CN101835230B

CN101835230B - 一体化网络移动终端自动切换方法

Info

Publication number: CN101835230B
Application number: CN 201010120827
Authority: CN
Inventors: 王洪超; 苏伟; 张宏科; 邱峰; 董平; 郜帅
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2030-03-09
Also published as: CN101835230A

Abstract

本发明提供一种基于有限状态机的一体化网络移动终端自动切换方法。无线终端采用基于有限状态机的自动切换控制机制。当在一体化网络的无线环境中移动时，系统定时监控无线网络链路，通过接收不同输入事件触发相应的处理并进入下一个状态，实现终端的自动控制切换过程。在自动切换有限状态机机制的控制下，程序既支持自动接入与预扫描自动切换，手动接入与切换，又能支持在自动切换过程中手动干预切换。

Description

一体化网络移动终端自动切换方法

技术领域

本发明涉及一种利用网络的电数字通讯处理方法，尤其涉及一种基于标识的一体化网络移动终端接入与自动切换的方法。

背景技术

无线数据通信技术，以其通信速率高，接入便利，建网成本低、组网灵活、安装简便、建设周期短等优点，被解决方案提供商和运营商采纳，越来越多的融入了人们的生活。地铁、高速铁路、油田、电力等行业大规模部署无线网络，以此提高工作效率。同时，移动终端类型多种多样，包括手机终端、笔记本终端、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、掌上游戏机(PlayStationPortable，PSP)和X-BOX游戏机等。

无线数据通信技术由于其承载体的便携性，一方面被广泛应用，另一方面，由于移动过程中或者无线通信环境中的不确定因素过多，造成无线链路的不稳定。所以，人们不得不常常手动检测无线链路的质量和连接与否，并且自行连接其它无线接入点，对使用者造成很大的操作不便。

专利200510134579.1中提到一体化网络，为使用者提供一站式的接入与切换服务。一体化网络理论提出，统一现有异种网络终端设备，将其以统一的方式在网通层进行接入认证，保证终端和网络的双向安全，即保证只有合法的并且注册过的用户才能接入网络。同时，只有确定的网络才能提供网络接入服务，防止伪造网络对终端用户的欺骗和攻击。

专利文档1：200510134579.1。

发明内容

本发明的目的是提供一种一体化网络下移动终端自动切换的方法，其关注的接入和切换对象包括无线接入点与接入交换路由器(Access Switching Router，ASR)。当使用者利用无线终端在一体化网络的无线环境中移动时，定时监控无线网络链路，并根据无线链路情况和一体化网络情况，自动控制切换过程。

为了实现本发明的目的，引入了自动切换有限状态机(Automatic HandoverFinite State Machine，AHFSM)的自动切换控制方法。AHFSM采用事件驱动状态模型，将自动切换流程中每一步操作的结果作为事件输入，引起AHFSM状态的变化和下一步动作的执行。

根据引入的AHFSM的自动切换控制方法，移动终端整个接入与切换的基本步骤如下：

步骤一：AHFSM初始化；

步骤二：监测网络；

步骤三：触发扫描并且进行扫描，获取周边接入点的所有信息；

步骤四：选择最佳接入点；

步骤五：触发切换并且链路接入；

步骤六：接收网关通告报文；

步骤七：解析报文；

步骤八：执行网关接入；

步骤九：进行一体化网络终端认证；

步骤十：周期性发送认证更新报文；

步骤十一：重复步骤二。

上述移动终端的整个接入与切换步骤，共涉及五个状态，每一个状态代表移动终端接入与切换流程的进度，是接入与切换流程中一个阶段的行为总和反映。五个状态如下：

(1)Idle，空闲状态，AHFSM初始化或者切换停止后处于该状态，等待切换开始事件或者手动切换事件。

(2)Scan，扫描状态，仅在Wi-Fi终端第一次接入ASR时处于该状态，反映Wi-Fi终端已经开始扫描周边无线接入点(AP，Access Point)，并更新AP拓扑结构图。

(3)AsrRecv，与ASR通信状态，反映Wi-Fi终端已经接入AP，开始等待接收来自ASR的通告消息。

(4)AuthStart，认证状态，反映Wi-Fi终端已经解析完毕ASR的接入标识，开始认证过程。

(5)Monitor，监测状态，该状态为AHFSM中最重要的状态，反映Wi-Fi终端已经通过认证，开始监测信号质量过程。

根据上述移动终端的接入与切换步骤，本发明设计了5类共16个事件，如表1所示。其中，每一个事件都代表一系列相关动作执行的结果，包括正常结果和异常结果。16个事件详细分类如下：

(1)外部触发事件：

切换开始①：用户启动自动切换流程。

手动接入ASR

用户启动手动切换流程。

切换停止

用户终止切换流程。

(2)正确流程触发事件：

得到正确扫描结果⑧：扫描周边AP后，成功更新AP拓扑结构图，并选择出最佳接入点。

接收到ASR通告⑨：终端成功从ASR获得通告消息，并解析出ASR接入标识。

认证通过

：如字面含义，终端成功通过认证服务器的认证过程。

(3)定时器超时触发事件：

ASR通告接收定时器超时③：终端未能在设定时间内从ASR获得通告消息。

认证通过定时器超时④：终端未能在设定时间内通过认证服务器的认证。

监测定时器超时⑤：终端周期性的获取无线链路信号质量信息。

认证保活定时器超时⑥：终端周期性的向认证服务器发送保活消息。

扫描限制定时器超时②：终端解除扫描限制。

(4)监测过程触发事件：

信号质量低于扫描阈值

信号质量低于切换阈值

(5)异常事件：

得到错误扫描结果⑦：终端未能完成扫描，或者未扫描到任何AP，或者未选择出符合要求的AP。

接收到同一ASR通告⑩：终端解析到的ASR接入标识同已连接的ASR接入标识相同，即要切换的ASR仍为原ASR。

异常

保留扩充事件，指终端在切换流程中遇到的各种不正常结果，或者程序代码中的错误。

表1：AHFSM中的16个事件

为了准确控制自动切换流程中的定时操作，在AHFSM中设计了5个定时器：

1)接收ASR通告定时器：避免切换程序在“接收ASR通告”步骤阻塞。

2)认证定时器：设定认证时限，避免切换程序在终端向认证服务器认证阶段阻塞。

3)监测定时器：控制终端周期性的监测无线链路信号质量。

4)认证保活定时器：保证ASR监控终端一直连接在该区域。

5)扫描限制定时器：避免短时间内无线网卡反复扫描周边AP而导致正常通信长期中断。

为了尽可能减小切换对无线数据通信造成的影响，AHFSM中引入双阈值触发切换算法，关联AP的信号强度(Received Signal Strength Indicator，RSSI)值判决触发：设定扫描阈值(Scan Thresh，SThresh)与切换阈值(Handover Thresh，HThresh)，分别作为扫描和切换的触发比较条件。

在无线设备驱动允许的时间颗粒范围内周期性获取RSSI值，并进行RSSI值与扫描阈值与切换阈值的判决比较。该方式下判决触发处理如下：

当RSSI值低于扫描阈值，且高于切换阈值时，检查上次扫描时间，如果满足相邻扫描最小时间间隔，则进行扫描更新AP可用列表。如果距上次扫描时间间隔太短，则继续进行监测过程。

如果RSSI低于切换阈值，则进行切换过程。

如果RSSI高于扫描阈值，则继续进行监测过程。

自动切换程序运行中的定时器时间值可以由终端用户自行设定。

在运行自动切换程序步骤之前，终端用户可以根据实际情况选择单网卡切换或者双网卡切换。如果选择双网卡切换切换模式，终端用户可以进一步选定主通信网络设备。

在自动切换程序运行中，终端用户可以在任意某个切换状态下停止切换程序，并手动选取某个ASR重新开始接入切换。

本发明的有益效果在于：

1.可以根据无线链路情况和一体化网络情况，无须人工干预，自动控制完成无线接入点和接入交换路由器的接入过程和对两者的切换过程，为使用者提供一站式服务。

2.使用者可以根据个人情况或喜好，自行选择无线接入点，由本发明自动控制完成切换过程。

3.由于网络环境不同，切换各阶段运行时间也不同，本发明通过运行之前自行设定各阶段的定时器时长，从而能够适应复杂繁多的网络环境。

附图说明

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。

图1是一体化网络移动终端自动切换有限状态机的状态转移图。

图2是移动终端接入一体化网络示意图。

图3是移动终端切换一体化网络示意图。

具体实施方式

实施例一

图2所示为移动终端接入一体化网络的主要步骤。结合图1，对该接入过程进行如下的详细说明：

步骤1-1：AHFSM初始化为Idle状态。

步骤1-2：使用者外部触发HANDOVER_START事件①，AHFSM进入Scan状态，并进行扫描操作。

步骤1-3：对扫描结果进行筛选，获取最优接入点。

步骤1-4：如果存在最优接入点，则移动终端触发RIGHT_RESULT事件⑧，进行链路层接入最优接入点操作，AHFSM进入AsrRecv状态；如果不存在最优接入点，则移动终端触发BAD_RESULT事件⑦，AHFSM进入Idle状态。

步骤1-5：设定ASR通告接收定时器，等待接收网关组播通告报文。

步骤1-6：如果在设定时间内接收到网关组播通告报文，则移动终端触发RECV_ASR_MSG事件⑨，解析报文，并获取接入交换路由器的接入标识；如果在设定时间内未接收到网关组播通告报文，则移动终端触发RECV_TIMER_OUT事件③，选取次优接入点为最优接入点，执行步骤1-5。

步骤1-7：如果解析报文正确，并获得新的接入交换路由器的接入标识，则执行步骤1-8；如果解析报文错误，则移动终端触发ERROR_NOTICIFICATION事件停止所有错误，AHFSM进入Idle状态；如果解析报文正确，但是获得的接入交换路由器的接入标识同旧的接入标识相同，则移动终端触发RECV_SAME_ASR_MSG事件⑩，AHFSM进入Monitor状态。

步骤1-8：移动终端执行接入网关ASR操作，AHFSM进入AuthStart状态。

步骤1-9：设定认证定时器，移动终端执行一体化网络终端认证过程。

步骤1-10：如果在设定时间内通过认证后，周期性发送认证更新报文，AHFSM进入Monitor状态；如果在设定时间内未通过认证过程，则移动终端触发AUTH_PASS_TIMER_OUT事件④，关闭所有操作，AHFSM进入Idle状态。

实施例二：

图3所示为移动终端切换一体化网络的主要步骤，假设终端已经完成实施例一中的接入过程。结合图1，对切换过程进行如下的详细说明：

步骤2-1：AHFSM初始于Monitor状态。

步骤2-2：移动终端设定监测定时器和认证保活定时器。

步骤2-3：如果监测定时器超时，则移动终端触发MONITOR_TIMER_OUT事件⑤，获取无线链路当前连接信号强度。

步骤2-4：如果认证保活定时器超时，则移动终端触发AUTH_KEEPALIVE_TIMER_OUT事件⑥，发送认证保活报文。

步骤2-5：如果无线链路当前连接信号强度低于触发扫描值，则移动终端触发LOW_LEVEL_WARN事件执行扫描操作。

步骤2-6：对收集到的无线接入点进行排序，选择最佳接入点。

步骤2-7：如果无线链路当前连接信号强度低于切换阈值，则移动终端触发LOW_LEVEL2 WARN事件

执行步骤2-8。

步骤2-8：如果存在最优接入点，则移动终端进行链路层接入最优接入点操作，AHFSM进入AsrRecv状态；如果不存在最优接入点，则移动终端触发BAD_RESULT事件⑦，AHFSM将继续保持在Monitor状态，同时移动终端将重设监测定时器和认证保活定时器，执行步骤2-3。

步骤2-9：设定ASR通告接收定时器，等待接收网关组播通告报文。

步骤2-10：如果在设定时间内接收到网关组播通告报文，则移动终端触发RECV_ASR_MSG事件⑨，解析报文，并获取接入交换路由器的接入标识；如果在设定时间内未接收到网关组播通告报文，则移动终端触发RECV_TIMER_OUT事件③，选取次优接入点为最优接入点，执行步骤2-9，如果在设定时间内仍未接收到网关组播通告报文，则移动终端触发ERROR_NOTICIFICATION事件

AHFSM进入Idle状态。

步骤2-11：如果解析报文正确，并获得新的接入交换路由器的接入标识，则执行步骤2-12；如果解析报文错误，则移动终端触发ERROR_NOTICIFICATION事件

停止所有错误，AHFSM进入Idle状态；如果解析报文正确，但是获得的接入交换路由器的接入标识同旧的接入标识相同，则移动终端触发RECV_SAME_ASR_MSG事件⑩，AHFSM进入Monitor状态。

步骤2-12：移动终端执行接入网关ASR操作，AHFSM进入AuthStart状态。

步骤2-13：设定认证定时器，移动终端执行一体化网络终端重新认证过程。

如果在设定时间内通过认证后，周期性发送认证更新报文，AHFSM进入Monitor状态；如果在设定时间内未通过认证过程，则移动终端触发AUTH_PASS_TIMER_OUT事件④，关闭所有操作，AHFSM进入Idle状态。

Claims

1.一种一体化网络移动终端自动切换方法，该切换方法基于自动切换有限状态机，其特征在于，所述有限状态机包括5个状态，5类输入事件和5个定时器；所述状态包括：空闲状态、扫描状态、与接入交换路由器通信状态、认证状态、监测状态；所述输入事件分为：外部触发事件、正确流程触发事件、定时器超时触发事件、监测过程触发事件、异常事件；所述定时器包括：接收接入交换路由器通告定时器、认证定时器、监测定时器、认证保活定时器、扫描限制定时器；所述切换方法包括以下步骤：

步骤一：有限状态机初始化；

步骤二：监测网络；

步骤四：选择最佳接入点；如果存在最优接入点，则移动终端进行链路层接入最优接入点操作，有限状态机AHFSM进入与接入交换路由器通信AsrRecv状态；如果不存在最优接入点，则有限状态机AHFSM进入空闲Idle状态；

步骤五：设定接入交换路由器ASR通告接收定时器，等待接收网关组播通告报文；

步骤六：如果在设定时间内接收到网关组播通告报文，则移动终端解析报文，并获取接入交换路由器的接入标识；如果在设定时间内未接收到网关组播通告报文，则移动终端选取次优接入点为最优接入点，执行步骤五；

步骤七：如果解析报文正确，并获得新的接入交换路由器的接入标识，则执行步骤八；如果解析报文错误，则移动终端停止所有错误，有限状态机AHFSM进入空闲Idle状态；如果解析报文正确，但是获得的接入交换路由器的接入标识同旧的接入标识相同，则移动终端有限状态机AHFSM进入监测Monitor状态；

步骤八：移动终端执行接入网关ASR操作，有限状态机AHFSM进入认证AuthStart状态；

步骤九：设定认证定时器，移动终端执行一体化网络终端认证过程；

步骤十：周期性发送认证更新报文；

步骤十一：重复步骤二；

所述步骤一中设定切换过程中5个定时器时间值；

所述步骤二包含双阈值切换机制，该机制设定了扫描阈值与切换阈值，如果信号值低于切换阈值，则进行切换过程；如果信号值高于扫描阈值，则继续进行监测过程；

所述步骤二中扫描终端网络设备；

所述步骤二中设定切换模式，用户根据扫描到的网络设备信息，手动选择切换模式为单网卡切换模式或者双网卡切换模式；

终端用户能够中断任何状态下的自动切换有限状态机，扫描无线链路环境中的接入点，手动选择接入交换路由器接入，进入触发切换并且链路接入的步骤。