开0AP的覆盖范围前完成切换，连接到下一跳接入点（Next AP，NAP)。切 换时机决策就是研究移动终端何时触发切换最有利于实现快速切换。
[0041] 若切换开始过晚，即丽离开0AP的距离过大时才开始切换，则在切换完成之前， 0AP可能已经不能为MN提供可靠的无线连接，此时系统会断连，切换失败，造成数据丢失严 重。切换也并非越早开始越好，如果在试图切换时，NAP信号还不足够强，不能确定NAP，需 要重复进行邻居AP发现，花费大量的时间，也会增加切换延时。因此，选择合适的切换时机 对于成功完成切换并降低切换时延有着重要意义，附图2给出切换时机决策示意图。
[0042] 附图3给出了丽在0AP与NAP间进行切换的过程。切换包含了三个阶段：切换准 备阶段、切换阶段、切换完成。鉴于本发明采用了预学习机制和双网卡硬件设备，NAP是明 确的，且终端过程中MN与外网始终处于连接状态，因此不会出现乒乓切换和连接中断的情 况。本发明采用信号强度比较法进行切换决策，当NAP的信号强度大于0AP时则果断进行 切换。这种方法虽然简单，但是针对本发明所考虑的应用场景算法效率很高，并且不会影响 切换效果。
[0043] 3.无重叠信道分配机制
[0044] 鉴于切换时延主要由扫描时延构成，本方案中采用无重叠信道分配机制，减少扫 描信道数，进而减少切换时延。本方案采用双链路软切换，因此MN上需要配备两块无线网 卡以提供两条无线链路，AP可以是支持IEEE802. 11协议的标准设备。
[0045] 由于AP和丽的射频模块都可以选择全向天线和定向天线，根据不同天线的特性， 可以有多种组合。包括AP全向天线/MN定向天线、AP定向天线/MN全向天线、AP定向天线 /MN定向天线。前两种信道分配机制方式对于MN上两块无线网卡的相对位置都有要求，即 必须有足够完成一次切换的间距。当MN以40km/h的时速运动时，采用快速切换算法，一次 切换时延约为200毫秒，在切换期间MN行进约2米，即要求两天线间的距离至少为2米；当 MN的运动时速增大时，要求双网卡的间距更大。因此，上述两种信道分配机制不适合MN的 单体体积较小的情况。AP定向天线/MN定向天线机制可以用于MN体积较小、两天线间距很 小的场合。
[0046] 附图4中AP的定向天线采用了不同的方向：API、AP3、AP5……AP2n+l的定向天 线朝向与丽的运动方向一致，其信号覆盖区域用实线表示，采用信道1 ;AP2、AP4、AP6…… AP2n的定向天线朝向与丽的运动方向相反，其信号覆盖区域用虚线表示，采用信道6。相 邻AP间的距离基本相等，天线方向相同的AP之间覆盖区域不重叠，而相邻且天线不同向的 AP之间覆盖区域部分重叠。
[0047] 丽的无线网卡N1的天线方向与其移动的方向一致，N2的天线方向与其移动方向 相反。要求N1只能与AP2n(n是正整数）相连接，N2只能与AP2n-l(n是正整数）相连接， 此时N1与N2的切换不是自动检测完成，而需要进行控制。
[0048] 当MN在如图位置时，N1与AP4连接，N2与API连接。当MN继续向图示方向移动 时，切换过程如下：
[0049] 1)当MN到达AP3所在的位置时，N2移出API的信号覆盖范围，进入AP3的信号覆 盖范围，N2从API切换到AP3,切换过程在丽经过图中竖线的阴影部分期间完成。此时， AP4的信号在增强中，N1保持与AP4的连接。
[0050] 2)当MN到达AP4所在的位置时，N1移出AP4的信号覆盖范围，进入AP6的信号覆 盖范围，N1从AP4切换到AP6,切换过程在丽经过图中横线的阴影部分期间完成。此时， AP3的信号强度足够保持与N2的连接。
[0051] 4?切换步骤：如图5所示。
[0052] 步骤1 :学习过程中，移动终端将移动轨迹上扫描到的AP基本信息及切换顺序进 行存储，并保存到特定的存储单元中，以备正式工作过程中的调用；
[0053] 步骤2:移动终端不断移动，采用主动扫描方法，不断向周围发送探测包，如果收 到反馈信息，则证明进入其他AP覆盖范围；
[0054] 步骤3 :当扫描到新的AP接入点时，移动终端调用历史存储信息，判断下一跳应该 切换到哪个AP，然后针对特定AP进行信号强度扫描，实时监测该AP信号强度，并与当前AP 信号强度比较；
[0055] 步骤4 :当下一跳AP信号强度大于当前接入的AP的信号的强度时，则触发切换算 法，即通过bonding技术将双无线网卡的功能进行调换；
[0056] 步骤5 :修改终端节点的路由表，并给控制器发送成功切换消息；
[0057] 步骤6 :控制器接收到成功切换消息后，修改相应的流表，并将信息存储到控制器 的拓扑信息中；
[0058] 步骤7 :当移动终端移动到原AP覆盖范围外，终端的双网卡处于冗余备份功能状 态，即只有一个网卡处于活动，当一个down机后另一个马上由备份转为活动状态，直到扫 描到新的AP后，进入下一次切换过程。
【主权项】
1. 一种基于双无线网卡的工业移动网络AP切换方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1 :在学习过程中，移动终端将移动轨迹上扫描到的AP基本信息及切换顺序进行 存储，并保存到移动终端的存储单元中； 步骤2 :在移动终端不断移动的过程中，不断向周围发送探测包，如果收到反馈信息， 则证明进入其他AP覆盖范围； 步骤3 :当扫描到新的AP接入点时，移动终端调用历史存储信息，判断下一跳应该切换 到哪个AP，然后针对下一跳AP进行信号强度扫描，实时监测该AP信号强度，并与当前AP信 号强度比较； 步骤4 :当下一跳AP信号强度大于当前接入的AP的信号的强度时，则触发切换算法， 即通过bonding技术将双无线网卡的功能进行调换； 步骤5 :修改移动终端的路由表，并给控制器发送成功切换消息； 步骤6 :控制器接收到成功切换消息后，修改相应的流表，并将信息存储到控制器的拓 扑信息中； 步骤7 :当移动终端移动到原AP覆盖范围外，终端的双网卡处于冗余备份功能状态，即 只有一个网卡处于活动，当一个down机后另一个马上由备份转为活动状态，直到扫描到新 的AP后，进入下一次切换过程。2. 根据权利要求1所述的一种基于双无线网卡的工业移动网络AP切换方法，其特征 在于，所述学习过程记录AP的基本信息包括：AP相对位置，AP的SSID，AP的地址，AP的信 道。3. 根据权利要求1所述的一种基于双无线网卡的工业移动网络AP切换方法，其特征在 于，所述步骤4中切换的时机为： 由于AP覆盖范围有限，因此快速移动的终端节点位于每个AP覆盖范围内的时间很短， 当移动终端节点扫描到新的AP后，则进入信号强度比较阶段，当NAP信号强度大于等于0AP 时，则进行切换，连接到下一跳AP接入点。4. 根据权利要求1所述的一种基于双无线网卡的工业移动网络AP切换方法，其特征在 于，所述切换包含了三个阶段：切换准备阶段、切换阶段、切换完成； 切换准备阶段是丽与0AP传输数据的过程中发现新的AP信号，然后查询NAP使用的 信道，并针对特定信道对NAP的信号强度进行扫描，并与0AP信号强度进行实时比较。切换 阶段是MN扫描到NAP的信号强度大于等于0AP时，MN向NAP发送认证、关联消息，成功接 受响应消息后，MN向控制器发送切换请求，控制器确认切换后，下发修改流表命令；响应AP 节点修改完流表后则切换完成，可以正常传输数据。5. 根据权利要求1所述的一种基于双无线网卡的工业移动网络AP切换方法，其特征在 于，所述AP和移动终端根据不同天线的特性有多种天线组合，包括AP全向天线/MN定向天 线、AP定向天线/MN全向天线、AP定向天线/MN定向天线。6. 根据权利要求1所述的一种基于双无线网卡的工业移动网络AP切换方法，其特征在 于，所述移动终端采用双无线网卡.7. 根据权利要求1所述的一种基于双无线网卡的工业移动网络AP切换方法，其特征在 于，所述移动终端与相邻AP之间通信的信道不重叠。
【专利摘要】本发明提供了一种基于双无线网卡的AP切换方法，由移动终端主动扫描AP信号强度，然后将扫描到的信号强度与当前接入AP的信号强度进行比较，如果信号强度大于当前AP信号强度，则开始切换，否则继续扫描直至成功切换为止。为了降低切换时延，针对工业应用场景中移动路线基本固定的特点，本发明提出了预学习机制，即在正式应用前，对应用场景的AP位置、切换顺序等信息进行学习，并存储到终端节点，以便正式应用中进行有针对性的扫描和切换。本发明解决了工业移动网络场景下的AP快速切换问题；采用双无线网卡实现无中断切换；针对特定的工业应用场景，采用预学习机制，进一步降低扫描时延。
【IPC分类】H04W36/18
【公开号】CN105722170
【申请号】CN201410719075
【发明人】曾鹏, 刘金娣, 李栋, 李志博, 俞雪婷, 于海斌
【申请人】中国科学院沈阳自动化研究所
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2014年11月30日
【公告号】WO2016082283A1