一种基于无线路由设备响应速度的负载均衡方法及系统与流程

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响应速度的负载均衡方法及系统。

背景技术：

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。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。

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均为复杂，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。

现有的进行负载均衡的方法和系统已经存在较多，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。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种实现简单、灵活性强、容错率高、准确性高的基于无线路由设备响应速度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响应速度的负载均衡方法，按如下步骤进行：

步骤S1，无线终端设备在无线区域中向所有信道发送探测请求帧；

步骤S2，所述无线终端设备根据无线路由设备的响应速度进行选择性地接入无线路由设备，以均衡网络负载。

作为对本发明的优选，在步骤S2中，所述无线终端设备选择最先响应的无线路由设备作为接入的目标设备，所述最先响应的无线路由设备为所述无线终端设备针对要求进入的无线网络中的响应速度最快的无线路由设备。

作为对本发明的优选，所述无线路由设备对探测请求帧的响应速度通过响应时间表现，所述无线路由设备的响应时间与所述无线路由设备的实际负载成正比。

作为对本发明的优选，所述响应速度最快的无线路由设备通过如下步骤得到：

步骤1)，所述无线终端设备计算并存储各个无线路由设备的响应时间，并将各个响应时间与对应的无线路由设备进行标记；

步骤2)，所述无线终端设备从步骤1)中各个无线路由设备的响应时间中筛选出响应时间的值最小的并将该值最小的响应时间所对应的无线路由设备作为响应速度最快的无线路由设备。

作为对本发明的优选，所述无线路由设备通过向无线终端设备发送探测响应帧进行响应。

作为对本发明的优选，所述要求进入的无线网络的选择通过如下步骤得到：

步骤S2.1，所述无线终端设备通过信标收集无线网络信息；

步骤S2.2，所述无线终端设备在步骤S2.1中收集到的无线网络信息中选择出目标网络作为要求进入的无线网络。

作为对本发明的优选，在步骤S1中，所述无线终端设备对被布置在不同信道上的无线路由设备依次发送探测请求帧。

一种基于无线路由设备响应速度的负载均衡系统，包括：

发送单元，用于无线终端设备在无线区域中向所有信道发送探测请求帧；

响应单元，用于无线路由设备对所述发送单元发送的所述探测请求帧进行响应；

判断单元，用于判断出响应单元中最先响应的无线路由设备；

负载均衡单元，用于无线终端设备向所述判断单元判断出的最先响应的无线路由设备发送关联请求。

作为对本发明的优选，所述判断单元包括：

响应时间计算单元，用于计算无线路由设备对于探测请求帧的响应时间；

响应时间存储单元，用于存储所述响应时间计算单元计算得到的响应时间及与响应时间相对应的无线路由设备信息；

比较单元，用于比较不同无线路由设备进行响应的响应时间的大小；

获取单元，用于根据所述比较单元的比较结果获取最先响应的无线路由设备。

作为对本发明的优选，所述获取单元包括：

无线网络选择单元，用于无线终端设备选择要求进入的无线网络；

获取子单元，用于将要求进入的无线网络中的响应时间最小的无线路由设备通过比较单元的比较结果得出。

本发明是基于无线路由设备响应速度的，但是实现的主体主要是在无线终端设备这一侧，无线终端设备相当于是发起者和终结者，这样灵活性更强，不依赖于AP、AC的设备，适用性更广，灵活度更高，只要终端设备配置合理，实现是非常简单，容错率高，负载均衡准确性高、效果也会更加好，网络资源的利用率会更高，出现网络问题的概率会更小。

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的流程图；

图4是本发明实施例2的SSID选择的流程图；

图5是本发明实施例2的AP布置的流程图；

图6是本发明实施例3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1，一种基于无线路由设备响应速度的负载均衡方法，本方法应用在无线网络区域中，有无线路由设备(AP)群、无线终端设备(STA)，那么当有新的无线终端设备要接入时，通过本实施例的负载均衡方法，可以达到非常均衡好效果，如图1的流程图所示，可以按如下步骤进行：

步骤S1，无线终端设备在无线区域中向所有信道发送探测请求(Probe Request)帧；

步骤S2，所述无线终端设备根据无线路由设备的响应速度进行选择性地接入无线路由设备，以均衡网络负载。

本方案是以无线路由设备(AP)的一些特性作为基础来实现的，无线路由设备(AP)负载大的情况下，CPU要转发大量的数据，特别在单核的情况下，其响应会变得比较慢，也即随着负载的增多，响应速度逐渐变慢，那么这个方案的提出就是依赖于无线路由设备(AP)的这个响应速度可以随负载数量变化而变化的特点，两者是呈反比的关系，然后通过当前无线路由设备(AP)的响应速度的情况并反映给无线终端设备(STA)，可以让无线终端设备(STA)更好地做出选择来接入，就能更有效地进行均衡负载的任务，本申请涉及的方案主要是针对单核CPU系统的无线路由设备(AP)，而对于多核CPU系统的无线路由设备(AP)，则需要一定的软件设计来保证无线路由设备(AP)响应时间和其实际负载具有某种关系，例如成正比等，相对单核CPU系统实现本方案会稍微负载一点，本申请不再进行扩展，下述内容还是以单核CPU的无线路由设备(AP)展开。

根据前述提到的无线路由设备(AP)特点，进一步设计：在步骤S2中，所述无线终端设备选择最先响应的无线路由设备作为接入的目标设备，所述最先响应的无线路由设备为所述无线终端设备针对要求进入的无线网络中的响应速度最快的无线路由设备。一般无线区域具有不同的无线网络，并通过SSID(Service Set Identifier)来进行区分，通俗地说，SSID便是给无线网络所取的名字，当无线终端设备需要接入无线路由设备来均衡负载任务之前，是要确定好所要求进入的无线网络，该要求进入的无线网络中的最先响应的无线路由设备才是无线终端设备要即将接入的目标设备。在该进一步设计中，还需要进一步强调，所述无线路由设备对探测请求帧的响应速度通过响应时间表现，所述无线路由设备的响应时间与所述无线路由设备的实际负载成正比，这个特点有可能会存在不稳定性，负载均衡的精度会稍微问题，所以对于严格意义、精度更高的负载均衡作业，要求在无线路由设备(AP)设计时，无线路由设备(AP)响应时间和其实际负载成正比这个特点的稳定性要保证。另外在整个响应过程中，所述无线路由设备通过向无线终端设备发送探测响应(Probe Response)帧进行响应。

而最先响应的无线路由设备的判断的方法有多种，本实施例提供一种，即接收第一个原则，解释为当无线终端设备(STA)收到要求进入的无线网络中的第一个探索响应(Probe Response)帧所对应的无线路由设备(AP)，则该设备定为目标设备，举个例子：

无线终端设备(STA)会在进行均衡负载之前能获取大量无线网络的SSID信息，其通过选择其中一个SSID1的网络作为目标网络；

然后，当无线终端设备(STA)确定了收到第一个标识SSID1的Probe Response帧以及发送这个Probe Response帧的AP是AP1，那么在无线终端设备(STA)进行负载均衡时会做出选择对AP1发送关联请求。

上述优选方案的流程图如图2所述。

综上，本发明的可以有效依靠无线路由设备的实时的响应速度来反应负载的情况给无线终端设备，无线终端设备通过响应速度这个指标还进行甄选要接入的无线路由设备，使得无线终端设备的可操作性更强，基本上不用倚靠AP、AC的设备组件的网络的本身，而可以有效提高灵活性，方法的操作也较为简单，同时，容错率高，负载均衡准确性高、效果也会更加好，网络资源的利用率会更高，出现网络问题的概率会更小。

实施例2，基于实施例1的方法，其中最先响应的无线路由设备的判断的方法，通过第一个原则的处理，一般情况下问题不是很大，而且能很好的实现，但是由于无线终端设备(STA)对探测请求(Probe Request)帧在各个信道上的发送是存在时序的，也即不会同时向各个信道发送探测请求(Probe Request)帧，如果在响应速度都较快且差不多的情况等下，则会出现，第一个收到的Probe Response帧未必是响应时间最短的，下面介绍一种较为精确的判断方法,即所述响应速度最快的无线路由设备通过如下步骤得到：

步骤1)，所述无线终端设备计算并存储各个无线路由设备的响应时间，并将各个响应时间与对应的无线路由设备进行标记；

步骤2)，所述无线终端设备从步骤1)中各个无线路由设备的响应时间中筛选出响应时间的值最小的并将该值最小的响应时间所对应的无线路由设备作为响应速度最快的无线路由设备。

该过程如图3的流程图所示，例如：通过相对应的探测请求(Probe Request)帧及探索响应(Probe Response)帧的发出及接收时间的统计，通过现有的很多时间计算的方法即可获得，需要设置计时器等用于时间计算的单元，也即，这个实时的响应时间就能更好地、更真实地来表达负载情况，这样得到的响应速度的最快的无线路由设备相对很精确很多，一般情况下，实施例1中提到的收到的第一个探索响应(Probe Response)帧所对应的无线路由设备的响应时间也是要求进入的无线网络中最短的一个。

而所述要求进入的无线网络的选择采用的方案，也是相对较为简单，通过如下步骤得到：

步骤S2.1，所述无线终端设备通过信标(Beacon)收集无线网络信息，也即SSID信息；

步骤S2.2，所述无线终端设备在步骤S2.1中收集到的无线网络信息中选择出目标网络作为要求进入的无线网络。

例如：在802.11标准即可实现，无线终端设备通过信标(Beacon)收集到SSID1、SSID2、SSID3等多个无线网络信息，然后，自主选择，如要进入SSID1网络，就选择SSID1所在无线网络，并在负载均衡时是选择该无线网络中的无线路由设备挤入，如图4所述的流程图，这个过程可以在无线终端设备发送Probe Request帧之前完成，因为，无线终端设备在进入无线区域后，是可以通过所述信标收集大量SSID信息的，但是，发送Probe Request帧到所有的信道是不可以变的，因为前期收集SSID信息相关的AP不会很多，可能不会确认到所有AP的存在，所有还是要在所有信道发送请求，并响应，才能更好地实现负载均衡任务；当然，上述过程是可以在无线终端设备在发送关联请求之前完成的，因为无线终端设备还是需要通过确定所要进入的网络才能甄选出对于的无线路由设备作为目标设备，基于此，响应时间的计算是可选择性的，如果SSID的确认在前期，则可以只计算相对应的SSID中的AP的响应时间即可，就能判断哪个是最快响应的无线路由设备，如果SSID的确认是在后期，则还是将所有AP的响应时间进行计算，然后可以通过SSID的不同进行归类，这样，SSID确认后，就可以选择相应的SSID的网络中的响应时间最小的AP作为目标AP。

本实施例中，进一步论述，无线信号发送的问题，为了减少干扰，在步骤S1中，所述无线终端设备对被布置在不同信道上的无线路由设备依次发送探测请求帧。下面提供一个具体的一个实施例子：无线终端设备会在所有信道上发送Probe Request帧，而2.4G频段上只有3个独立信道，为了减少干扰，相邻的AP是布置在不同的独立信道上的，比如图5中，AP1、AP2、AP3是在不同信道上的，无线终端设备发送Probe Request帧时，是一个一个在信道上发送的，而不是所有信号同时发送。

相对于实施例1，本实施例进一步的优化，能保证负载均衡的有效性、准确性进一步提高，对于网络堵塞的控制会更加优良。

实施例3，一种基于无线路由设备响应速度的负载均衡系统，包括：

发送单元，用于无线终端设备在无线区域中向所有信道发送探测请求帧；

响应单元，用于无线路由设备对所述发送单元发送的所述探测请求帧进行响应；

判断单元，用于判断出响应单元中最先响应的无线路由设备；

负载均衡单元，用于无线终端设备向所述判断单元判断出的最先响应的无线路由设备发送关联请求。

系统图如图6所示，本系统适用于实施例1、2提供的负载均衡方法，经过发送单元、响应单元的执行，在判断单元阶段，最先响应的无线路由设备的判断是有一定的限制的，因为有多个无线网络的多个AP，所以对这些AP是要有所区分的，目前采用SSID来区分不同的无线网络，而本单元所要得到最先响应的无线路由设备应该无线终端设备所要求进入的无线网络中的，也即通过SSID来区分不同网络的AP，所以最先响应的无线路由设备不是所有AP中最先的，而是标记有要求进入的无线网络的SSID的AP中的其中最先响应的AP。

而判断单元的判断方式可以采用较为简单的判断方式：即确认无线终端设备收到第一个所要求进入的无线网络中的AP的回复，可用通过Probe Response帧方式，具有实例，无线终端设备要求进入的网络为SSID1的网络，则，无线终端设备发送Probe Request帧到所有的信道，在这些信道中的AP收到Probe Request帧后，回复Probe Response帧给无线终端设备，无线终端上合并收到第一个标识SSID1的Probe Response帧，且发送这个Probe Response帧的对应的AP是AP1，则无线终端设备就开始进行负载平衡动作：对AP1发送关联请求，AP1即为要接入的目标设备。而所要求进入的无线网络的确定可以是在前期，也可以是在后期，如果在接收到所有响应帧之前就能确认的话，判断单元可以仅针对所需要进入的无线网络中的AP的响应帧收到的次序进行排列判断即可，如果是在后期来确定SSID的话，则就需要对所有的AP进行响应帧收到的次序进行排序，并根据SSID的不同，进行分组，根据确定SSID后的动作，选择相应的SSID对应网络的中的第一个收到的Probe Response帧的对应的AP作为目标接入设备即可。

上述的方案，由于无线终端设备发送请求并不是同时的，所以存在时序的问题，所以第一个的判断，未必是最精准，如果采用下述的方案，会更加优化，

所述判断单元包括：

响应时间计算单元，用于计算无线路由设备对于探测请求帧的响应时间；

响应时间存储单元，用于存储所述响应时间计算单元计算得到的响应时间及与响应时间相对应的无线路由设备信息；

比较单元，用于比较不同无线路由设备进行响应的响应时间的大小；

获取单元，用于根据所述比较单元的比较结果获取最先响应的无线路由设备。

这里，对判断单元进一步细化，通过对响应时间的计算，可以更加精确地确定无线路由设备的响应速度，这样做判断会更加精准，对于负载均衡更加可靠，响应时间可以采用标记时间等现有的发送、接收时间的计算方法获得，由于这里又涉及SSID不同的各个网络的问题，所以包括计算单元、获取单元的操作也是灵活的，如：当无线终端设备对SSID的选择是在前期完成的，则响应时间计算单元可以仅针对要求进入的为SSID的无线网络中的AP的响应时间即可，本发明中所指的响应时间是，无线终端设备发送相应的Probe Request帧开始，至无线路由设备收到Probe Request后发送Probe Response帧且最终无线终端设备收到该Probe Response帧的这段时间，回过来论述，由于计算的响应时间即为目标网络的中的AP，则比较单元可以仅对这些AP进行响应时间的比较即可，响应时间最小的即为所要接入的目标AP；而如果当无线终端设备对SSID的选择是在后期完成的，如在获取最先响应的无线路由设备之前的话，则需要计算所有AP的对应的响应时间，并且在比较单元不仅要进行所有AP的响应时间的比较，还将不同的SSID的无线网络中的AP进行区分，可以进行分组的比较，将不同的SSID的无线网络中的AP分别进行响应时间大小的比较和排序，获取单元所获取的话主要是针对要进入的选择后的相对应的SSID的无线网络中的AP来的，从中挑选响应时间最小的即可，而如果是在响应时间存储后就完成SSID确认的话，则在比较单元可以仅根据所要求进入的SSID的无线网络中的AP进行比较，从中选取最小响应时间的AP即可。所以，在无线网络选择的问题上，需要有专门的单元来解决这个问题，可以采用如下方案：

所述获取单元包括：

无线网络选择单元，用于无线终端设备选择要求进入的无线网络；

获取子单元，用于将要求进入的无线网络中的响应时间最小的无线路由设备通过比较单元的比较结果得出。

其中，无线网络选择单元就是用来选择并确定要求进入的相应SSID的无线网络作为进入的目标网络，获取子单元也是针对所要求进入的无线网络中的无线路由设备(AP)来进行的。

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。