可提供負載平衡的無線網絡系統及其負載平衡方法
2023-10-10 23:30:14 1
專利名稱：可提供負載平衡的無線網絡系統及其負載平衡方法
技術領域：
本發明涉及的是一種可提供負載平衡(Load Balance)的無線網絡系統及其負 載平衡方法，尤指一種在一無線區域網路(Wireless Local Access Network; WLAN) 系統中，憑藉一網絡管理裝置(NetworkManagement Server; NMS)來調整各存 取點(Access Point; AP)的可容許負載量(Load)範圍，以提供負載平衡功能的 一種無線網絡系統及其負載平衡方法。
背景技術：
由於現代人對於電子信息設備的可移植性以及實時信息傳輸的需求愈來愈 高，無線通訊功能已儼然成為社會大眾選購電子信息設備時的必要考慮。
就以無線區域網路通訊系統來說，其通過射頻技術與網絡技術的結合，使得
使用者不再需要連接實體的網絡線，便可通過無線區域網路來和其它網絡裝置連
結並傳輸信息。雖然，無線區域網路通訊系統確實可提供使用上的便利性，然而， 也由於其並非是以實體網絡線來連接提供無線信息傳輸服務的各存取點(AP)與
各使用者的終端裝置(Terminal)，所以，如何對各存取點與各終端裝置之間的 無線數據流量(或稱負載量)作一良好的控制與分配，以提高所述的無線區域網 絡通訊系統的整體效能，也是現今業界所極思改善的課題。
目前，對於無線網絡系統的現有負載平衡技術，主要是憑藉令每一個存取點 不斷地將自己的負載狀態廣播(Broadcast)給所有其它的存取點，並由其中之一 存取點(或是網絡管理伺服器NMS)來決定要將各個存取點的負載狀態設為過載 (Over Load)、平衡(Balance)或是低載(Under Balance)，再據以決定所述的 些存取點是否可以接受更多終端裝置的連結請求或數據傳輸請求。對於負載狀態 為過載的存取點，其將不再接受新的終端裝置所送來的連結請求或數據傳輸請求； 此時，所述的終端裝置會被迫向另一存取點要求連結，以避免同一存取點在同一 時間擠入太多的負載量而降低傳輸效率。此種現有技術雖然也可提供負載平衡的 功效，然而，卻因為每一個存取點都需不停地向其它存取點廣播自己的負載狀態， 而導致頻寬的佔用，進而降低無線網絡系統的整體效能。
發明內容
本發明的第一目的是提供一可提供負載平衡的無線網絡系統及其負載平衡方
法，其是憑藉一網絡管理裝置(NMS)來監測並調整各存取點(AP)的可容許負 載量範圍，以提供負載平衡的功能。
本發明的第二目的是提供一可提供負載平衡的無線網絡系統及其負載平衡方 法，其是將所有的存取點區分成若干群組。憑藉針對單一群組內的各存取點的負 載量去進行負載平衡控管，可提升管理效率並進而加強網絡傳輸效能。
本發明的第三目的是提供一無線網絡系統的負載平衡方法，其中，各存取點 只有在當其實時負載量達到一警戒值時，才會把自己的負載狀態主動傳送給網絡 管理裝置；並且，所述的網絡管理裝置也只有在接到有關負載量已達到警戒值的 訊號時，才會由網絡管理裝置去檢測其它存取點的負載狀態。因此，各存取點並 不需要不斷地廣播自己的負載狀態，不僅可避免頻寬的佔用，且進而可提升無線 網絡系統的效能。
為達前述的目的，在本發明的無線網絡系統的負載平衡方法的一較佳實施例 中，所述的無線網絡系統包括有至少一終端、至少一存取點、以及一網絡管理裝 置；而所述的負載平衡方法是包括有
由網絡管理裝置將所述的至少一存取點區分成至少一群組，並且，在各存取
點中均預設有對應在其可容許負載量高低的至少一水平等級值，且每一水平等級 值均至少預設有對應的一警戒值；
當某一存取點的一實時負載量是不小於所述的警戒值時，則由所述的網絡管 理裝置檢查與所述的存取點位於相同群組的其它存取點的水平等級值；以及，
倘若與所述的存取點位於相同群組的其它存取點的水平等級值是都不小於所 述的存取點的水平等級值時，則將所述的存取點的水平等級值提高一級，以允許 所述的存取點有較高的可容許負載量。
其中，所述的網絡管理裝置是還包括有
一無線網絡模塊，用以通過一無線網絡而與所述的些存取點連結； 一群組管理模塊，用以通過無線網絡來將所述的至少一存取點區分成至少一 群組；
一負載監測模塊，用以通過無線網絡監測各存取點的一實時負載量；以及， 一水平調整模塊，根據負載監測模塊所監測的位於同一群組內的各存取點的
實時負載量，來決定是否對所述的群組內的存取點輸出一水平等級調整訊號。 其中，各存取點是分別還包括有
一無線網絡模塊，用以通過所述的無線網絡而與所述的網絡管理裝置、所述 的終端、及其它存取點連結；
一負載水平等級表，其至少包含有根據可容許負載量高低來分級的若干水平 等級值，且各水平等級值均包含有對應的一上限值、 一警戒值與一下限值；
一負載報告模塊，用以通過無線網絡將所述的存取點的可容許負載量所對應 的水平等級值以及其實時負載量傳送給網絡管理裝置；以及，
一等級切換模塊，用以接受來自網絡管理裝置的所述的水平等級調整訊號， 並依據所述的水平等級調整訊號來切換對應的水平等級值。
圖1是為本發明的可提供負載平衡的無線網絡系統的一實施例架構圖2是為本發明的無線網絡系統的負載平衡方法的一實施例中，其網絡管理 裝置的操作流程圖3是為本發明的負載平衡方法的一實施例中，其儲存在每一存取點中的負 載水平等級表的示意圖4是為本發明的無線網絡系統的負載平衡方法的一實施例中，其存取點的 操作流程圖5是為本發明的無線網絡系統中的網絡管理裝置與存取點的一較佳實施例 的架構示意圖。
附圖標記說明10 本發明的無線網絡系統；11 網絡管理裝置；121 125~存
取點；131~136~終端;14 無線網絡環境;201 211、 301 309~步驟;Gl、 G2 群
組；40 網絡管理裝置；41 無線網絡模塊；42 群組管理模塊；43 負載監測模塊； 44 水平調整模塊；45 非揮發性內存；50 存取點；51 無線網絡模塊；52 負載 水平等級表；53 負載報告模塊；54 等級切換模塊；55 非揮發性內存。
具體實施例方式
以下結合附圖，對本發明上述的和另外的技術特徵和優點作更詳細的說明。
請參閱圖1所示，其是為本發明的可提供負載平衡的無線網絡系統IO的一實
施例架構圖。所述的無線網絡系統是包括有至少一網絡管理裝置ll (NMS)、
至少一個以上的存取點121~125(AP_1 AP—5)、以及至少一個以上的終端131~136 (T1 T6)。這些網絡管理裝置ll、存取點121~125與終端131-136彼此之間是 通過一無線網絡環境14而相互連結，例如但不限於無線區域網路(WLAN)、 全球行動通訊系統(Global System for Mobile Communication; GSM)、整合封包 無線電服務系統(General Packet Radio Service; GPRS)、分碼多任務擷取系統 (Code Division Multiple Access; CDMA)、超寬帶無線區域網路系統(Ultra Wide Band; UWB)等等。
在本發明中，所述的網絡管理裝置ll可以是以硬體形式存在的一獨立的無線 網絡裝置，或也可以軟體方式內建在某一存取點121~125內、或是內建在某一終 端131~136內。所述的網絡管理裝置11的功能主要是用來將所述的些存取點 121 125依據其預期負載量的高低、或是設置的位置，來加以區分成若干群組Gl、 G2。例如，倘若事先已預期某一區域的使用者較多或是網絡傳輸量較高時，則可 在所述的群組內配置較多臺的存取點。的後，網絡管理裝置ll將會負責監管各群 組G1、 G2內的存取點121~125的負載量狀態，並提供負載平衡的控制功能。這 些存取點121 125是負責接受來自終端131 136的連結與數據傳輸請求，並進行 對應的數據傳輸工作。而所述的終端131~136，則泛指提供一般使用者連結至無 線網絡所使用的裝置，例如但不限於計算機、個人數字助理(Personal Digital Assistant; PDA)、具連網功能的手機或遊戲機、或其它內建或外接有無線網絡 接收器的電子信息裝置。
請參閱圖2所示，其是為本發明的無線網絡系統的負載平衡方法的一實施例 中，所述的網絡管理裝置的操作流程圖，其包括有下列步驟
步驟201:開始；開啟網絡管理裝置的電源。
步驟202:初始化(Initialization);網絡管理裝置進行初始化程序，並根據 預設參數值來啟動本發明的負載平衡方法。值得一提的是，本發明的負載平衡方 法是運用到用來控制各存取點在操作狀態下所能容許的負載量範圍的"負載水平 等級表"的概念。
如圖3所示，是為本發明的負載平衡方法的一實施例中，儲存在每一存取點
中的負載水平等級表的示意圖。在所述的負載水平等級表是可包括有下列欄位 水平等級值(WaterLevel)、上限值(UpLimit)、警戒值(TrapUp)、與下限值(Low Limit)。在水平等級值欄位所顯示的是所述的存取點的水平等級高低值， 而在上限值、警戒值與下限值欄位中的數字則分別代表在所述的水平等級時所預 設對應的可容許負載量的上限、警戒與下限值。在本實施例中，所述的負載量(包 括可容許負載量與稍後將提與的實時負載量)可以是對應在所述的存取點所連結 的終端數量或是所傳輸的數據流量兩者其中之一。例如，由圖3的表可知，當水 平等級值越高時，則所述的存取點的可容許負載量的上限、警戒與下限值也越高， 如此是表示所述的存取點可以提供較高的可容許負載量。在本實施例中，每一水 平等級值的下限值的大小是介於低一級的水平等級值的警戒值與下限值之間；並 且，每一水平等級值的上限值的大小是介於高一級的水平等級值的警戒值與下限 值之間。如此，當某一存取點的實時負載量(也就是操作時的瞬間負載量)無論 是因達到當時所處水平等級值的上限或下限值而被調高或調低一水平等級時，其 實時負載量都將會落在上一級或下一級的警戒值與下限值之間。
步驟203:待機(Idle);當完成初始化程序後，網絡管理裝置將進入待機狀態。
步驟204:倘若發現在無線網絡系統中有存取點AP的存在，則檢視其負載水 平管理機制是否有被啟動。倘若"否"的話，則不理會所述的存取點並回復到步 驟203待機狀態；倘若"是"的話，則執行步驟205。
步驟205:啟動負載平衡群組的劃分機制，並將所發現的存取點進行群組的 劃分，完成的後回復到步驟203待機狀態。本發明的負載平衡方法憑藉將所有的 存取點區分成若干群組，再針對單一群組內的各存取點的負載量去進行負載平衡 控管，將可有效提升管理效率並進而加強網絡傳輸效能。
步驟206與步驟207:在一較佳實施例中，憑藉對網絡管理裝置進行適當的 設定，可選擇性地控制網絡管理裝置定期性地(例如每隔幾分鐘)主動檢查各群 組的負載平衡狀態(步驟206)、或是各存取點的連結狀態或實時負載量(步驟 207)。並且，依據檢査的結果，來控制與調整某存取點的可容許負載量的水平等 級值，或是更改某存取點的的群組配置，以改善負載平衡狀態，進而提升無線網 絡系統的整體效率。
步驟208:倘若當負載水平管理機制已被啟動，而網絡管理裝置又有收到來 自某一存取點所傳來的警戒訊號，表示所述的存取點的實時負載量已達到(也就 是不小於)其所處水平等級值的警戒值時，則執行步驟209，否則回到步驟203待機狀態。
步驟209:由網絡管理裝置檢查與發出警戒訊號的所述的存取點屬於相同群 組的其它存取點的水平等級值。
步驟210:進行水平等級值的比較；倘若與所述的存取點位於相同群組的其 它存取點的水平等級值"是"都不小於所述的發出警戒訊號的存取點的水平等級 值(也即，所述的發出警戒訊號的存取點的水平等級值在所述的群組內是屬於相 對較小的狀態)、且所述的些其它存取點的實時負載狀態是為正常(也即尚未達 警戒值以上)時，則執行步驟211;若"否"則回復步驟203的待機狀態。
步驟211:傳送一控制訊號給所述的發出警戒訊號的存取點並將其水平等級 值調高一級，使得其實時負載量因此將落在高一等級水平等級值所對應的警戒值 與下限值之間而不再發出警戒訊號。換句話說，所述的存取點將被容許有較高的 可容許負載量。由於，本發明的存取點只有在當其實時負載量達到一警戒值時， 才會把自己的負載狀態(水平等級值)主動傳送給網絡管理裝置；並且，所述的
網絡管理裝置也只有在接到有關負載量已達到警戒值的訊號時，才會去檢測其它 存取點的負載狀態(水平等級值)。因此，各存取點並不需要不斷地廣播自己的 負載狀態，不僅可避免頻寬的佔用，且進而可提升無線網絡系統的效能。
參閱圖4，其是為本發明的無線網絡系統的負載平衡方法的一實施例中，所 述的存取點的操作流程圖，其包括有下列步驟
步驟301:進行存取點的初始化與啟動負載平衡群組功能，各存取點均嘗試 及其它存取點以及網絡管理裝置報告自己的存在。
步驟302:進入待機狀態。
步驟303:當接受到一終端所傳來的連結請求(或是數據傳輸請求)時，檢查所述的存取點本身的實時負載量是否低在其當時所處水平等級值所對應的警戒值。倘若「是」的話則執行步驟305;倘若「否」則執行步驟304。
步驟304:所述的存取點傳送一警戒訊號及其當時所處水平等級值給網絡管 理裝置NMS。
步驟305:檢查所述的存取點的實時負載量是否低在當時所處水平等級值所 對應的上限值；倘若「是」則執行步驟306;倘若「否」則執行步驟307。
步驟306:接受所述的終端的連結(或數據傳輸)請求，的後回到步驟302 待機狀態。
步驟307:拒絕所述的終端的連結(或數據傳輸)請求，的後回到步驟302 待機狀態。
步驟308:當所述的存取點的實時負載量降低時，則檢査所述的存取點的實 時負載量是否低在當時所處水平等級值所對應的下限值；倘若「是」則執行步驟 309;倘若「否」則回到步驟302待機狀態。
步驟309:將所述的存取點的水平等級值調低一級，使得其可容許負載量降低。
請參閱圖5，是為本發明的無線網絡系統中的網絡管理裝置40與存取點50
的一較佳實施例的架構示意圖。其中，所述的網絡管理裝置40是還包括有 一無
線網絡模塊41、 一群組管理模塊42、 一負載監測模塊43、與一水平調整模塊44。 在本實施例中，群組管理模塊42、負載監測模塊43、與水平調整模塊44可以是 以軟體程序的形式儲存在一非揮發性內存45內，例如但不限於硬碟、快閃記憶體、或 可程序只讀存儲器等。所述的無線網絡模塊41是提供網絡管理裝置40連接無線 網絡(例如無線區域網路WLAN)而與無線網絡系統中的各存取點50相連結的 功能。由於此一無線網絡模塊41是為所有無線網絡裝置都一定會有的現有技術且 非本發明的主要特徵，所以不贅述其詳細構成。所述的群組管理模塊42是用以通 過無線網絡，來將所述的些存取點50區分成一或多個群組。所述的負載監測模塊 43是用以通過無線網絡來監測各存取點50的實時負載量與水平等級值，並進行 各水平等級值的比較以判斷各群組的負載平衡狀態。所述的水平調整模塊44則是 根據負載監測模塊43所監測的位於同一群組內的各存取點50的實時負載量、以 及水平等級值的比較結果，來決定是否對所述的群組內的某存取點50輸出一水平 等級調整訊號來調高其水平等級。
如圖5所示，各存取點50是分別還包括有 一無線網絡模塊51、 一負載水 平等級表52、 一負載報告模塊53、以及一等級切換模塊54。所述的無線網絡模 塊51乃是提供存取點通過所述的無線網絡而與所述的網絡管理裝置40、所述的 終端、及其它存取點連結的功能，其同樣是屬現有技術，故不贅述詳細構成。在 本發明的一實施例中，所述的負載水平等級表52、負載報告模塊53、與等級切換 模塊54同樣可以是儲存在非揮發性內存55內的軟體程序。其中，如前述的圖3 所示，所述的負載水平等級表52是至少包含有根據存取點的可容許負載量高低來 分級的若干水平等級值，且各水平等級值均包含有對應的上限值、警戒值與下限
值等欄位，在各欄位中則載明有其對應的可容許負載量值。所述的負載報告模塊
53是用以通過無線網絡將所述的存取點50的可容許負載量所對應的水平等級值、 以及其實時負載量傳送給網絡管理裝置40，尤其是當其實時負載量達到警戒值 時。所述的級切換模塊54是用以接受來自網絡管理裝置40的所述的水平等級調 整訊號，並依據所述的水平等級調整訊號來切換(調高)對應的水平等級值；或 者，在當實時負載量低在下限值時調低其水平等級值。
以上所述是利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限制本發明的範圍。大凡 熟知此類技藝人士都能明了，適當而作些微的改變與調整，仍將不失本發明的要 義所在，也不脫離本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種無線網絡系統的負載平衡方法，所述的無線網絡系統包括有至少一終端、至少一存取點、以及一網絡管理裝置，其特徵在於所述的負載平衡方法是包括有由網絡管理裝置將所述的至少一存取點區分成至少一群組，並且，在各存取點中均預設有對應在其可容許負載量高低的至少一水平等級值，且每一水平等級值均至少預設有對應的一警戒值；當某一存取點的一實時負載量是不小於所述的警戒值時，則由所述的網絡管理裝置檢查與所述的存取點位於相同群組的其它存取點的水平等級值；倘若與所述的存取點位於相同群組的其它存取點的水平等級值是都不小於所述的存取點的水平等級值時，則將所述的存取點的水平等級值提高一級，以允許所述的存取點有較高的可容許負載量。
2. 根據權利要求1所述的無線網絡系統的負載平衡方法，其特徵在於 每一水平等級值除了預設有對應的所述的警戒值之外，還預設有對應的一上限值，當某一存取點的實時負載量不小於所述的上限值時，則所述的存取點將拒絕所述的終端的一數據傳輸請求；每一水平等級值除了預設有對應的所述的警戒值之外，還預設有對應的一下限值，當某一存取點的實時負載量小於所述的下限值時，則將所述的存取點的水 平等級值調低一級；其中，每一水平等級值的下限值的大小是介於低一級的水平等級值的警戒值 與下限值之間；並且，每一水平等級值的上限值的大小是介於高一級的水平等級 值的警戒值與下限值之間。
3. 根據權利要求l所述的無線網絡系統的負載平衡方法，其特徵在於所述 實時負載量與可容許負載量均是對應在所述的存取點所連結的終端數量或是所傳 輸的數據流量兩者其中之一。
4. 一種可提供負載平衡的無線網絡系統，其包括有至少一終端、至少一存取 點、以及一網絡管理裝置，所述的終端是通過一無線網絡而與所述的存取點連結 以進行數據傳輸，其特徵在於所述的網絡管理裝置是還包括有一無線網絡模塊，用以通過一無線網絡而與所述的些存取點連結； 一群組管理模塊，用以通過無線網絡來將所述的至少一存取點區分成至少一群組；一負載監測模塊，用以通過無線網絡監測各存取點的一實時負載量；以及， 一水平調整模塊，根據負載監測模塊所監測的位於同一群組內的各存取點的實時負載量，來決定是否對所述的群組內的存取點輸出一水平等級調整訊號。
5.根據權利要求4所述的無線網絡系統，其特徵在於各存取點是分別還包括有一無線網絡模塊，用以通過所述的無線網絡而與所述的網絡管理裝置、所述 的終端、及其它存取點連結；一負載水平等級表，其至少包含有根據可容許負載量高低來分級的若干水平 等級值，且各水平等級值均包含有對應的一上限值、 一警戒值與一下限值；一負載報告模塊，用以通過無線網絡將所述的存取點的可容許負載量所對應 的水平等級值以及其實時負載量傳送給網絡管理裝置；以及，一等級切換模塊，用以接受來自網絡管理裝置的所述的水平等級調整訊號， 並依據所述的水平等級調整訊號來切換對應的水平等級值。；其中，當某一存取點的實時負載量不小於所述的警戒值時，則由所述的網絡 管理裝置的負載監測模塊檢查與所述的存取點位於相同群組的其它存取點的水平 等級值；倘若與所述的存取點位於相同群組的其它存取點的水平等級值是都不小 於所述的存取點的水平等級值時，則所述的水平調整模塊將送出一用以調高水平 的水平等級調整訊號給所述的存取點，使所述的存取點的水平等級值提高一級， 以允許所述的存取點有較高的可容許負載量；其中，當某一存取點的實時負載量不小於所述的上限值時，則所述的存取點 將拒絕所述的終端的一數據傳輸請求；並且，當某一存取點的實時負載量小於所 述的下限值時，則所述的水平等級調整訊號是會使得所述的存取點的水平等級值 被調低一級；其中，每一水平等級值的下限值的大小是介在較低一級的水平等級值的警戒 值與下限值之間；並且，每一水平等級值的上限值的大小是介在較高一級的水平 等級值的警戒值與下限值之間。
6.根據權利要求5所述的無線網絡系統，其特徵在於所述實時負載量與可 容許負載量均是對應在所述的存取點所連結的終端數量或是所傳輸的數據流量兩 者其中之一。
7. —種無線網絡系統的負載平衡方法，其是由一網絡管理裝置來監測並管理所述的無線網絡系統中的至少一存取點進行數據傳輸時的一可容許負載量，其特徵在於所述的負載平衡方法是包括有下列步驟 監測各存取點的實時負載量；以及根據所監測到的各存取點的實時負載量，來判斷是否調整某一存取點的可容 許負載量，並且，當判斷結果是應調整某一存取點的可容許負載量時，則輸出一 對應的調整訊號給所述的存取點。
8. 根據權利要求7所述的無線網絡系統的負載平衡方法，其特徵在於其還 包括有下列步驟由網絡管理裝置將所述的至少一存取點區分成至少一群組，並且，在各存取 點中均預設有對應在其可容許負載量高低的至少一水平等級值，且每一水平等級 值均至少預設有對應的一警戒值。
9. 根據權利要求8所述的無線網絡系統的負載平衡方法，其特徵在於所述 的判斷是否調整某一存取點的可容許負載量的方法是還包括有下列步驟當某一存取點的實時負載量不小於所述的警戒值時，則由所述的網絡管理裝 置檢査與所述的存取點位於相同群組的其它存取點的水平等級值；倘若與所述的存取點位於相同群組的其它存取點的水平等級值是都不小於所 述的存取點的水平等級值時，則將所述的存取點的水平等級值提高一級，以允許 所述的存取點有較高的可容許負載量。
10. 根據權利要求8所述的無線網絡系統的負載平衡方法，其特徵在於-每一水平等級值除了預設有對應的所述的警戒值的外，還預設有對應的一上限值；當某一存取點的實時負載量不小於所述的上限值時，則所述的存取點將拒 絕來自 一終端的一數據傳輸請求；每一水平等級值除了預設有對應的所述的警戒值的外，還預設有對應的一下限值；當某一存取點的實時負載量小於所述的下限值時，則將所述的存取點的水 平等級值調低一級；其中，每一水平等級值的下限值的大小是介於低一級的水平等級值的警戒值 與下限值之間；並且，每一水平等級值的上限值的大小是介於高一級的水平等級 值的警戒值與下限值之間。
全文摘要
本發明為一種無線網絡系統的負載平衡系統和方法，憑藉網絡管理裝置來將無線網絡系統中的若干存取點分成若干群組。各存取點中均預設有對應在其可容許負載量高低的若干水平等級值，且每一水平等級值均預設有對應的一警戒值。各存取點只有在當其實時負載量達到所述的警戒值時，才會把自己的負載狀態發送給網絡管理裝置。網絡管理裝置會先檢查與所述的存取點相同群組的其它存取點的水平等級值。倘若其它存取點的水平等級值是都不小於所述的存取點的水平等級值時，則將所述的達警戒的存取點的水平等級值提高一級，允許所述的存取點有較高的可容許負載量。如此，各存取點並不需要不斷地廣播自己的負載狀態，而避免頻寬的佔用，提升無線網絡系統的效能。
文檔編號H04L12/24GK101197695SQ20061016066
公開日2008年6月11日 申請日期2006年12月4日 優先權日2006年12月4日
發明者劉沛川, 李詩欽 申請人:友勁科技股份有限公司