CN100455104C - 光学信道与无线电信道间的切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学信道与无线电信道间的切换方法，包括1.建立终端与接入点间的无线电信道和光学信道关联；2.判断光学信道是否被阻断；3.发送光学信道至无线电信道的切换数据；4.执行光学信道至无线电信道的切换；5.进行无线电信道至光学信道切换前的探测；6.发送无线电信道至光学信道的切换数据，在接到第五步发出的无线电信道至光学信道的切换信号后，就开始发送切换所需要的切换数据；7.执行无线电信道至光学信道的切换，在本步骤完成后返回第二步。本发明显著缩短了切换的发现时间和切换执行时间，达到了无隙切换的效果；具有很强的实用性，随着光学半导体器件性能的提高，本发明可以进一步推动光学通信的普及应用。

Description

光学信道与无线电信道间的切换方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及无线通信领域中处于低层的光接口与处于上层的无线接口间的垂直切换方法。

背景技术

随着无线通信的日益普及和对带宽需求的不断增加，无线电(RADIO)频谱越来越紧张，需要寻求新的技术手段来解决无线电频谱紧缺问题。虽然光学(OPTICAL)频谱在特定环境下(如车内、室内)具有传输速度快、无RADIO干扰且实现简单的特点，但是，光学信道易受遮挡，而且覆盖范围小，因此，光学信道无法保证移动终端通信的可靠性。如何综合使用光学(OPTICAL)信道和无线电(RADIO)信道来构造可靠的空中接口，是一个目前广泛研究的问题。对WLAN在媒体接入协议(MAC，Media Access Control)方面的增强和完善技术，就涉及到这一问题。

图2是目前无线局域网中广泛使用的RTS(Request To Send)/CTS(ClearTo Send)通信协议的工作过程。发送端在发现信道空闲后，等待DIFS(Distributed Inter Frame Space)201时间，然后使用CSMA/CA(CarrierSense Multiple Access with Collision Avoidance，载波侦听多址访问/碰撞避免)协议通过竞争获得信道占用权后发送RTS信号，RTS帧202中包含了信道即将被占用的时间信息211，接收端(此处指接入点AP)接收到RTS帧202后等待SIFS(Short Inter Frame Space)203时间后，向整个网络广播CTS帧207，CTS帧中包含了信道即将被占用的时间信息214。发送端收到CTS 207之后，等待SIFS 204时间后发送数据205，接收端在收到分组数据205之后等待SIFS 206时间后向信道发送ACK 208帧。在其它终端接收到CTS帧后等待到CTS广播的信道占用时间214结束，然后再等待DIFS 209时间开始在竞争窗口210内争占信道，争占信道按照时隙212为单位递减其随机时延量，最先减到零值的终端获得信道的占用权，如果此时信道仍然为空闲，该终端就开始发送分组数据213。

由于IEEE 802.11规范的DCF和PCF不区分传输流类型或来源，IEEE在802.11e中建议增强型分散协调功能(EDCF)，引入了传输流种类的概念。每个无线站有8种传输流种类，即优先级。在使用EDCF时，无线站在检测到空闲状态并等待相应传输流类规定的一段时间后，再发送数据。具有较低优先级传输流的通信站必须比那些具有高优先级传输流的通信站等待更长的时间后，再接入无线网络。另外，IEEE 802.11与IEEE 802.11e的差异之一是：要求向发送方发送ACK消息这样一种双向握手机制在IEEE 802.11e中是可选项。

为了克服光学无线通讯系统的缺陷，文献S.Miyamoto，N.Morinaga，Y.Hirayama，“Indoor Wireless Local Area Network System Using Infrared andRadio Communications”，Fifth Asia-Pacific Conference on Optoelectronicsand Communications，Vol.1，pp.790-793，Oct.1999.Osaka university，Japan讨论了一种混合使用光(Optical)和无线电(Radio)的无线通信系统。文献给出的光学(Optical)和无线电(RADIO)混合通信系统的配置为：在一个室内的天花板上按照一定的排列间隔配置有若干个光学(Optical)无线通信的接入点，同时，该室内区域被无线电接入点覆盖。另外，文献假定每个终端都带有光学和无线电两套收发信机。

文献给出的基本的接入策略为：如果在终端和接入点之间存在可靠的OPTICAL链路，就采用光学链路；如果在接入点和终端直接没有可靠的光学链路，就采用无线电链路。通过这样一个基本策略，就构造了一个高频谱效率、大覆盖范围、节省发射功率并且不受阴影和死区影响的室内无线通信系统。但是该文献只是给出了一个粗略的思路，即在光学链路与无线电链路间切换来弥补光学链路的不稳定，至于如何达到快速切换，比如如何缩短发现时间，现有技术1没有给出可操作的方法。

另外，日本JVC公司为了解决光学无线局域网中存在的信号遮挡问题，研究了一种“无隙通信方法”，该方法在文献：Y.Sakurai，K.Nishimaki，S.Toguchi，M.Sakane，“A Study of Seamless Communication Method with the AdequateSwitching Between Optical and RF WirelesS LAN”.IEEE InternationalConference on Consumer Electronics，pp.264-265，Jun，2003。VECTORcompany of JAPAN(JVC)。中进行了讨论。该方法的基本思路是：当光学链路受到遮挡时，使用RF链路进行通信，当光学链路稳定后，再从RF链路切换回来。在进行上述切换的过程中，不中断接入点和终端之间建立的通信连接。JVC在讨论中采用的系统配置为：拥有多个网卡(NIC)的客户端；与客户端的网卡之间建立直接建立通信连接的接入点；对客户端发送和接收的信号进行中继的中继服务器；与客户端进行通信的服务器。JVC给出的工作过程为：应用层把IP包交给VIP层，VIP层由隧道单元组成；客户端创建IPIP隧道单元，该IPIP隧道单元把客户端地址作为隧道单元的入口地址，把中继服务器的地址作为隧道单元的出口地址。由于客户端包含两个地址(对应两个NIC)，对每个地址都要创建单独的隧道单元，共创建两个隧道单元；通过对路由器中路由表的切换，既可以实现送往中继服务器的分组通过隧道单元传送，也可以实现把分组数据不通过隧道单元直接传送到中继服务器；中继服务器拆除VIP层的IPIP隧道封装，把拆封后的分组发送给要送达的服务器。

切换的具体实现方法是：网络的VIP层监视网卡(光学网卡和RF网卡)的状态，从中挑选可以保持最好通信条件的网卡，然后切换到这个网卡。在切换的过程中VIP层干预IP的传输过程，并执行仲裁，以保证切换过程中不中断正常的通信。在上述过程中，如果通过改变路由表使送往中继服务器的分组走别的隧道单元，并且把分组从别的NIC发送，这就为实现无中断通信提供了可能。通过这种方法，可以实现多个NIC间的切换而不中断通信。但是该文献也只是给出了如何根据切换的需要来建立和调整IP隧道，并没有给出快速切换的具体方法。

文献Mark Stemm and Randy H.Katz，Vertical handoffs in wirelessoverlay networks。Mobile Networks and Applications 3(1998)335-350。对可以在分层网络结构中实现垂直切换(vertical handoff)的方法进行了讨论。其目标是尽可能为用户提供高质量的连接和最小的切换中断。研究表明，切换时延受发现时间(discovery time)的限制，发现时间是指从移动台进入或离开某个网络到发现处于这个变化之间的时间。这种发现时间在秒的量级，足以中断TCP通讯协议和连续的多媒体传输，实际测试表明：从红外(Infrared)到WLAN(WaveLAN)的切换时延为2.508秒，从WLAN(WaveLAN)到红外(Infrared)的切换时延为3.520秒。为了支持中断时间受限的应用，文献给出了对切换进行增强的基本方法，所述增强方法可以显著降低发现时间并且不要求预先知道任何信道特性。对于覆盖房间的与覆盖建筑的叠层网间切换，增强后的最小切换时延大约为170ms和1.5％的额外网络资源开销；对于覆盖建筑的与覆盖广域的叠层网间切换，增强后的最小切换时延大约为800ms和1.5％的额外网络资源开销。

文献给出了如下一些可以用于缩短发现时间的信息：接收信号强度，如接收信号强度逐步减弱时，即表明移动台即将需要切换；地理信息，如门口是进行切换的一个地理位置，在此处的小区可以发射包含指示室内小区边缘的信息；切换频率，如果切换频繁，就意味着移动台移出某个小区的可能性加大；信标丢失，如果没有在预期的时间段内检测到信标，就表示可能已经移出了小区。文献给出了如下几种用于缩短切换时间的方法和结果：提高信标频率：该方法对应的从红外(Infrared)到WLAN(WaveLAN)的切换时延为497.02毫秒，2480比特/秒；从WLAN(WaveLAN)到红外(Infrared)的切换时延为711.1毫秒，2480比特/秒。分组双层发射(当前层基站和上层基站同时发送相同的分组)：该方法对应的从红外(Infrared)到WLAN(WaveLAN)的切换时延为202.4毫秒，520000比特/秒；从WLAN(WaveLAN)到红外(Infrared)的切换时延为200毫秒，520000比特/秒。分组头双层发射(当前层基站和上层基站同时发送相同的分组头)：该方法对应的从红外(Infrared)到WLAN(WaveLAN)的切换时延为181毫秒，16600比特/秒；从WLAN(WaveLAN)到红外(Infrared)的切换时延为181.7毫秒，16600比特/秒。

该文献虽然给出的三种可以操作的切换方法，但是，这些方法所能够达到的切换时延均在180毫秒以上，这个时延相对于WLAN现有的秒级时延有显著缩短，但是，与实时多媒体传输要求的切换时延(小于50毫秒)仍然有很大距离。另外，该项技术付出的网络资源开销(2480比特/秒～16600比特/秒)太大，要显著影响系统容量。

对于实现光学链路与无线电链路切换这样一个基本问题，如果直接使用现有的无线局域网IEEE 802.11中的协议进行，切换时延在秒的量级，这显然无法满足实时多媒体传输的需要。此外，在多用户同时存在时，如何对光学接口资源和无线电接口资源合理分配是实现快速可靠切换的的前提，现有技术对此没有讨论。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光学信道与无线电信道间的切换方法，以克服现有技术存在的切换方法存在的切换发现时间长、切换时间无法满足实时多媒体传输的要求、为缩短切换时延而导致网络容量站用过大这些缺点。同时本发明也可以解决在多用户同时存在时，对光学接口资源和无线电接口资源进行合理分配。

本发明所述光学信道与无线电信道间的切换方法，包括以下步骤：

第一步：建立终端与接入点间的RADIO和OPTICAL关联。在带有OPTICAL和RADIO接口的终端开机后或需要建立通信连接时，通过RADIO接口或OPTICAL接口向位于路由器或网关的切换控制单元和资源管理单元发送OPTICAL接口与RADIO接口IP地址的对应关系，该对应关系表明这两个地址对应同一个终端，因此，可以并行使用来完成数据传输；网络资源管理单元则根据上报的OPTICAL传输速率来确定实现对OPTICAL链路保护所需要预留的RADIO资源。

第二步：判断OPTICAL信道是否被阻断，判断OPTICAL信道是否被阻断的基本方法是监测光传感器接收到的信号是否骤然降低或消失，如果连续多次(如3次)光传感器接收到的信号骤然降低或消失，就判定OPTICAL信道被阻断。

第三步303：发送OPTICAL信道至RADIO信道的切换数据；

第四步304：执行OPTICAL信道至RADIO信道的切换；

第五步305：进行RADIO信道至OPTICAL信道切换前对光学信标信号的探测，判断光学信道是否可用，如果可用，则发送无线电信道至光学信道的切换信号；

第六步306：发送RADIO信道至OPTICAL信道的切换数据，在接到步骤605发出的RADIO信道至OPTICAL信道的切换信号后，就开始发送切换所需要的切换数据；

第七步307：执行RADIO信道至OPTICAL信道的切换。在本步骤完成后返回步骤302。

所述第一步进一步包括以下步骤：

(1)终端对OPTICAL和RADIO接入点的信标进行搜索，根据接收到的信标的强度RSSI，确定出进行关联的RADIO接入点或OPTICAL接入点，并完成和相应接入点的关联，同时完成对传输速率的请求。终端和RADIO接入点以及OPTICAL接入点的关联可以同时进行，也可以分别进行；在和OPTICAL及RADIO接入点的关联都完成之后，通过RADIO接口或OPTICAL接口，向网络侧的无线资源管理单元发出使用RADIO链路对OPTICAL链路进行保护的请求，并且发送OPTICAL传输的码率；然后进行下一步；

(2)通过RADIO接口或OPTICAL接口向位于路由器或网关的切换控制单元和资源管理单元发送OPTICAL接口地址ADDR_O与RADIO接口地址ADDR_R的对应关系，该对应关系表明这两个地址对应同一个终端，可以并行地使用ADDR_O和ADDR_R这两个地址来完成数据传输，也表明RADIO接口需要对传输到地址ADDR_O的数据准备保护资源；

(3)网络侧(可以位于路由器、网关或其他物理实体中)的资源管理单元根据终端上报的对RADIO信道资源的需求以及需要保护的OPTICAL链路的个数和每个OPTICAL链路的传输速率，确定对RADIO资源的预留量。

所述第二步中，监测光传感器接收到的信号是否骤然降低或消失，可以通过发送专用的OPTICAL信道监测信号来实现，也可以利用现有协议中的信号来实现。

所述现有协议中的信号实现监测光传感器接收到的信号是否骤然降低或消失方法是，利用无线局域网中的RTS/CTS信号来实现信道监测的方法包括如下步骤：

(1)终端或AP判断是否有数据要发送401，若无数据要发送，就继续进行这种判断；若有数据要发送，则进入步骤402；

(2)步骤402，终端或OPTICAL接入点AP通过OPTICAL信道发送RTS(Request To Send)信号；

(3)步骤403，终端或OPTICAL接入点AP判断是否在OPTICAL信道上收到了CTS(Clear To Send)信号；如果没有收到CTS信号，就进入步骤404；如果收到了CTS信号，就进入步骤405；

(4)步骤404，CTS接收失败次数计数器加1；

(7)步骤407，判断CTS接收失败次数计数器的值是否为N，N取1～5范围内的一个整数值；如果CTS接收失败次数计数器的值为N，就以概率1确定收不到CTS信号是由于OPTICAL信道被阻断引起的(而不是由于竞争碰撞引起的)，就进入步骤408；

(5)步骤405，发送分组数据，进行正常的数据通信；

(6)步骤406，判断ACK是否在规定的时间ACK_TIMEOUT内收到ACK信号，如果收到ACK信号，就进入步骤401，准备下一次数据发送；如果没有收到ACK信号，就进入步骤408；

(8)步骤408，发送OPTICAL信道到RADIO信道的切换数据，该步骤又可以包含图5所示的基本步骤。

所述第三步进一步包括：

(1)步骤501A，准备OPTICAL信道至RADIO信道的切换数据，OPTICAL接入点或终端的OPTICAL接口需要准备实现切换所需要的数据，如：1)OPTICAL信道正确发送的最后一个分组的编号；2)OPTICAL接口的ID号(OPTICAL接入点AP发起切换时)，或终端的OPTICAL接口地址ADDR_O(终端的OPTICAL接口发起切换时)；

(2)步骤502A，发送OPTICAL信道至RADIO信道的切换数据。如果是终端的OPTICAL接口发起切换，就通过RADIO信道以高优先级向网络侧的切换管理单元发送步骤501准备的切换数据；如果是OPTICAL接入点发起切换，就通过有线信道以高优先级向网络侧的切换管理单元发送步骤501准备的切换数据；如果是终端的OPTICAL接口发起切换，还要把切换数据(如，OPTICAL信道正确发送的最后一个分组的编号)发送到终端的OPTICAL/RADIO信道切换单元，该切换单元根据OPTICAL信道正确发送的最后一个分组的编号，来确定转由RADIO信道发送的分组的起始编号；

(3)步骤503A，切换数据发送成功确认。只有切换数据的发送得到确认后才可以结束切换数据发送步骤303，否则需要重新执行步骤502A。

所述第四步进一步包括：

(1)步骤701，申请RADIO资源。根据需要切换到RADIO信道的数据传输速率向RADIO资源管理单元申请资源，在得到确认后，进入下一步建立通过RADIO信道的传输隧道；

(2)步骤702，建立通过RADIO信道的传输隧道。也就是把原来通过OPTICAL接入点建立的到终端OPTICAL接口的路由变为通过RADIO接入点到达终端的RADIO接口的路由；

(3)步骤703，发送启动终端对OPTICAL信道进行探测的信号。如果是OPTICAL接入点发起的切换，该启动终端对OPTICAL信道进行探测的信号需要发送；如果是终端发起切换，该信号可以发送，也可以不发送。

所述第五步进一步包括：

(1)步骤601，终端的光学接口探测最强OPTICAL信标的RSSI，如果从OPTICAL信道至RADIO信道的切换是由终端发起的，终端在完成信道阻断的判断后即进入对OPTICAL信标的RSSI的探测；如果从OPTICAL信道至RADIO信道的切换是由OPTICAL接入点发起的，终端在收到RADIO接口发来的启动OPTICAL信标探测信号后进入对OPTICAL信标的RSSI的探测；

(2)步骤602，判断接收到的最强信标的RSSI是否大于预定门限，如果小于预定门限，就进入步骤601，继续探测；如果等于或大于预定门限，就进入步骤603；

(3)步骤603，判断最强信标的OPTICAL接入点的ID号是否变化，如果没有变化，就进入步骤605，发送RADIO信道至OPTICAL信道的切换数据；如果OPTICAL接入点的ID号变化，就进入步骤604；

(4)步骤604，OPTICAL接口与OPTICAL接入点重新关联，确定可以从OPTICAL接入点获取的传输速率和OPTICAL接入点ID号，然后进入步骤605；

(5)步骤605，发送RADIO信道至OPTICAL信道的切换信号。

所述第六步进一步包括：

(1)步骤501B，准备RADIO信道至OPTICAL信道切换数据。OPTICAL接入点或终端的OPTICAL接口需要准备实现切换所需要的数据，如：1)OPTICAL接入点的ID号；2)终端的OPTICAL接口地址ADDR_O；

(2)步骤502B，发送RADIO信道至OPTICAL信道切换数据。通过RADIO信道以高优先级向网络侧的切换管理单元发送步骤501B准备的切换数据；

(3)步骤503B，切换数据发送成功确认。只有切换数据的发送得到确认后才可以结束切换数据发送步骤306，否则需要重新执行步骤502B。

所述第七步进一步包括：

(1)步骤704，建立到终端OPTICAL接口的传输隧道。也就是增加通过OPTICAL接入点到终端OPTICAL接口的路由，如果OPTICAL接口可以满足速率要求，就终止通过RADIO接入点到达终端的RADIO接口的路由，否则，保留通过RADIO接入点到达终端的RADIO接口的路由，与OPTICAL路由并行工作；

(3)步骤705，释放和切换到OPTICAL信道的传输速率对应的RADIO资源。

本发明所述方法巧妙利用光传感器物理尺寸远大于光学信道小尺度衰落跨度(即光传感器接受的是光信号小尺度衰落的平均功率)这个规律，通过对光信号平均功率突跳的监测，可以及时地发现切换时机并迅速传递切换信息，既缩短了切换时间又最大限度地降低了网络资源的额外开销；与资源管理方法相配合，保证在有多个移动台同时工作时，各个移动台的QOS仍然能够得到保障；另外，本发明所述方法可以最大限度地利用现有协议的结构，从而实现简单。

采用本发明所述方法，与现有技术相比，采用了简单快速的信道探测方法和高优先级的切换数据传输方法，从而显著缩短了切换的发现时间和切换执行时间，达到了无隙切换的效果；另外，本发明在切换中采用了对OPTICAL与RADIO信道资源综合管理方法，这些技术措施使得充分利用OPTICAL信道资源实现实时多媒体的高质量传输成为可能。另外，本发明给出的技术途径不涉及物理层的具体实现方法，通过对现有协议作简单的补充即可以实现所述功能，因此，本发明具有很强的实用性，随着光学半导体器件性能的提高，本发明可以进一步推动光学通信的普及应用。

附图说明

图1是参考系统的组成结构图。

图2是RTS/CTS方案的基本工作流程图。

图3是OPTICAL信道与RADIO信道间切换的基本工作流程图。

图4是从OPTICAL信道到RADIO信道切换之前对OPTICAL信道的探测工作流程图。

图5是切换数据的传输流程图。

图6是从RADIO信道到OPTICAL信道切换之前对OPTICAL信道的探测工作流程图。

图7是从OPTICAL与RADIO信道间切换执行工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明所述方法作进一步说明：

本发明的核心思想是：当光接口因遮挡或移动台的移动而中断时，把由光接口承载的数据快速切换到无线电接口上，等到光接口恢复正常后，再把需要光接口承载的数据从无线接口切换回来。根据服务质量需要的传输码率在光接口与无线电接口间进行资源综合分配。本发明还利用高层的无线接口对低层的光接口进行保护，使不可靠的光接口能够传输有QOS(Quality of Service，服务质量)保障的实时多媒体业务，拓宽光在无线通信中的应用范围，从而缓解对无线电频谱的需求并降低无线电链路间的相互干扰。

在保障通信可靠性的前提下充分利用OPTICAL信道资源是本发明要解决的基本问题，解决这个问题的基本方法是采用RADIO信道对OPTICAL信道进行保护，具体保护方法就是在OPTICAL信道被阻断或终端移出OPTICAL信道覆盖区域后，快速地将数据传输从OPTICAL信道切换到RADIO信道，当OPTICAL信道重新恢复后，再快速地把数据传输业务从RADIO信道切换到OPTICAL信道。实现上述OPTICAL信道与RADIO信道之间的快速切换涉及三个关键环节：OPTICAL信道状态的快速探测；切换信息的快速传递；RADIO信道资源的合理预留。

本发明讨论的OPTICAL信道与RADIO信道间的切换方法涉及到的系统如图1所示，系统由若干个OPTICAL接入点(AP：Access Point)105、106，一个或多个RADIO接入点(AP)104，若干个带有OPTICAL和RADIO接口的终端108、110、111，以及路由器103、网关102、远端服务器101组成。远端服务器101通过INTERNET与本地网关相联，每个OPTICAL接入点(AP)105、106分别对应一个光学小区109、112，每个RADIO接入点(AP)(如104)分别对应一个RADIO小区(如107)。无线电小区覆盖若干个光学小区。OPTICAL接入点(AP)105、106和RADIO接入点(AP)104分别通过路由器103、网关102以及INTERNET与远端的服务器101或终端进行通信。

下面结合附图1和附图2对技术方案的实施作进一步的详细描述

本发明讨论的OPTICAL和RADIO混合通信系统的参考模型见图1，该系统由若干个OPTICAL接入点(AP：Access Point)105/106，一个RADIO接入点(AP)104，若干个带有OPTICAL和RADIO接口的终端108/110/111，以及路由器103、网关102、远端服务器101组成。远端服务器通过INTERNET与本地网关相联，OPTICAL接入点(AP)105/106分别对应光学小区A 109和光学小区B 112，RADIO接入点(AP)104对应小区无线电小区107，无线电小区107覆盖光学小区109和光学小区112。OPTICAL接入点(AP)105/106和RADIO接入点(AP)104分别通过路由器103、网关102以及INTERNET与远端的服务器进行通信。

图1中终端的OPTICAL和RADIO接口分别具有独立的物理地址，OPTICAL接入点和RADIO接入点各自具有独立的接入点识别号(ID)。OPTICAL接入点和终端侧的OPTICAL接口都具有本发明所述的OPTICAL信号探测以及切换数据传送功能；本发明所述的切换管理(如路由的改变)和资源管理(如OPTICAL与RADIO间的资源分配)功能可以在路由器中实现，也可以在网关中实现。

本实施例以移动终端向服务器发送实时多媒体数据为例说明本发明的一种实施方式。

图1中的移动终端108是一台带有摄像机和话筒的移动多媒体终端，该多媒体终端用于对处于从光学小区A到光学小区C(终端110、111用于光学小区C)的多媒体数据采集，并把多媒体数据实时地发往远端的服务器102。在多媒体数据采集开始前，终端108完成图3给出的步骤301，即终端的OPTICAL接口和RADIO接口对OPTICAL信道和RADIO信道进行搜索，假设首先搜索到了OPTICAL，于是移动终端和OPTICAL接入点进行关联，获得OPTICAL接入点的ID、可以支持的传输速率等数据，并向OPTICAL接入点发送自己的地址ADDR_O，该地址ADDR_O被送到路由器作为建立OPTICAL接口路由的依据；

在多媒体终端利用其OPTICAL接口进行多媒体数据传输的过程中，多媒体终端周期地对RADIO接入点的信标进行搜索并尝试建立关联。在多媒体终端与RADIO接入点建立关联后，即通过RADIO接入点向网络侧的资源管理单元发出OPTICAL信道保护请求，该请求包括一旦OPTICAL信道阻断需要RADIO信道提供的传输速度和传输时延等参数，在对OPTICAL信道的保护请求被RADIO信道确认后，多媒体终端的OPTICAL接口便开始OPTICAL信道的探测(如步骤401到408所给出的方法，主要特征是采用RTS/CTS发送方式并判断CTS207和ACK208信号的收到情况)，即图3中的步骤302。

在数据采集的过程中终端从图1中的A点经B点向C点移动，同时将多媒体数据发往服务器101。在向B点移动中，终端光接口突然连续N次(如，连续3次)收不到CTS帧，由于CTS碰撞概率是很低的，在连续N次没有收到CTS帧之后，就以概率1判定是OPTICAL信道被阻断了；另一种情况是当移动终端向B点移动中，在发送一个分组之后没有在规定的时间SIFS内收到ACK确认帧，而CTS广播已经保证了这段时间没有其它终端竞争信道，即这个确认帧ACK的丢失不可能由碰撞引起，于是移动终端以概率1判定OPTICAL信道被阻断。在这两种情况下，移动终端都立即快速地通过RADIO信道向网络侧的切换管理单元发送切换请求和切换所需辅助信息的数据。

在移动终端通过RADIO接口发送切换数据时，采用高优先级传输机制，如EDCF(Enhanced distributed coordination Function)中规定的优先级中的高优先级类别。这样可以降低切换数据的传输时延。

网络侧的资源管理单元根据切换数据对服务质量的要求，如传输码率、传输时延，结合RADIO链路要保护的OPTICAL链路的数量和传输码率的要求，在本例中，资源管理单元要根据终端110和111的保护要求和传输速率，以及目前的剩余容量来确定分配给终端108的码率；切换管理单元收到相关的切换数据之后，按照终端的RADIO接口的地址ADDR R建立新的传输通道，然后，终端通过这个通道把数据传送到服务器101。

在从OPTICAL信道到RADIO信道的切换信号发出后，移动终端即开始对OPTICAL信道的信标探测。在终端向C点移动的过程中，终端的OPTICAL接口收到了RSSI强度满足关联要求的OPTICAL信标，于是进行关联请求，在完成关联请求后，终端把这次关联的OPTICAL接入点的ID号以及自己的地址ADDR_O作为切换信息，通过OPTICAL信道或RADIO信道发往切换管理单元和资源管理单元。

切换管理单元和资源管理单元在收到从RADIO信道到OPTICAL信道的切换数据后，即按照步骤704和705实现切换。

此时终端108已经移入光学小区B，并且和终端110、111分享OPTICAL接入点106提供的无线资源。

Claims (15)

1、一种光学信道与无线电信道间的切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步(301)：建立终端与接入点间的无线电信道和光学信道关联，在带有光学信道和无线电信道接口的终端开机后或需要建立通信连接时，通过无线电信道接口或光学信道接口向位于路由器或网关的切换控制单元和资源管理单元发送光学信道接口与无线电信道接口IP地址的对应关系，该对应关系表明这两个地址对应同一个终端；网络资源管理单元则根据上报的光学信道传输速率来确定实现对光学信道链路保护所需要预留的无线电信道资源；

第二步(302)：判断光学信道是否被阻断，判断光学信道是否被阻断的基本方法是监测光传感器接收到的信号是否骤然降低或消失，如果连续两次以上光传感器接收到的信号骤然降低或消失，就判定光学信道被阻断；

第三步(303)：发送光学信道至无线电信道的切换数据；

第四步(304)：执行光学信道至无线电信道的切换；

第五步(305)：进行无线电信道至光学信道切换前对光学信标信号的探测，判断光学信道是否可用，如果可用，则发送无线电信道至光学信道的切换信号；

第六步(306)：发送无线电信道至光学信道的切换数据，在接到第五步发出的无线电信道至光学信道的切换信号后，就开始发送切换所需要的切换数据；

第七步(307)：执行无线电信道至光学信道的切换，在本步骤完成后返回第二步。

2、根据权利要求1所述的光学信道与无线电信道间的切换方法，其特征在于，所述第一步进一步包括以下步骤：

(1)终端对光学信道和无线电信道接入点的信标进行搜索，根据接收到的信标强度RSSI，确定出进行关联的无线电信道接入点或光学信道接入点，并完成和相应接入点的关联，同时完成对传输速率的请求；在和光学信道及无线电信道接入点的关联都完成之后，通过无线电信道接口或光学信道接口，向网络侧的无线资源管理单元发出使用无线电信道链路对光学信道链路进行保护的请求，并且发送光学信道传输的码率；

(2)通过无线电信道接口或光学信道接口向位于路由器或网关的切换控制单元和资源管理单元发送光学信道接口地址ADDR_O与无线电信道接口地址ADDR_R的对应关系，该对应关系表明这两个地址对应同一个终端，能并行地使用ADDR_O和ADDR_R这两个地址来完成数据传输，也表明无线电信道接口需要对传输到地址ADDR_O的数据准备保护资源；

(3)网络侧的资源管理单元根据终端上报的对无线电信道资源的需求以及需要保护的光学信道链路的个数和每个光学信道链路的传输速率，确定对无线电信道资源的预留量。

3、根据权利要求1所述的光学信道与无线电信道间的切换方法，其特征在于，所述第二步中，监测光传感器接收到的信号是否骤然降低或消失，是通过发送专用的光学信道监测信号来实现，或利用现有协议中的信号来实现。

4、根据权利要求3所述的光学信道与无线电信道间的切换方法，其特征在于，所述现有协议中的信号实现监测光传感器接收到的信号是否骤然降低或消失方法是，利用无线局域网中的RTS/CTS信号来实现信道监测，包括如下步骤：

步骤(1)(401)终端或AP判断是否有数据要发送，若无数据要发送，就继续进行这种判断；若有数据要发送，则继续；

步骤(2)(402)，终端或光学信道接入点AP通过光学信道发送请求发送RTS信号；

步骤(3)(403)，终端或光学信道接入点AP判断是否在光学信道上收到了CTS信号；如果没有收到CTS信号，就进入步骤(4)；如果收到了CTS信号，就进入步骤(5)；

步骤(4)(404)，CTS信号接收失败次数计数器加1；

步骤(7)(407)，判断CTS信号接收失败次数计数器的值是否为N，其中N为自然数；如果不为N，则转入步骤(2)；如果CTS信号接收失败次数计数器的值为N，进入步骤(8)；

步骤(5)(405)，发送分组数据，进行正常的数据通信；

步骤(6)(406)，判断ACK信号是否在规定的时间ACK_TIMEOUT内收到ACK信号，如果收到ACK信号，就进入步骤(1)，准备下一次数据发送；如果没有收到ACK信号，就进入步骤(8)；

步骤(8)(408)，发送光学信道到无线电信道的切换数据。

5、根据权利要求4所述的光学信道与无线电信道间的切换方法，其特征在于，步骤(7)中，N取1～5范围内的一个整数值。

6、根据权利要求1所述的光学信道与无线电信道间的切换方法，其特征在于，所述第三步进一步包括：

步骤(1)(501A)，准备光学信道至无线电信道的切换数据；

步骤(2)(502A)，发送光学信道至无线电信道的切换数据；

步骤(3)(503A)，切换数据发送成功确认，只有切换数据的发送得到确认后才结束切换数据发送第三步，否则重新执行步骤(2)。

7、根据权利要求6所述的光学信道与无线电信道间的切换方法，其特征在于，步骤(1)中的切换数据包括：

1)光学信道正确发送的最后一个分组的编号；

2)光学信道接口的ID号，或终端的光学信道接口地址ADDR_O。

8、根据权利要求6所述的光学信道与无线电信道间的切换方法，其特征在于，步骤(2)中，如果是终端的光学信道接口发起切换，就通过无线电信道以高优先级向网络侧的切换管理单元发送步骤(1)准备的切换数据；如果是光学信道接入点发起切换，就通过有线信道以高优先级向网络侧的切换管理单元发送步骤(1)准备的切换数据；如果是终端的光学信道接口发起切换，还要把切换数据发送到终端的光学信道/无线电信道切换单元，该切换单元根据光学信道正确发送的最后一个分组的编号，来确定转由无线电信道发送的分组的起始编号。

9、根据权利要求1所述的光学信道与无线电信道间的切换方法，其特征在于，所述第四步进一步包括：

步骤(1)(701)，申请无线电信道资源：根据需要切换到无线电信道的数据传输速率向无线电信道资源管理单元申请资源，在得到确认后，进入下一步建立通过无线电信道的传输隧道；

步骤(2)(702)，建立通过无线电信道的传输隧道：把原来通过光学信道接入点建立的到终端光学信道接口的路由变为通过无线电信道接入点到达终端的无线电信道接口的路由；

步骤(3)(703)，发送启动终端对光学信道进行探测的信号：如果是光学信道接入点发起的切换，发送该启动终端对光学信道进行探测的信号；如果是终端发起切换，该信号可以发送，也可以不发送。

10、根据权利要求1所述的光学信道与无线电信道间的切换方法，其特征在于，所述第五步进一步包括：

步骤(1)(601)，终端的光学接口探测最强光学信道信标的RSSI；

步骤(2)(602)，判断接收到的最强信标的RSSI是否大于预定门限，如果小于预定门限，就进入步骤(1)，继续探测；如果等于或大于预定门限，就继续；

步骤(3)(603)，判断最强信标的光学信道接入点的ID号是否变化，如果没有变化，就进入步骤(5)，发送无线电信道至光学信道的切换数据；如果光学信道接入点的ID号变化，就继续；

步骤(4)(604)，光学信道接口与光学信道接入点重新关联，确定从光学信道接入点获取的传输速率和光学信道接入点ID号；

步骤(5)(605)，发送无线电信道至光学信道的切换信号。

11、根据权利要求10所述的光学信道与无线电信道间的切换方法，其特征在于，步骤(1)中，如果从光学信道至无线电信道的切换是由终端发起的，终端在完成信道阻断的判断后即进入对光学信道信标的RSSI的探测；如果从光学信道至无线电信道的切换是由光学信道接入点发起的，终端在收到无线电信道接口发来的启动光学信道信标探测信号后进入对光学信道信标的RSSI的探测。

12、根据权利要求1所述的光学信道与无线电信道间的切换方法，其特征在于，所述第六步进一步包括：

步骤(1)(501B)，准备无线电信道至光学信道切换数据；

步骤(2)(502B)，发送无线电信道至光学信道切换数据，通过无线电信道以高优先级向网络侧的切换管理单元发送步骤(1)准备的切换数据；

步骤(3)(503B)，切换数据发送成功确认，只有切换数据的发送得到确认后才结束切换数据发送第六步，否则重新执行步骤(2)。

13、根据权利要求12所述的光学信道与无线电信道间的切换方法，其特征在于，步骤(1)中，所述切换数据为：1)光学信道接入点的ID号；和2)终端的光学信道接口地址ADDR_O。

14、根据权利要求1所述的光学信道与无线电信道间的切换方法，其特征在于，所述第七步进一步包括：

步骤(1)(704)，建立到终端光学信道接口的传输隧道；

步骤(2)(705)，释放和切换到光学信道的传输速率对应的无线电信道资源。

15、根据权利要求14所述的光学信道与无线电信道间的切换方法，其特征在于，步骤(1)中，如果光学信道接口满足速率要求，就终止通过无线电信道接入点到达终端的无线电信道接口的路由，否则，保留通过无线电信道接入点到达终端的无线电信道接口的路由，与光学信道路由并行工作。

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