合的负载均衡系统，包括发送单元，用于无线终端设备在无线网络中向无线路由器发送关联请求信号；

响应单元，用于无线路由设备对所述发送单元发送的信号进行响应；

接收单元，用于无线终端设备接收所述响应单元的信息；

提取单元，用于提取所述接收单元接收信息中的无线路由设备负载信息；

判断单元，用于通过两种判断方式并根据所述提取单元中无线路由设备负载信息进行判断后得出判断结果；

负载均衡单元，用于无线终端设备根据判断单元判断结果选择要求接入的无线路由器。

本实施例的系统，可有效适用于实施例1的负载均衡的方法，其中，发送单元让无线终端设备可以与无线路由设备通信，以通过响应的方式获取想要的无线路由设备的各种信息，本申请主要是跟负载有关的信息；

而在判断单元中，可以置入如实施例1的至少两种判断方式，分别为：

第一判断方式1，若STA为1x1终端，判断A当前接入数C1是否<M1，如果小于M1，则接入第一类型路由设备，否则接入第二类型路由设备；

第二判断方式2，若STA为2x2终端，判断C1/[(M1-P)/2.4]和C2/M2的大小，如果C1/[(M1-P)/2.4]<C2/M2,则接入第一类型路由设备，否则接入第二类型路由设备。其中，第一类型路由设备最大接入数为M1，第一类型路由设备当前接入数为C1，第一类型路由设备当前第一类型终端接入数为P，第二类型路由设备最大接入数为M2，第二类型路由设备当前接入数C2。

而所述响应单元可以进一步进行设计，如：所述响应单元中还包括无线终端设备类型辨识子单元，所述无线终端设备类型辨识单元用于无线路由设备区分不同类型的无线终端设备。

这样做，可以使得无线路由设备根据终端类型进行不同的相对应的响应，可以减少终端设备要求较多的请求信息内容，即适用更多的终端设备，本申请中的终端类型主要分为两种：

单天线单通道终端即为1X1终端设备；

双天线双通道终端即为2X2终端设备。

另外，判断单元还能进一步细化，还可包括判断方式选择子单元，用于无线终端设备根据自身类型选择其中一种判断方式进行判断。也就是说，本系统中，判断方式的选择是有赖于无线终端设备类型的，可以采用，如果当无线终端设备为1X1终端设备，则采用第一判断方式1；如果当无线终端设备为2X2终端设备，则采用第二判断方式2。通过这两种方式的表达，在判断单元中，其实还应配置其他子单元来实现整个判断方式，如：配置一下单元，

1.数据存储子单元，用于存储各种数据；

2.计算子单元，用于计算判断方式中的运算式；

3.比较子单元，用于比较各个判断方式中的比较式以选择所要求进入的无线路由设备。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种基于无线路由设备混合的负载均衡方法，其特征在于，按如下步骤进行：

步骤S1，无线终端设备在作为第一类型路由设备的多用户多入多出设备和作为第二类型路由设备的单用户多入多出设备混合的无线网络中发送关联请求信号；

步骤S2，所述无线终端设备根据所述第一类型路由设备和第二类型路由设备的负载信息并通过第二判断方式选择要求接入的无线路由设备以均衡负载，其中，第二判断方式为：判断第一类型路由设备当前接入数/【(第一类型路由设备最大接入数-第一类型路由设备当前第一类型终端接入数)/校准系数】是否小于第二类型路由设备当前接入数/第二类型路由设备最大接入数，如果是则无线终端设备接入第一类型路由器，否则接入第二类型路由器；

其中，校准系数以第一类型路由设备的最大吞吐量和第二类型路由设备的最大吞吐量为参考值。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线路由设备混合的负载均衡方法，其特征在于，步骤S2中，若所述无线终端设备为第一类型终端，则采用第一判断方式；若所述无线终端设备为第二类型终端，则采用第二判断方式。

3.根据权利要求2所述的一种基于无线路由设备混合的负载均衡方法，其特征在于，所述第一判断方式为：判断第一类型路由设备当前接入数是否小于第一类型路由设备最大接入数，如果是则无线终端设备接入第一类型路由器，否则接入第二类型路由器。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种基于无线路由设备混合的负载均衡方法，其特征在于，所述第一类型终端为单天线单通道终端，所述第二类型终端为双天线双通道终端。

5.根据权利要求4所述的一种基于无线路由设备混合的负载均衡方法，其特征在于，若所述无线终端设备为第一类型终端，则负载信息包括第一类型路由设备最大接入数和第一类型路由设备当前接入数；若所述无线终端设备为第二类型终端，则负载信息包括第一类型路由设备最大接入数、第一类型路由设备当前接入数、第一类型路由设备当前第一类型终端接入数、第二类型路由设备最大接入数、第二类型路由设备当前接入数。

6.根据权利要求1所述的一种基于无线路由设备混合的负载均衡方法，其特征在于，所述校准系数小于等于第一类型路由设备的最大吞吐量/第二类型路由设备的最大吞吐量。

7.一种基于无线路由设备混合的负载均衡系统，采用权利要求1-6中任一项所述的基于无线路由设备混合的负载均衡方法，其特征在于，包括：

发送单元，用于无线终端设备在无线网络中向无线路由器发送关联请求信号；

响应单元，用于无线路由设备对所述发送单元发送的信号进行响应；

接收单元，用于无线终端设备接收所述响应单元的信息；

提取单元，用于提取所述接收单元接收信息中的无线路由设备负载信息；

判断单元，用于通过两种判断方式并根据所述提取单元中无线路由设备负载信息进行判断后得出判断结果；

负载均衡单元，用于无线终端设备根据判断单元判断结果选择要求接入的无线路由器。

8.根据权利要求7所述的一种基于无线路由设备混合的负载均衡系统，其特征在于，所述响应单元中还包括无线终端设备类型辨识子单元，所述无线终端设备类型辨识单元用于无线路由设备区分不同类型的无线终端设备。

9.根据权利要求8所述的一种基于无线路由设备混合的负载均衡系统，其特征在于，所述判断单元还包括判断方式选择子单元，用于无线终端设备根据自身类型选择其中一种判断方式进行判断。

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