CN116193633A - 一种无线局域网数据传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线数据传输技术领域，公开了一种无线局域网数据传输系统，包括CPE和同一局域网络中的多个AP；CPE包括两个射频单元，两个射频单元与两个AP建立两个无线连接，CPE在AP间漫游切换时不同时切换两个射频单元的无线连接，两个射频单元在切换时具有时间间隔；CPE与多个AP中的第三AP建立两条二层隧道，每个内层业务数据报文同时通过两条隧道进行转发，每条隧道绑定一个无线连接进行数据发送。本发明的无线局域网数据传输系统解决了运行本地转发模式的无线网络中无线CPE在AP之间切换时存在丢包的问题，提高了工业无线应用场景中无线链路的可靠性，实现了CPE南向所连接的应用终端在漫游切换时的零丢包效果。

Description

一种无线局域网数据传输系统

技术领域

本发明属于无线数据传输技术领域，具体涉及一种无线局域网数据传输系统。

背景技术

无线局域网(WLAN)技术和产品在家庭、办公领域得到了非常普遍的应用，近些年WLAN技术和产品在工业控制领域也得到了越来越多的应用。特别是由于采用了WAPI(WLANAuthenticationandPrivacyInfrastructure)技术解决了WLAN在网络安全方面的隐患，WLAN技术在变电站、自动化仓库等工业场景的AGV(自导航小车)联网方面得到了大量的应用。在这些场景中，机器人装置中会安装一个CPE(用户前置设备)，由CPE在北向实现与AP的无线连接，CPE南向连接一个或多个带有以太接口的业务模块，从而实现AGV通过无线网络与控制站主站服务器进行网络交互。

在这些场景中AGV会进行快速移动，从而会在多个AP(无线接入点)之间进行无线漫游切换，为了实现类似AGV这样的无线终端设备在AP之间漫游切换时尽量少的丢包，通常通过优化漫游切换技术来减少无线丢包的时间。

申请号为202110091748.7的中国发明专利公开了一种减少WAPICPE设备在AP间切换时丢包的方法与设备，其采用主用和备用双无线连接的方式，AP切换时首先将流量从主用无线连接切换到备用无线连接，然后再进行主用无线连接在AP之间的切换，将无线CPE在AP之间切换的丢包时长降低到50毫秒以下，但仍然存在少量丢包。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明目的在于提供一种无线局域网数据传输系统。

本发明所采用的技术方案为：

一种无线局域网数据传输系统，包括：

CPE和设于同一局域网络中的多个AP；

CPE包括两个射频单元，两个射频单元与多个AP中同一AP或两个AP建立两个无线连接，CPE在AP间漫游切换时不同时切换两个射频单元的无线连接，两个射频单元在切换时具有时间间隔；

CPE自动同第三AP建立两条双向二层隧道，具体方法是，当CPE与一个AP建立无线连接后，向第三AP发送控制消息，控制消息包括CPE的两个射频单元的BSSID、本次建立无线连接的射频单元的BSSID、本次建立无线连接的射频单元的IP地址；第三AP收到控制消息后，删除与本次建立无线连接的射频单元的BSSID所对应的二层隧道(如果有)、建立以本次建立无线连接的射频单元的IP地址为对端地址的二层隧道，基于两个射频单元的BSSID建立两条二层隧道之间的报文复制成对关系；CPE或第三AP进行业务报文发送时，首先在报文中打上报文序号，然后进行报文复制，将原报文和复制报文封装进两条二层隧道同时发送给对端；CPE或第三AP从两条二层隧道收到的报文基于报文中的报文序号进行去重处理；

CPE在发送内层业务报文时，两条隧道报文分别通过不同的无线连接进行转发，即第一二层隧道的报文绑定在第一无线连接进行转发、第二二层隧道的报文绑定在第二无线连接进行转发。

优选地，所述第三AP，并不一定是所述CPE所连接的AP；所述第三AP可以不提供无线接入，或者是一个与多个AP在一个局域网内的报文转发设备。

优选地，所述CPE配置到第三AP的二层隧道的对端地址，所述CPE基于此对端地址始终建立两条二层隧道。

优选地，所述第三AP并不需要配置到所述CPE的隧道，而是通过所述CPE与第三AP进行控制消息交互而自动建立两条二层隧道。

优选地，所述CPE和第三AP从其中一条二层隧道收到的报文不会从另一条二层隧道中转发出去。

优选地，所述CPE在AP间切换时，并不同时进行切换，且有一定的时间间隔，如时间间隔不小于300毫秒。

本发明的有益效果为：

本发明所提供的一种无线局域网数据传输系统，解决了运行本地转发模式的无线网络中无线CPE在AP之间切换时存在丢包的问题，提高了工业无线应用场景中无线链路的可靠性，实现了CPE南向所连接的应用终端在漫游切换时的零丢包效果。

附图说明

图1是本发明无线局域网数据传输系统的示意图。

图2是本发明报文复制与发送的流程图。

图中：101-第一AP；102-第二AP；103-第三AP；104-第四AP；200-CPE；201-以太接口；301-第一无线连接；302-第二无线连接；401-第一二层隧道；402-第二二层隧道。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，还应当注意到实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

如图1和图2所示，本实施例的一种无线局域网数据传输系统，无线局域网络中包括了多个AP，多个AP包括第一AP101、第二AP102、第三AP103和第四AP104等，多个AP通过局域网络连接在一起，比如通过以太网交换机互联在一起，这个局域网还连接着其它网络，从而在无线局域网的北向连接着其它网络。CPE200与以太接口201相连，CPE200具有两个射频单元Radio1和Radio2，这两个射频单元能够同时连接无线局域网络中的AP设备，射频单元Radio1连接第一AP101形成第一无线连接301，射频单元Radio2连接第二AP102形成第二无线连接302。

为了实现CPE在AP间漫游切换不丢包，采用了两个措施：1、CPE在AP间漫游切换时不同时切换两个射频单元的无线连接，两个射频单元在切换时具有时间间隔，时间间隔不小于300毫秒；2、报文在CPE与一个固定的AP之间进行冗余发送。

在CPE所连接的无线局域网中选择某个AP作为第三AP，这种方式特别有利于无线局域网络采用本地转发(又被称作分布式转发)模式的应用场景，在一些应用场景如变电站应用场景(AP与AC之间存在广域网络)中，必须采用本地转发，因为要避免集中转发模式下业务报文到AC(无线控制器)去绕一圈再回到AP所在的局域网络而导致的增大时延问题。第三AP仍然可以接入无线终端，在本实施例中CPE200仍然可以漫游切换到第三AP而不影响本方案的实施。

为了实现业务报文在CPE200与第三AP103之间沿不同路径进行转发，在CPE与第三AP建立两条二层隧道，即第一二层隧道401和第二二层隧道402，在转发报文时每条二层隧道绑定一个无线连接进行转发；即第一二层隧道401的数据通过第一无线连接301进行转发，第二二层隧道402的数据通过第二无线连接302进行转发，将报文复制成对后在第一二层隧道401和第二二层隧道402上进行转发。为了实现第一二层隧道的数据绑定第一无线连接、第二二层隧道的数据绑定第二无线连接进行转发，可以通过在CPE上实施基于源地址策略路由实现。

为了在CPE上建立第一二层隧道和第二二层隧道，在CPE上配置隧道的对端地址为第三AP的IP地址，并采用CPE的两个射频单元IP地址作为本端IP地址。CPE的两个射频单元通过静态配置或DHCP动态获取两个不同的IP地址即第一射频单元IP地址、射频单元IP地址，从而可以基于这两个IP地址实施源地址策略路由，策略路由指定出接口为CPE的不同射频单元。这种情况在第三AP上天然得到了支撑，因为在第三AP上所建立的两条二层隧道，它们的目的地址就是不同的，在报文进行外层IP转发时，自然地就会根据直连路由进行外层IP报文转发，从而自然地绑定到对应对端IP地址的无线链路。

在第三AP上，有两种方式来配置到CPE的两条二层隧道：

1、静态方式：即静态配置二层隧道，二层隧道的本端地址为第三AP的IP地址(与CPE上作为隧道对端地址的第三AP之IP地址一致)，两条二层隧道的对端地址分别为CPE的第一射频单元IP地址、第二射频单元IP地址；如果有多个CPE设备，这种方式在第三AP上。

2、动态方式：CPE在与一个AP建立无线连接后，向第三AP发送控制消息，控制消息包括两个射频单元的BSSID、本次建立无线连接的射频单元的BSSID、本次建立无线连接的射频单元的IP地址；第三AP收到控制消息后，触发删除与本次建立无线连接的射频单元的BSSID所对应的二层隧道、建立以本次建立无线连接的射频单元的IP地址为对端地址的二层隧道，基于两个射频单元的BSSID建立两条二层隧道之间的报文复制成对关系；CPE和第三AP，在CPE首次连接AP或后续AP漫游切换后都执行这种触发机制。

二层隧道技术可以采用EoGRE(EthernetoverGRE)二层VPN隧道技术，也可以采用L2TPV3二层VPN隧道技术，这两种技术都能够实现二层以太网络报文的透明传输。EoGRE和L2TPV3二层VPN隧道的隧道头部都具有报文序列号，能够基于隧道内净荷报文的二层以太头部和此序列号进行重复报文的识别；当然也可以在原始二层以太报文头的协议号与MAC地址之间插入802.1CB协议头，此协议头的协议号为0xF1C1，其后4个字节中前2个为保留、后2个字节为报文序列号。

为了实现报文冗余发送，CPE和第三AP103作为报文复制去重点，这两个报文复制去重点之间，对于从有线侧收到的报文，均被复制成对且打上相同的报文序号，沿不同网络路径发送给对方，接收方根据报文中的报文序号等信息进行去重处理，只接收同一序号的先到报文。即CPE或第三AP收到的报文均复制成对且打上相同的报文序号分别封装进两条二层隧道同时发送给对端，从两条二层隧道收到的报文基于报文中的报文序号进行去重处理。

报文复制与发送如图2所示，在发送前进行报文复制然后再发送，例如在CPE200设备上，在第一二层隧道401作为出接口f1发送报文前，查找第一二层隧道401接口是否存在复制关系上成对的出接口f2，在本实施例中第二二层隧道402接口便是成对的出接口，此时将报文复制一份，然后再将原报文从第一二层隧道401接口发出，复制报文在第二二层隧道402接口上发出。

为了避免网络环路，需要实施增强的环路避免，即CPE和第三AP从某一条二层隧道收到的报文不会从另一条二层隧道中转发出去，也就是从第一二层隧道401接口收到的报文不能从第二二层隧道402接口发出，反之从第二二层隧道402接口收到的报文不能从第一二层隧道401接口发出。从而避免两条报文复制所带来的环路问题。

该无线局域网数据传输系统特别适合于运行于本地转发模式的无线局域网络中，当然也可以运行于集中转发模式的无线中。针对于本地转发模式的无线网络，CPE200南向的以太接口201收到的流量，会先发送给第三AP103，然后流量在103再进行本地转发，发往目标网络；针对于集中转发模式的无线网络，CPE200南向的以太接口201收到的流量，会先发送给第三AP103，然后流量再由第三AP103发送到AC，流量由AC再发往目标网络。

CPE配备两个射频单元，这两个射频单元同时连接无线局域网络中的AP，CPE在AP间切换时两个射频单元不同时发生切换且间隔一定的时间，并通过在CPE与第三AP之间建立两条二层隧道实现业务流量的冗余复制转发，能够有效地避免CPE在AP间漫游切换时的丢包问题，从而显著提升了CPE与无线网络之间的报文转发可靠性，有利于提升诸如机器人控制等对丢包敏感应用的效果。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无线局域网数据传输系统，其特征在于，包括：

CPE和设于同一局域网络中的多个AP；

CPE包括两个射频单元，两个射频单元与多个AP中同一AP或两个AP建立两个无线连接，CPE在AP间漫游切换时不同时切换两个射频单元的无线连接，两个射频单元在切换时具有时间间隔；

CPE与多个AP中的第三AP建立两条二层隧道，在转发报文时每条二层隧道绑定一个无线连接进行转发；

CPE通过一个射频单元与一个AP建立无线连接后，向第三AP发送控制消息，控制消息包括两个射频单元的BSSID、本次建立无线连接的射频单元的BSSID、本次建立无线连接的射频单元的IP地址；第三AP收到控制消息后，删除与本次建立无线连接的射频单元的BSSID所对应的二层隧道、建立以本次建立无线连接的射频单元的IP地址为对端地址的二层隧道，基于两个射频单元的BSSID建立两条二层隧道之间的报文复制成对关系；

CPE或第三AP收到的报文复制成对且打上相同的报文序号分别封装进两条二层隧道同时发送给对端，从两条二层隧道收到的报文基于报文中的报文序号进行去重处理。

2.根据权利要求1所述的无线局域网数据传输系统，其特征在于：所述CPE配置到第三AP的二层隧道的对端地址，并基于此对端地址始终建立两条二层隧道。

3.根据权利要求1所述的无线局域网数据传输系统，其特征在于：所述CPE和第三AP从其中一条二层隧道收到的报文不会从另一条二层隧道中转发出去。

4.根据权利要求1所述的无线局域网数据传输系统，其特征在于：所述时间间隔不小于300毫秒。

Images