CN100461936C

CN100461936C - 一种无线局域网及其移动台的切换控制方法

Info

Publication number: CN100461936C
Application number: CNB2005100021329A
Authority: CN
Inventors: 姚忠辉; 周文辉; 蓝文广; 刘毓; 黎静
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd; China Mobile Communications Group Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd; China Mobile Communications Group Co Ltd
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2025-01-14
Also published as: US20070268859A1; CN1805599A; WO2006074610A1; US8055264B2

Abstract

本发明公开了一种无线局域网及其移动台的切换控制方法，该无线局域网包括移动台，将移动台接入网络的接入点(AP)，监测AP上的信道并将信道监控数据传送给移动台的信道监控器；该局域网还进一步包括维护邻接信道表和从信道监控器获得信道监控数据，并将该邻接信道表传送给移动台的邻接信道管理器。移动台的切换控制方法为：在网络侧监测AP上的信道并获取信道监控数据；将所述信道监控数据传送给移动台；以及所述移动台至少根据本侧信息和所述信道监控数据确定是否需要切换或/和确定需要切换的目标AP。

Description

一种无线局域网及其移动台的切换控制方法

技术领域

本发明涉及无线局域网以及在无线局域网中移动台的切换控制方法。

背景技术

目前IEEE 802.11系列已成为无线局域网(WLAN)的标准，得到广泛的支持与应用，并出现了大规模企业覆盖组网、大型社区组网甚至城域组网的需求。在这种大型的WLAN网络中，需要部署大量的WLAN接入点设备(Access Point，AP)，不同的AP各覆盖特定的区域，并一起形成一个连续覆盖的大区域。因此，要求支持移动台(Mobile Terminal，MT)在该连续覆盖的区域内移动时能够从一个AP切换到另一个AP而保持业务的连续性。移动台切换的基本流程如下：

1、MT扫描无线信道。MT扫描各无线信道并进行相关指标测量，如场强测量，当MT要从一个AP切换到另一个AP时，将根据这些测试结果作为依据。例如，MT可以选择无线信道质量最佳的信道作为切换的目标AP。

2、发起重关联请求。MT向新的AP发起重关联请求，新的AP收到重关联请求后，必须使得系统将该MT切换之前与老的AP所建立的关联删除，然后再与该移动台建立新的关联。

3、新的关联建立后，该移动台相关数据业务流即通过新的AP所转发。同时，移动台还会继续扫描并测量其他的无线信道，以判断是否要切换到新的AP，和在需要切换时确定目标AP。

目前的WLAN网络除了支持一般的数据业务，还能支持流媒体、语音等业务。当MT切换时，必须尽可能地保证切换对业务的影响最小，最基本的要求是：

A、切换的时间要足够短，不引起业务中断；

B、尽可能使得切换后的业务质量应优于切换前的业务质量。

当一个WLAN网络涉及到多个AP组网时，移动台从一个AP移动到另一个AP，在网络侧完成相应接入控制存在两种方法：分布式处理方法和集中式处理方法。

如图1所示，在分布式处理方法中，所有的接入控制都是在AP上完成的，当一个移动台从一个AP移动到另一个AP时通过直接在这两个AP之间交互信息来完成切换。IEEEE P802工作组推荐使用IEEE 802.11f，802.11f定义了一个AP间通信的协议框架AP间通信协议IAPP(Inter-AP Protocol)。基于该协议，可以解决MT跨AP的切换问题。该方法定义了当一个MT关联到AP或重关联到AP涉及到的AP间交互过程，同时为了保证AP之间的安全通信，在基础设施上增加了一个针对IAPP服务的Radius服务器，AP在上电后首先要通过Radius协议，注册到Radius服务器。一个AP可以根据BSSID从Radius服务器上查找到对应的AP的IP地址，然后就可以基于IP层进行通信，通信加密材料也是从Radius Server获得的。为支持这些功能IEEE 802.11f对Radius协议做了许多扩展。

如图2所示，部分厂家提出了一种轻量级AP体系结构，即将AP上媒体访问控制(MAC)层部分功能集中到上一级的交换机(一般称为Wi-Fi交换机)或路由器(一般称为接入路由器AR)上去实现。IETF CAPWAP工作组对WLAN集中式架构作了总结，归结为三类架构：Remote MAC，SPLIT MAC，Local MAC，并将上一级的Wi-Fi交换机或接入路由器统称为接入控制器(AC)。Remote MAC即AP的MAC功能全部移到AC上实现，SPLIT MAC即指将对时间不敏感的部分MAC功能移到AC上实现，Local MAC是MAC层功能还是终结在AP，但受AC的管理控制。轻量级AP相当于SPLIT MAC架构，相关厂家已向IETF公开了一个轻量级AP协议LWAPP。

采用这种集中式架构，最大的好处是可以通过AC来对AP进行集中的管理与控制，特别是当处理移动台跨AP的切换时，AP只需要与AC进行交互，不要求AP之间直接的通信。在基于LWAPP协议的架构中，空口MAC层部分管理帧如关联请求、重关联请求等由AC直接处理，因此切换时的接入处理为AC功能实体内部的问题。

不管是分布式还是集中式架构，在WLAN网络中切换的判决都是由移动台根据本侧的信号强度来做出的，而且移动在扫描信道时要扫描所有的信道，需要占用较多的时间，因此，现有技术中移动台扫描所有信道和不综合信道的其他信息来决策切换的方法，可能会导致服务质量的下降(如导致某个AP发生拥塞而引起服务质量下降)，甚至引起业务不可用或业务中断等异常情况。

发明内容

本发明提供一种无线局域网及移动台的切换控制方法，以解决现有技术中移动台仅依据本侧的信息进行切换而影响业务的服务质量的问题。

一种无线局域网中移动台切换控制方法，所述无线局域网具有将移动台接入网络的接入点(AP)；该方法包括如下步骤：

在网络侧监测AP上的信道并获取信道监控数据；

将所述信道监控数据传送给移动台；以及

所述移动台根据本侧信息和所述信道监控数据确定是否需要切换或/和确定需要切换的目标AP。

在所述网络侧还维护与AP上的信道在空间覆盖区域相邻或/和相重叠的信道所组成的邻接信道表，并将该邻接信道表传送给移动台，移动台在进行信道扫描时仅扫描该邻接信道表中的信道。

一种无线局域网中移动台切换控制方法，包括如下步骤：

在网络侧维护与AP上的信道在空间覆盖区域相邻或/和相重叠的信道所组成的邻接信道表；

将所述邻接信道表传送给移动台；以及

所述移动台扫描该邻接信道表中的信道确定需要切换的目的AP。

一种无线局域网，包括移动台，将移动台接入网络的接入点(AP)；该无线局域网还包括信道监控器，用于在网络侧监测AP上的信道，并将信道监控数据传送给移动台；所述移动台根据本侧信息和所述信道监控数据确定是否需要切换或/和确定需要切换的目标AP。

所述无线局域网还包括邻接信道管理器，用于维护邻接信道表和将该邻接信道表传送给移动台。

本发明具有以下有益效果：

1、仅扫描邻接信道，减少了信道扫描所占用的时间，加快了切换速度。

2、可以综合网络侧信息及移动台侧信息进行切换决策，减少了盲目切换，支持网络负载均衡及保障切换前后业务质量(QoS)。

附图说明

图1为现有局域网的分布式体系结构示意图；

图2为现有局域网的集中式体系结构示意图；

图3A、图3B和图3C为本发明的无线局域网的示意图；

图4A为本发明实现信道监控器的原理图；

图4B为本发明实现邻接信道管理器的原理图；

图5为本发明中AP与AC交互的流程图。

具体实施方式

本发明在网络侧收集每个信道的信息，并把这些信息传送到移动台，当移动切换时综合移动侧的信息和网络侧的信息来做出切换判断。网络侧信道的信息包括每个信道的邻接信息表(即相邻信道集)、每个信道的负载及业务质量(QoS)支持能力、每个信道在AP侧的接收灵敏度及发射功率等信息。某信道的邻接信道表由所有与该信道在空间覆盖区域相邻或/和相重叠的信道信息所组成。

参阅图3A所示，在局域网的网络侧增加信道监控器，信道监控器负责监控AP上信道并获取信道监控数据。信道监控数据包括负载情况、信道接收灵敏度和发射功率等。其中，信道负载提供该信道总能力及目前负荷情况，包括：支持的总在线用户数、支持的总带宽、针对不同业务类型支持的最大用户数及已在线用户数。不同的业务类型根据采用的业务质量(QoS)标准分类来定义。信道监控器还监控信道工作状态，包括异常告警、故障等信息。

移动台扫描信道有两种方式：主动扫描和被动扫描。主动扫描即移动台发送探询请求(Probe Request)帧，等待AP响应探询请求响应(Probe Respose)。被动扫描则是被动收听AP发送的信标(Beacon)广播帧。网络侧信道监控数据通过Probe Response或/和Beacon帧传递到移动台。

当AP广播信标(Beacon)帧或向某移动台发送探询请求响应(ProbeResponse)时，从信道监控器获得信道负载、接收灵敏度、发射功率等数据并通过Beacon帧或Probe Response帧承载以传递到移动台。因此，移动台的切换控制装置在做切换决策时，不仅仅依赖于信号强度、信噪比等参数，还可以综合考虑信道负荷、AP侧发射功率及接收灵敏度等因素，从而可以避免大量的移动台切换到一个AP引起该AP阻塞。

参阅图3B所示，在局域网的网络侧增加邻接信道管理器，该邻接信道管理器负责生成和维护着每个信道的邻接信道表，并将邻接表传送到移动台。该邻接信道表中每一个表项包括：信道类型、信道号(或信道中心频点)。信道类型指遵循的物理层协议，包括802.11b信道、802.11g信道、802.11a信道、802.11n信道及其他厂家特有的非标准信道类型。

邻接信道表的生成依赖于信道之间相邻关系、信道属性值。两个信道相邻是指这两个信道在空间覆盖区域上存在重叠覆盖区域。信道属性值包含该信道静态信息和动态信息。静态信息包括信道类型、信道号、中心频率等。动态信息包括信道监控器收集的数据：包括正常工作时负载、接收灵敏度、发射功率或信道异常指示，如故障、告警等。传递到移动台的邻接信道表仅包含正常工作的相邻信道。信道之间相邻关系及信道属性值静态信息，可以由管理员根据网络规划进行配置或借助网络工具进行自动配置。

当一个移动台关联到AP时，AP将对应的邻接信道表通过关联响应帧传递到移动台的切换控制装置。这样，移动台的切换控制装置可以只扫描及测量邻接信道表中的信道，节省了信道扫描的时间。

当移动台没有从关联响应帧得到邻接信道表时，移动台将扫描合法的全部信道。

参阅图3C所示，在局域网的网络侧同时增加信道监控器和邻接信道管理器。邻接信道管理器集中维护了各对应信道的邻接信道表，信道监控器实时监控AP上空口信道的负载情况、接收灵敏度、发射功率等，获得信道监控数据。邻接信道表中每一个表项除了包括信道类型和信道号(或信道中心频点)外，还可包括对应的网络侧信道监测数据。

邻接信道管理器可通过查询方式获得信道监控器收集的信道监控数据；邻接信道管理器也可要求信道监控器周期性上报收集的信道监控数据。对于信道出现异常或故障，信道监控器立即上报邻接信道管理器。

在移动台侧，切换控制装置负责切换决策，当一个移动台接入到一个新的信道时，从网络获得新的邻接信道表并保存。切换控制装置周期性驱动信道扫描，扫描邻接信道表中对应的信道。移动台在进行信道扫描时，同时可获得网络侧信道监控器采集到的信道的负载情况、接收灵敏度、发射功率等信息。信道监控器向邻接信道管理器发送信道监控指示，携带信道使用状态信息，包括正常工作时信道的负载情况、接收灵敏度、发射功率以及信道相关异常情况，邻接信道管理器根据这些信息刷新信道属性值。

在图3C这种结构中，由于仅扫描邻接信道表的信道，不需要对所有潜在的合法信道进行扫描，减少了切换过程中信道扫描环节所占用的时间，同时在进行信道扫描中，除了传统的可以获得信号强度、信噪比，还可以获得网络侧的对应扫描信道的负载情况，因此，在做切换决策时，移动台的切换决策装置可综合考虑这些因素，做出最佳决策。

信道监控器实现原理如图4A所示，信道监控器与802.11MAC层之间，与物理层对应管理实体之间，与网管系统及与邻接信道管理器之间具有接口。当采用简单网络管理协议(SNMP)作为网管接口协议时，网管系统可通过SNMP与信道监控器交互，设置信道监控器相关参数及读取信道监控器相关信道的监控信息，这些参数和信息都以MIB的形式存储在信道监控器中。信道监控器参数设置包括：支持的总在线用户数、支持的总带宽、针对不同业务类型支持的最大用户数及已在线用户数。不同的业务类型根据采用的业务质量(QoS)标准分类来定义。

信道监控器可直接通过访问802.11 MAC层管理实体及物理层管理实体的MIB库获得对应信道的物理参数及MAC层参数，如接收灵敏度、发射功率、关联的用户(STA)数及对应的业务类型等。还可通过设置802.11 MAC层管理实体及物理层管理实体的MIB库的相应参数对测试对应信道及对应信道的处理装置。当移动台扫描信道时，802.11 MAC层从信道监控监控器获得对应信道的相关信息并通过Beacon帧或Probe Response帧传递到移动台。

邻接信道管理器实现原理如图4B所示，邻接信道管理器管理各个信道对应的邻接信道表。由网管系统根据网络规划配置各个信道对应的邻接信道表(网络规划时也可采用自动化工具自动生成邻接信道表)。同时，邻接信道管理器还可以实时从信道监控器中得到相关信道的相关信息。802.11MAC层从邻接信道管理器得到对应信道的邻接信道表并通过关联响应帧传递给移动台。

对于图3A和图3C所示的结构中，移动台可以仅在判断是否需要切换AP的时候综合本侧信息和信道监控数据，也可以仅在确定目标AP的时候才综合本侧信息和信道监控数据，当然，最佳方式是在判断是否需要切换当前AP和确定目标AP时都综合本侧信息和信道监控数据。

在应分布式网络架构(图1)中，信道监控器和邻接信道管理器可内置在AP上。在集中式网络架构(图2)，信道监控器内置在AP上，邻接信道管理器内置在接入控制器(AC)上；或者，信道监控器和邻接信道管理器都内置在AC上。

当移动台发送关联请求或重关联请求到AP时，关联响应帧或重关联响应帧将携带该关联或重关联对应信道的邻接信道表，移动台从关联响应帧或重关联响应帧中提取邻接信道表供移动台的切换控制装置使用。

当基于集中式架构，邻接信道管理器在AC上实施时，AP和AC之间的交互如图4所示：

1、AP在收到移动台的关联或重关联请求后，向AC发送连接请求。

2、AC收到连接请求后，若AC允许建立连接，则在回连接响应时携带邻接信道管理器产生的邻接信道表。

3、AP将从AC获得的邻接信道表通过关联响应或重关联响应传递给移动台。

在本发明中，移动台切换决策依据基于以下三个方面的综合，以确定是否切换，及切换的目标信道：

1、综合比较当前信道与邻接信道的移动台侧信号强度及误码率、网络侧接收灵敏度、发射功率。

2、综合比较当前信道与邻接信道的负载。

3、基于业务的服务质量QoS要求。

从上可知，本发明在网络侧维护邻接信息表和获取信道监控数据并传送给移动台，不仅减少了移动台切换时扫描信道所花费的时间，而且前还能利用这些网络侧的信息来辅助切换决策，因而能够保障切换前后的业务质量(QoS)。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种无线局域网中移动台的切换控制方法，所述无线局域网具有将移动台接入网络的接入点AP；其特征在于，该方法包括如下步骤：

在网络侧监测AP上的信道并获取信道监控数据；

将所述信道监控数据传送给移动台；以及

所述移动台至少根据本侧信息和所述信道监控数据确定是否需要切换或/和确定需要切换的目标AP。

2.如权利要求1所述的切换控制方法，其特征在于，在所述网络侧还维护与AP上的信道在空间覆盖区域相邻或/和相重叠的信道所组成的邻接信道表，并将该邻接信道表传送给移动台，移动台在进行信道扫描时仅扫描该邻接信道表中的信道。

3.如权利要求2所述的切换控制方法，其特征在于，在所述邻接信道表中还记录信道监控数据。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，通过关联响应或重关联响应帧将所述邻接信道表传送给移动台；或者，通过探询请求响应ProbeResponse或信标Beacon帧将所述信息监控数据传送给移动台。

5.一种无线局域网中移动台的切换控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

将所述邻接信道表传送给移动台；以及

所述移动台扫描该邻接信道表中的信道确定需要切换的目标AP。

6.如权利要求5所述的切换控制方法，其特征在于，通过关联响应或重关联响应帧将所述邻接信道表传送给移动台。

7.一种无线局域网，包括移动台，将移动台接入网络的接入点AP；其特征在于，还包括：

信道监控器，用于在网络侧监测AP上的信道，并将信道监控数据传送给移动台；

8.如权利要求7所述的无线局域网，其特征在于，还包括：

邻接信道管理器，与所述信道监控器连接，用于维护邻接信道表和从所述信道监控器获得信道监控数据，并将该邻接信道表传送给移动台。

9.如权利要求8所述的无线局域网，其特征在于，所述信道监控器和邻接信道管理器内置在所述AP中，或者，所述信道监控器和邻接信道管理器内置在无线局域网的接入访问控制器中，或者，信道监控器内置在所述AP中，邻接信道管理器内置在无线局域网的访问控制器中。

10.一种无线局域网，包括移动台，将移动台接入网络的接入点AP；其特征在于，还包括：

位于网络侧的邻接信道管理器，用于维护邻接信道表和将该邻接信道表传送给移动台；所述邻接信道表由与AP上的信道在空间覆盖区域相邻或/和相重叠的信道组成；

所述移动台扫描所述邻接信道表中的信道确定需要切换的目的AP。

11.如权利要求10所述的无线局域网，其特征在于，所述邻接信道管理器内置在所述AP中或内置在无线局域网的接入访问控制器中。