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    详谈无线局域网负载均衡的种种因素

    时间:2018-09-16 00:05:36  来源:本站  作者:

      顾名思义,无线局域网负载均衡,是负载均衡建立在无线局域网的网络结构上面,提高了网络的各项性能。那具体提高了那些性能?又是通过什么原理,达到提高的效果呢?通过本文,您将有所了解。

      我们都知道,由于外部网络任务到达的随机性,以及各处理节点处理能力上的差异,当分布式系统运行一段时间后,某些节点分配的任务还很多(称之为超载),而另一些节点却是空闲的(称之为轻载)。一方面,使超载节点上的任务尽可能快地完成是当务之急;另一方面,某些节点轻载是一种浪费。如何避免这种忙与空闲并存情况的发生,从而有效地提高系统的资源利用率,减少任务的平均响应时间。这是负载均衡需要解决的问题。

      简单的来说,负载均衡问题是对任务的优化组合问题。有线分布式系统中的负载均衡方法操作的对象是任务。其的基本途径就是收集负载信息,进行相关算法决策,对分配给各节点的任务进行重新调度如进程迁移或任务迁移。

      无线局域网负载均衡面临比有线网络更多的困难。随着无线局域网中扩展服务集中的终端的移动和无线信道的时变,各个接入点(AP)上的负载出现差异。负载均衡的作用就是平衡各个AP的差异,以达到最大化的网络资源利用。其实,负载均衡是无线资源管理的重点,IEEE的802.11工作组的TGv任务组,专门负责解决无线局域网负载均衡问题。

      无线局域网负载均衡与有线分布式系统中的负载均衡不同,表现在负载均衡控制的对象和控制方式上。由于无线终端的移动性和无线信道的时变性,无线局域网负载均衡面临的情况更加复杂。无线局域网(WLAN)是指应用无线通信技术将计算机设备互联起来,构成的可以互相通信和实现资源共享的网络体系。

      在无线局域网中有两种角色:AP和终端(STA)。AP作为固定基础设备,通过有线分布式系统互连。STA作为移动终端,接受AP提供的接入服务。

      终端通过扫描信道,获取所处WLAN环境中扩展服务集和基本服务集信息,并选择加入一个合适的基本服务集。无线局域网负载均衡就是由多个AP为多个移动终端提供接入服务的系统,每一个AP通过利用网络信息进行站点管理,目的是充分利用网络现有资源,减少网络阻塞。

      位于中心点的AP,经过一段时间的运行,连接的终端的个数要多于四周AP的终端个数,承担的业务也已经饱和,此时连接到中心点AP的终端的业务的服务质量(QoS)已经不能保证。而外围的AP业务还不饱和,网络中出现负载差异。负载均衡就是要解决这种差异,将中心点AP的某些业务转移到外围的AP上,以提高网络的服务容量和中心点AP的业务质量。

      WLAN共有两种工作组织形式,独立基本服务集(IBSS)和基本服务集(BSS)。

      终端(例如带有无线网络下的笔记本电脑)在进入网络的时候必须选择一个AP作为连接对象,这就是终端接入过程,接入过程要经过扫描、认证、连接等步骤。一般而言,终端在扫描过程中会扫描到多个AP的信息,终端选择AP的条件是扫描到的AP的信号强度。由于无线局域网中终端的移动特性和无线信道的时变特性,终端在某些情况下会发生从一个BSS切换到另一个BSS的情况。这种情况就是无线局域网中的切换。终端切换带来的问题是切换时延,甚至上层业务的中断。

      切换还会带来的问题是“乒乓效应”。即终端不停地在两个或多个AP之间切换,终端就像乒乓球一样。这样会造成负载抖动,对网络资源造成极大的损耗。

      可以从两个方面对无线局域网负载均衡技术进行分类。按照负载均衡的发起者分,负载均衡可以分为STA主控的负载均衡和AP主控的负载均衡。按照负载均衡的解决方式可分为接入式负载均衡和切换式负载均衡。

      STA主控的负载均衡实际上是一种自发的负载均衡策略,是无线局域网中STA的特性之一。切换完成的STA实际上也实现了网络负载的传递。仅仅靠信号质量作为STA切换的条件是片面的,目前有大量的研究集中在如何改进切换的时机,以更准确地实现终端切换带来的负载变化。

      STA主控的优点是:STA最清楚自己的业务需求和所处的环境,STA扫描得到的环境中可用的BSS情况对STA而言最准确。而且,切换或接入的主体是STA,业务也是在STA上开展,切换造成的损失由STA承担。缺点是:STA仅仅知道终端侧的情况和STA自身的情况,对网络环境而言,STA并不能准确掌握,没有发言权。STA切换随意性大,会对整个ESS造成混乱,使网络全局的负载均衡效果不佳。

      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。

      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。

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