专利名称：一种无线局域网切换的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据传输技术领域，特别是涉及一种无线局域网切换的方法和装置。
背景技术：
无线局域网由于传输速率快、架设简单、造价低廉，在日常办公、家庭应用以及一 些工程项目中得到了广泛的应用。无线局域网标准由IEEE802. 11无线局域网工作组定义， 于1997年6月公布该标准，它是第一代无线局域网标准之一。该标准定义物理层和媒质 访问控制(MAC)规范，允许无线局域网及无线设备制造商建立互操作网络设备。802. 11标 准中物理层定义了数据传输的信号特征和调制。在该标准中RF(射频)传输标准是跳频 扩频(HlSS)和直接序列扩频(DSSS)，工作在2. 4000 2. 4835GHz频段。此后又相继公布 7 802. Ila和802. lib,这两个标准是对802. 11的补充，其中802. Ila工作频段为5GHz, 数据传输速率最高可达54Mbit/s。802. lib对2. 4GHz高速物理链路层进行补充描述和规 定，提高了数据传输速率可达llMbit/s。2000年，IEEE成立专门工作组TGg对802. Ilg进 行标准化工作。目的是为了用户获得更高的数据速率服务，它后向兼容802. 11b，前向兼容 802. Ila;采用正交频分复用(OFDM)技术，提供额外的CCK-OFDM和PBCC-22技术，有利于提 供多模WLAN的产品。该标准在2003年正式批准实施。另外，802. Ile致力于MAC层协议的改进，以支持多媒体传输。802. Ilh正在对动 态信道选择和发射功率控制标准化。802. Ili致力于改善网络的安全性，主要也是对MAC层 进行修改。而802. 11-2007标准则集成了以上的标准以及其它一些标准和内容，并作了一些 修订和增强，例如进行了数据链路的安全性方面的改进等。以上这些标准主要制定了无线局域网传输的物理层和媒质接入控制层方面的规 范，对于移动台或终端如何在无线接入点(无线AP，AccessPoint)之间进行切换却没有作 具体的规定。但802. 11-2007标准规定了同步、鉴权、关联以及重关联的过程，根据协议无 线局域网的切换过程由以下三个过程组成扫描过程、鉴权过程和重关联过程。扫描过程根据扫描模式的不同又分成被动扫描和主动扫描两种。其中，被动扫描 模式下，终端依次在无线局域网的信道上检测信标帧(Beacon Frame)是否存在，信标帧通 常以IOOms左右的周期发送。终端接收到Beacon帧后，根据信标帧的参数完成与AP的同步。
在主动扫描模式下，终端为了探测某信道上是否有AP存在，主动发送Probe Request Frame (探询请求帧)，当 AP 接收至Ij Probe Request Frame 后，会发送一个 Probe Response Frame (探询响应帧)给该移动台。该移动台根据Probe Response Frame的参数 完成与AP的同步。被动扫描过程的优点是比较节电，缺点则是扫描的时延比较长。主动扫描则相反， 在实际的无线局域网网络中，切换通常采用主动扫描过程。无论是被动扫描还是主动扫描模式，终端都需要依次对每个信道进行检测，而在中国，无线局域网802. Ilg标准中总共规定了 11个信道，因此，这个过程耗时比较长。在鉴权阶段，移动台与上一阶段发现的最佳的AP进行鉴权。但是802. 11标准没 有要求鉴权之后立即进行关联，也没有要求鉴权必须在信道扫描之后立即进行。因此，一 些设备商在其产品中采用了预鉴权机制，例如扫描过程和预鉴权过程紧接着进行以及基于 IAPP(Inter-Access PointProtocol，接入点互操作协议)的预鉴权方法。在第一种机制中， 移动台在扫描周期结束后立即与新AP进行鉴权，以加快建立重关联的速度。第二种机制则 更快，当移动台与ESS (Extended Service Set，扩展业务集)的第一个AP建立关联时就开 始进行鉴权。此时IAPP通过分布式系统将鉴权信息发送给ESS的所有AP。因此，当需要 进行重关联时，由于移动台与ESS所有的AP都已经完成了鉴权，不再需要鉴权过程。基于 IAPP的预鉴权机制甚至可以在扫描阶段之前就进行，因此，它对切换的延时不会造成影响。
重关联过程指将关联从一个AP传到另一个AP的过程。一旦移动台与新的AP鉴 权通过，重关联过程就可以进行。重关联过程由以下五个步骤组成移动台向新AP发出重 关联请求信号；新AP向移动台发送重关联响应信号；新AP向旧AP发送切换请求信号；旧 AP向新AP回答切换响应信号；新AP向移动台发送缓冲的数据帧(可选)。重关联是移动台与新的AP建立连接的信令接续过程，是切换的最后一个阶段，它 的延时基本没有改进的余地。实际应用中，无线局域网的切换延时主要受扫描过程的扫描延时(被动扫描模 式)或探询延时(主动扫描模式)影响，而扫描过程或探询过程通常需要逐个对无线局域 网的所有信道进行检测，以一个信道扫描需要200ms为例，11个无线局域网信道扫描一遍 需要2. 2s，这个切换扫描时间对于某些应用(例如城市轨道交通系统的车地通信)来说太 长了。在城市轨道交通系统的基于通信的列车控制系统(CommunicationBased Train Control,CBTC)的车地通信系统通常采用2.4GHz的频段进行数据传输，并且其中相当大一 部分采用无线局域网技术。将无线局域网技术应用于CBTC系统中，列车需要在不同的AP间进行频繁的切换， 切换问题成了影响CBTC车地通信性能的关键因素之一。实际应用中切换时延是影响基于 无线局域网的CBTC车地通信系统最为关键的因素，切换造成的丢包总数要远远大于正常 无线传输导致的丢包数。因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是如何能够创新地 提出一种无线局域网切换的方法和装置，用以缩短切换所需的时间，避免当前实际应用中 因切换的时延造成的丢包现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无线局域网切换的方法和装置，用以缩短 切换所需的时间，避免当前实际应用中因切换的时延造成的丢包现象。为了解决上述问题，本发明公开了一种无线局域网切换的方法，包括移动台周期的发送探询请求帧；接入点接收到探询请求帧后，回应探询响应帧；移动台接收探询响应帧，并根据所接收的探询响应帧与目标接入点进行同步；
移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切换位置点时，如果移动台已经与 至少一个目标接入点成功同步，选择优先级最高的目标接入点进行鉴权请求帧的发送，开始鉴权过程；移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切换位置点时，如果移动台没有与 任何一个目标接入点建立同步，发送探询请求信号，开始扫描过程以及扫描过程之后的鉴权过程；移动台鉴权完成后，开始重关联过程，并在接收到重关联响应后完成切换。优选的，所述接收到探询请求帧的所有接入点都会回应一个探询响应帧。优选的，所述移动台接收到的探询响应帧来自多个接入点。优选的，所述移动台获得自己的位置的方式包括通过全球定位系统、测速传感器、 应答器和多普勒雷达测速装置以及多种测速装置的组合。优选的，所述移动台与多个目标接入点进行同步。优选的，所述移动台与接入点的同步包括频率和时间上的同步。本发明还公布了一种无线局域网切换的装置，包括请求帧发送模块，用于移动台周期的发送探询请求帧；响应帧回应模块，用于接入点接收到探询请求帧后，回应探询响应帧；接入点同步模块，用于在移动台接收探询响应帧，并根据所接收的探询响应帧与 目标接入点进行同步；第一处理模块，用于在移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切换位置点 时，如果移动台已经与至少一个目标接入点成功同步，选择优先级最高的目标接入点进行 鉴权请求帧的发送，开始鉴权过程；第二处理模块，用于在移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切换位置点 时，如果移动台没有与任何一个目标接入点建立同步，发送探询请求信号，开始扫描过程以 及扫描过程之后的鉴权过程；第三处理模块，用于在移动台鉴权完成后，开始重关联过程，并在接收到重关联响 应后完成切换。优选的，所述第一处理模块和第二处理模块中移动台获得自己的位置的方式包括 通过全球定位系统、测速传感器、应答器和多普勒雷达测速装置以及多种测速装置的组合。优选的，所述第一处理模块和第二处理模块中移动台与多个目标接入点进行同
少ο与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明提供一种无线局域网切换的方法和装置，通过移动台周期的发送探询请求 帧，接入点接收到探询请求帧后，回应探询响应帧，移动台接收探询响应帧，并根据所接收 的探询响应帧与目标接入点进行同步，移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切换 位置点时，如果移动台已经与至少一个目标接入点成功同步，选择优先级最高的目标接入 点进行鉴权请求帧的发送，开始鉴权过程，移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切 换位置点时，如果移动台没有与任何一个目标接入点建立同步，发送探询请求信号，开始扫 描过程以及扫描过程之后的鉴权过程，移动台鉴权完成后，开始重关联过程，并在接收到重 关联响应后完成切换，由于轨旁AP的覆盖范围仅仅是覆盖钢轨上列车移动台所在的区域，城市轨道交通的车地通信系统的AP间切换顺序是固定的。如果AP工作状态正常，移动台 每次进行切换的目的AP都是不变的，因此其切换算法可以简化并进行优化，本发明所提供 的一种无线局域网切换的方法和系统，通过快速切换算法，移动台在切换前就与下一个目 标接入AP进行同步，如果切换前与目标AP已成功完成同步，就不需要探询请求的过程，大 大降低了切换的时延。
图1是本发明实施例一所述的一种无线局域网切换的方法流程图；图2是本发明实施例一所述的无线自由波覆盖方式的示意图；图3是本发明实施例二所述的一种无线局域网切换的装置结构图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。随着无线局域网的不断发展，在日常办公、家庭应用以及一些工程项目中都得到 了广泛的应用，如果能够找到一种快速有效的方法帮助完成无线局域网的切换工作，那么 将会使得无线局域网得到更好的应用。因此，本专利发明人创造性地提出了本发明实施例的核心构思之一，即提供一种 无线局域网切换的方法和装置，通过移动台周期的发送探询请求帧，接入点接收到探询请 求帧后，回应探询响应帧，移动台接收探询响应帧，并根据所接收的探询响应帧与目标接入 点进行同步，移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切换位置点时，如果移动台已经 与至少一个目标接入点成功同步，选择优先级最高的目标接入点进行鉴权请求帧的发送， 开始鉴权过程，移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切换位置点时，如果移动台没 有与任何一个目标接入点建立同步，发送探询请求信号，开始扫描过程以及扫描过程之后 的鉴权过程，移动台鉴权完成后，开始重关联过程，并在接收到重关联响应后完成切换。实施例一参照图1，示出了本发明所述的一种无线局域网切换的方法流程图，所述方法具体包括S101，移动台周期的发送探询请求帧；具体的来说，本实施例中以无线局域网技术在CBTC系统中的应用为例进行介绍， 地铁轻轨列车在轨道上运行，AP布置在轨旁与列车进行双向的数据通信，AP之间通过交换 机进行连接，一交换机可连多个AP。由于轨旁AP的覆盖范围仅仅是覆盖钢轨上列车移动台 所在的区域，城市轨道交通的车地通信系统的AP间切换顺序是固定的。如果AP工作状态 正常，移动台每次进行切换的目的AP是不变的。其中，所述发送探询请求帧的周期可以为 10ms、20ms、30ms、…、IOOms 等。CBTC系统的接入点AP (Access Point，接入点)以比较小的距离如200 300米 的间隔沿轨道布置，AP的覆盖区域仅仅是此两三百米的范围。轨旁AP的天线通常采用定 向天线，这样可以在某个方向上发送或得到较强的能量，从而扩大AP的覆盖范围，无线自 由波覆盖方式的示意图可参见图2，其中AP1、AP2和AP3分别代表三个不同的接入点。
S102，接入点接收到探询请求帧后，回应探询响应帧；优选的，所述接收到探询请求帧的所有接入点都会回应一个探询响应帧。所有接收到探询请求帧的接收点都会回应一个探询响应帧给移动台。S103，移动台接收探询响应帧，并根据所接收的探询响应帧与目标接入点进行同步；优选的，所述移动台接收到的探询响应帧来自多个接入点。优选的，所述移动台与多个目标接入点进行同步。更为优选的，所述移动台与接入点的同步包括频率和时间上的同步。移动台接收到的探询响应帧来自多个接收点回应的响应帧，并且，移动台根据所 接收的探询响应帧与目标接入点进行同步，这里所提到的同步包括时间和频率上的同步， 而且，是与回应探询响应帧的任何一个接入点建立同步。S104，移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切换位置点时，如果移动台已 经与至少一个目标接入点成功同步，选择优先级最高的目标接入移动台点进行鉴权请求帧 的发送，开始鉴权过程；优选的，所述移动台获得自己的位置的方式包括通过全球定位系统、测速传感器、 应答器和多普勒雷达测速装置以及多种测速装置的组合。S105，移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切换位置点时，如果移动台没 有与任何一个目标接入点建立同步，发送探询请求信号，开始扫描过程以及扫描过程之后 的鉴权过程；移动台通过全球定位系统或者测速传感器或者应答器或者多普勒雷达测速装置 又或者是多种测速装置的组合来获得自己的位置信息，当其到达预设的切换位置时，如果 当前移动台已经和至少一个目标接入点成功同步，选择优先级最高的目标接入移动台点进 行鉴权请求帧的发送，开始鉴权过程；如果移动台没有与任何一个目标接入点建立同步，发 送探询请求信号，开始扫描过程以及扫描过程之后的鉴权过程。S106，移动台鉴权完成后，开始重关联过程，并在接收到重关联响应后完成切换。通过采用本实施例提供的无线局域网络切换方法，移动台在切换前就与下一个目 标接入AP进行同步，如果切换前与目标AP已成功完成同步，就不需要探询请求的过程，快 速的完成了切换，大大降低了切换的时延。实施例二 参照图3，示出了本发明的所述的一种无线局域网切换的装置结构图，所述装置具 体包括请求帧发送模块301，用于移动台周期的发送探询请求帧；响应帧回应模块302，用于接入点接收到探询请求帧后，回应探询响应帧；接入点同步模块303，用于在移动台接收探询响应帧，并根据所接收的探询响应帧 与目标接入点进行同步；第一处理模块304，用于在移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切换位置 点时，如果移动台已经与至少一个目标接入点成功同步，选择优先级最高的目标接入点进 行鉴权请求帧的发送，开始鉴权过程；第二处理模块305，用于在移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切换位置点时，如果移动台没有与任何一个目标接入点建立同步，发送探询请求信号，开始扫描过程 以及扫描过程之后的鉴权过程；第三处理模块306，用于在移动台鉴权完成后，开始重关联过程，并在接收到重关 联响应后完成切换。优选的，所述第一处理模块和第二处理模块中移动台获得自己的位置的方式包括 通过全球定位系统、测速传感器、应答器和多普勒雷达测速装置以及多种测速装置的组合。优选的，所述第一处理模块和第二处理模块中移动台与多个目标接入点进行同步。移动台通过请求帧发送模块301周期的发送探询请求帧，接入点通过响应帧回应 模块302接收到探询请求帧后，回应探询响应帧，移动台接收探询响应帧，接入点同步模块 303根据所接收的探询响应帧与目标接入点进行同步，通过第一处理模块304移动台获得 自己的位置信息，当其到达预设的切换位置点时，如果移动台已经与至少一个目标接入点 成功同步，选择优先级最高的目标接入点进行鉴权请求帧的发送，开始鉴权过程，通过第二 处理模块305在移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切换位置点时，如果移动台 没有与任何一个目标接入点建立同步，发送探询请求信号，开始扫描过程以及扫描过程之 后的鉴权过程，通过第三处理模块306在移动台鉴权完成后，开始重关联过程，并在接收到 重关联响应后完成切换。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与 其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置实施例 而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部 分说明即可。以上对本发明所提供的一种无线局域网切换的方法和装置进行了详细介绍，本文 中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮 助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思 想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对 本发明的限制。
权利要求
一种无线局域网切换的方法，其特征在于，包括移动台周期的发送探询请求帧；接入点接收到探询请求帧后，回应探询响应帧；移动台接收探询响应帧，并根据所接收的探询响应帧与目标接入点进行同步；移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切换位置点时，如果移动台已经与至少一个目标接入点成功同步，选择优先级最高的目标接入点进行鉴权请求帧的发送，开始鉴权过程；移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切换位置点时，如果移动台没有与任何一个目标接入点建立同步，发送探询请求信号，开始扫描过程以及扫描过程之后的鉴权过程；移动台鉴权完成后，开始重关联过程，并在接收到重关联响应后完成切换。
2.根据权利要求1所述的一种无线局域网切换的方法，其特征在于 所述接收到探询请求帧的所有接入点都会回应一个探询响应帧。
3.根据权利要求1所述的一种无线局域网切换的方法，其特征在于 所述移动台接收到的探询响应帧来自多个接入点。
4.根据权利要求1所述的一种无线局域网切换的方法，其特征在于所述移动台获得自己的位置的方式包括通过全球定位系统、测速传感器、应答器和多 普勒雷达测速装置以及多种测速装置的组合。
5.根据权利要求3所述的一种无线局域网切换的方法，其特征在于 所述移动台与多个目标接入点进行同步。
6.根据权利要求1所述的一种无线局域网切换的方法，其特征在于 所述移动台与接入点的同步包括频率和时间上的同步。
7.一种无线局域网切换的装置，其特征在于，包括 请求帧发送模块，用于移动台周期的发送探询请求帧；响应帧回应模块，用于接入点接收到探询请求帧后，回应探询响应帧； 接入点同步模块，用于在移动台接收探询响应帧，并根据所接收的探询响应帧与目标 接入点进行同步；第一处理模块，用于在移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切换位置点时，如 果移动台已经与至少一个目标接入点成功同步，选择优先级最高的目标接入点进行鉴权请 求帧的发送，开始鉴权过程；第二处理模块，用于在移动台获得自己的位置信息，当其到达预设的切换位置点时，如 果移动台没有与任何一个目标接入点建立同步，发送探询请求信号，开始扫描过程以及扫 描过程之后的鉴权过程；第三处理模块，用于在移动台鉴权完成后，开始重关联过程，并在接收到重关联响应后 完成切换。
8.根据权利要求7所述的一种无线局域网切换的装置，其特征在于所述第一处理模块和第二处理模块中移动台获得自己的位置的方式包括通过全球定 位系统、测速传感器、应答器和多普勒雷达测速装置以及多种测速装置的组合。
9.根据权利要求7所述的一种无线局域网切换的装置，其特征在于所述第一处理模块和第 二处理模块中移动台与多个目标接入点进行同步。
全文摘要
本发明提供了一种无线局域网切换的方法和装置，通过快速切换算法，移动台在切换前就与下一个目标接入AP进行同步，如果切换前与目标AP已成功完成同步，就不需要探询请求的过程，大大降低了切换的时延。
文档编号H04W36/08GK101848507SQ20101017244
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月11日 优先权日2010年5月11日
发明者唐涛, 步兵, 蒋海林, 郜春海 申请人:北京交通大学