CN1968496A - 一种链路切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种链路切换方法，该链路切换方法包括步骤：步骤一，从利用全信道扫描生成的当前候选AP集中选择出一候选AP；步骤二，利用选择的候选AP进行关联和认证，i)如果关联和认证成功，则执行步骤三，ii)如果关联和认证不成功，重复执行步骤一和步骤二，如果候选AP集中的所有AP均被选择时关联和认证不成功，则结束链路切换；步骤三，完成链路切换。通过该方法，可以提高链路切换速度，从而防止对切换时延敏感的通信业务由于切换时延导致的切换失败。

Description

一种链路切换方法

技术领域

本发明涉及一种链路切换方法，特别是涉及一种减少切换时延、提高链路切换速度的链路切换方法。

背景技术

目前关于快速链路切换的优化算法主要集中在如何减少扫描时间以及认证时间两个方面。信道切换过程中的信道扫描时间占全部切换时延的90％以上，而认证和关所花费的延时总和在总时延的所占比例很低，说明在切换过程中，影响切换时延时主要因素是信道扫描方式。

Ishwar Ramani、Stefan Savage等人在论文“Syncscan：Practical FastHandoff for 802.11 Infrastructure Networks”提出了同步扫描算法。该算法将扫描过程提前到正常通信过程中完成，当切换发起时，只需选择同步扫描中信号最强的AP(Access Piont，接入点)，并在其工作信道上发送认证和关联请求信息，降低了切换时延。但该算法的所付出的代价是必需保证周围环境中所有接入点都保持时钟同步，并且较短的信标(Beacon)间隔会导致AP容量的下降，而且可能导致正常通信数据的丢失，增加了网络丢包率。

Sonia Waharte、Kevin Ritzenthaler、Raouf Boutaba等人在论文“SelectiveActive Scanning for Fast Handoff in WLAN Using Sensor Networks”中提出了一种基于传感器辅助的切换算法。该算法的本质是将传统移动节点(MobileNode)在切换过程中所必须完成的工作交与传感器完成，从而减少移动切换时延，但付出了网络复杂，增加设备的代价。

S.Shin，A.S.Rawat，H.Schulzrinne等人在论文“Reducing MAC LayerHandoff Latency in IEEE 802.11 Wireless LANs”中提出了一种选择性扫描策略。该算法通过在传感器的方法，维护一个动态扫描列表，同样是网络复杂，增加设备。并且对于移动速度快的节点，在切换之前无法建立准确的信道选择列表，将会导致切换失败。

有鉴于此，本发明提出一种新的方法来减少扫描过程所需要的时延，实现快速的链路切换。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种链路切换方法。

根据本发明第一方面，该链路切换方法，包括步骤：

步骤一，从利用全信道扫描生成的当前候选AP集中选择出一候选AP；

步骤二，利用选择的候选AP进行关联和认证，

i)如果关联和认证成功，则执行步骤三；

ii)如果关联和认证不成功，重复执行步骤一和步骤二，如果候选AP集中的所有AP均被选择时关联和认证不成功，则结束链路切换；

步骤三，完成链路切换。

根据本发明的第二方面，该链路切换方法，包括步骤：

步骤一，从利用全信道扫描生成的当前候选AP集中选择出一候选AP；

步骤二，利用选择的候选AP进行关联和认证，

i)如果关联和认证成功，则执行步骤三；

ii)如果关联和认证不成功，重复执行步骤一和步骤二，如果候选AP集中的所有AP均被选择时关联和认证不成功，则利用全信道扫描生成的动态扫描列表进行选择性扫描，获得AP进行关联和认证，然后执行步骤三；

步骤三，完成链路切换。

本发明的有益效果是：

1)将信道扫描过程提前到正常通信过程中完成，从而可以保证，当切换发起时，无线网络设备只需在候选AP信道上发送认证和关联请求，大大降低切换时延；

2)引入“移动方向”的概念，将“移动方向”作为选择候选AP集中的AP的一个依据，因此在保证候选AP的最优化的同时，在一定程度上避免了在信号环境比较复杂或者不稳定地区出现反复多次切换的“乒乓”效应。

3)通过在对时延敏感度低的通信过程中维护一个动态扫描列表，用于对时延敏感度高的通信过程中的指定信道扫描，从而可以减少了扫描过程的延时，并且该动态扫描列表由无线网络设备维护，保证了对不同网络的兼容性。

附图说明

图1为无线网络设备的接收链路模块的结构图。

图2为根据本发明第一实施方式的链路切换方法的流程图。

图3为生成候选AP集的流程图。

图4为生成候选AP集和动态扫描列表的流程图。

图5为根据本发明第二实施方式的链路切换方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图说明本发明的链路切换方法。

在现有通信中，以IEEE802.11无线局域网为例，无线网络设备会周期性地进行信道扫描，从而获得最新的信道的信号强度和信号质量。

具体地，参考图1所示的无线网络设备的接收链路模块的结构图说明获得信道的信号强度和信号质量的过程。

图1为无线网络设备的接收链路模块的结构原理示意图。在进行信道扫描之前，首先将无线网络设备设置为接收状态，选择空闲信道估计(ClearChannel Assessment，CCA)模式，并配置压控振荡器206的参数，将接收链路的信道设置为1。这时，无线网络设备的工作信道为信道1。天线201将接收自空间环境中信道1的空间电磁波转换为高频电流信号，高频电流信号经过低噪声放大器202后通过串并转换分为两路，变频器203将一路与载波的同相分量混频得到同相输出，另一路与载波的正交分量混频得到正交输出。然后，同相输出和正交输出经过低通滤波器204和放大器205，从而提取出本信道的接收信号强度(Received Signal Strength Indication，RSSI)，同时输出同相分量I信号和正交分量Q信号。

上述I、Q信号通过微调自动增益单元(Fine AGC)208、码元时钟恢复单元(Chip Clock Recovery Unit)209、载波恢复单元(Carrier Recovery Unit)210、均衡器(Equalizer)211、基带信号解调器(Baseband Signal Demodulator)212处理之后，得到本信道的有用信号。然后将有用信号除以当前使用的微调自动增益值，标记为sq，则比值sq/(RSSI-sq)就是该信道的信号质量，(RSSI-sq)就是噪声。

其中，压控振荡器206用于产生不同的载波频率，使得无线网络设备工作在不同信道上，解调出不同信道的信号。自动增益控制单元207用于根据接收信号的强度，设置低噪声放大器202和放大器205的增益。

在对信道1的信号强度和信号质量检测完成之后，按照上述过程，将接收链路的信道设置下一个指定信道，如信道6，再检测信道6的信号强度和信号质量，依次类推，直到无线网络设备检测完扫描列表中的信道，获得所有信道的信号强度和信号质量。

第一实施方式

如图2所示，为本发明第一实施方式的链路切换方法的流程图。

在图2中所示的链路切换方法包括步骤：

从利用全信道扫描生成的当前候选AP集中选择出一候选AP；

利用选择的候选AP进行关联和认证，

i)如果关联和认证成功，完成链路切换；

ii)如果关联和认证不成功，判断是否候选AP集中的所有AP均选择。

如果不是，则重复执行上述步骤，如果候选AP集中的所有AP均被选择时，则结束链路切换。

在本发明中，为了能实现快速链路切换，在进行链路切换之前，利用无线网络设备周期性扫描的结果生成候选AP集，因此，在进行链路切换时，可以直接在候选AP集中选择AP进行关联认证，从而，省略了扫描过程，这对于对切换时延不敏感的通讯业务(即对实时性要求低的通信业务，例如数据业务)而言，可以提高切换速度，尤其是对于对切换时延敏感的通讯业务(即对实时性要求高的通信业务，例如VoIP业务)，可以防止由于切换时延所导致的切换失败。通信业务是否对时延敏感可以根据实时性和QoS来选定。

【候选AP集】

如图3所示，生成候选AP集的步骤为：

步骤1，执行周期性扫描，用于搜索当前无线网络环境中信道列表中信道的信号强度和信号质量以及相应的服务区标示符(Service Set Identifier，SSID)；

步骤2，选择相同的SSID的AP，记录信道的信号强度和信号质量；

步骤3，对多次扫描所获取的各个信道AP的信号强度和信号质量进行量化处理，

步骤4，根据各个信道AP的信号强度和信号质量的量化结果，对各个AP进行评估，生成候选AP集。

生成候选AP集的方式有以下几种：

1)利用无线网络设备周期性扫描结果中的信号强度生成候选AP集

也就是，将周期性扫描结果中信号强度大于预定信号强度的AP视为候选AP集。

2)利用无线网络设备周期性扫描结果中的信号质量生成候选AP集

也就是，将周期性扫描结果中信号质量大于预定信号质量的AP视为候选AP集。

3)同时利用无线网络设备周期性扫描结果中的信号强度和信号质量生成候选AP集

也就是，将周期性扫描结果中信号强度大于预定信号强度、并且信号质量大于预定信号质量的AP，并且视为候选AP集。

4)利用无线网络设备扫描到信道的信号强度和信号质量的变化规律(也就是信号强度和信号质量的变化梯度)以及扫描间隔等参数进行分析，可以获得无线网络设备与AP之间的运动关系以及相对位置，据此，可以将引入“移动方向”的概念：将在无线网络设备运动方向的正向上的AP规定为“正方向AP”，将在无线网络设备运动方向的反向上的AP规定为“反方向AP”，将与无线网络设备运动方向平行的AP规定为“平行AP”。然后，以信号质量和“移动方向”为主要参数，将扫描到的AP中信号质量大于预定信号质量并且预定方向为“正方向”的AP视为候选AP集。

【关联和认证】

在通过采用上述1)至4)中的一种方式获得候选AP集后，在进行链路切换时，可以直接在该候选AP集中选择AP来进行关联和认证，因此可以避免重新进行全信道扫描，从而，实现快速的链路切换。

具体地，在进行链路切换时，可以在该候选AP集中通过(1)随机选择；(2)依照信号强度从大到小；(3)依照信号质量从大到小；(4)依照信号强度与信号强度从大到小；(5)依照信号质量从大到小以及移动方向等方式，选择出AP来进行关联和认证，直到选择出一个AP关联和认证成功，实现链路切换。如果该AP集中的所有AP都不能关联和认证成功，则链路切换失败。

第二实施方式

如图4所示，为了更好地保证每次通讯业务成功地进行链路切换，在图3中生成候选AP集之后，进一步维护一个动态扫描列表，用于在关联和认证失败后，执行选择性的扫描过程。该动态扫描列表具体生成方式如下：将扫描到的信道(非当前信道)加入动态扫描列表，然后，将与当前信道不可能重叠的信道加入动态扫描列表。

如图5所示，当执行链路切换时，无线网络设备首先根据候选AP集中的AP进行关联和认证，在认证和关联失败后，在动态扫描列表中所列出的信道中进行信道扫描，然后在信道扫描结果中选择1)信号质量最佳的AP；2)信号强度最佳的AP；3)信号强度和信号质量均最佳的AP；或者4)信号质量和“正方向”的AP作为关联和认证的AP进行关联和认证。由于上述扫描为选择性的扫描(也就是在指定信道中进行扫描)，从而可以很大程度上缩短扫描过程，从而实现快速的链路切换。这对于通信业务，特别是对时延敏感的通信业务来说，可以在很大程度上防止由于切换时延所导致的切换失败。

第三实施方式

为了更好地反映信道状况，这里可以将对时延敏感的通信业务和对时延不敏感的通信业务进行不同的处理。也就是，对于对时延敏感的通信业务，可以采用上述第一实施方式和第二实施方式的方式进行链路切换，而对于对时延不敏感的通信业务，可以按照先扫描后关联和认证的方式进行。

具体地，在进行对时延不敏感的通信业务的过程中，由于其链路切换时间较长，因此，可以在其链路切换过程中进行全信道扫描，获得每个信道的信号强度和信号质量，并利用上述的第一实施方式中生成候选AP集的方式生成对应的候选AP集，将该候选AP集作为最新的候选AP集来更新上次全信道扫描获得的候选AP集(可以是上次周期性扫描所获得的候选AP集，也可以是上次执行对时延不敏感的通信业务的全信道扫描所获得的候选AP集)。

进一步，也可以按照第二实施方式生成最新的动态扫描列表，来更新上次全信道扫描所生成的动态扫描列表(可以是上次周期性扫描所获得的动态扫描列表，也可以是上次执行对时延不敏感的通信业务的全信道扫描所获得的动态扫描列表)。

然后，对时延不敏感的通信业务在信道扫描结果中选择1)信号质量最佳的AP；2)信号强度最佳的AP；3)信号强度和信号质量均最佳的AP；或者4)信号质量和“正方向”的AP作为关联和认证的AP进行关联和认证，从而实现链路切换。

从上述三个具体实施方式可以看出，本发明可以根据网络中不同的通信业务对切换时延的敏感程度，而采取不同的扫描策略，并引入“移动方向”的概念，结合信号质量等因素对扫描结果进行分析；为对时延敏感度高的通信业务的信道切换过程，提供优化的候选AP集和一个动态扫描列表，以保证对时延敏感度高的通信业务的通信质量。

具体地，对于对时延敏感的通信业务，本发明的特点在于：

1)将信道扫描过程提前到正常通信过程中完成，从而可以保证，当切换发起时，无线网络设备只需在候选AP信道上发送认证和关联请求，大大降低切换时延；

2)引入“移动方向”的概念，将“移动方向”作为选择候选AP集中的AP的一个依据，因此在保证候选AP的最优化的同时，在一定程度上避免了在信号环境比较复杂或者不稳定地区出现反复多次切换的“乒乓”效应。

3)通过在对时延敏感度低的通信过程中维护一个动态扫描列表，用于对时延敏感度高的通信过程中的指定信道扫描，从而可以减少了扫描过程的延时，并且该动态扫描列表由无线网络设备维护，保证了对不同网络的兼容性。

本发明并不局限于上述实施例，那些本领域普通技术人员通过阅读本申请后对本发明所做的简单的修饰、修改或者等同方案，都应该落在本发明的权利要求的系统和方法所要求保护的范围之内。

Claims (15)

1.一种链路切换方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一，从利用全信道扫描生成的当前候选AP集中选择出一候选AP；

步骤二，利用选择的候选AP进行关联和认证，

i)如果关联和认证成功，则执行步骤三；

ii)如果关联和认证不成功，重复执行步骤一和步骤二，如果候选AP集中的所有AP均被选择时关联和认证不成功，则结束链路切换；

步骤三，完成链路切换。

2.如权利要求1所述的链路切换方法，其特征在于，该全信道扫描为无线网络设备所执行的周期性的全信道扫描，或者执行对切换时延不敏感的通信业务时所进行的全信道扫描。

3.如权利要求2所述的链路切换方法，其特征在于，在全信道扫描过程中生成候选AP集的步骤包括：

步骤1，执行全信道扫描，用于搜索当前无线网络环境中信道列表中信道的信号强度和信号质量以及相应的服务区标示符；

步骤2，选择相同服务区标示符的AP，记录信道的信号强度和信号质量；

步骤3，对多次扫描所获取的各个信道AP的信号强度和信号质量进行量化；

步骤4，根据各个信道AP的信号强度和信号质量的量化结果，对各个AP进行评估，生成候选AP集。

4.如权利要求3所述的链路切换方法，其特征在于，步骤4中，将信号强度大于预定信号强度的AP作为候选AP集中的AP。

5.如权利要求3所述的链路切换方法，其特征在于，步骤4中，将信号质量大于预定信号质量的AP作为候选AP集中的AP。

6.如权利要求3所述的链路切换方法，其特征在于，步骤4中，将信号强度大于预定信号强度并且信号质量大于预定信号质量的AP作为候选AP集中的AP。

7.如权利要求3所述的链路切换方法，其特征在于，步骤4中，利用信道的信号强度和信号质量的变化规律以及扫描间隔进行分析，获得无线网络设备与AP之间的运动关系以及相对位置，将在无线网络设备运动方向的正向上的并且信号质量大于预定信号质量的AP作为候选AP集中的AP。

8.一种链路切换方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一，从利用全信道扫描生成的当前候选AP集中选择出一候选AP；

步骤二，利用选择的候选AP进行关联和认证，

i)如果关联和认证成功，则执行步骤三；

ii)如果关联和认证不成功，重复执行步骤一和步骤二，如果候选AP集中的所有AP均被选择时关联和认证不成功，则利用全信道扫描生成的动态扫描列表进行选择性扫描，获得AP进行关联和认证，然后执行步骤三；

步骤三，完成链路切换。

9.如权利要求8所述的链路切换方法，其特征在于，该全信道扫描为无线网络设备所执行的周期性的全信道扫描，或者执行对切换时延不敏感的通信业务时所进行的全信道扫描。

10.如权利要求9所述的链路切换方法，其特征在于，在全信道扫描过程中生成候选AP集的步骤包括：

步骤1，执行全信道扫描，用于搜索当前无线网络环境中信道列表中信道的信号强度和信号质量以及相应的服务区标示符；

步骤2，选择相同服务区标示符的AP，记录信道的信号强度和信号质量；

步骤3，对多次扫描所获取的各个信道AP的信号强度和信号质量进行量化处理，

步骤4，根据各个信道AP的信号强度和信号质量的量化结果，对各个AP进行评估，生成候选AP集。

11.如权利要求10所述的链路切换方法，其特征在于，在全信道扫描中生成动态扫描列表的步骤为：将扫描到的、非当前信道的信道加入动态扫描列表，然后，将与当前信道不可能重叠的信道加入动态扫描列表。

12.如权利要求10或11所述的链路切换方法，其特征在于，步骤4中，将信号强度大于预定信号强度的AP作为候选AP集中的AP。

13.如权利要求10或11所述的链路切换方法，其特征在于，步骤4中，将信号质量大于预定信号质量的AP作为候选AP集中的AP。

14.如权利要求10或11所述的链路切换方法，其特征在于，步骤4中，将信号强度大于预定信号强度并且信号质量大于预定信号质量的AP作为候选AP集中的AP。

15.如权利要求10或11所述的链路切换方法，其特征在于，步骤4中，利用信道的信号强度和信号质量的变化规律以及扫描间隔进行分析，获得无线网络设备与AP之间的运动关系以及相对位置，将在无线网络设备运动方向的正向上的并且信号质量大于预定信号质量的AP作为候选AP集中的AP。

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