CN101483894B - 一种无线局域网的快速切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线局域网的快速切换方法，接入点在发送的信标帧中包含相邻接入点使用的信道、SSID(业务组标识)以及BSSID(基本业务组标识)信息；移动台接收并存储信标帧中的目标接入点的信息，在切换条件满足时，将此信息作为切换时选择目标接入点的参考。移动台优先在该信息指定的信道上搜索信标帧或发送探询请求帧，并根据信标帧或探询响应帧的RSSI(接收信号质量指示)来选择下一个要切换的接入点。通过本发明的快速切换算法，移动台不需要对所有的无线局域网信道进行扫描，大大降低了切换的时延。

Description

一种无线局域网的快速切换方法
技术领域
本发明涉及一种无线局域网的快速切换方法，属于通信系统中数据传输领域。
背景技术
无线局域网由于传输速率快、架设简单、造价低廉，在日常办公、家庭应用以及一些工程项目中得到了广泛的应用。无线局域网标准由IEEE802.11无线局域网工作组定义，于1997年6月公布该标准，它是第一代无线局域网标准之一。该标准定义物理层和媒质访问控制(MAC)规范，允许无线局域网及无线设备制造商建立互操作网络设备。802.11标准中物理层定义了数据传输的信号特征和调制。在该标准中RF(射频)传输标准是跳频扩频(FHSS)和直接序列扩频(DSSS)，工作在2.4000～2.4835GHz频段。此后又相继公布了802.11a和802.11b，这两个标准是对802.11的补充，其中802.11a工作频段为5GHz，数据传输速率最高可达54Mbit/s。802.11b对2.4GHz高速物理链路层进行补充描述和规定，提高了数据传输速率可达11Mbit/s。2000年，IEEE成立专门工作组TGg对802.11g进行标准化工作。目的是为了用户获得更高的数据速率服务，它后向兼容802.11b，前向兼容802.11a；采用正交频分复用(OFDM)技术，提供额外的CCK-OFDM和PBCC-22技术，有利于提供多模WLAN的产品。该标准在2003年正式批准实施。
另外，802.11e致力于MAC层协议的改进，以支持多媒体传输。802.11h正在对动态信道选择和发射功率控制标准化。802.11i致力于改善网络的安全性，主要也是对MAC层进行修改。
而802.11-2007标准则集成了以上的标准以及其它一些标准和内容，并作了一些修订和增强，例如进行了数据链路的安全性方面的改进等。
以上这些标准主要制定了无线局域网传输的物理层和媒质接入控制层方面的规范，对于移动台或终端如何在无线接入点(无线AP，Access Point)之间进行切换却没有作具体的规定。但802.11-2007标准规定了同步、鉴权、关联以及重关联的过程，根据协议无线局域网的切换过程由以下三个过程组成：
1.扫描过程
扫描过程根据扫描模式的不同又分成被动扫描和主动扫描两种。其中，被动扫描模式下，终端依次在无线局域网的信道上检测信标帧(BeaconFrame)是否存在，信标帧通常以100ms左右的周期发送。终端接收到Beacon帧后，根据信标帧的参数完成与AP的同步。
在主动扫描模式下，终端为了探测某信道上是否有AP存在，主动发送Probe Request Frame(探询请求帧)，当AP接收到Probe Request Frame后，会发送一个Probe Response Frame(探询响应帧)给该移动台。该移动台根据Probe Response Frame的参数完成与AP的同步。
被动扫描过程的优点是比较节电，缺点则是扫描的时延比较长。主动扫描则相反，在实际的无线局域网网络中，切换通常采用主动扫描过程。
无论是被动扫描还是主动扫描模式，终端都需要依次对每个信道进行检测，而在中国，无线局域网802.11g标准中总共规定了11个信道，因此，这个过程耗时比较长。
2.鉴权过程
在鉴权阶段，移动台与上一阶段发现的最佳的AP进行鉴权。但是802.11标准没有要求鉴权之后立即进行关联，也没有要求鉴权必须在信道扫描之后立即进行。因此，一些设备商在其产品中采用了预鉴权机制，例如扫描过程和预鉴权过程紧接着进行以及基于IAPP(Inter-Access Point Protocol，接入点互操作协议)的预鉴权方法。在第一种机制中，移动台在扫描周期结束后立即与新AP进行鉴权，以加快建立重关联的速度。第二种机制则更快，当移动台与ESS(Extended Service Set，扩展业务集)的第一个AP建立关联时就开始进行鉴权。此时IAPP通过分布式系统将鉴权信息发送给ESS的所有AP。因此，当需要进行重关联时，由于移动台与ESS所有的AP都已经完成了鉴权，不再需要鉴权过程。基于IAPP的预鉴权机制甚至可以在扫描阶段之前就进行，因此，它对切换的延时不会造成影响。
3.重关联过程
重关联过程指将关联从一个AP传到另一个AP的过程。一旦移动台与新的AP鉴权通过，重关联过程就可以进行。如图1所示，重关联过程由以下五个步骤组成：
(1)移动台向新AP发出重关联请求信号
(2)新AP向移动台发送重关联响应信号
(3)新AP向旧AP发送切换请求信号
(4)旧AP向新AP回答切换响应信号
(5)新AP向移动台发送缓冲的数据帧(可选)
重关联是移动台与新的AP建立连接的信令接续过程，是切换的最后一个阶段，它的延时基本没有改进的余地。
主动扫描方式的无线局域网切换过程如图2所示。
被动扫描时的无线局域网切换过程如图3所示。
从以上的描述可以看出，无线局域网的切换延时主要受扫描过程的扫描延时(被动扫描模式)或探询延时(主动扫描模式)影响，而扫描过程或探询过程通常需要逐个对无线局域网的所有信道进行检测，以一个信道扫描需要200ms为例，11个无线局域网信道扫描一遍需要2.2s，这个切换扫描时间对某些应用来说太长了。
发明内容
本发明的目的在于避免上述现有技术的不足针对无线局域网的切换过程，提供一种无线局域网快速切换的方法。
本发明的目的可以通过以下步骤来实现：
1、接入点按照一定的时间间隔发送信标帧；
2、移动台接收并存储信标帧中的相邻接入点的信息；
3、判断移动台是否满足切换条件，采用主动扫描或被动扫描；
4、移动台依次扫描接入点信息列表中的相邻接入点；
5、如果相邻接入点信标帧的信号强度超过一定的门限S，停止扫描，选择该相邻接入点作为目标接入点；
如果所有候选目标接入点的RSSI都低于门限S，则选择信标帧的RSSI最强的接入点作为目标接入点；
6、移动台与目标接入点进行鉴权；
7、移动台向目标接入点发送重关联信号，当移动台接收到重关联响应信号，并且重关联建立成功时，切换成功完成。
所述的相邻接入点信息包括相邻接入点的数量、每个相邻接入点使用的信道、业务组标识、基本业务组标识。
所述的相邻接入点信息按照优先级顺序排列，排在前面的接入点具有高的优先级。
所述的采用被动扫描的方式为，移动台在接收到信息的信道上搜索相邻小区的信标帧，并获取该信标帧内的SSID及BSSID，如果SSID及BSSID与存储的信息相符，则将该接入点作为切换的候选目标接入点；
如果所有候选目标接入点的RSSI都低于门限S，则选择信标帧的RSSI最强的接入点作为目标接入点。
所述的采用主动扫描的方式为，移动台在接收到信息的信道上发送探询请求帧，并在规定的相应时间内接收探询响应帧，并获取该探询响应帧包含的SSID及BSSID，如果SSID及BSSID与存储的信息相符，则将该接入点作为切换的候选目标接入点；
如果所有候选目标接入点的RSSI都低于门限S，则选择探询响应帧的RSSI最强的接入点作为目标接入点。
按照相邻接入点优先级高低的方式在所述接收信息的信道上搜索相邻小区的信息帧，只要搜索到相邻接入点的信息，且该相邻接入点信标帧的信号强度超过一定的门限S，就停止扫描，选择该相邻接入点作为目标接入点。
按照相邻接入点优先级高低的方式在相邻接入点所使用的信道上发送探询请求帧，如果在随后的规定时间内，接收到探询响应帧的信息，且该相邻接入点的探询响应帧的信号强度RSSI超过一定的门限S，选择该相邻接入点作为目标接入点。
本发明的优点为：
通过本发明的快速切换算法，移动台不需要对所有的无线局域网信道进行扫描，大大降低了切换的时延。
附图说明
图1无线AP重关联过程
图2主动扫描时的无线局域网切换过程
图3被动扫描时的无线局域网切换过程
图4本发明实施方式无线局域网快速切换方法的流程图。
具体实施方式
在无线局域网协议中，规定了信标帧以一定的时间间隔近似周期地进行发送，信标帧的内容如表一所示：
表一、信标帧的内容
序号 信息 备注
1 时间戳
2 信标间隔
3 能力
4 业务组标识(SSID)
5 支持的速率
  6   跳频参数集   跳频参数集信息位于采用跳频物理层的信标帧中
  7   直接扩频参数集
  8   CF(无竞争)参数集   CF参数集位于支持PCF方式的AP产生的信标帧中
  9   独立基本业务组(IBSS)参数集   IBSS参数集信息的信元位于IBSS网络中的工作站产生的信标帧中
  10   业务指示映射(TIM)   业务指示映射的信息元位于AP产生的信标帧中
  11   国家
  12   跳频参数
  13   跳频图案表
  14   功率约束
  15   信道交换声明
  16   静默
  17   IBSS动态频率选择(DFS)
  18   发射功率控制报告
序号 信息 备注
  19   ERP(扩展码率物理层)信息
  20   扩展支持速率
  21   鲁棒安全网络
  22   BSS负荷
  23   增强的动态信道接入参数集
  24   业务质量(QoS)能力
  最后   厂商自定义
如前所述，无线局域网的切换要求移动台对无线局域网的信道依次进行信标帧的扫描或进行探询发送，而无线局域网的协议机制又不允许移动台在接收本小区AP的信息的同时接收相邻小区AP的信息，因此切换的时间比较长，在本发明中，接入点在发送的信标帧中包含相邻接入点列表信息，列表信息包括相邻接入点个数，使用的信道、SSID(业务组标识)以及BSSID(基本业务组标识)。移动台接收并存储信标帧中的目标接入点的信息，在切换条件满足时，将此信息作为切换时选择目标接入点的参考。信标帧加入相邻接入点列表信息后的形式如表二所示。
表二加入相邻接入点信息后的信标帧结构
  序号  信息   备注
  25  相邻接入点数量n
  26  相邻接入点1信息，包括相邻接入点1所使用的信道、SSID、和BSSID
  …  …
  25+n  相邻接入点n信息，包括相邻接入点n所使用的信道、SSID、和BSSID
  最后  厂商自定义
所包含的相邻接入点的信息按优先级顺序排列，排在前面的接入点具有更高的优先级。例如，表三中的优先级排列为：相邻接入点1＞相邻接入点2＞…＞相邻接入点n，其中n为表中的相邻接入点数量。
如图4所示，移动台在接收到此信标帧后，存储信标帧中的相邻接入点信息。然后移动台周期性地对相邻接入点信息列表中的相邻接入点进行被动或主动扫描。与现有方法不同的是：移动台仅仅在该信息指定的信道上进行搜索或发起探询请求帧，这样可以避免移动台在所有信道上挨个去寻找新的AP。移动台在搜索到相邻接入点的信标帧或接收到相邻接入点的探询响应帧后，检查接收信号中的SSID和BSSID是否与储存的信息一致。如果一致，判断该相邻接入点的信标帧或探询响应帧的信号强度RSSI是否超过一定的门限S。如果RSSI超过了S，就选择此相邻接入点作为切换的目标接入点，并停止扫描过程，进入下一步的鉴权和重关联过程；如果RSSI没有超过S，则对相邻接入点信息列表中的下一个接入点重复以上过程，直到找到合适的切换目标接入点。如果相邻接入点信息列表中所有接入点其RSSI均没有超过S，则选择RSSI最高的相邻接入点作为切换的目标接入点。

Claims (7)

1.一种无线局域网的快速切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)接入点按照一定的时间间隔发送信标帧；
2)移动台接收并存储信标帧中的相邻接入点的信息；
3)判断移动台是否满足切换条件，采用主动扫描或被动扫描；
4)移动台依次扫描接入点信息列表中的相邻接入点；
5)如果相邻接入点信标帧的信号强度超过一定的门限S，停止扫描，选择该相邻接入点作为目标接入点；
如果所有候选目标接入点的RSSI都低于门限S，则选择信标帧的RSSI最强的接入点作为目标接入点；
6)移动台与目标接入点进行鉴权；
7)移动台向目标接入点发送重关联信号，当移动台接收到重关联响应信号，并且重关联建立成功时，切换成功完成。
2.如权利要求1所述的一种无线局域网的快速切换方法，其特征在于：所述的相邻接入点信息包括相邻接入点的数量、每个相邻接入点使用的信道、业务组标识、基本业务组标识。
3.如权利要求1所述的一种无线局域网的快速切换方法，其特征在于：所述的相邻接入点信息按照优先级顺序排列，排在前面的接入点具有高的优先级。
4.如权利要求1所述的一种无线局域网的快速切换方法，其特征在于：所述的采用被动扫描的方式为，移动台在接收到信息的信道上搜索相邻小区的信标帧，并获取该信标帧内的业务组标识SSID及基本业务组标识BSSID，如果SSID及BSSID与存储的信息相符，则将该接入点作为切换的候选目标接入点；
如果所有候选目标接入点的RSSI都低于门限S，则选择信标帧的RSSI最强的接入点作为目标接入点。
5.如权利要求1所述的一种无线局域网的快速切换方法，其特征在于：所述的采用主动扫描的方式为，移动台在接收到信息的信道上发送探询请求帧，并在规定的相应时间内接收探询响应帧，并获取该探询响应帧包含的SSID及BSSID，如果SSID及BSSID与存储的信息相符，则将该接入点作为切换的候选目标接入点；
如果所有候选目标接入点的RSSI都低于门限S，则选择探询响应帧的RSSI最强的接入点作为目标接入点。
6.如权利要求4所述的一种无线局域网的快速切换方法，其特征在于：按照相邻接入点优先级高低的方式在所述接收信息的信道上搜索相邻小区的信息帧，只要搜索到相邻接入点的信息，且该相邻接入点信标帧的信号强度超过一定的门限S，就停止扫描，选择该相邻接入点作为目标接入点。
7.如权利要求5所述的一种无线局域网的快速切换方法，其特征在于：按照相邻接入点优先级高低的方式在相邻接入点所使用的信道上发送探询请求帧，如果在随后的规定时间内，接收到探询响应帧的信息，且该相邻接入点的探询响应帧的信号强度RSSI超过一定的门限S，就停止扫描，选择该相邻接入点作为目标接入点。
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