一种基于AP辅助的VoWLAN漫游方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于AP辅助的VoWLAN漫游方法，包括以下步骤：1）漫游过程中移动终端IP地址不变。2）以移动终端信号强度做为切换触发条件，AP发起断开联接操作，辅助切换。3）Mesh网络其中一个节点作为MAC-IP服务器，提供整个网络的MAC-IP对应关系。4）Mesh节点与MAC-IP服务器通信机制，以消息内容作为更新路由的依据。本发明不对现有移动终端做任何修改、兼容SIP服务。以Mesh网络为基础，AP辅助移动终端漫游，是一种低费用，实现方法简单，切换延时较小的漫游方法。
【专利说明】—种基于AP辅助的VoWLAN漫游方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线网络【技术领域】，具体涉及一种基于AP(ACCeSS Point)辅助的VoffLAN漫游方法。
[0002]
技术背景
[0003]目前的IT产业领域中，WLAN和VoIP是人们关注的热点，因此使用WLAN提供语音服务(VoWLAN)的终端设备也就应运而生。VoWLAN是WLAN的新兴应用之一。VoIP通过数据网络传输语音信号；WLAN (无线局域网)，通过无线接入点进行无线上网。VoWLAN可以说是这两者的有机结合，它可以利用现有的WLAN网络实现无线的VoIP通话能力，企业员工通过VoWLAN可在办公场所以外的地方随时语音通信、访问E-mail和其他已接入的网络资源，这样提高了网络资源的利用率并降低了通话的成本，从而节省企业的总体IT费用。对于住宅用户也可以通过与宽带802.11无线网络相连的VoIP电话来降低话费。
[0004]VoffLAN同VoIP —样使用分组交换，语音数据率较低但质量得不到保障。当终端在同一网络内部的不同接入点进行漫游时，WLAN网络切换时延大，这严重影响了对实时性要求高的语音业务的发展。
[0005]针对上述问题，国内外研究员提出了多种解决方法。
[0006]一类方法基于802.11无线网络自身的特点。WLAN网络的漫游过程一般由移动终端自主决定，包括断开原连接、扫描信道、认证、关联、预注册等过程。其中信道扫描所产生的时延占到整个漫游过程的80%左右。其中有一些方法考虑通过某些算法来减少扫描信道所耗费的时间，如通过邻居图来识别原AP附近其他AP的信道，从而大大减少扫描时间。为此，不少方法通过定制移动终端，优化信道扫描过程来减少漫游时延。减少漫游时延的同时，定制移动终端也带来个巨额的花费。
[0007]另一类方案基于一些特定的协议。基于Mobile IP的解决方法利用其家乡代理与外部代理的协同工作，通过隧道技术在漫游时将数据送至移动终端；基于SIP协议中re-1NVITE的方案通过重新建立通话连接的方式重启会话；旨在为WLAN网络实时通信提供快速切换的802.1 Ir协议也被用于解决VoWLAN的漫游问题，该协议通过允许移动用户在切换之前与新接入点进行关联的方式减少切换过程所用时间。更有结合新兴的软件定义网络(Software-Defined Networking,简称SDN)的802.11快速切换方案,它利用虚拟网卡的概念在一块物理设备上生成可以与多个接入点关联的虚拟无线设备，并通过OpenFlow来对漫游过程中的扫描、切换以及期间的数据流向进行控制。这类方法的特点是较为新颖，但是需要大量有说服力的实验结果及芯片制造商的功能支持。
[0008]因此，目前所提出的方法都存在实现周期时间长，需要巨额费用的缺点。
[0009]
【发明内容】
[0010]为了解决上述的技术问题，本发明不对现有移动终端做任何修改、兼容SIP服务。以Mesh网络为基础，AP辅助移动终端漫游，提供一种低费用，实现方法简单，切换延时较小的漫游方法。
[0011]本发明所采用的技术方案是:一种基于AP辅助的VoWLAN漫游方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤1:移动终端与AP关联后，通过DHCP获取IP地址，AP通过监听免费ARP请求获取移动终端的MAC-1P信息，并在与SIP服务器直接相连的节点上储存该信息，该节点作为MAC-1P服务器，其他节点检测到免费ARP告知该节点，MAC-1P服务器记录整个网络中所有移动终端的信息；漫游过程中移动终端IP地址不变，即在离开这个网络之前，移动终端保持这个IP地址，移动终端重启之后再次入网，重新获得IP ；
步骤2:通过实时的检测AP接收到的来自移动终端的信号强度，多次检测取平均，在检测到与当前关联AP的移动终端通信质量下降到预定阀值后，AP发送伪造的Deauthentication帧,结束与移动终端的关联关系；移动终端收到此Deauthentication中贞后，与AP解除关联，并根据Probe帧返回的信号强度选择一个新AP进行关联；
步骤3:新AP与漫游的移动终端关联之后，向网络中的MAC-1P服务器发送漫游消息，告知MAC-1P服务器该移动终端发生了漫游切换^AP根据802.11关联响应帧来检测移动终端，发送给MAC-1P服务器的消息仅包含移动终端的MAC地址以及最新的网关地址，网关地址为新节点AdHoc模式网卡的IP地址；
步骤4: MAC-1P服务器在收到漫游消息后，根据MAC地址来查找移动终端的IP地址，将MAC-1P消息告知新AP的同时更新MAC-1P表中该移动终端的网关IP地址；
步骤5:新AP收到MAC-1P服务器的响应消息后，首先根据移动终端的IP地址构造出它的默认网关地址，作为ARP中发送端IP，发送伪造的ARP消息给移动终端，将上行语音数据导向新AP自身；同时新AP将分别发送广播和单播消息通知网络中的其他节点更新路由，对于新AP的一跳邻居节点来说，他们可以收到新AP的广播消息，对于二跳邻居节点及以上节点来说，它们根据新接入点的单播消息来更新路由；MAC-1P服务器在收到漫游消息后立即更新路由；
步骤6:网络中的其他节点在收到漫游通知消息后，重新建立一条关于该移动终端的路由表项，当收到来自SIP服务器发往该移动终端的下行语音数据时，其他节点根据该路由表项进行转发；由于移动终端的IP地址与它的新AP的IP不在同一子网中，新AP还将添加一条路由表项，从而将收到的下行语音数据最终交给移动终端。
[0012]作为优选，当移动终端再次发生漫游切换时，除了上述步骤外，移动终端的前一个关联节点还需要删除关于该移动终端的路由表项，删除路由表项的过程由MAC-1P服务器触发，通过发送一条消息至原节点来实现。
[0013]作为优选，步骤I所述的MAC-1P信息的建立过程为:移动终端与AP关联后通过DHCP获得IP地址，并发出Gratuitous ARP，AP监听Gratuitous ARP获取移动终端的MAC-1P信息，在与SIP服务器直接相连的节点上储存该信息，该节点作为MAC-1P服务器，其他节点检测到Gratuitous ARP获取的MAC-1P信息告知该节点即可，MAC-1P服务器记录有整个网络中所有移动终端的MAC-1P信息。
[0014]作为优选，步骤2所述的新AP，是PiObe帧返回信号强度最大一个，移动终端选择新AP并与之关联的过程不进行干预。
[0015]作为优选,步骤3所述的漫游消息的通知流程为:新AP根据802.11 AssociatiojnResponse帧来检测移动终端是否关联，新AP检测到与漫游的移动终端关联之后，向网络中的MAC-1P服务器发送漫游消息，告知MAC-1P服务器该移动终端发生了漫游切换，发送给MAC-1P服务器的消息仅包含漫游移动终端的MAC地址以及最新的网关地址，网关地址为新节点AdHoc模式网卡的IP地址。
[0016]作为优选，步骤5中所述的新AP收到MAC-1P服务器的响应消息后，首先根据移动终端的IP地址构造出它的默认网关地址，其默认网关地址为同一子网中最后一字节为I的IP地址。
[0017]作为优选，步骤5中所述的一跳邻居节点和多跳邻居节点的辨别方法是在一个Me sh网络中，节点根据ο I sr d产生的路由表项来判断出它的一跳和多跳邻居节点，所有一跳节点的网关为全O的IP地址，无需其他节点转发。
[0018]本发明的创新点在于:
O漫游过程中移动终端IP地址不变；
2)以移动终端信号强度做为切换触发条件，AP发起断开联接操作，辅助切换；
3)Mesh网络其中一个节点作为MAC-1P服务器，提供整个网络的MAC-1P对应关系；
4)Mesh节点与MAC-1P服务器通信机制，以消息内容作为更新路由的依据。
[0019]本发明不对现有移动终端做任何修改、兼容SIP服务。以Mesh网络为基础，AP辅助移动终端漫游，是一种低费用，实现方法简单，切换延时较小的漫游方法。
[0020]
【专利附图】
【附图说明】
[0021]附图1:是本发明实施例中场景简要示意图。
[0022]附图2:是本发明实施例中MAC-1P建立过程图。
[0023]附图3:是本发明实施例中漫游消息的通知流程。
[0024]附图4:是本发明实施例中系统整体方法。
[0025]附图5:是本发明实施例中MAC-1P消息与漫游消息格式。
[0026]附图6:是本发明实施例中漫游响应的消息格式。
[0027]附图7:是本发明实施例中路由更新消息格式。
[0028]附图8:是本发明实施例中MAC-1P消息和漫游消息的处理流程。
[0029]
【具体实施方式】
[0030]为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0031 ] 请见图1,是本发明实施例中场景简要示意图，其中包含3个无线Mesh节点和一个SIP服务器主机，移动终端在图中并未画出。三个无线Mesh节点除节点I外均装有两块无线网卡，一块工作在AP模式，供移动终端接入；另一块工作在AdHoc模式，用于组建Mesh骨干网络。所有工作在AP模式的网卡具有相同的SSID，且相邻两个节点间的无线接入信号覆盖会有重叠。而每个节点的有线网口将和工作在AP模式的无线网卡桥接在一起。
[0032]请见图2、图3和图4，本发明所采用的技术方案是:一种基于AP辅助的VoWLAN漫游方法，包括一下步骤:
步骤1:移动终端与AP关联后，通过DHCP获取IP地址。AP通过监听免费ARP请求获取移动终端的MAC-1P信息，并在与SIP服务器直接相连的节点I上储存该信息。节点I作为MAC-1P服务器，其他节点检测到免费ARP告知节点I即可。MAC-1P服务器记录有整个网络中所有移动终端的信息。漫游过程中移动终端IP地址不变，即在离开这个网络之前，移动终端保持这个IP地址。移动终端重启之后再次入网，重新获得IP。
[0033]步骤2:通过实时的检测AP接收到的来自移动终端的信号强度，多次检测取平均。在检测到与当前关联AP的移动终端通信质量下降到预定阀值后，AP发送伪造的Deauthentication巾贞,结束与移动终端的关联关系。移动终端收到此Deauthentication中贞后，与AP解除关联，并根据Probe帧返回的信号强度选择一个新AP进行关联。这里选择的新AP，是Probe帧返回信号强度最大一个。移动终端选择新AP并与之关联的过程不进行干预。
[0034]步骤3:新AP与漫游的移动终端关联之后，向网络中的MAC-1P服务器发送漫游消息，告知MAC-1P服务器该移动终端发生了漫游切换；新AP根据802.11关联响应帧来检测移动终端，发送给MAC-1P服务器的消息仅包含移动终端的MAC地址以及最新的网关地址，网关地址为新节点AdHoc模式网卡的IP地址。
[0035]步骤4: MAC-1P服务器在收到漫游消息后，它将根据MAC地址来查找移动终端的IP地址，将MAC-1P消息告知新AP的同时更新MAC-1P表中该移动终端的网关IP地址。
[0036]步骤5:新AP收到MAC-1P服务器的响应消息后，首先根据移动终端的IP地址构造出它的默认网关地址(同一子网中最后一字节为I的IP地址)JtSARP中发送端IP，发送伪造的ARP消息给移动终端，将上行语音数据导向新AP自身。同时新AP将分别发送广播和单播消息通知网络中的其他节点更新路由。对于新AP的一跳邻居来说，他们可以收到新AP的广播消息；对于2跳及以上节点来说，它们根据新接入点的单播消息来更新路由。在一个Mesh网络中，节点可以根据olsrd产生的路由表项来判断出它的一跳和多跳邻居节点，所有一跳节点的网关为全O的IP地址，无需其他节点转发。MAC-1P服务器在收到漫游消息后立即更新路由。
[0037]步骤6:网络中的其他节点在收到漫游通知消息后，重新建立一条关于该移动终端的路由表项。当收到来自SIP服务器发往该移动终端的下行语音数据时，其他节点将根据该路由表项进行转发；由于移动终端的IP地址与它的新AP的IP不在同一子网中，新AP还将添加一条路由表项，从而将收到的下行语音数据最终交给移动终端。
[0038]步骤7:当移动终端再次发生漫游切换时，除了以上步骤，移动终端的前一个关联节点还需要删除关于该移动终端的路由表项。故在本设计中，删除路由表项的过程还是由MAC-1P服务器触发，通过发送一条消息至原节点来实现。
[0039]请见图5，是本发明实施例中MAC-1P消息与漫游消息格式。MAC-1P服务器在移动终端加入网络后记录其MAC-1P信息以及网关地址；当终端发生漫游切换时，MAC-1P响应移动终端当前关联节点的漫游消息。二者采用相同的消息格式。如图5所示。网关字段即Mesh节点上AdHoc模式网卡的IP地址；客户信息包含移动终端的MAC地址及当前IP地址。最后一字节用于区分消息的来源，判断其是由移动终端免费ARP还是漫游时的802.11关联响应帧所产生的。
[0040]请见图6，是本发明实施例中漫游响应的消息格式。在收到漫游消息后，MAC-1P服务器向移动终端的当前关联节点发送响应消息，通知其作进一步的路由消息通知与路由添加工作。图6为漫游响应的消息格式，包含路由信息、MAC地址信息以及标识信息。MAC-1P服务器原封不动地将漫游消息中的网关地址、移动终端的MAC地址拷贝下来，并携带移动终端的IP地址及两个单字节字段发送给移动终端的当前关联节点。Ops字段表示接收到该消息后节点应该采取的操作一添加或是删除路由。ARPFlag字段用于表明节点是否需要辅助移动终端更新ARP，只有收到漫游响应消息的节点才需要发送伪造的ARP消息给终端。
[0041]请见图7，是本发明实施例中路由更新消息格式。包含路由信息及一个标志信息，用于区分删除或是添加路由。路由消息本身已经分为了两类一广播与单播消息。广播消息用于通知一跳邻居节点，而多跳节点则用单播消息来通知。
[0042]请见图8，是本发明实施例中MAC-1P消息和漫游消息的处理流程。MAC-1P服务器对MAC-1P消息和漫游消息的处理流程如图8所示。首先是区分IMAC-1P消息和漫游消息。，移动终端漫或首次入网都产生这个消息。若是移动终端发生漫游产生的，MAC-1P服务器把终端的IP地址告知移动终端的当前关联节点，全网需要相应的更新关于该移动终端的路由表项；若移动终端是首次入网，则MAC-1P服务器出还没有关于它的记录，直接忽略该消息；若是移动终端重启后再次入网，MAC-1P服务器更新已存在的记录。
[0043]若接收到的是一条IP-MAC消息，MAC-1P服务器判断IP-MAC表中是否存在该消息。若是不存在，存储该条目；若已经存在，则需要判断其是否与已有记录相同。如移动终端重新后启动再次入网而产生该消息，它获得了新的IP地址并处在一个新的子网当中。此时，MAC-1P服务器在更新MA-1P信息的同时通知该移动终端的当前关联节点，由该节点告知全网删除已有的关于该移动终端的路由。
[0044]应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
[0045]应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种基于AP辅助的VoWLAN漫游方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:移动终端与AP关联后，通过DHCP获取IP地址，AP通过监听免费ARP请求获取移动终端的MAC-1P信息，并在与SIP服务器直接相连的节点上储存该信息，该节点作为MAC-1P服务器，其他节点检测到免费ARP告知该节点，MAC-1P服务器记录整个网络中所有移动终端的信息；漫游过程中移动终端IP地址不变，即在离开这个网络之前，移动终端保持这个IP地址，移动终端重启之后再次入网，重新获得IP ； 步骤2:通过实时的检测AP接收到的来自移动终端的信号强度，多次检测取平均，在检测到与当前关联AP的移动终端通信质量下降到预定阀值后，AP发送伪造的Deauthentication帧,结束与移动终端的关联关系；移动终端收到此Deauthentication中贞后，与AP解除关联，并根据Probe帧返回的信号强度选择一个新AP进行关联； 步骤3:新AP与漫游的移动终端关联之后，向网络中的MAC-1P服务器发送漫游消息，告知MAC-1P服务器该移动终端发生了漫游切换^AP根据802.11关联响应帧来检测移动终端，发送给MAC-1P服务器的消息仅包含移动终端的MAC地址以及最新的网关地址，网关地址为新节点AdHoc模式网卡的IP地址； 步骤4: MAC-1P服务器在收到漫游消息后，根据MAC地址来查找移动终端的IP地址，将MAC-1P消息告知新AP的同时更新MAC-1P表中该移动终端的网关IP地址； 步骤5:新AP收到MAC-1P服务器的响应消息后，首先根据移动终端的IP地址构造出它的默认网关地址，作为ARP中发送端IP，发送伪造的ARP消息给移动终端，将上行语音数据导向新AP自身；同时新AP将分别发送广播和单播消息通知网络中的其他节点更新路由，对于新AP的一跳邻居节点来说，他们可以收到新AP的广播消息，对于二跳邻居节点及以上节点来说，它们根据新接入点的单播消息来更新路由；MAC-1P服务器在收到漫游消息后立即更新路由； 步骤6:网络中的其他节点在收到漫游通知消息后，重新建立一条关于该移动终端的路由表项，当收到来自SIP服务器发往该移动终端的下行语音数据时，其他节点根据该路由表项进行转发；由于移动终端的IP地址与它的新AP的IP不在同一子网中，新AP还将添加一条路由表项，从而将收到的下行语音数据最终交给移动终端。
2.根据权利要求1所述的基于AP辅助的VoWLAN漫游方法，其特征在于:当移动终端再次发生漫游切换时，除了上述步骤外，移动终端的前一个关联节点还需要删除关于该移动终端的路由表项，删除路由表项的过程由MAC-1P服务器触发，通过发送一条消息至原节点来实现。
3.根据权利要求1所述的基于AP辅助的VoWLAN漫游方法，其特征在于:步骤I所述的MAC-1P信息的建立过程为:移动终端与AP关联后通过DHCP获得IP地址，并发出Gratuitous ARP, AP监听Gratuitous ARP获取移动终端的MAC-1P信息，在与SIP服务器直接相连的节点上储存该信息，该节点作为MAC-1P服务器，其他节点检测到GratuitousARP获取的MAC-1P信息告知该节点即可，MAC-1P服务器记录有整个网络中所有移动终端的MAC-1P f目息。
4.根据权利要求1所述的基于AP辅助的VoWLAN漫游方法，其特征在于:步骤2所述的新AP，是Probe帧返回信号强度最大一个，移动终端选择新AP并与之关联的过程不进行干预。
5.根据权利要求1所述的基于AP辅助的VoWLAN漫游方法，其特征在于:步骤3所述的漫游消息的通知流程为:新AP根据802.11 Association Response帧来检测移动终端是否关联，新AP检测到与漫游的移动终端关联之后，向网络中的MAC-1P服务器发送漫游消息，告知MAC-1P服务器该移动终端发生了漫游切换，发送给MAC-1P服务器的消息仅包含漫游移动终端的MAC地址以及最新的网关地址，网关地址为新节点AdHoc模式网卡的IP地址。
6.根据权利要求1所述的基于AP辅助的VoWLAN漫游方法，其特征在于:步骤5中所述的新AP收到MAC-1P服务器的响应消息后，首先根据移动终端的IP地址构造出它的默认网关地址，其默认网关地址为同一子网中最后一字节为I的IP地址。
7.根据权利要求1所述的基于AP辅助的VoWLAN漫游方法，其特征在于:步骤5中所述的一跳邻居节点和多跳邻居节点的辨别方法是在一个Mesh网络中，节点根据olsrd产生的路由表项来判断出它的一跳和多跳邻居节点，所有一跳节点的网关为全O的IP地址，无需其他节点转 发。
【文档编号】H04L29/12GK104010292SQ201410268809
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】江昊, 吴静, 康东杰, 陈继栋, 周建国 申请人:武汉大学