專利名稱：一種鏈路切換方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種鏈路切換方法，特別是涉及一種減少切換時延、提高鏈路切換速度的鏈路切換方法。
背景技術(shù)：
目前關于快速鏈路切換的優(yōu)化算法主要集中在如何減少掃描時間以及認證時間兩個方面。信道切換過程中的信道掃描時間占全部切換時延的90％以上，而認證和關所花費的延時總和在總時延的所占比例很低，說明在切換過程中，影響切換時延時主要因素是信道掃描方式。
Ishwar Ramani、Stefan Savage等人在論文“SyncscanPractical FastHandoff for 802.11 Infrastructure Networks”提出了同步掃描算法。該算法將掃描過程提前到正常通信過程中完成，當切換發(fā)起時，只需選擇同步掃描中信號最強的AP(Access Piont，接入點)，并在其工作信道上發(fā)送認證和關聯(lián)請求信息，降低了切換時延。但該算法的所付出的代價是必需保證周圍環(huán)境中所有接入點都保持時鐘同步，并且較短的信標(Beacon)間隔會導致AP容量的下降，而且可能導致正常通信數(shù)據(jù)的丟失，增加了網(wǎng)絡丟包率。
Sonia Waharte、Kevin Ritzenthaler、Raouf Boutaba等人在論文“SelectiveActive Scanning for Fast Handoff in WLAN Using Sensor Networks”中提出了一種基于傳感器輔助的切換算法。該算法的本質(zhì)是將傳統(tǒng)移動節(jié)點(MobileNode)在切換過程中所必須完成的工作交與傳感器完成，從而減少移動切換時延，但付出了網(wǎng)絡復雜，增加設備的代價。
S.Shin，A.S.Rawat，H.Schulzrinne等人在論文“Reducing MAC LayerHandoff Latency in IEEE 802.11 Wireless LANs”中提出了一種選擇性掃描策略。該算法通過在傳感器的方法，維護一個動態(tài)掃描列表，同樣是網(wǎng)絡復雜，增加設備。并且對于移動速度快的節(jié)點，在切換之前無法建立準確的信道選擇列表，將會導致切換失敗。
有鑒于此，本發(fā)明提出一種新的方法來減少掃描過程所需要的時延，實現(xiàn)快速的鏈路切換。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種鏈路切換方法。
根據(jù)本發(fā)明第一方面，該鏈路切換方法，包括步驟步驟一，從利用全信道掃描生成的當前候選AP集中選擇出一候選AP；步驟二，利用選擇的候選AP進行關聯(lián)和認證，i)如果關聯(lián)和認證成功，則執(zhí)行步驟三；ii)如果關聯(lián)和認證不成功，重復執(zhí)行步驟一和步驟二，如果候選AP集中的所有AP均被選擇時關聯(lián)和認證不成功，則結(jié)束鏈路切換；步驟三，完成鏈路切換。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，該鏈路切換方法，包括步驟步驟一，從利用全信道掃描生成的當前候選AP集中選擇出一候選AP；步驟二，利用選擇的候選AP進行關聯(lián)和認證，i)如果關聯(lián)和認證成功，則執(zhí)行步驟三；ii)如果關聯(lián)和認證不成功，重復執(zhí)行步驟一和步驟二，如果候選AP集中的所有AP均被選擇時關聯(lián)和認證不成功，則利用全信道掃描生成的動態(tài)掃描列表進行選擇性掃描，獲得AP進行關聯(lián)和認證，然后執(zhí)行步驟三；步驟三，完成鏈路切換。
本發(fā)明的有益效果是1)將信道掃描過程提前到正常通信過程中完成，從而可以保證，當切換發(fā)起時，無線網(wǎng)絡設備只需在候選AP信道上發(fā)送認證和關聯(lián)請求，大大降低切換時延；2)引入“移動方向”的概念，將“移動方向”作為選擇候選AP集中的AP的一個依據(jù)，因此在保證候選AP的最優(yōu)化的同時，在一定程度上避免了在信號環(huán)境比較復雜或者不穩(wěn)定地區(qū)出現(xiàn)反復多次切換的“乒乓”效應。
3)通過在對時延敏感度低的通信過程中維護一個動態(tài)掃描列表，用于對時延敏感度高的通信過程中的指定信道掃描，從而可以減少了掃描過程的延時，并且該動態(tài)掃描列表由無線網(wǎng)絡設備維護，保證了對不同網(wǎng)絡的兼容性。


圖1為無線網(wǎng)絡設備的接收鏈路模塊的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的鏈路切換方法的流程圖。
圖3為生成候選AP集的流程圖。
圖4為生成候選AP集和動態(tài)掃描列表的流程圖。
圖5為根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的鏈路切換方法的流程圖。
具體實施例方式
以下將結(jié)合

本發(fā)明的鏈路切換方法。
在現(xiàn)有通信中，以IEEE802.11無線局域網(wǎng)為例，無線網(wǎng)絡設備會周期性地進行信道掃描，從而獲得最新的信道的信號強度和信號質(zhì)量。
具體地，參考圖1所示的無線網(wǎng)絡設備的接收鏈路模塊的結(jié)構(gòu)圖說明獲得信道的信號強度和信號質(zhì)量的過程。
圖1為無線網(wǎng)絡設備的接收鏈路模塊的結(jié)構(gòu)原理示意圖。在進行信道掃描之前，首先將無線網(wǎng)絡設備設置為接收狀態(tài)，選擇空閑信道估計(ClearChannel Assessment，CCA)模式，并配置壓控振蕩器206的參數(shù)，將接收鏈路的信道設置為1。這時，無線網(wǎng)絡設備的工作信道為信道1。天線201將接收自空間環(huán)境中信道1的空間電磁波轉(zhuǎn)換為高頻電流信號，高頻電流信號經(jīng)過低噪聲放大器202后通過串并轉(zhuǎn)換分為兩路，變頻器203將一路與載波的同相分量混頻得到同相輸出，另一路與載波的正交分量混頻得到正交輸出。然后，同相輸出和正交輸出經(jīng)過低通濾波器204和放大器205，從而提取出本信道的接收信號強度(Received Signal Strength Indication，RSSI)，同時輸出同相分量I信號和正交分量Q信號。
上述I、Q信號通過微調(diào)自動增益單元(Fine AGC)208、碼元時鐘恢復單元(Chip Clock Recovery Unit)209、載波恢復單元(Carrier Recovery Unit)210、均衡器(Equalizer)211、基帶信號解調(diào)器(Baseband Signal Demodulator)212處理之后，得到本信道的有用信號。然后將有用信號除以當前使用的微調(diào)自動增益值，標記為sq，則比值sq/(RSSI-sq)就是該信道的信號質(zhì)量，(RSSI-sq)就是噪聲。
其中，壓控振蕩器206用于產(chǎn)生不同的載波頻率，使得無線網(wǎng)絡設備工作在不同信道上，解調(diào)出不同信道的信號。自動增益控制單元207用于根據(jù)接收信號的強度，設置低噪聲放大器202和放大器205的增益。
在對信道1的信號強度和信號質(zhì)量檢測完成之后，按照上述過程，將接收鏈路的信道設置下一個指定信道，如信道6，再檢測信道6的信號強度和信號質(zhì)量，依次類推，直到無線網(wǎng)絡設備檢測完掃描列表中的信道，獲得所有信道的信號強度和信號質(zhì)量。
第一實施方式如圖2所示，為本發(fā)明第一實施方式的鏈路切換方法的流程圖。
在圖2中所示的鏈路切換方法包括步驟從利用全信道掃描生成的當前候選AP集中選擇出一候選AP；利用選擇的候選AP進行關聯(lián)和認證，i)如果關聯(lián)和認證成功，完成鏈路切換；ii)如果關聯(lián)和認證不成功，判斷是否候選AP集中的所有AP均選擇。
如果不是，則重復執(zhí)行上述步驟，如果候選AP集中的所有AP均被選擇時，則結(jié)束鏈路切換。
在本發(fā)明中，為了能實現(xiàn)快速鏈路切換，在進行鏈路切換之前，利用無線網(wǎng)絡設備周期性掃描的結(jié)果生成候選AP集，因此，在進行鏈路切換時，可以直接在候選AP集中選擇AP進行關聯(lián)認證，從而，省略了掃描過程，這對于對切換時延不敏感的通訊業(yè)務(即對實時性要求低的通信業(yè)務，例如數(shù)據(jù)業(yè)務)而言，可以提高切換速度，尤其是對于對切換時延敏感的通訊業(yè)務(即對實時性要求高的通信業(yè)務，例如VoIP業(yè)務)，可以防止由于切換時延所導致的切換失敗。通信業(yè)務是否對時延敏感可以根據(jù)實時性和QoS來選定。
候選AP集如圖3所示，生成候選AP集的步驟為步驟1，執(zhí)行周期性掃描，用于搜索當前無線網(wǎng)絡環(huán)境中信道列表中信道的信號強度和信號質(zhì)量以及相應的服務區(qū)標示符(Service Set Identifier，SSID)；步驟2，選擇相同的SSID的AP，記錄信道的信號強度和信號質(zhì)量；步驟3，對多次掃描所獲取的各個信道AP的信號強度和信號質(zhì)量進行量化處理，步驟4，根據(jù)各個信道AP的信號強度和信號質(zhì)量的量化結(jié)果，對各個AP進行評估，生成候選AP集。
生成候選AP集的方式有以下幾種1)利用無線網(wǎng)絡設備周期性掃描結(jié)果中的信號強度生成候選AP集也就是，將周期性掃描結(jié)果中信號強度大于預定信號強度的AP視為候選AP集。
2)利用無線網(wǎng)絡設備周期性掃描結(jié)果中的信號質(zhì)量生成候選AP集也就是，將周期性掃描結(jié)果中信號質(zhì)量大于預定信號質(zhì)量的AP視為候選AP集。
3)同時利用無線網(wǎng)絡設備周期性掃描結(jié)果中的信號強度和信號質(zhì)量生成候選AP集也就是，將周期性掃描結(jié)果中信號強度大于預定信號強度、并且信號質(zhì)量大于預定信號質(zhì)量的AP，并且視為候選AP集。
4)利用無線網(wǎng)絡設備掃描到信道的信號強度和信號質(zhì)量的變化規(guī)律(也就是信號強度和信號質(zhì)量的變化梯度)以及掃描間隔等參數(shù)進行分析，可以獲得無線網(wǎng)絡設備與AP之間的運動關系以及相對位置，據(jù)此，可以將引入“移動方向”的概念將在無線網(wǎng)絡設備運動方向的正向上的AP規(guī)定為“正方向AP”，將在無線網(wǎng)絡設備運動方向的反向上的AP規(guī)定為“反方向AP”，將與無線網(wǎng)絡設備運動方向平行的AP規(guī)定為“平行AP”。然后，以信號質(zhì)量和“移動方向”為主要參數(shù)，將掃描到的AP中信號質(zhì)量大于預定信號質(zhì)量并且預定方向為“正方向”的AP視為候選AP集。
關聯(lián)和認證在通過采用上述1)至4)中的一種方式獲得候選AP集后，在進行鏈路切換時，可以直接在該候選AP集中選擇AP來進行關聯(lián)和認證，因此可以避免重新進行全信道掃描，從而，實現(xiàn)快速的鏈路切換。
具體地，在進行鏈路切換時，可以在該候選AP集中通過(1)隨機選擇；(2)依照信號強度從大到??；(3)依照信號質(zhì)量從大到小；(4)依照信號強度與信號強度從大到?。?5)依照信號質(zhì)量從大到小以及移動方向等方式，選擇出AP來進行關聯(lián)和認證，直到選擇出一個AP關聯(lián)和認證成功，實現(xiàn)鏈路切換。如果該AP集中的所有AP都不能關聯(lián)和認證成功，則鏈路切換失敗。
第二實施方式如圖4所示，為了更好地保證每次通訊業(yè)務成功地進行鏈路切換，在圖3中生成候選AP集之后，進一步維護一個動態(tài)掃描列表，用于在關聯(lián)和認證失敗后，執(zhí)行選擇性的掃描過程。該動態(tài)掃描列表具體生成方式如下將掃描到的信道(非當前信道)加入動態(tài)掃描列表，然后，將與當前信道不可能重疊的信道加入動態(tài)掃描列表。
如圖5所示，當執(zhí)行鏈路切換時，無線網(wǎng)絡設備首先根據(jù)候選AP集中的AP進行關聯(lián)和認證，在認證和關聯(lián)失敗后，在動態(tài)掃描列表中所列出的信道中進行信道掃描，然后在信道掃描結(jié)果中選擇1)信號質(zhì)量最佳的AP；2)信號強度最佳的AP；3)信號強度和信號質(zhì)量均最佳的AP；或者4)信號質(zhì)量和“正方向”的AP作為關聯(lián)和認證的AP進行關聯(lián)和認證。由于上述掃描為選擇性的掃描(也就是在指定信道中進行掃描)，從而可以很大程度上縮短掃描過程，從而實現(xiàn)快速的鏈路切換。這對于通信業(yè)務，特別是對時延敏感的通信業(yè)務來說，可以在很大程度上防止由于切換時延所導致的切換失敗。
第三實施方式為了更好地反映信道狀況，這里可以將對時延敏感的通信業(yè)務和對時延不敏感的通信業(yè)務進行不同的處理。也就是，對于對時延敏感的通信業(yè)務，可以采用上述第一實施方式和第二實施方式的方式進行鏈路切換，而對于對時延不敏感的通信業(yè)務，可以按照先掃描后關聯(lián)和認證的方式進行。
具體地，在進行對時延不敏感的通信業(yè)務的過程中，由于其鏈路切換時間較長，因此，可以在其鏈路切換過程中進行全信道掃描，獲得每個信道的信號強度和信號質(zhì)量，并利用上述的第一實施方式中生成候選AP集的方式生成對應的候選AP集，將該候選AP集作為最新的候選AP集來更新上次全信道掃描獲得的候選AP集(可以是上次周期性掃描所獲得的候選AP集，也可以是上次執(zhí)行對時延不敏感的通信業(yè)務的全信道掃描所獲得的候選AP集)。
進一步，也可以按照第二實施方式生成最新的動態(tài)掃描列表，來更新上次全信道掃描所生成的動態(tài)掃描列表(可以是上次周期性掃描所獲得的動態(tài)掃描列表，也可以是上次執(zhí)行對時延不敏感的通信業(yè)務的全信道掃描所獲得的動態(tài)掃描列表)。
然后，對時延不敏感的通信業(yè)務在信道掃描結(jié)果中選擇1)信號質(zhì)量最佳的AP；2)信號強度最佳的AP；3)信號強度和信號質(zhì)量均最佳的AP；或者4)信號質(zhì)量和“正方向”的AP作為關聯(lián)和認證的AP進行關聯(lián)和認證，從而實現(xiàn)鏈路切換。
從上述三個具體實施方式
可以看出，本發(fā)明可以根據(jù)網(wǎng)絡中不同的通信業(yè)務對切換時延的敏感程度，而采取不同的掃描策略，并引入“移動方向”的概念，結(jié)合信號質(zhì)量等因素對掃描結(jié)果進行分析；為對時延敏感度高的通信業(yè)務的信道切換過程，提供優(yōu)化的候選AP集和一個動態(tài)掃描列表，以保證對時延敏感度高的通信業(yè)務的通信質(zhì)量。
具體地，對于對時延敏感的通信業(yè)務，本發(fā)明的特點在于1)將信道掃描過程提前到正常通信過程中完成，從而可以保證，當切換發(fā)起時，無線網(wǎng)絡設備只需在候選AP信道上發(fā)送認證和關聯(lián)請求，大大降低切換時延；2)引入“移動方向”的概念，將“移動方向”作為選擇候選AP集中的AP的一個依據(jù)，因此在保證候選AP的最優(yōu)化的同時，在一定程度上避免了在信號環(huán)境比較復雜或者不穩(wěn)定地區(qū)出現(xiàn)反復多次切換的“乒乓”效應。
3)通過在對時延敏感度低的通信過程中維護一個動態(tài)掃描列表，用于對時延敏感度高的通信過程中的指定信道掃描，從而可以減少了掃描過程的延時，并且該動態(tài)掃描列表由無線網(wǎng)絡設備維護，保證了對不同網(wǎng)絡的兼容性。
本發(fā)明并不局限于上述實施例，那些本領域普通技術(shù)人員通過閱讀本申請后對本發(fā)明所做的簡單的修飾、修改或者等同方案，都應該落在本發(fā)明的權(quán)利要求的系統(tǒng)和方法所要求保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鏈路切換方法，其特征在于，包括步驟步驟一，從利用全信道掃描生成的當前候選AP集中選擇出一候選AP；步驟二，利用選擇的候選AP進行關聯(lián)和認證，i)如果關聯(lián)和認證成功，則執(zhí)行步驟三；ii)如果關聯(lián)和認證不成功，重復執(zhí)行步驟一和步驟二，如果候選AP集中的所有AP均被選擇時關聯(lián)和認證不成功，則結(jié)束鏈路切換；步驟三，完成鏈路切換。
2.如權(quán)利要求1所述的鏈路切換方法，其特征在于，該全信道掃描為無線網(wǎng)絡設備所執(zhí)行的周期性的全信道掃描，或者執(zhí)行對切換時延不敏感的通信業(yè)務時所進行的全信道掃描。
3.如權(quán)利要求2所述的鏈路切換方法，其特征在于，在全信道掃描過程中生成候選AP集的步驟包括步驟1，執(zhí)行全信道掃描，用于搜索當前無線網(wǎng)絡環(huán)境中信道列表中信道的信號強度和信號質(zhì)量以及相應的服務區(qū)標示符；步驟2，選擇相同服務區(qū)標示符的AP，記錄信道的信號強度和信號質(zhì)量；步驟3，對多次掃描所獲取的各個信道AP的信號強度和信號質(zhì)量進行量化；步驟4，根據(jù)各個信道AP的信號強度和信號質(zhì)量的量化結(jié)果，對各個AP進行評估，生成候選AP集。
4.如權(quán)利要求3所述的鏈路切換方法，其特征在于，步驟4中，將信號強度大于預定信號強度的AP作為候選AP集中的AP。
5.如權(quán)利要求3所述的鏈路切換方法，其特征在于，步驟4中，將信號質(zhì)量大于預定信號質(zhì)量的AP作為候選AP集中的AP。
6.如權(quán)利要求3所述的鏈路切換方法，其特征在于，步驟4中，將信號強度大于預定信號強度并且信號質(zhì)量大于預定信號質(zhì)量的AP作為候選AP集中的AP。
7.如權(quán)利要求3所述的鏈路切換方法，其特征在于，步驟4中，利用信道的信號強度和信號質(zhì)量的變化規(guī)律以及掃描間隔進行分析，獲得無線網(wǎng)絡設備與AP之間的運動關系以及相對位置，將在無線網(wǎng)絡設備運動方向的正向上的并且信號質(zhì)量大于預定信號質(zhì)量的AP作為候選AP集中的AP。
8.一種鏈路切換方法，其特征在于，包括步驟步驟一，從利用全信道掃描生成的當前候選AP集中選擇出一候選AP；步驟二，利用選擇的候選AP進行關聯(lián)和認證，i)如果關聯(lián)和認證成功，則執(zhí)行步驟三；ii)如果關聯(lián)和認證不成功，重復執(zhí)行步驟一和步驟二，如果候選AP集中的所有AP均被選擇時關聯(lián)和認證不成功，則利用全信道掃描生成的動態(tài)掃描列表進行選擇性掃描，獲得AP進行關聯(lián)和認證，然后執(zhí)行步驟三；步驟三，完成鏈路切換。
9.如權(quán)利要求8所述的鏈路切換方法，其特征在于，該全信道掃描為無線網(wǎng)絡設備所執(zhí)行的周期性的全信道掃描，或者執(zhí)行對切換時延不敏感的通信業(yè)務時所進行的全信道掃描。
10.如權(quán)利要求9所述的鏈路切換方法，其特征在于，在全信道掃描過程中生成候選AP集的步驟包括步驟1，執(zhí)行全信道掃描，用于搜索當前無線網(wǎng)絡環(huán)境中信道列表中信道的信號強度和信號質(zhì)量以及相應的服務區(qū)標示符；步驟2，選擇相同服務區(qū)標示符的AP，記錄信道的信號強度和信號質(zhì)量；步驟3，對多次掃描所獲取的各個信道AP的信號強度和信號質(zhì)量進行量化處理，步驟4，根據(jù)各個信道AP的信號強度和信號質(zhì)量的量化結(jié)果，對各個AP進行評估，生成候選AP集。
11.如權(quán)利要求10所述的鏈路切換方法，其特征在于，在全信道掃描中生成動態(tài)掃描列表的步驟為將掃描到的、非當前信道的信道加入動態(tài)掃描列表，然后，將與當前信道不可能重疊的信道加入動態(tài)掃描列表。
12.如權(quán)利要求10或11所述的鏈路切換方法，其特征在于，步驟4中，將信號強度大于預定信號強度的AP作為候選AP集中的AP。
13.如權(quán)利要求10或11所述的鏈路切換方法，其特征在于，步驟4中，將信號質(zhì)量大于預定信號質(zhì)量的AP作為候選AP集中的AP。
14.如權(quán)利要求10或11所述的鏈路切換方法，其特征在于，步驟4中，將信號強度大于預定信號強度并且信號質(zhì)量大于預定信號質(zhì)量的AP作為候選AP集中的AP。
15.如權(quán)利要求10或11所述的鏈路切換方法，其特征在于，步驟4中，利用信道的信號強度和信號質(zhì)量的變化規(guī)律以及掃描間隔進行分析，獲得無線網(wǎng)絡設備與AP之間的運動關系以及相對位置，將在無線網(wǎng)絡設備運動方向的正向上的并且信號質(zhì)量大于預定信號質(zhì)量的AP作為候選AP集中的AP。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鏈路切換方法，該鏈路切換方法包括步驟步驟一，從利用全信道掃描生成的當前候選AP集中選擇出一候選AP；步驟二，利用選擇的候選AP進行關聯(lián)和認證，i)如果關聯(lián)和認證成功，則執(zhí)行步驟三，ii)如果關聯(lián)和認證不成功，重復執(zhí)行步驟一和步驟二，如果候選AP集中的所有AP均被選擇時關聯(lián)和認證不成功，則結(jié)束鏈路切換；步驟三，完成鏈路切換。通過該方法，可以提高鏈路切換速度，從而防止對切換時延敏感的通信業(yè)務由于切換時延導致的切換失敗。
文檔編號H04W36/08GK1968496SQ200510123659
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月18日
發(fā)明者徐曉飛, 單文英, 楊仁忠, 吳功偉 申請人:聯(lián)想(北京)有限公司