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在IEEE802.11无线局域网中,各AP负载经常处于不均衡状态,这将导致宝贵的无线资源不能得到充分利用、网络吞吐量降低等弊端。目前IEEE802.11标准没有对负载均衡问题进行规定和描述。随着WIAN技术的不断成熟,WLAN的应用特别是大规模WLAN的应用愈来愈广泛,使得负载均衡这一问题更加突出和尖锐。
无线部署方案AC+WTP(Access Controller,Wireless Ferminal Point)是一种集中式的适用于规模化组网运营无线局域网的新型无线部署方案。它基于CAPWAP(Controland Provisionof Wireless Access Point)协议,提供对网络中各WTP参数的自动配置和管理,并能够对网络中负载、信道和功率等有限无线资源进行控制管理。同传统的无线部署方案一样,它也存在负载均衡问题。本文在AC+WTP系统上设计并实现一种基于CAPWAP协议的集中式负载均衡机制以提高网络中各WTP的公平性和网络整体吞吐量。本文的主要贡献如下:
1.设计了一种基于CAPWAP协议的集中式负载均衡机制。该集中式负载均衡机制主要包括三个方面的功能:负载的动态感知功能、接入控制功能和负载迁移控制功能。负载的动态感知功能用来感知当前网络的负载状态,它是进行接入控制和负载迁移的基础,本文设计了一种动态精准负载感知方案,它使用站点数目和WTP吞吐量作为负载信息能够更加精确的表征当前网络负载状态,在进行负载状态划分时使用动态自适应负载划分方法能够更加合理的划分负载状态。接入控制功能为新接入网络的站点选择一个轻载的WTP供其接入,本文设计了一种综合的接入控制策略,该策略在为新站点选择WTP时不仅考虑了WTP的负载状态还权衡了其信号强度以保障站点的服务。负载迁移控制功能用于将超载WTP的部分负载迁移至轻载的WTP上,从而均衡负载,本文设计了一种低延迟负载迁移方案,该方案选择候选站点的同时为之选择目标WTP从而跳过站点的扫描过程以降低迁移延迟,在选择候选站点时综合考虑了其可达的WTP及目标WTP的负载大小和信号水平从而既保障了站点的服务质量又避免了目标WTP处于超载状态。通过仿真实验对该负载均衡机制进行了性能分析,仿真结果表明:本文提出的集中式负载均衡机制能提高网络中WTP公平性和网络整体吞吐量,可以有效降低负载迁移时的延迟。
2.在AC+WTP系统平台上实现了该集中式负载均衡机制并通过实验测试其功能。在WTP上实现了负载信息的收集和周期发送功能及负载均衡相关命令的执行功能。在AC上实现了负载的动态感知功能、接入控制功能和负载迁移功能。为了存储相关信息实现了高效的数据结构和更新算法。AC和WTP之间负载均衡相关消息报文均遵循CAPWAP协议,具有一定的可扩展性。为负载均衡相关参数提供了参数配置命令便于管理员管理负载均衡机制。扩展了AC和WTP的状态机将负载均衡机制与AC+WTP系统有机融合在一起。通过搭建AC+WTP实验环境进行实际测试,验证了本文所提负载均衡机制的有效性。