CN104780573A - 一种链路切换方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种链路切换方法及装置，应用于无线网格Mesh网络中的车载接入点AP上，所述车载AP已与信号类型为波导信号的第一轨旁AP建立第一链路，该方法包括：当检测到信号类型为空口信号的第二轨旁AP时，与所述第二轨旁AP建立第二链路；计算所述车载AP与所述第二轨旁AP之间的信号传输时长；根据所述信号传输时长从所述第一链路切换到所述第二链路。本申请充分利用波导管的传输特性，不过早地进行链路切换，同时，在靠近空口信号的区域进行链路切换，以提高链路切换后的通信质量。

Description

一种链路切换方法及装置

技术领域

本申请涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种链路切换方法及装置。

背景技术

Mesh(无线网格)网络是一种新型的无线网络架构，提供对AP(AccessPoint，接入点)移动性的支持，因此，Mesh网络技术常被应用于轨道交通。

以地铁Mesh组网为例，地铁列车上安装车载AP，地铁轨道旁每隔一段距离安装一个轨旁AP，随着列车的高速移动，车载AP与轨旁AP之间需要进行链路切换，以保证车载AP始终与通信质量最优的轨旁AP连接。

现有技术方案中，车载AP与轨旁AP之间建立多条链路，选择其中质量最好的链路作为主链路进行数据传输。但是，在以波导管为传输介质的Mesh组网中，链路信号在波导管末端会出现急速衰减，现有技术方案无法及时感知该变化，导致不能及时切换到备用链路，造成数据丢失，影响数据传输的安全性和可靠性。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种链路切换方法及装置。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

本申请提供一种链路切换方法，应用于无线网格Mesh网络中的车载接入点AP上，所述车载AP已与信号类型为波导信号的第一轨旁AP建立第一链路，该方法包括：

当检测到信号类型为空口信号的第二轨旁AP时，与所述第二轨旁AP建立第二链路；

计算所述车载AP与所述第二轨旁AP之间的信号传输时长；

根据所述信号传输时长从所述第一链路切换到所述第二链路。

本申请还提供一种链路切换装置，应用于无线网格Mesh网络中的车载接入点AP上，所述车载AP已与信号类型为波导信号的第一轨旁AP建立第一链路，该装置包括：

建立单元，用于当检测到信号类型为空口信号的第二轨旁AP时，与所述第二轨旁AP建立第二链路；

计算单元，用于计算所述车载AP与所述第二轨旁AP之间的信号传输时长；

切换单元，用于根据所述信号传输时长从所述第一链路切换到所述第二链路。

由以上描述可以看出，本申请中车载AP在从波导信号向空口信号切换时，通过计算车载AP与第二轨旁AP之间的信号传输时长，确定进行链路切换的时机，从而充分利用波导管的传输特性，不过早地进行链路切换，同时，在靠近空口信号的区域进行链路切换，以提高链路切换后的通信质量。

附图说明

图1是本申请一示例性实施例示出的地铁Mesh组网环境示意图；

图2是本申请一示例性实施例示出的一种链路切换方法流程图；

图3是本申请一示例性实施例示出的一种链路切换装置所在设备的基础硬件结构示意图；

图4是本申请一示例性实施例示出的一种链路切换装置的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

图1所示为一种典型的地铁Mesh组网环境示意图。在该Mesh组网环境中，AP1、AP2、AP3、AP4以及AP5为轨旁AP，通过有线线缆与交换机连接，再通过交换机与控制中心连接；AP0为地铁列车的车载AP。在地铁列车前进过程中，车载AP沿列车前进方向与轨旁AP逐步进行链路切换，以实现列车与控制中心的数据交换。例如，控制中心可以通过数据交互监控列车的运行状态以及控制列车启停或车门开关等。

在地铁铺设过程中，常常在地铁轨道旁安装波导管以提高无线信号的抗干扰能力，但波导管并不会全网铺设，通常采用波导-空口混合的组网方式，如图1所示。在该组网方式下，需要考虑无线信号在不同介质间平滑切换的问题。现有技术方案通常采用以下两种方式进行链路切换。

方式一，在车载AP和轨旁AP之间建立多条链路，从多条链路中选择信号质量最好的链路作为主链路进行数据传输。由于无线信号在波导管末端会出现急速衰减，当主链路信号在波导管末端急速衰减时，该切换方式无法及时感知信号质量变化，导致不能及时进行链路切换，造成数据丢失，影响数据传输的安全性和可靠性。

方式二，利用无线信号重叠区域，当在波导管中发现空口信号时，立即切换到该空口信号对应链路进行数据传输。该切换方式无法充分发挥波导管的传输性能，造成资源浪费，同时，过早地切换到空口信号对应链路无法保证链路信号质量，造成数据丢失，同样影响数据传输的安全性和可靠性。

针对上述问题，本申请实施例提出一种链路切换方法，该方法中车载AP已与信号类型为波导信号的第一轨旁AP建立第一链路，当车载AP检测到信号类型为空口信号的第二轨旁AP时，计算车载AP与第二轨旁AP之间的信号传输时长，进而根据该信号传输时长确定从第一链路向第二链路切换的时机。

参见图2，为本申请链路切换方法的一个实施例流程图，该实施例对链路切换过程进行描述。

步骤201，当检测到信号类型为空口信号的第二轨旁AP时，与所述第二轨旁AP建立第二链路。

本申请实施例中，车载AP可在与轨旁AP的信息交互过程中获取轨旁AP的信号类型，该信号类型表明传输轨旁AP无线信号的传输介质。

在Mesh网络部署阶段，可以预先对轨旁AP的信号类型进行配置。例如，图1中AP1和AP5对应的传输介质为空口，因此，可配置AP1和AP5的信号类型为空口信号；AP2、AP3以及AP4对应的传输介质为波导管，因此，可配置AP2、AP3以及AP4的信号类型为波导信号。

本申请主要用于解决从波导区段向空口区段过渡过程中的链路切换问题，对于空口区段向波导区段过渡、空口区段向空口区段过渡以及波导区段向波导区段过渡均采用现有的链路切换方式，在此不再赘述。

假设当前车载AP已与信号类型为波导信号的第一轨旁AP建立第一链路，并通过第一链路进行数据传输。由于相邻轨旁AP在部署时会存在一定的信号重叠区域，因此，当列车前行到第一轨旁AP与其它轨旁AP的信号重叠区域时，可以检测到新的轨旁AP的信号，并与该新的轨旁AP建立链路。当该新的轨旁AP的信号类型为空口信号时，说明当前列车正逐步驶离波导区段驶向空口区段。以下将该信号类型为空口信号的新检测到的轨旁AP称为第二轨旁AP，与该第二轨旁AP建立的对应链路称为第二链路。

步骤202，计算所述车载AP与所述第二轨旁AP之间的信号传输时长。

在通过步骤201检测到信号类型为空口信号的第二轨旁AP时，计算车载AP与该第二轨旁AP之间的信号传输时长，具体可通过如下过程计算：

向第二轨旁AP发送链路测试报文，该链路测试报文可以为空数据(NullData)报文，空数据报文具有负载小的特点，可节省网络带宽。车载AP在发送链路测试报文的同时，记录发送该链路测试报文的时间，以下称为第一时间。

第二轨旁AP接收到车载AP发送的链路测试报文后，回应链路响应报文。车载AP接收第二轨旁AP回应的链路响应报文，记录接收该链路响应报文的时间，以下称为第二时间。

车载AP根据记录的第一时间和第二时间计算车载AP与第二轨旁AP之间的信号传输时长。例如，可以直接计算第二时间与第一时间之间的时间差值作为当前车载AP与第二轨旁AP之间的信号传输时长；或者将上述计算的时间差值除以2作为当前车载AP与第二轨旁AP之间的信号传输时长。区别仅在于计算的是信号往返时长还是单程时长，可根据实际应用自行选择。

步骤203，根据所述信号传输时长从所述第一链路切换到所述第二链路。

本步骤根据步骤202计算得到的信号传输时长完成从第一链路向第二链路的切换，具体为：

判断计算的信号传输时长是否大于预设的传输时长阈值。该传输时长阈值为根据Mesh网络部署情况预先在车载AP中设置的时间参数。通常情况下，Mesh网络的部署均匀且有规律可循，例如，相邻波导管之间的距离、轨旁AP与传输介质之间的距离和方向，等等。

本申请实施例中，Mesh网络中空口区段的第二轨旁AP与相邻波导区段的距离是固定的，无线信号在空气中的传播速率也相对固定(略小于或约等于光速)，因此，通过无线信号在空气中的传播速率和传播时长可以获知第二轨旁AP距离车载AP的距离，反之，通过车载AP与第二轨旁AP的距离和无线信号在空气中的传播速率，也可以获取无线信号在空气中的传播时长。

本申请为了充分发挥波导管的传输特性，考虑在接近波导管末端急速衰减区之前进行链路切换，同时，使车载AP尽量靠近空口区段的轨旁AP时进行链路切换，确保切换后的信号质量。在充分考虑上述因素后，可根据实际的Mesh组网环境确定传输时长阈值。例如，假设位于空口区段的第二轨旁AP部署于波导区段结束的位置，列车行驶速度为50km/h(相当于13.89m/s)，假设综合考虑运算延迟、CPU占用等外界因素的影响，预留切换时长为1s(实际单纯的链路切换时间远远小于1s)，则列车应在距离第二轨旁AP 13.89m的位置(该位置已保证在急速衰减区之前)开始链路切换。假设，无线信号在空气中的传输速率为300000000m/s，则根据前述分析的无线信号在空气中的传输速率、传输时长与传输距离的关系，可预设车载AP与第二轨旁AP之间的传输时长阈值为13.89/300000000＝46.3ns。

当车载AP与第二轨旁AP之间的信号传输时长大于预设的传输时长阈值时(当信号传输时长为信号往返时长时，对应的传输时长阈值也应为前述计算的传输时长阈值的2倍)，说明列车还未行驶到可以进行链路切换的位置，其距离第二轨旁AP还较远，此时，返回步骤202重新计算车载AP与该第二轨旁AP的信号传输时长。

由于车载AP周期发送链路测试报文，随着列车的不断前行，车载AP距离第二轨旁AP的距离越来越近，接收到链路响应报文的时间间隔越来越短。当计算得到的信号传输时长不大于预设的传输时长阈值时，说明列车已满足预设的链路切换条件，开始进行链路切换，从所述第一链路切换到所述第二链路，即从波导信号切换到空口信号。

当然，考虑到列车在不同区段可能行驶速度不同，在预设的传输时长阈值固定的情况下，可以在Mesh网络部署时适当调整第二轨旁AP的部署位置，例如，在列车时速较高的区段，可将第二轨旁AP部署在波导区段内，以提前进行链路切换。

由上述描述可以看出，本申请中车载AP在从波导信号向空口信号切换时，通过计算车载AP与第二轨旁AP之间的信号传输时长，确定进行链路切换的时机，从而充分利用波导管的传输特性，不过早地进行链路切换，同时，在靠近空口信号的区域进行链路切换，以提高链路切换后的通信质量。

现仍以图1为例，详细介绍链路切换过程。

在图1所示地铁列车的运行环境中，列车从左向右前进，顺序经过空口区段1、波导管区段1、波导管区段2以及空口区段2。在列车前进过程中，当车载AP 0检测到对应轨旁AP(AP1、AP2、AP3、AP4或者AP5)的信号时，与对应轨旁AP建立链路，并随着列车的前进不断进行链路切换。

在网络部署阶段，可以根据轨旁AP所属区段配置信号类型，其中，AP1和AP5配置为空口AP，AP2、AP3以及AP4配置为波导AP。在车载AP0中预设从波导信号向空口信号切换的传输时长阈值为50ns，该传输时长阈值为车载AP与空口AP之间单程信号传输时长阈值。

车载AP0与AP1、AP2、AP3以及AP4之间的链路切换过程采用现有技术方案，本申请实施例只针对车载AP0从轨旁AP4切换到AP5的过程进行描述。

列车行驶到波导管区段2时，车载AP0与AP4建立第一链路，并通过第一链路进行数据通信。列车继续前行，当检测到AP5的空口信号时，与AP5建立第二链路，并通过该第二链路向AP5发送链路测试报文，AP5根据该链路测试报文回应链路响应报文。车载AP0记录发送链路测试报文时的第一时间，以及接收到链路响应报文时的第二时间，计算第二时间与第一时间的时间差值，假设，当前的时间差值为120ns，则单程的信号传输时长为120/2＝60ns，大于预设的传输时长阈值50ns，因此，确认当前还未到达链路切换的最佳时间点，仍然可以利用与AP4建立第一链路进行数据传输，充分发挥波导管的传输性能。

车载AP0在检测到AP5的空口信号后会周期性发送链路测试报文，因此，当车载AP0计算的信号传输时长大于预设的传输时长阈值时，车载AP0会不断计算新的信号传输时长，随着列车向AP5逐渐靠近，计算的信号传输时长会不断缩短。假设，根据前述计算方法计算的当前时间差值为90ns，则单程的信号传输时长为90/2＝45ns，小于预设的传输时长阈值50ns，此时，启动链路切换流程，从与AP4建立的第一链路切换到与AP5建立的第二链路，通过第二链路进行数据传输。

与前述链路切换方法的实施例相对应，本申请还提供了链路切换装置的实施例。

本申请链路切换装置的实施例可以应用在Mesh网络中的车载AP上。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在设备的处理器运行存储器中对应的计算机程序指令形成的。从硬件层面而言，如图3所示，为本申请链路切换装置所在设备的一种硬件结构图，除了图3所示的处理器、网络接口、以及存储器之外，实施例中装置所在的设备通常根据该设备的实际功能，还可以包括其他硬件，对此不再赘述。

请参考图4，为本申请一个实施例中的链路切换装置的结构示意图。该链路切换装置包括建立单元401、计算单元402以及切换单元403，其中：

建立单元401，用于当检测到信号类型为空口信号的第二轨旁AP时，与所述第二轨旁AP建立第二链路；

计算单元402，用于计算所述车载AP与所述第二轨旁AP之间的信号传输时长；

切换单元403，用于根据所述信号传输时长从所述第一链路切换到所述第二链路。

进一步地，

所述切换单元403，具体用于判断所述信号传输时长是否大于预设的传输时长阈值；当所述信号传输时长大于预设的传输时长阈值时，返回所述计算所述车载AP与所述第二轨旁AP之间的信号传输时长；当所述信号传输时长不大于预设的传输时长阈值时，从所述第一链路切换到所述第二链路。

进一步地，

所述传输时长阈值为所述车载AP与所述第二轨旁AP之间信号往返传输的时长阈值，或所述车载AP与所述第二轨旁AP之间信号单程传输的时长阈值。

进一步地，

所述计算单元402，具体用于向所述第二轨旁AP发送链路测试报文；记录发送所述链路探测报文时的第一时间；接收所述第二轨旁AP根据所述链路测试报文回应的链路响应报文；记录接收所述链路响应报文时的第二时间；根据所述第一时间和所述第二时间计算所述信号传输时长。

进一步地，

所述链路测试报文为空数据报文。

上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种链路切换方法，应用于无线网格Mesh网络中的车载接入点AP上，其特征在于，所述车载AP已与信号类型为波导信号的第一轨旁AP建立第一链路，该方法包括：

当检测到信号类型为空口信号的第二轨旁AP时，与所述第二轨旁AP建立第二链路；

计算所述车载AP与所述第二轨旁AP之间的信号传输时长；

根据所述信号传输时长从所述第一链路切换到所述第二链路。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述信号传输时长从所述第一链路切换到所述第二链路，包括：

判断所述信号传输时长是否大于预设的传输时长阈值；

当所述信号传输时长大于预设的传输时长阈值时，返回所述计算所述车载AP与所述第二轨旁AP之间的信号传输时长；

当所述信号传输时长不大于预设的传输时长阈值时，从所述第一链路切换到所述第二链路。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述传输时长阈值为所述车载AP与所述第二轨旁AP之间信号往返传输的时长阈值，或所述车载AP与所述第二轨旁AP之间信号单程传输的时长阈值。

4.如权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述计算所述车载AP与所述第二轨旁AP之间的信号传输时长，包括：

向所述第二轨旁AP发送链路测试报文；

记录发送所述链路探测报文时的第一时间；

接收所述第二轨旁AP根据所述链路测试报文回应的链路响应报文；

记录接收所述链路响应报文时的第二时间；

根据所述第一时间和所述第二时间计算所述信号传输时长。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述链路测试报文为空数据报文。

6.一种链路切换装置，应用于无线网格Mesh网络中的车载接入点AP上，其特征在于，所述车载AP已与信号类型为波导信号的第一轨旁AP建立第一链路，该装置包括：

建立单元，用于当检测到信号类型为空口信号的第二轨旁AP时，与所述第二轨旁AP建立第二链路；

计算单元，用于计算所述车载AP与所述第二轨旁AP之间的信号传输时长；

切换单元，用于根据所述信号传输时长从所述第一链路切换到所述第二链路。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述切换单元，具体用于判断所述信号传输时长是否大于预设的传输时长阈值；当所述信号传输时长大于预设的传输时长阈值时，返回所述计算所述车载AP与所述第二轨旁AP之间的信号传输时长；当所述信号传输时长不大于预设的传输时长阈值时，从所述第一链路切换到所述第二链路。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：

所述传输时长阈值为所述车载AP与所述第二轨旁AP之间信号往返传输的时长阈值，或所述车载AP与所述第二轨旁AP之间信号单程传输的时长阈值。

9.如权利要求6至8任一所述的装置，其特征在于：

所述计算单元，具体用于向所述第二轨旁AP发送链路测试报文；记录发送所述链路探测报文时的第一时间；接收所述第二轨旁AP根据所述链路测试报文回应的链路响应报文；记录接收所述链路响应报文时的第二时间；根据所述第一时间和所述第二时间计算所述信号传输时长。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：

所述链路测试报文为空数据报文。