无线局域网负载均衡技术以及应用
在有线分布式系统中,负载均衡是指将网络的外部服务请求均匀分配到多台后端的服务器上,从而提高网络服务质量的方法。
2.3.2AP主控负载均衡
AP主控负载均衡的出发点是,AP处于网络侧,AP之间通过有线的连接,可以在不影响STA业务的情况下,相互传递与负载均衡相关的信息。根据这些信息,ESS就可以判断出AP中负载最重的AP和负载最轻的AP。拥有这些信息的ESS就可以做出一些决策,比如,让负载重的AP下的终端切换到负载轻的AP下,或者对新加入网络的终端进行限制,不允许负载重的AP接入而只允许负载轻的AP接入等,实现ESS内的负载均衡。
目前的研究重点集中在AP主控的负载均衡方法上。如联想(北京)有限公司在2003年9月24日申请的专利《一种无线接入点的负载均衡方法》(专利号:CN200303134660)中采用以下方法实现负载均衡:通过无线接入点之间的相互通信,每个无线接入点可以根据当前网络的负载分配情况决定是否允许新终端接入,如果负载高,则拒绝终端的接入,从而实现负载均衡。IBM在2002年6月26日申请的专利《AccessPointInitiatedForced Roaming Based Upon Bandwidth》(专利号:US20040001467)中提到一种控制终端移动和漫游的负载均衡方法:无线接入点监控其管辖的所有终端的带宽使用情况,如果发现负载异常,就选择一个终端,强迫其漫游到其他的无线接入点上,由此实现负载均衡。
中兴通讯股份有限公司也在这方面有深入的研究,并有大量的成果。如王占利在2004年3月10日申请的《一种无线局域网接入点设备间负载均衡的实现方法》(专利号:CN200410008410)中采用以下方法实现负载均衡:多个接入点之间通过交互消息的方式选举出主控接入点,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,备选接入点拒绝移动无线终端接入。这个方法可以克服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。
AP主控的优点是网络侧的整体情况可以通过AP之间的分布式系统,准确、及时地进行统计,在整体协调和调度方面对网络侧有利,也比较容易实现整体策略的实施。另外就是整个网络的负载均衡调整速度会很快。缺点是网络侧并不知道STA所处的位置和网络环境、STA所能够扫描到的AP的情况,所以有切换决策错误的风险。
2.3.3接入式负载均衡
接入式负载均衡就是控制STA的接入实现负载均衡。当AP的负载情况超过阈值后,该AP就会拒绝新的终端的接入,加入网络的终端只好寻找负载较轻的AP进行连接。从而在一定的程度上实现负载的均衡。
由于接入式负载均衡只控制新终端的接入过程或切换后的重连接过程,属于被动的负载均衡,负载均衡的调整收敛速度会比较慢。极端情况下,没有新的终端进入网络,或者所有的STA都维持当前连接,网络会一直处于非平衡状态。
2.3.4切换式负载均衡
切换式负载均衡就是控制STA的切换以实现负载均衡。当ESS中某AP的负载过重的时候,ESS或终端控制该AP下的STA切换到其他AP上,以分散负担。当ESS中某AP的负载过轻的时候,ESS或终端就控制其他AP下的STA切换到该AP上,以实现整个ESS的全局平衡。
切换式负载均衡的特点是反应迅速,一旦出现负载差异,可以通过切换行为迅速调整。缺点是切换会对终端造成损失,有切换失败和上层业务中断的风险。同时,切换式负载均衡必须依赖于快速切换才能实现。如果快速切换方法效果差,则负载均衡造成的损失会增大。
将AP主控方法和切换式负载均衡方法相结合是当前研究的热点,不仅可以准确地收集信息做出决策,而且可以迅速反应,主动地调整扩展服务集中的负载分布。
虽然负载均衡的本意是为了优化网络的运行,平均分配整个网络中的负载,达到尽可能高的网络资源的利用率,提高网络的性能。但是,作为一种网络管理行为,负载均衡为网络引入了负载信息交互的网络开销和负载均衡调整的网络管理开销,并且与之相关的,终端切换也会增加网络的开销。随着ESS中AP数量的增加或STA数量的增加,维护负载均衡所需的网络开销也会增大,对网络性能造成干扰和损失。
负载均衡也有负载调整失败的风险。切换有失败的可能,会造成孤立节点的存在。切换失败的终端不得不重新寻找AP进行接入,上层业务必然会中断。另外,切换是对稳定的网络环境的干扰,过于频繁的切换会造成网络性能的抖动,并且可能出现"乒乓效应",使网络长时间处于动荡状态,不能稳定。

