CN104038975A - 一种快速建立链路的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速建立链路的方法和装置，应用于WLAN MESH网络中。通过移动MP周期性扫瞄其周围存在的固定MP，当发现能够作为其MESH链路切换的目标MP时，利用当前已建立的MESH链路和DS系统，与该目标MP建立MESH明文链路或安全链路，以形成虚拟MESH链路。当移动MP移动到目标MP的范围内时，将能够及时、平滑地将该虚拟MESH链路转化为能够实际转发数据的MESH链路，进而可以避免数据通信的中断。

Description

一种快速建立链路的方法及装置
技术领域
本发明涉及数据通信领域，尤其涉及在移动场景下WLAN MESH网络中移动MP和目标MP间快速建立MESH链路的方法及装置。
背景技术
WLAN MESH网络可以用于移动场景，例如：地铁内的WLAN MESH网络，或者沿着某个固定线路运行的车辆的WLAN MESH网络。在这些移动场景中，车载AP（也称MP，Ｍesh Point，提供Mesh连接的AP）和线路旁的AP之间形成WLAN MESH链路，为车辆内部提供数据通信服务。
由于WLAN是工作ISM频段上的，如果线路旁的AP都工作在同一个信道上，就会形成自身干扰，同时，它也不能在某些路段有效避免同频的其他射频信号干扰。因此，在实际应用场景下，线路旁的AP（尤其相邻的AP）需要选择不同的信道，这样就可以在不同地点充分利用最佳信道，并可动态调整。
然而，在这种情况下，车载AP在移动过程中从线路旁的一个AP切换到下一个AP进行WLAN MESH通信时，既要切换信道，又要重新和新的AP建立MESH链路，尤其安全链路的建立，需要花费很长时间，对车内的数据通信（尤其对语音、视频等对时延比较敏感的数据）造成了很大影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种快速建立链路的方法和装置，以解决上述现有技术中存在的不足。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种快速建立链路的方法，应用于WLAN MESH网络中，所述WLANMESH网络至少包括一个移动MP和若干个可以与该移动MP建立MESH链路的固定MP，且所述移动MP与其中一个固定MP已建立起提供WLAN数据通信的MESH链路，其中所述方法包括：
步骤1、移动MP周期性扫瞄其周围存在的固定MP，并判断是否可以作为其进行MESH链路切换的目标MP，如果是，则进行步骤2，否则，结束本次扫瞄流程；
步骤2、移动MP利用当前与固定MP已建立的MESH链路和DS系统，和目标MP建立虚拟的MESH链路；
步骤3、移动MP切换到目标MP所在的信道上，并将所述虚拟MESH链路转化为实际链路，并开始转发数据报文。
本发明同时提供一种快速建立链路的装置，应用于WLAN MESH网络中，所述WLAN MESH网络至少包括一个移动MP和若干个可以与该移动MP建立MESH链路的固定MP，且所述移动MP与其中一个固定MP已建立起提供WLAN数据通信的MESH链路，其中所述装置包括：信号扫瞄单元、虚拟MESH链路建立单元以及信道切换单元：
信号扫瞄单元，用于移动MP周期性扫瞄其周围存在的固定MP，并判断是否可以作为其进行MESH链路切换的目标MP，如果是，则通知虚拟MESH链路建立单元建立虚拟MESH链路，否则，结束本次扫瞄流程；
虚拟MESH链路建方单元，用于移动MP利用当前与固定MP已建立的MESH链路和DS系统，和目标MP建立虚拟的MESH链路；
信道切换单元，用于移动MP切换到目标MP所在的信道上，并将所述虚拟MESH链路转化为实际链路，并开始转发数据报文。
与现有的技术相比，本发明通过移动MP预先和目标MP建立不转发数据的虚拟MESH链路，这样，当移动的MP移动到目标MP的范围内时，就能够及时、平滑地将该虚拟MESH链路转化为能够实际转发数据的MESH链路，因而，可以有效避免数据通信的中断。
附图说明
图1为本发明快速建立链路的方法流程示意图。
图2为本发明移动MP和目标MP通过当前MESH链路和DS系统建立MESH链路的协议帧转发路径示意图。
图3为本发明MESH明文链路建立过程示意图。
图4为本发明SAE认证方式下MESH安全链路建立过程示意图。
图5为本发明802.1X认证方式下MESH安全链路建立过程示意图。
图6为本发明快速建立MESH链路的装置结构示意图。
具体实施方式
为了实现本发明目的，本发明采用的技术方案是：在WLAN MESH网络中，移动MP周期性扫瞄其周围存在的固定MP，当发现可以作为其MESH链路切换的目标MP时，利用当前已建立的MESH链路和DS系统，与该目标MP建立MESH明文链路或安全链路，形成虚拟的MESH链路。当该移动MP移动到目标MP的范围内时，能够及时、平滑地将该虚拟MESH链路转化为能够实际转发数据的MESH链路，进而可以避免数据通信的中断。
为使本领域技术人员更加清楚和明白，以下结合本发明附图及实施例，详细描述本发明实现细节。
如图1所示，为本发明快速建立链路的方法流程图。所述方法应用于WLAN MESH网络中，所述WLAN MESH网络至少包括一个移动MP和若干个可以与该移动MP建立MESH链路的固定MP，且所述移动MP与其中一个固定MP已建立起提供WLAN数据通信的MESH链路。所述方法包括：
步骤1、移动MP周期性扫瞄其周围存在的固定MP，并逐个判断是否可以作为其进行MESH链路切换的目标MP，如果是，则进行步骤2，否则，忽略该MP，继续判断其他固定MP能否作为MESH链路切换的目标MP。
具体地，在本步骤中，移动MP可以根据预设的扫瞄周期对其周围存在的固定MP逐个进行扫瞄，当扫瞄发现其周围存在的固定MP信号强度达到预定的第一阈值时，则将其作为MESH链路切换的目标MP，并进行步骤2。如果扫瞄没有发现其周围存在固定MP或者其周围虽存在固定MP但所有MP的信号强度均没有达到预定的第一阈值时，则等待下一个周期来临后所述移动MP重新启动对其周围存在的固定MP新的扫瞄。
步骤2、移动MP利用当前与固定MP已建立的MESH链路和DS系统，和目标MP建立MESH明文链路或安全链路，形成虚拟的MESH链路。
具体地，在本步骤中，当移动MP通过扫瞄发现目标MP后，所述移动MP将进一步通过自身当前和某个固定MP已经建立的MESH链路以及DS（Distributed System，分布式系统，能够为WLAN网络提供到其他网络的传输功能，例如有线网络）系统，和目标MP事先建立MESH明文链路或安全链路，以形成不转发WLAN数据的虚拟MESH链路。
由于在本发明中，移动MP和目标MP之间的MESH明文链路或安全链路，均是利用移动MP与固定MP当前已建立的MESH链路和DS系统而非直接通过移动MP和目标MP间的空口来完成建立。因此，为了实现本发明目的，在本发明实现方式中，需要定义一种新的以太帧类型，以便携带该以太帧类型的报文能够通过移动MP与固定MP当前已建立的MESH链路和DS系统完成移动MP和目标MP之间MESH对等体管理、MESH认证、MESH四路密钥握手协议交互。
这种类型帧在MESH链路上传输时遵循802.11Mesh数据帧格式，具体如下表1所示：
表1
其中Mesh Control中将携带Address5和Address6字段，表明报文真正的源MAC地址和目的MAC地址。而Frame Body部分包括802.11帧LLC头部，具体如下表2所示：
表2
Ethertype字段即为本发明新定义的以太帧类型值，移动MP和目标MP之间为完成虚拟MESH链路建立而彼此交互的MESH管理帧，就是使用该新定义的以太类型值来进行封装。具体为，完成MESH链路建立的MESH对等体管理报文、MESH认证报文、MESH四路密钥握手协议报文等都直接封装在该帧的Body字段中，其中Body部分的第一个字节为Action字段，用来区分这几个协议。这样，当目标MP收到该帧并判断目的MAC为自己时，表明移动MP想要通过DS系统与自己建立Mesh明文链路和安全链路，如果目标MP收到该帧且检查发现目的MAC不是自己时，将根据目的MAC转发该帧。
依据本发明方法，移动MP和目标MP通过当前MESH链路和DS系统建立虚拟MESH链路的协议帧转发路径如图2所示，MESH明文链路以及MESH安全链路建立的示意图则分别如图3～5所示。由于本发明中MESH明文链路以及MESH安全链路建立的具体过程属于现有技术，且非为本发明重点，在此不再展开详细描述。
当移动MP和目标MP之间已建立MESH明文链路以及MESH安全链路后，则表明移动MP和目标MP之间的已完成MESH链路建立过程中的所有认证。因此，在后续的MESH链路的切换过程中，移动MP和目标MP之间无需认证，因而节约了MESH链路的切换时间。
然而，需要说明的是，虽然此时移动MP和目标MP之间已建立MESH链路，为避免WLAN数据报文通过不同MESH链路传输而造成数据传输混乱的问题，此时移动MP和目标MP之间的MESH链路并不转发WLAN数据报文，而是需要在一定条件下双方MP将它转化为真实的MESH链路，并通过空口转发数据报文。
步骤3、移动MP切换到目标MP所在的信道上，并将所述虚拟MESH链路转化为实际链路，并开始转发数据报文。
具体地，在本步骤中，所述移动MP与目标MP间形成虚拟MESH链路后，仍将进一步不断扫描目标MP的信号强度，当目标MP的信号强度达到或者超过预设的第二阈值（其中第二阈值应大于预设的第一阈值）时，所述移动MP则将其工作信道切换到目标MP所在的信道上，由于在此之前，移动MP和目标MP之间的MESH明文链路以及MESH安全链路已预先完成建立，此时，移动MP仅需要进行信道切换。移动MP信道切换后，将与目标MP建立的虚拟MESH链路看作实际WLAN数据转发的MESH链路。移动MP利用与目标MP间建立的MESH链路在空口上直接转发报文，目标MP在收到移动MP通过该MESH链路发来的数据报文后，就将该MESH虚拟链路转化为实际链路，开始转发数据报文。
进一步如图6所示，为本发明快速建立链路的装置结构示意图。所述装置应用于WLAN MESH网络中，所述WLAN MESH网络至少包括一个移动MP和若干个可以与该移动MP建立MESH链路的固定MP，且所述移动MP已与其中一个固定MP建立起提供WLAN数据通信的MESH链路。所述装置具体为移动MP的CPU执行内存中的计算机指令所形成的逻辑装置。该装置包括：信号扫瞄单元、虚拟MESH链路建立单元以及信道切换单元，其中：
所述信号扫瞄单元，用于移动MP周期性扫瞄其周围存在的固定MP，并逐个判断是否可以作为其进行MESH链路切换的目标MP，如果是，则通知虚拟MESH链路建立单元建立虚拟MESH链路，否则，则忽略该MP，继续判断其他固定MP能否作为MESH链路切换的目标MP。
具体地，在本步骤中，所述信号扫瞄单元可以根据预设的扫瞄周期对其周围存在的固定MP逐个进行扫瞄，当扫瞄发现其周围存在的固定MP信号强度达到预定的第一阈值时，则将其为其MESH链路切换的目标MP，并通知虚拟MESH链路建立单元建立虚拟MESH链路。如果扫瞄过程中没有发现其周围存在固定MP或者其周围虽存在固定MP但所有MP信号强度均没有达到预定的第一阈值时，则等待下一个周期来临后所述MP重新启动对其周围存在的固定MP新的扫瞄。
虚拟MESH链路建立单元，用于在移动MP和目标MP之间建立虚拟的MESH链路。
具体地，在本步骤中，当信号扫瞄单元通过扫瞄发现目标MP后，所述移动MP将通过当前已经和某个固定MP建立的MESH链路以及DS（Distributed System，分布式系统，能够为WLAN网络提供到其他网络的传输功能，例如有线网络）系统，和目标MP建立MESH明文链路或MESH安全链路，进而与目标MP事先形成不转发WLAN数据的虚拟MESH链路。
为了实现本发明目的，在本发明实现方式中，需要定义一种新的以太帧类型，该以太帧类型将用于两个MP之间能够通过DS系统而非空口进行报报文交互，从而完成移动MP和目标MP之间MESH对等体管理、MESH认证、MESH四路密钥握手协议交互。
这种类型帧在MESH链路上传输时遵循802.11Mesh数据帧格式，具体如下表3所示：
表3
其中Mesh Control中将携带Address5和Address6字段，表明报文真正的源MAC地址和目的MAC地址。而Frame Body部分包括802.11帧LLC头部，具体如下表4所示：
表4
Ethertype字段即为本发明新定义的以太帧类型值，移动MP和目标MP之间为完成虚拟MESH链路建立而彼此交互的MESH管理帧，就是使用该新定义的以太类型值来进行封装。具体为，完成MESH链路建立的MESH对等体管理报文、MESH认证报文、MESH四路密钥握手协议报文等都直接封装在该帧的Body字段中，其中Body部分的第一个字节为Action字段，用来区分这几个协议。这样，当目标MP收到该帧并判断目的MAC为自己时，表明移动MP想要通过DS系统与自己建立Mesh明文链路或安全链路，如果目标MP收到该帧且检查发现目的MAC不是自己时，将根据目的MAC转发该帧。
依据本发明方法，移动MP和目标MP通过当前MESH链路和DS系统建立虚拟MESH链路的协议帧转发路径如图2所示，MESH明文链路以及MESH安全链路建立的示意图则分别如图3～5所示。由于在本发明中MESH明文链路以及MESH安全链路建立的具体过程属于现有技术，且非为本发明重点，在此不再展开详细描述。
当移动MP和目标MP之间通过虚拟MESH建立单元完成MESH明文链路以及MESH安全链路的建立后，则表明移动MP和目标MP之间的已完成MESH链路建立过程中的所有认证，因此，在后续的MESH链路的切换过程中，移动MP和目标MP之间无需认证，因而节约了MESH链路的切换时间。
然而，需要说明的是，虽然此时移动MP和目标MP之间已建立MESH链路，为避免WLAN数据报文通过不同MESH链路传输而造成数据传输混乱的问题，此时移动MP和目标MP之间的MESH链路并不转发WLAN数据报文，而是需要在一定条件下双方MP将它转化为真实的MESH链路，才通过空口转发数据报文。
信道切换单元，当移动MP与目标MP在不同的信道上时，用于切换到目前MP所在的信道上，并将所述虚拟MESH链路转化为实际链路，并开始转发数据报文。
具体地，当所述移动MP与目标MP间形成虚拟MESH链路后，所述信号扫瞄单元将进一步不断扫描目标MP的信号强度，当目标MP的信号强度达到或者超过预设的第二阈值（其中第二阈值应大于预设的第一阈值），且移动MP与目标MP在不同的信道上时，移动MP则通过信道切换单元将其工作信道切换到目标MP所在的信道上。移动MP信道切换后，将与目标MP建立的虚拟MESH链路看作实际WLAN数据转发的MESH链路。移动MP利用与目标MP间建立的MESH链路在空口上直接转发报文，目标MP在收到移动MP通过该MESH链路发来的数据报文后，就将该MESH虚拟链路转化为实际链路，开始转发数据报文。
与现有的技术相比，本发明方法和装置移动MP预先和目标MP建立不转发数据的虚拟MESH链路，这样，当移动的MP移动到目标MP的范围内时，就能够及时、平滑地将该虚拟MESH链路转化为能够实际转发数据的MESH链路，因而，可以有效避免数据通信的中断。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种快速建立链路的方法，应用于WLAN MESH网络中，所述WLANMESH网络至少包括一个移动MP和若干个可以与该移动MP建立MESH链路的固定MP，且所述移动MP与其中一个固定MP已建立起提供WLAN数据通信的MESH链路，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、移动MP周期性扫瞄其周围存在的固定MP，并判断是否可以作为其进行MESH链路切换的目标MP，如果是，则进行步骤2，否则，忽略该MP，继续判断其他固定MP能否作为MESH链路切换的目标MP；
步骤2、移动MP利用当前与固定MP已建立的MESH链路和DS系统，和目标MP建立虚拟的MESH链路；
步骤3、移动MP切换到目标MP所在的信道上，并将所述虚拟MESH链路转化为实际链路，并开始转发数据报文。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动MP和目标MP之间的虚拟MESH链路，具体是通过建立MESH明文链路或安全链路来实现的。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述移动MP和目标MP之间的MESH明文链路或安全链路，具体是通过定义一种新的以太帧类型来实现的，移动MP和目标MP之间交互的MESH管理帧，均使用该新定义的以太类型值封装。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当目标MP收到移动MP发送的携带该新定义的以太帧的报文并判断目的MAC为自己时，表明移动MP想要通过DS系统与自己建立Mesh明文链路或MESH安全链路，当目标MP收到该类型以太帧时，如果检查目的MAC不是自己，则将根据目的MAC转发该帧。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当移动MP扫瞄其周围存在的固定MP的信号强度达到或者超过预设的第一阈值时，则将其作为MESH链路切换的目标MP，当移动MP扫瞄目标MP的信号强度达到或者超过预设的第二阈值时，则对当前的MESH链路进行切换，其中所述第二阈值大于第一阈值。
6.一种快速建立链路的装置，应用于WLAN MESH网络中，所述WLANMESH网络至少包括一个移动MP和若干个可以与该移动MP建立MESH链路的固定MP，且所述移动MP与其中一个固定MP已建立起提供WLAN数据通信的MESH链路，其特征在于，所述装置包括：信号扫瞄单元、虚拟MESH链路建立单元以及信道切换单元：
信号扫瞄单元，用于移动MP周期性扫瞄其周围存在的固定MP，并判断是否可以作为其进行MESH链路切换的目标MP，如果是，则通知虚拟MESH链路建立单元建立虚拟MESH链路，否则，否则，忽略该MP，继续判断其他固定MP能否作为MESH链路切换的目标MP；
虚拟MESH链路建方单元，用于移动MP利用当前与固定MP已建立的MESH链路和DS系统，和目标MP建立虚拟的MESH链路；
信道切换单元，用于移动MP切换到目标MP所在的信道上，并将所述虚拟MESH链路转化为实际链路，并开始转发数据报文。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述移动MP和目标MP之间的虚拟MESH链路，具体是通过虚拟MESH链路建立单元建立MESH明文链路或安全链路来实现的。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述移动MP和目标MP之间的MESH明文链路或安全链路，具体是通过定义一种新的以太帧类型来实现的，移动MP和目标MP之间交互的MESH管理帧，均使用该新定义的以太类型值封装。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，当目标MP收到移动MP发送的携带该新定义的以太帧的报文并判断目的MAC为自己时，表明移动MP想要通过DS系统与自己建立Mesh明文链路或安全链路，当目标MP收到该类型以太帧时，如果检查目的MAC不是自己，则将根据目的MAC转发该帧。
10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，当信号扫瞄单元扫瞄周围存在的固定MP的信号强度达到或者超过预设的第一阈值时，则将其作为MESH链路切换的目标MP，当移动MP扫瞄目标MP的信号强度达到或者超过预设的第二阈值时，则对当前的MESH链路进行切换，其中所述第二阈值大于第一阈值。
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