无线局域网中的负载均衡问题探讨(2)
2007-07-28   IT世界网

负载不均衡形式二：终端不停地切换造成负载抖动

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。

无线局域网中的负载均衡的分类

可以从两个方面对无线局域网的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。无线局域网的负载均衡的分类如图所示。

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图:无线局域网的负载均衡分类

终端（STA）主控负载均衡

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

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。

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。

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。