CN101977423B - 一种车载WiFi设备选择访问点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种车载WiFi设备选择访问点的方法，属于通信领域，首先通过车辆周期性地对其周围AP的信号强度进行探测，得到周围AP的信号强度，对每个具备符合规定数目探测记录的AP，将探测到的AP信号强度值转换为距离值，进一步对AP的位置进行预估，得到AP的预测坐标，然后根据AP的预测坐标计算AP的相遇连接时间，最后选择相遇时间最长的AP进行关联。本发明选择访问点的方法能够降低车载WiFi设备访问数据传输的断线次数和丢包率，提高数据传输的稳定性。

Description

一种车载WiFi设备选择访问点的方法

技术领域

本发明属于通信领域，是一种车载WiFi设备的应用方法，具体涉及一种车载WiFi设备选择访问点的方法。

背景技术

机会网络(opportunistic networks)是近年来出现的一种新型网络类型。在机会网络中，网络节点被分割成多个孤立的连通区域，源节点和目的节点之间可能不存在一条端到端的路径，节点移动使得节点与其它节点相遇而形成通信机会，数据随着节点的移动和在移动节点之间的转发而实现传输。这类网络的特点是虽然传输延迟较大，但数据传输成本低，特别适用在不易架设网络基础设施的环境。

随着IEEE802.11技术的成熟，相关通信设备的不断涌现，无线访问点(AccessPoint，简称AP)在城市中的覆盖度也越来越高，通常把使用80211协议的设备称为WiFi(Wireless Fidelity)设备。基于WiFi通信技术的研究成为一大热点，并逐渐延伸到多个领域。WiFi通信以其组网方便、传输速率高、费用低廉等优点，在车载通信应用方面也获得了大量关注，研究人员进行了一系列的科学实验。

在机会网络实际部署应用时，WiFi作为节点间的基础通信信道，对整个网络的性能有着决定性的作用，而目前WiFi在使用过程还存在AP扫描速度慢，关联过程的时间长，AP切换速度慢等问题，以使得车载WiFi设备访问数据传输的断线次数和丢包率比较高，数据传输不稳定。因此优化WiFi设备的快速连接和切换性能，使之更适合基于WiFi车辆的机会网络环境应用，对于提高基于WiFi设备的机会网络性能有着重要的意义。

发明内容

本发明提出了一种车载WiFi设备选择访问点的方法，该方法通过监测接收到的AP信号强度(Received Signal Strength Indicator，简称RSSI)的变化趋势来预测车辆与AP相遇连接时间，通过选择相遇连接时间最长的AP进行连接，减少车载WiFi设备访问数据传输的断线次数和丢包率，提高数据传输的稳定性。

一种车载WiFi设备选择访问点的方法，包括如下步骤：

步骤1：AP信号强度探测。车辆周期性的对其周围AP的信号强度进行探测，记录并保存探测结果，所述的探测结果为三元组信息记录(RSSI， MAC address，T)，其中，RSSI为AP的信号强度，MAC address为MAC(Media AccessControl，介质访问控制)地址，T为探测时刻。

步骤2：对同一MAC地址的信息记录条数进行统计，如果m大于设定的阈值，则执行步骤3，否则转步骤1继续执行，其中，m表示同一MAC地址的信息记录条数。所述的设定的阈值为正整数。

步骤3：根据探测到的AP信号强度信息对周围AP位置进行预估，得到AP的预测坐标(a，b)。

步骤3所述的AP的预测坐标(a，b)具体通过以下过程得到：

1)将具有相同MAC地址的三元组记录按时间T_i大小顺序排列，并取最近n次的探测结果的信号强度和时间得到(R₁，T₁)…(R_i，T_i)…(R_n，T_n)，其中，T_i+1＞T_i，1≤i≤n，3≤n≤5，R_i为车辆WiFi设备接收到的AP信号强度，T_i为记录的探测时刻；

2)根据转换公式将信号强度值转换为距离值，其中转换公式为：

$d_i={10}^{\frac{-43.4-R_i}{20}}---\left(1\right)$

3)对n个探测结果两两组合，计算AP的预测位置：

$a_{\mathrm{ij}}=\frac{{d_j}^2-{d_i}^2+{{\mathrm{\Δ}}_i}^2-{{\mathrm{\Δ}}_j}^2}{2({\mathrm{\Δ}}_j-{\mathrm{\Δ}}_i)}---\left(2\right)$

其中，参数Δ_i＝(T_i-T₁)×v，v表示当前车速，a_ij为(R_i，T_i)(R_j，T_j)组合得到的AP预测位置值的横坐标，1≤i≤n，1≤j≤n，i≠j。

4)对所有的a_ij取算术平均值得到AP预测坐标的横坐标a，即：

$a=\frac{1}{C_n^2}\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{ij}}---\left(3\right)$

其中 $C_n^2=n\×(n-1)/2.$

计算AP预测坐标的纵坐标b：

$b=\left\{\begin{array}{cc}\sqrt{{d_1}^2-{(a-{\mathrm{\&Delta;}}_1)}^2}& ({d_1}^2-{(a-{\mathrm{\&Delta;}}_1)}^2\&GreaterEqual;0)\\ 0& ({d_1}^2-{(a-{\mathrm{\&Delta;}}_1)}^2<0)\end{array}\right.---\left(4\right)$

步骤4：根据预测坐标(a，b)计算AP的相遇连接时间TC。

$\mathrm{TC}=\frac{(\sqrt{{130}^2-b^2}+a)}{v}---\left(5\right)$

步骤5：选择合适的AP进行关联。

1)如果当前未关联AP，则从步骤4中得到相遇连接时间的AP中，选择相遇连接时间最长即TC值最大的AP进行关联；

2)如果当前已关联AP，则从步骤4中得到相遇连接时间的AP中，首先选择信号强度比当前已关联的AP强的AP，再在已选择的AP中选择大于当前已关联AP的相遇连接时间，且相遇连接时间最长的AP进行关联；

步骤6：是否继续AP探测，若继续探测转步骤1执行，若不继续探测，结束本次AP的选择。

步骤2中所述的设定的阈值优选取值为3。

本发明一种车载WiFi设备选择访问点的方法的优点与积极效果在于：

(1)本发明的方法中，采用实时AP探测技术，能够根据AP信号强度实时预测车辆在行进道路周围的AP可持续连接时间，有助于提高数据传输的稳定性；

(2)根据AP可持续时间可以找到当前可用AP连接时间最长的AP，减少AP切换次数，减少车载WiFi设备数据传输的断线次数和丢包率。

附图说明

图1为本发明实施例中车辆对AP的信号强度进行探测的示意图；

图2为本发明实施例中车辆扫描AP过程示意图；

图3为本发明的选择访问点的方法步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明的相遇连接时间预测作进一步的详细说明。

在本实施例中，车辆以20米每秒的速度v经过两个路边的未知AP，分别称为A和B。如图1所示，车辆对两个AP的的信号强度进行探测，车辆扫描时间间隔为0.5秒，设车辆以速度v沿x轴正向行驶，在t_i(i＝1，2…)时刻测量访问点A和访问点B的RSSI值s_Ai(i＝1，2…)和s_Bi(i＝1，2…)，分别得到一系列样本(s_Ai，t_i)和(s_Bi，t_i)。

一种车载WiFi设备选择访问点的方法，如图3所示，包括如下步骤：

步骤一：车辆周期性的扫描AP，将探测到的AP信号强度、MAC地址和探测时间记录下来，并根据不同的MAC地址分类。本发明实施例中有两个访问点A和B，访问点A与访问点B分别具有不同的MAC地址。

步骤二：对同一MAC地址的信息记录条数m进行统计，如果m≥3，则执行步骤三，否则转步骤一继续执行。

本发明实施例中，对两个访问点A和B在t₁、t₂和t₃时刻进行探测，分别得到3条信息记录，其中，t₁为0时刻，t₂为0.5s时刻，t₃为1.0s时刻。

步骤三：计算AP相对位置，得到AP的预测坐标。

1)将步骤一得到的同一MAC地址的AP按照时间从小到大排序，如图2所示，

车辆沿箭头所示路径前进，AP通信范围如图中圆形区域所示。当进入AP信号感知范围内时即可获取该AP的信号强度。车辆以2次/秒的频率在t₁、t₂和t₃时刻分别采集到信号强度。三次探测结果A的信号强度和时间依次为(-81，0)(-80，0.5)(-78，1)，B的信号强度和时间为(-73，0)(-71，0.5)(-69，1)。

2)计算A的预测坐标：

a)根据式(1)计算得到d_i＝(75.8，67.6，53.7)。

b)根据Δ_i＝(T_i-T₁)×v，得到Δ_i＝(0，10，20)，进一步根据式(2)得到 $a_{\mathrm{ij}}=\left(\begin{array}{cc}64.2& \\ 99.3& 81.8\end{array}\right).$

c)得到访问点A的预测坐标(a₁，b₁)＝(81.7，0)。

3)计算B的预测坐标：

a)根据式(1)计算得到d_i＝(30.2，24.0，19.1)。

b)根据Δ_i＝(T_i-T₁)×v，得到Δ_i＝(0，10，20)，进一步根据式(2)得到 $a_{\mathrm{ij}}=\left(\begin{array}{cc}21.8& \\ 25.6& 23.7\end{array}\right).$

c)得到访问点B的预测坐标(a₂，b₂)＝(23.7，18.7)。

步骤四：根据式(5)得到相遇连接时间：TC_A＝10.6秒，TC_B＝6.0秒。

最后得出在t₃时刻，与A的预计可连接时间为TC_A-1＝9.6秒，与B的预计可连接时间为TC_B-1＝5.0秒，因计算预期的相遇连接时间占用1秒时间，故减去。

步骤五：选择合适的AP进行关联。

若当前未关联AP，则选择相遇连接时间最长即TC值最大的AP进行关联。本发明实施例中因当前无AP关联，因此选择相遇连接时间较长的AP即访问点A进行关联。

如果当前已关联AP，在探测到的周围AP中，选择满足下面条件的AP进行关联：首先选择信号强度比当前已关联的AP强的AP，再在已选择的AP中选择大于当前已关联AP的相遇连接时间，且相遇连接时间最长的AP。比如，设此时已关联访问点C，且C的信号强度为-75，相遇连接时间为4秒，则访问点A，B的信号强度大于C的信号强度，且相遇连接时间均大于4秒。此时选择相遇连接时间最长的AP即访问点A进行关联。如果访问点C的信号强度为-45，相遇连接时间为7秒，则由于此时访问点A，B的信号强度较低，不会进行新的关联。

步骤六：若需要继续AP探测，转到步骤一继续执行，否则本次AP的选择结束。

Claims (2)

1.一种车载WiFi设备选择访问点的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：车辆周期性地对其周围AP的信号强度进行探测，记录并保存探测结果，所述的探测结果为三元组信息记录，包括：AP的信号强度、探测时刻和MAC地址；其中，AP表示访问点，MAC表示介质访问控制；

步骤二：对同一MAC地址的信息记录条数m进行统计，如果m不小于设定的阈值，则执行步骤三，否则转步骤一继续执行；所述的设定的阈值为正整数；

步骤三：根据探测到的AP信号强度对周围AP位置进行预估，得到AP的预测坐标(a,b)；

步骤四：根据AP的预测坐标(a,b)得到AP的相遇连接时间TC：

$\mathrm{TC}=\frac{\sqrt{{130}^2-b^2+a}}{v}$

其中，v表示当前车速；

步骤五:选择合适的AP进行关联：如果当前未关联AP，则从步骤四中得到相遇连接时间的AP中，选择相遇连接时间最长的AP进行关联；如果当前已关联AP，则从步骤四中得到相遇连接时间的AP中，首先选择信号强度比当前已关联的AP强的AP，再在已选择的AP中选择大于当前已关联AP的相遇连接时间，且相遇连接时间最长的AP进行关联；

步骤六：是否继续AP探测，若继续探测转步骤一执行，若不继续探测，结束本次AP的选择；

其中，步骤三中所述AP的预测坐标(a,b)具体是通过以下过程得到的：

1）将具有相同MAC地址的三元组信息记录按时间大小顺序排列，并取最近n次的探测结果的信号强度和时间得到（R₁,T₁)…（R_i,T_i)…（R_n,T_n)，其中，T_i+1＞T_i，1≤i≤n，3≤n≤5，R_i为车辆WiFi设备接收到的AP的信号强度，T_i为记录的探测时刻；

2）根据下式将第i次的探测结果信号强度值转换为距离值d_i：

$d_i={10}^{\frac{-43.4-R_i}{20}}---\left(1\right)$

3）对n个探测结果两两组合，得到AP的预测位置：

$a_{\mathrm{ij}}=\frac{{d_j}^2-{d_i}^2+{{\mathrm{\&Delta;}}_i}^2-{{\mathrm{\&Delta;}}_j}^2}{2({\mathrm{\&Delta;}}_j-{\mathrm{\&Delta;}}_i)}---\left(2\right)$

其中，参数Δ_i＝(T_i-T₁)×v，v表示当前车速，a_ij为（R_i,T_i)（R_j,T_j)组合得到的AP预测位置值的横坐标，1≤i≤n，1≤j≤n，i≠j；

4）对所有的a_ij取算术平均值得到AP预测坐标的横坐标a：

$a=\frac{1}{C_n^2}\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{a}_{\mathrm{ij}}---\left(3\right)$

其中， $C_n^2=n\&times;(n-1)/2;$

根据式（4）得到AP预测坐标的纵坐标b：

$b=\left\{\begin{array}{cc}\sqrt{{d_1}^2-{(a-{\mathrm{\&Delta;}}_1)}^2}& ({d_1}^2-{(a-{\mathrm{\&Delta;}}_1)}^2\&GreaterEqual;0)\\ 0& ({d_1}^2-{(a-{\mathrm{\&Delta;}}_1)}^2<0)\end{array}\right.---\left(4\right)$

。

2.根据权利要求1所述一种车载WiFi设备选择访问点的方法，其特征在于，步骤二中所述的设定的阈值为3。

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