專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)wlan軌道通信系統(tǒng)快速切換的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種實(shí)現(xiàn)WLAN軌道通信系統(tǒng)快速切換的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的車地?zé)o線通信系統(tǒng)中，主要是地面的有線網(wǎng)和車地之間的窄帶無線通信技木，缺乏實(shí)現(xiàn)行駛中的列車與地面控制中心無線寬帶通信的手段，使得綜合監(jiān)控系統(tǒng)的一些功能在車地間無法實(shí)現(xiàn)，比如車廂內(nèi)視頻監(jiān)控圖像的實(shí)時(shí)上傳(屬于CCTV系統(tǒng))，多媒體PIS車載信息實(shí)時(shí)下傳，行駛中的車輛、旅客狀態(tài)信息傳輸。
WLAN是指一系列以IEEE802. 11協(xié)議族為代表的無線局域網(wǎng)技術(shù)，其以大容量，高帶寬，技術(shù)設(shè)備成熟等優(yōu)點(diǎn)獲得廣泛的應(yīng)用。軌道交通即采用WLAN做為傳輸技術(shù)，解決高速移動(dòng)中列車與軌旁WLAN接入點(diǎn)間的快速切換問題。如圖I所示，802. 11無線局域網(wǎng)絡(luò)主要由以下幾個(gè)元素組成I、無線工作站(Stations，STA) :STA是帶有無線網(wǎng)絡(luò)接ロ的設(shè)備，可支持自由移動(dòng)，支持高寬帶。2、WLAN接入點(diǎn)(Access Point, AP) :AP是用于無線網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)，是移動(dòng)終端STA與WLAN的接入點(diǎn)。3、基本業(yè)務(wù)集(Basic Service Set，BSS):在BSS模式下至少有ー個(gè)AP作為網(wǎng)絡(luò)的管理設(shè)備來管理所有的STA，向STA提供接入和傳輸服務(wù)。BSS是局域網(wǎng)構(gòu)成的基本単元，也可以理解成一個(gè)整體的范圍，在此范圍內(nèi)的STA可以保持通信，但超出這個(gè)范圍的STA就不能和BSS內(nèi)的STA進(jìn)行通信。4、擴(kuò)展業(yè)務(wù)集(Extend Servece Set, ESS):為了擴(kuò)展無線局域網(wǎng)的覆蓋范圍,增加終端的移動(dòng)性，多個(gè)BSS可以聯(lián)合組成擴(kuò)展業(yè)務(wù)集。5、獨(dú)立基本業(yè)務(wù)集(Independent Basic Service Set, IBBS)一個(gè)最小的 BBS 可以包括兩個(gè)工作站，只通過局域網(wǎng)不通過其它媒介進(jìn)行通話，也叫Ad-hoc自組網(wǎng)模式。6、分發(fā)系統(tǒng)(Distribution System, DS) :DS是通過AP間的無線連接實(shí)現(xiàn)BSS的連接。在基于WLAN的軌道交通系統(tǒng)中，STA與AP的切換過程主要分為三個(gè)階段，如圖2所示I、掃描階段在使用任何網(wǎng)絡(luò)之前，首先必須找出網(wǎng)絡(luò)的存在。在無線局域網(wǎng)中，STA在加入網(wǎng)絡(luò)之前必須有識(shí)別過程。在所在的區(qū)域識(shí)別現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)過程就是掃描。當(dāng)列車上的STA遠(yuǎn)離當(dāng)前AP吋，當(dāng)前AP的信號(hào)強(qiáng)度與SNR都發(fā)生惡化，而新AP的SNR在上升過程中，新舊AP的SNR或信號(hào)強(qiáng)度滿足一定的門限時(shí)，即開始掃描階段。常見的掃描方式有主動(dòng)掃描和被動(dòng)掃描。(I)主動(dòng)掃描用戶預(yù)先配有一個(gè)信道列表，STA在信道列表中的信道上廣播探尋請(qǐng)求幀。AP收到探尋請(qǐng)求幀之后，回應(yīng)探尋響應(yīng)幀，如圖3所示。如果STA在信道最小響應(yīng)時(shí)間(MinChennelTime)內(nèi)沒有接收到該信道的探尋響應(yīng)幀，則會(huì)掃描下一信道；如果STA接收到探尋■響應(yīng)巾貞，則會(huì)一直接收到信道最大響應(yīng)時(shí)間(MaxChennelTime),停止接收探尋·響應(yīng)幀，掃描下一信道。信道全部掃描后，STA會(huì)選擇信號(hào)最強(qiáng)的AP進(jìn)行關(guān)聯(lián)?，F(xiàn)在一般性設(shè)備都采用主動(dòng)掃描方式。(2)被動(dòng)掃描被動(dòng)掃描是指STA通過偵聽AP定期發(fā)送的信標(biāo)幀來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。用戶預(yù)先配有用于掃描的信道列表，在每個(gè)信道上監(jiān)聽信標(biāo)。被動(dòng)掃描要求AP周期性發(fā)送信標(biāo)幀。但這種掃描方式實(shí)時(shí)性較差，當(dāng)用戶需要節(jié)省電量時(shí)，可以使用被動(dòng)掃描。2、認(rèn)證階段802. 11認(rèn)證要求ー個(gè)STA發(fā)送幀之前先確定自己的標(biāo)識(shí)。認(rèn)證機(jī)制包括兩種，共享系統(tǒng)認(rèn)證以及共享密鑰認(rèn)證。只有通過認(rèn)證后才能進(jìn)入關(guān)聯(lián)/重關(guān)聯(lián)階段。
3、關(guān)聯(lián)/重關(guān)聯(lián)階段一旦認(rèn)證完成之后，STA就可以跟AP進(jìn)行關(guān)聯(lián)(或者跟新的接入點(diǎn)進(jìn)行重關(guān)聯(lián))，以便獲得完整的網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)。重關(guān)聯(lián)過程與關(guān)聯(lián)過程類似，在AP和STA的交互上沒有區(qū)別。當(dāng)STA從某個(gè)AP的覆蓋范圍轉(zhuǎn)移到另ー個(gè)AP時(shí)，就要進(jìn)行重關(guān)聯(lián)。在切換的三個(gè)階段中，掃描階段的時(shí)延占整個(gè)切換過程的90%左右的時(shí)間，而以目前采用主動(dòng)全掃描信道的方法，切換過程大至需要200ms以上的時(shí)間來完成，在軌道交通環(huán)境下，這樣的切換時(shí)延對(duì)絕大多數(shù)的業(yè)務(wù)來說，都是無法接受的，特別是在對(duì)帶寬及數(shù)據(jù)傳輸要求較高的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，會(huì)導(dǎo)致圖像傳輸不連貫及出現(xiàn)馬賽克等問題，所以在掃描階段入手以減小掃描時(shí)間是現(xiàn)在減小切換延時(shí)實(shí)現(xiàn)快速切換的主要方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種實(shí)現(xiàn)WLAN軌道通信系統(tǒng)快速切換的方法，該方法大大減小了毎次切換都全掃描所有信道產(chǎn)生的切換時(shí)延。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。一種實(shí)現(xiàn)WLAN軌道通信系統(tǒng)快速切換的方法，包括以下步驟步驟ー，在車載STA中設(shè)置緩存；步驟ニ，列車啟動(dòng)前，在列車的車載STA的緩存中按列車的兩個(gè)前進(jìn)方向順序靜態(tài)配置列車沿途的AP信息，形成兩個(gè)方向的AP信息列表；步驟三，列車首次運(yùn)行吋，按靜態(tài)配置掃描ー個(gè)方向的AP信息列表，判斷列車的前進(jìn)方向；步驟四，確定列車的前進(jìn)方向后，按照前進(jìn)方向的AP信息列表掃描下一個(gè)相鄰AP所在信道，如果掃描結(jié)果與靜態(tài)配置一致，則快速切換到所述下ー個(gè)相鄰AP;如果不一致，則進(jìn)行全信道或選擇性信道掃描，井根據(jù)掃描結(jié)果更新所述前進(jìn)方向的AP信息列表。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，每個(gè)所述AP信息列表均包括AP的信道頻點(diǎn)、或/和MAC地址、或/和鑒權(quán)信息。作為本發(fā)明的另ー種優(yōu)選方案，步驟三中，判斷列車運(yùn)行方向的方法為將與起始AP相鄰的兩個(gè)不同方向的AP設(shè)為兩個(gè)不同的頻點(diǎn)，列車開動(dòng)時(shí)，掃描所述兩個(gè)不同的頻點(diǎn)，根據(jù)頻點(diǎn)的不同確定列車的運(yùn)行方向；其中起始AP為列車首次運(yùn)行時(shí)，車載STA第一個(gè)連接的軌旁AP。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，步驟三中，判斷列車運(yùn)行方向的方法為如果與起始AP相鄰的兩個(gè)不同方向的AP在同一頻點(diǎn)，則根據(jù)所述AP信息列表中不同的MAC地址來確定不同方向的AP，進(jìn)而確定列車的運(yùn)行方向；其中起始AP為列車首次運(yùn)行吋，車載STA第一個(gè)連接的軌旁AP。作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，步驟四中，在列車移動(dòng)過程中，車載STA按照前進(jìn)方向的AP信息列表中下一個(gè)相鄰AP的信道頻點(diǎn)進(jìn)行掃描，如果掃描結(jié)果與靜態(tài)配置一致，則快速切換到所述下ー個(gè)相鄰AP ;如果不一致，則進(jìn)行全信道或選擇性信道掃描，并根據(jù)掃描結(jié)果更新所述前進(jìn)方向的AP信息列表。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明采用信道學(xué)習(xí)方法按照靜態(tài)配置掃描指定的信道，只在某些AP產(chǎn)生故障的時(shí)候進(jìn)行全掃描，大大減小了毎次切換都全掃描所有信道產(chǎn)生的切換時(shí)延，而且可以通過設(shè)定所有AP的固定頻點(diǎn)，進(jìn)行選擇性信道掃描，進(jìn)ー步減小了切換延時(shí)。


圖I為無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為STA與AP的切換過程中經(jīng)歷的三個(gè)階段的示意圖；圖3為STA與AP的切換過程中主動(dòng)掃描的示意圖；圖4為WLAN軌道通信系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明所述的實(shí)現(xiàn)WLAN軌道通信系統(tǒng)快速切換的方法流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明將WLAN技術(shù)應(yīng)用在軌道交通中，在切換中采用信道學(xué)習(xí)技術(shù)，在列車開動(dòng)前將各AP信息列表靜態(tài)配置進(jìn)無線工作站(Stations，STA)緩存區(qū)，同時(shí)在列車移動(dòng)過程中按緩存配置掃描所經(jīng)WLAN接入點(diǎn)(Access Point, AP)的信道頻點(diǎn)，如果沒有掃描到所經(jīng)AP的信息，則更新AP信息列表，使其在第二次切換中大大減小了時(shí)延。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步詳細(xì)說明。實(shí)施例一WLAN軌道通信系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括地面應(yīng)用系統(tǒng)、軌旁系統(tǒng)和車載系統(tǒng)；所述地面應(yīng)用系統(tǒng)包括服務(wù)中心，其統(tǒng)一管理服務(wù)多個(gè)軌旁系統(tǒng)。所述軌旁系統(tǒng)主要包括軌旁服務(wù)器和沿軌道等間距設(shè)置的AP。所述車載系統(tǒng)主要包括車載服務(wù)器和分別設(shè)置在車頭和車尾的STA。列車在運(yùn)行過程中，車載STA與軌旁AP通信，進(jìn)而將車載信息與地面信息進(jìn)行交互。本實(shí)施例提供一種實(shí)現(xiàn)WLAN軌道通信系統(tǒng)快速切換的方法，該方法的流程如圖5所示，包括以下步驟一種實(shí)現(xiàn)WLAN軌道通信系統(tǒng)快速切換的方法，包括以下步驟步驟一，在車載STA中設(shè)置緩存；所述緩存用以儲(chǔ)存沿途各個(gè)AP的信息，如MAC地址、信道、鑒權(quán)信息等。步驟ニ，列車啟動(dòng)前，在列車的車載STA的緩存中按列車的兩個(gè)前進(jìn)方向順序靜態(tài)配置列車沿途的AP信息，形成兩個(gè)方向的AP信息列表，每個(gè)AP信息列表均包括各個(gè)AP的信道頻點(diǎn)、或/和MAC地址、或/和鑒權(quán)信息等，其中鑒權(quán)信息主要用干與AP連接過程中的一些認(rèn)證操作。因?yàn)檐壍澜煌ㄊ前凑展潭ň€路運(yùn)行，所以列車所經(jīng)AP的信息是已知的，故可以采用靜態(tài)配置的方法在列車啟動(dòng)前將沿途的AP點(diǎn)信息，按列車兩個(gè)前進(jìn)方向順序配置進(jìn)車載STA的緩存。步驟三，列車首次運(yùn)行吋，按靜態(tài)配置掃描ー個(gè)方向的AP信息列表，判斷列車的前進(jìn)方向。在列車首次運(yùn)行當(dāng)中，首先按靜態(tài)配置掃描與AP相鄰的兩個(gè)AP所在信道(即起始AP和第三AP所在信道，其中起始AP為列車首次運(yùn)行時(shí)，車載STA第一個(gè)連接的軌旁AP)，根據(jù)掃描結(jié)果來判斷列車前進(jìn)方向。判斷方式有以下兩種方式I :將與起始AP相鄰的兩個(gè)不同方向的AP設(shè)為兩個(gè)不同的頻點(diǎn)，列車開動(dòng)時(shí)，在這兩個(gè)頻點(diǎn)掃描，根據(jù)頻點(diǎn)的不同可確定列車的運(yùn)行方向。因?yàn)榱熊噭傞_動(dòng)時(shí)速度不·高，所以掃描兩個(gè)頻點(diǎn)的切換時(shí)延是可以接受的。方式2 :如果與起始AP相鄰的兩個(gè)不同方向的AP在同一頻點(diǎn)，則可根據(jù)AP信息列表中不同的MAC地址來確定不同方向的AP,進(jìn)而確定列車的運(yùn)行方向。步驟四，確定列車的前進(jìn)方向后，按照前進(jìn)方向的AP信息列表掃描下一個(gè)相鄰AP所在信道，如果掃描結(jié)果與靜態(tài)配置一致，則快速切換到所述下ー個(gè)相鄰AP;如果不一致，則進(jìn)行全信道掃描，井根據(jù)掃描結(jié)果更新所述前進(jìn)方向的AP信息列表，在下一次列車運(yùn)行中按更新后的列表進(jìn)行切換。正常情況下是不需要進(jìn)行全信道掃描的，除非在某些AP產(chǎn)生故障的時(shí)候才需要進(jìn)行全信道掃描。在列車移動(dòng)過程中，車載STA按照前進(jìn)方向的AP信息列表中下一個(gè)相鄰AP的信道頻點(diǎn)進(jìn)行掃描，如果掃描結(jié)果與靜態(tài)配置一致，則快速切換到所述下ー個(gè)相鄰AP ;如果不一致，則進(jìn)行全信道或選擇性信道掃描，井根據(jù)掃描結(jié)果更新所述前進(jìn)方向的AP信息列表。所述全信道包括AP信息列表中全部AP的信道頻點(diǎn)。本發(fā)明采用信道學(xué)習(xí)方法按照靜態(tài)配置掃描指定的信道，只在某些AP產(chǎn)生故障的時(shí)候進(jìn)行全掃描，大大減小了毎次切換都全掃描所有信道產(chǎn)生的切換時(shí)延，而且可以通過設(shè)定所有AP的固定頻點(diǎn)，進(jìn)行選擇性信道掃描，進(jìn)ー步減小了切換延時(shí)。本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)WLAN軌道通信系統(tǒng)快速切換的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一，在車載STA中設(shè)置緩存； 步驟ニ，列車啟動(dòng)前，在列車的車載STA的緩存中按列車的兩個(gè)前進(jìn)方向順序靜態(tài)配置列車沿途的AP信息，形成兩個(gè)方向的AP信息列表； 步驟三，列車首次運(yùn)行時(shí)，按靜態(tài)配置掃描ー個(gè)方向的AP信息列表，判斷列車的前進(jìn)方向； 步驟四，確定列車的前進(jìn)方向后，車載STA按照前進(jìn)方向的AP信息列表掃描下ー個(gè)相鄰AP所在信道，如果掃描結(jié)果與靜態(tài)配置一致，則快速切換到所述下ー個(gè)相鄰AP ;如果不一致，則進(jìn)行全信道或選擇性信道掃描，井根據(jù)掃描結(jié)果更新所述前進(jìn)方向的AP信息列表。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實(shí)現(xiàn)WLAN軌道通信系統(tǒng)快速切換的方法，其特征在于每個(gè)所述AP信息列表均包括AP的信道頻點(diǎn)、或/和MAC地址、或/和鑒權(quán)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)WLAN軌道通信系統(tǒng)快速切換的方法，其特征在于步驟三中，判斷列車運(yùn)行方向的方法為將與起始AP相鄰的兩個(gè)不同方向的AP設(shè)為兩個(gè)不同的頻點(diǎn)，列車開動(dòng)時(shí)，掃描所述兩個(gè)不同的頻點(diǎn)，根據(jù)頻點(diǎn)的不同確定列車的運(yùn)行方向；其中起始AP為列車首次運(yùn)行吋，車載STA第一個(gè)連接的軌旁AP。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)WLAN軌道通信系統(tǒng)快速切換的方法，其特征在于步驟三中，判斷列車運(yùn)行方向的方法為如果與起始AP相鄰的兩個(gè)不同方向的AP在同一頻點(diǎn)，則根據(jù)所述AP信息列表中不同的MAC地址來確定不同方向的AP，進(jìn)而確定列車的運(yùn)行方向；其中起始AP為列車首次運(yùn)行吋，車載STA第一個(gè)連接的軌旁AP。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)WLAN軌道通信系統(tǒng)快速切換的方法，其特征在于步驟四中，在列車移動(dòng)過程中，車載STA按照前進(jìn)方向的AP信息列表中下一個(gè)相鄰AP的信道頻點(diǎn)進(jìn)行掃描，如果掃描結(jié)果與靜態(tài)配置一致，則快速切換到所述下ー個(gè)相鄰AP ;如果不一致，則進(jìn)行全信道或選擇性信道掃描，井根據(jù)掃描結(jié)果更新所述前進(jìn)方向的AP信息列表。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)WLAN軌道通信系統(tǒng)快速切換的方法，包括步驟一，在車載STA中設(shè)置緩存；步驟二，列車啟動(dòng)前，在列車的車載STA的緩存中按列車的兩個(gè)前進(jìn)方向順序靜態(tài)配置列車沿途的AP信息，形成兩個(gè)方向的AP信息列表；步驟三，列車首次運(yùn)行時(shí)，按靜態(tài)配置掃描一個(gè)方向的AP信息列表，判斷列車的前進(jìn)方向；步驟四，確定列車的前進(jìn)方向后，按照前進(jìn)方向的AP信息列表掃描下一個(gè)相鄰AP所在信道，如果掃描結(jié)果與靜態(tài)配置一致，則快速切換到所述下一個(gè)相鄰AP；如果不一致，則進(jìn)行全信道掃描，并根據(jù)掃描結(jié)果更新所述前進(jìn)方向的AP信息列表。本發(fā)明按照靜態(tài)配置掃描指定的信道，大大減小了每次切換都全掃描所有信道產(chǎn)生的切換時(shí)延。
文檔編號(hào)H04W36/18GK102869062SQ20111019003
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者徐浩煜, 吳國東, 汪亮友, 龔勇 申請(qǐng)人:上海中科高等研究院