专利名称：短距离无线通信系统及其切换处理方法
技术领域：
本发明涉及一种短距离无线通信系统，特别涉及一种随着移动终端的移动而处理切换的短距离无线通信系统及其切换处理方法。
背景技术：
目前设计出了使用时分复用(TDD)方案执行通信的短距离无线通信系统，例如蓝牙，以便连接到基本网络(有线/无线)的接入点(Access Point，AP)充当主设备，而每个移动终端充当从属设备。此时，如果识别AP作为主设备的移动终端正在进入不同的无线范围，需要自动地将移动终端的当前通信信道切换到用于不同无线范围的不同通信信道。这种根据移动终端的移动的通信信道切换被称为切换，这是短距离无线通信系统中的一个非常重要的功能。
传统的短距离无线通信系统通常使用被称为先断后建(break-before-make)切换的硬切换，这种切换在建立新的通信信道之前，先切断现有的通信信道，从而使链路能够重建。
但是，该硬切换算法具有这样一个问题，即发生切换后链路重建所耗费的时间较长，所以近来提出了克服这个问题的各种方法。
目前有以下三种典型的方法，用于解决发生切换时重建链路过程中的时延问题。
首先是由蓝牙特殊兴趣小组(蓝牙SIG)(参考资料B1uetooth SIG，PANAccess Point Roaming，修订本0.51，2002年6月)提出的接入点漫游(AccessPoint Roaming，APR)。APR是这样一种技术，其中相邻接入点(AP)共享关于移动终端的信息，以便仅通过寻呼扫描程序来重建链路，而不进行查询扫描。对于APR技术，目前有启动切换的个人区网络用户(Personal Area NetworkUser，PANU)模式和启动切换的网络接入点(Network Access Point，NAP)模式，其中，由PANU启动切换的情形被称作请求切换，由NAP启动切换的情形被称作强制切换。在以上两种模式中，在移动终端彼此被切断连接时，将移动终端查询信息传送给相邻的AP，并且不进行查询扫描仅利用寻呼扫描程序重建链路。
图1是示出APR中由PANU启动切换时的信号流的示意图。通过从PANU到AP(NAP B)的蓝网封装协议(Blue Network Encapsulation Protocol，BNEP)切换消息来启动切换(参照图1的(1))，以及如果AP(NAP B)在链路层被切断(参照(2))，AP(NAP B)以有线方式向相邻NAP(NAP A和NAP C)传送包括移动终端(PANU)的查询信息的NAP间通信(INC)消息，并且同时向NAP请求寻呼(参照(3))。之后，由于充当主设备的相邻AP(NAP A和NAP C)具有移动终端(PANU)的查询信息，所以它们跳过查询扫描程序而立即执行寻呼程序(参照(5))，此时，作为从属设备的移动终端(PANU)持续执行寻呼扫描(参照(4))。而且，如果已经在移动终端(PANU)和AP(NAP C)之间完全建立新的连接(参照(6))，新连接的AP(NAP C)通过有线向相邻NAP(NAP A和NAP B)传送应答消息INC_ACK(DB_ADDRPANU)(参照(7))。已经接收到应答消息的相邻AP放弃与移动终端建立连接的尝试，然后与移动终端新建立连接的AP通过链路管理器协议(Link Manager Protocol，LMP)建立并配置新的基带连接(参照(8))，并且用逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)建立蓝网封装协议(BNEP)连接(参照(9))。
图2是示出APR中由NAP启动切换时的信号流的示意图。如果由NAP启动切换，在NAP发起BNEP切换请求消息(参照(11))，并且在NAP中执行切断响应(参照(12))，这与图1中由PANU启动切换的情况不同。后续操作具有相同的信号流。
传统切换处理方法的另一个示例是由A.Barke和B.R.Badrinath提出的间接传输控制协议(Indirect-Transmission Control Protocol，I-TCP)(参考资料“I-TCPIndirect TCP for Mobile Hosts”，1995年5月，第15届IEEE ICDC会刊)。I-TCP是一种切换处理协议，该协议完全将通信主机(Correspondent Host，CH)与移动终端之间的TCP连接分成有线TCP连接和无线TCP连接，以保护有线TCP连接避免出现无线TCP连接中出现的问题，从而不发生TCP拥塞。
传统切换处理方法的另一个示例是由D.Melpignano和D.Siropaes提出的蓝牙TCP增强器(Bluetooth TCP Booster，BTB)(参考资料“Bluetooth TCPBooster”，2001年IEEE VTC会刊，2167-2141页)。BTB被安装在AP层2蓝牙和层3 IP之间，是一种监视TCP下行流的切换处理手段，它估计上行ACK分组的平均到达时间，并且如果ACK分组到达比估计时间延迟，就发送将接收窗口尺寸调整为零的伪ACK，以便防止从通信主机发送TCP下行流。也就是说，BTB通过使用本地定时器来估计ACK分组的平均到达时间，所以如果发生切换，ACK分组不在估计的时间内到达。此时，BTB向通信主机而不是向移动终端发送将接收窗口尺寸调整为零的伪ACK，通信主机确定伪ACK是正常的ACK，并且阻止TCP下行流，于是在切换期间不发生数据丢失。但是，当数据丢失发生在移动终端经过无线小区边界与启动切换之间的时间时，就不能够避免。
但是，在以上的传统切换方法中，因为APR仍然存在未解决的由于切换期间的数据丢失而引起的TCP指数回退(backoff)问题，这是硬切换的另一个问题，所以就存在业务质量较差的问题。也就是说，当使用APR的切换方案时，在具有较差的无线信道特性的环境下，很难建立有利于APR的快速切换方案的快速连接；这样，由于切换期间的下行流数据丢失而发生的TCP指数回退，引起即使重建链路也会使TCP数据吞吐量下降的问题。
而且，必须修改现有TCP用于I-TCP，I-TCP将TCP连接分成无线连接和有线连接，于是给无线和有线连接之间的AP提供所有的无线和有线TCP堆栈。因此，I-TCP降低了其处理速度，这对资源利用来说是一种浪费。而且，在所划分的无线和有线连接之间可能存在瓶颈区域，这就带来使整个网络的平滑流出现延迟的问题。
而且，在BTB中，位于层2.5上的代理管理层4 TCP和ACK分组，这就带来违背分层概念的问题。而且，如果在以下状态下发生切换由BTB代理所处理的数据处理并且完全发送多个由Internet协议(IP)分组构成的基带分组的一部分，IP分组是从与新的AP通信的开始接收到的，这就带来增加关于Bluetooth的开销的问题。而且，在目前的TCP机制下，BTB是每次逐一接收到TCP段时逐一发送ACK分组的方法，而不是使用定时器发送ACK分组的方法，所以就存在由于被阻塞的TCP流使AP不能产生ACK分组以启动通信的问题。
发明内容
为了解决以上问题，本发明的一个方面是提供一种短距离通信系统和一种切换处理方法，即使在较差的无线信道环境下发生切换，也能够防止吞吐量的降低，从而能够防止业务质量的下降。
为了实现本发明的上述方面，根据本发明的短距离通信系统包括具有切换缓冲器的主机控制器接口，用于缓冲主机控制器接口(HCI)数据和传输数据，以及用于与外部设备交换数据；微控制器，当由于外部设备的移动而发生切换之后，在一个新的接入点(AP)与外部设备互连的情况下，如果从该新的AP发送指示与外部设备的连接建立完成的消息，则将缓冲在所述切换缓冲器中的数据转发给该新的AP。
这里，当被应用到蓝牙系统时，所述切换缓冲器使用在HCI中提供的基带缓冲器进行数据重传。而且，切换缓冲器以基带分组单元缓冲数据。另外，当切换缓冲器被应用到蓝牙系统时，通过INC_ACK消息的接收，来识别从新的AP发送的与外部设备的连接建立完成消息。
如果收到从外部设备发送的对于数据的ACK，微控制器就删除缓冲在切换缓冲器中的数据，如果没有接收到，就保留缓冲在切换缓冲器中的数据。当被应用到蓝牙系统时，通过基带ACK信号的接收来识别对于发送给外部设备的数据的ACK。
同时，如果与第三外部设备新建立连接的微控制器，从一个不同的AP收到HCI数据和传输数据，该微控制器立即向该第三外部设备转发HCI数据和传输数据。
为了实现以上目的，根据本发明的用于短距离通信系统的切换处理方法包括以下步骤在新接入点与外部设备互连的情况下，当与外部设备通信时，将HCI数据和传输数据存储在切换缓冲器中；以及当由于外部设备的移动而发生切换之后，如果从新的AP发送指示与外部设备的连接建立完成的消息，则将缓冲在切换缓冲器中的HCI数据和传输数据转发给新的AP。
当被应用到蓝牙系统时，切换缓冲器使用基带缓冲器进行数据重传，并且通过基带分组单元存储数据。
而且，用于短距离通信系统的切换处理方法还包括以下步骤如果收到从外部设备发送的对于数据的ACK，则删除缓冲在切换缓冲器中的数据，如果没有收到从外部设备发送的对于数据的ACK，就保留缓冲在切换缓冲器中的数据。
而且，用于短距离通信系统的切换处理方法还包括以下步骤在与第三外部设备新建立连接的情况下，如果从一个不同的AP接收到HCI数据和传输数据，就立即向第三外部设备转发HCI数据和传输数据。
如上所述，在短距离通信系统和切换处理方法中，即使切换发生在无线信道环境恶化的情况下，由于系统在切换完成之后向新连接的AP转发缓冲的数据，即使延长移动终端的链路切断时间以便避免TCP指数回退，新连接的AP也能够立即向移动终端发送所转发的数据。
下面将参照附图详细描述本发明，其中相同的标号表示相同要素，其中图1和图2是示出根据进行切换的设备的种类的传统的基于APR的切换处理的信号流的示意图；图3是示出根据本发明实施例的应用于蓝牙系统的短距离无线通信系统的方框图；图4是说明用于图3的短距离无线通信系统的切换处理方法的流程图；图5是示出图3的短距离无线通信系统的发送程序及蓝牙系统层的示意图；图6和图7是基于切换频率对蓝牙系统中的本切换处理和传统的基于APR的切换处理进行性能比较，以及基于接收分组的顺序进行缓冲性能比较的示意图。
具体实施例方式
以下将参照附图详细说明本发明。
图3是示出根据本发明实施例的短距离无线通信系统的简要方框图。这里，利用例如用于蓝牙系统的系统示出该短距离无线通信系统。该系统包含主机控制器接口(HCI)10、存储器20和微控制器30。
HCI 10包含切换缓冲器12，用于缓冲HCI数据和传输数据；和基带控制器14，用于控制连接的移动终端和数据接口。这里，切换缓冲器12被置于蓝牙系统的HCI层，而且对于切换缓冲器12使用基带缓冲器，当移动终端需要数据重传时，用于缓冲数据重传的传输数据。也可以与上述不同，使用单独的缓冲器。
存储器20存储基于各层预定的协议，以便能够在移动终端和不同的AP之间交换数据。
微控制器30控制整个系统，特别是如果所连接的移动终端移动而发生切换，控制HCI持续保留缓冲在切换缓冲器中的数据分组，如果在完成切换之后，从新的AP发送指示与进行切换的移动终端的连接完成的信号，将缓冲在切换缓冲器中的数据分组发送给新的AP。
图4是说明用于图3的短距离无线通信系统的切换处理方法的流程图。如果建立与移动终端的连接(S410)，系统就执行与移动终端的通信，在执行与移动终端的通信时，微控制器30命令基带控制器14将要发送给移动终端的HCI数据和传输数据缓冲在切换缓冲器(或基带缓冲器)12中(S420)并且发送它们。
如上所述，系统执行与移动终端的通信，同时将数据分组缓冲在切换缓冲器12中，微控制器30根据是否收到从移动终端发送的基带ACK信号，来控制HCI删除或保持缓冲在切换缓冲器中的分组(S440)。也就是说，当从移动终端接收到基带ACK信号时，微控制器30命令基带控制器14删除缓冲在切换缓冲器14中的分组(S444)，并且能够持续执行通信，同时继续将要发送的数据分组缓冲到切换缓冲器12中。如果在估计的时间内没有从移动终端接收到基带ACK信号，微控制器30命令基带控制器14继续将分组缓冲在切换缓冲器12中(S442)。
同时，如果没有从发生切换的移动终端接收到基带ACK信号，微控制器30就不删除分组而是将其保留在切换缓冲器12中(S442)。也就是说，系统不再接收基带ACK信号，即使是发生切换时也如此，所以微控制器30不删除分组而是将其保留在切换缓冲器12中。之后，如果移动终端与不同的AP建立新连接，并且新的AP发送切换完成和链路重建的INC_ACK信号(S450)，微控制器30将缓冲在切换缓冲器中的数据分组发送给发送INC_ACK消息的新的AP(S460)。
图5是示出从移动终端的原AP到新的AP的发送程序及蓝牙系统层的示意图。图5中，标号CH表示通信主机，标号R表示路由器，标号MN表示移动结点。
通过上述发送程序，将缓冲在原AP的切换缓冲器中的分组发送给新的AP，新的AP立即将接收到的分组发送给移动终端。
如果从新的AP向移动终端发送数据分组，移动终端就不能识别出从原AP到新的AP的发送，所以移动终端向通信主机CH发送请求下一个分组的ACK信号。
如上所述，可以说明，从移动终端向新的AP发送ACK信号带来如下结果即，移动终端与新的AP之间的通信根据移动终端而不是主机的激活请求而重新启动，以及由于没有发生TCP指数回退，基于发送的没有数据丢失的数据传输能够使快速通信重新启动。
而且，由于切换缓冲器的分组是用于蓝牙系统中层2的基带分组，与用于层3的缓冲器相比，能够减小缓冲器尺寸，并且能够防止接收分组无序，从而能够有效减少接收分组的复制。
图6和图7是比较蓝牙系统中基于本切换处理和传统的基于APR的切换处理的吞吐量的示意图，其中，图6是示出基于切换频率的性能比较的示意图，图7是示出基于接收分组顺序的层2缓冲性能比较的示意图。
根据如下假设获得图6和图7所示的仿真结果移动终端的移动速度是1.2m/s，微微网的半径是10m，移动终端沿一个方向移动并且经过微微网直径的60％的点。将链路监视定时器的超时值设置为2秒，以检测快速链路损失，并且进行12次切换，其中考虑到具有较差无线信道特性的环境，仅对于最差的情况维持4秒的实际通信时间。
图6示出在由于较差的无线信道特性使通信频繁接通或断开的环境中，本方面的层2分组缓冲方案与传统基于APR的快速切换方案之间的比较。尽管已完成切换并且重建链路，但是由于链路切断期间的分组丢失引起TCP指数回退，基于APR的切换方案仍然具有降低吞吐量的时间间隔。然而，由于本发明的层2分组缓冲方案在用重建的链路完成切换时，通过所转发的数据分组立即重新启动通信，所以消除了TCP指数回退的出现，从而能够持续获得所示的吞吐量。
图7示出从移动终端接收到的TCP分组的顺序，其中，APR用复制的接收分组降低了效率，但是本发明的层2分组缓冲方案示出接收到更多分组，所以能够提高效率。
如上所述，根据本发明的无线通信系统和用于该无线通信系统的切换处理方法，在无线信道环境恶化使快速通信重新启动的情况下，能够防止发生切换时由于链路切断时间被延长而发生数据丢失所引起的吞吐量降低，并且能够抑制TCP指数回退的出现，以便提高通信业务质量。
虽然已参照本发明的特定优选实施例示出和说明了本发明，本领域技术人员应该理解，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的实质和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。
权利要求
1.一种短距离无线通信系统，包括具有切换缓冲器的主机控制器接口，用于缓冲主机控制器接口(HCI)数据和传输数据中的至少一个，以及用于与外部设备交换所述HCI数据和传输数据中的至少一个；微控制器，用于当由于所述外部设备的移动而发生切换之后，在新的接入点(AP)与所述外部设备互连的情况下，如果从所述新的AP发送指示与所述外部设备的连接建立完成的消息，则将缓冲在所述切换缓冲器中的所述HCI数据和传输数据中的至少一个转发给所述新的AP。
2.如权利要求1所述的短距离无线通信系统，其中，如果收到从所述外部设备发送的对于所述HCI数据和传输数据中的至少一个的应答ACK消息，所述微控制器删除缓冲在所述切换缓冲器中的所述HCI数据和传输数据中的至少一个。
3.如权利要求2所述的短距离无线通信系统，其中，如果没有收到从所述外部设备发送的对于所述HCI数据和传输数据中的至少一个的应答ACK消息，所述微控制器保留缓冲在所述切换缓冲器中的数据。
4.如权利要求3所述的短距离无线通信系统，其中，如果与第三外部设备新建立连接的所述微控制器从一个不同的AP收到所述HCI数据和传输数据中的至少一个，所述微控制器立即向所述第三外部设备转发所述HCI数据和传输数据中的至少一个。
5.一种用于短距离无线通信系统的切换处理方法，包括以下步骤在一个新的接入点(AP)与外部设备互连的情况下，当与所述互连的外部设备通信时，将主机控制器接口(HCI)数据和传输数据中的至少一个存储在切换缓冲器中；以及当由于所述外部设备的移动而发生切换之后，如果从所述新的AP发送指示与所述外部设备的连接建立完成的消息，将缓冲在所述切换缓冲器中的所述HCI数据和传输数据中的至少一个转发给所述新的AP。
6.如权利要求5所述的切换处理方法，还包括以下步骤如果收到从所述外部设备发送的对于所述HCI数据和传输数据中的至少一个的应答(ACK)消息，则删除缓冲在所述切换缓冲器中的所述HCI数据和传输数据中的至少一个。
7.如权利要求6所述的切换处理方法，还包括以下步骤如果没有收到从所述外部设备发送的对于所述HCI数据和传输数据中的至少一个的应答(ACK)消息，则保留缓冲在所述切换缓冲器中的所述数据。
8.如权利要求5所述的切换处理方法，还包括以下步骤在与第三外部设备新建立连接的状态下，如果从一个不同的AP收到所述HCI数据和传输数据中的至少一个，则立即向所述第三外部设备转发所述HCI数据和传输数据中的至少一个。
9.一种蓝牙系统，包括具有基带缓冲器的主机控制器接口，用于缓冲主机控制器接口(HCI)数据和传输数据中的至少一个，以及用于与外部设备交换所述HCI数据和传输数据中的至少一个；微控制器，当由于所述外部设备的移动而发生切换之后，在一个新的接入点(AP)与所述外部设备互连的情况下，如果从所述新的AP发送网络接入点间(NAP)通信(INC)应答ACK消息，则将缓冲在所述基带缓冲器中的所述HCI数据和传输数据中的至少一个转发给所述新的AP。
10.如权利要求9所述的蓝牙系统，其中，如果收到来自所述外部设备的基带ACK，所述微控制器删除缓冲在所述基带缓冲器中的所述HCI数据和传输数据中的至少一个。
11.如权利要求10所述的蓝牙系统，其中，如果没有收到所述基带ACK，所述微控制器保留缓冲在所述基带缓冲器中的所述HCI数据和传输数据中的至少一个。
12.如权利要求9所述的蓝牙系统，其中，如果与第三外部设备新建立连接的所述微控制器从一个不同的AP收到所述HCI数据和传输数据中的至少一个，所述微控制器立即向所述第三外部设备转发所述HCI数据和传输数据中的至少一个。
13.一种用于蓝牙系统的切换处理方法，包括以下步骤在一个新的接入点(AP)与一个外部设备互连的情况下，当与所述外部设备通信时，将HCI数据和传输数据中的至少一个存储在切换缓冲器中；以及当由于所述外部设备的移动而发生切换之后，如果从所述新的AP发送INC ACK消息，则将缓冲在所述基带缓冲器中的所述HCI数据和传输数据中的至少一个转发给所述新的AP。
14.如权利要求13所述的切换处理方法，还包括以下步骤如果从所述外部设备收到基带应答(ACK)消息，则删除缓冲在所述基带缓冲器中的所述HCI数据和传输数据中的至少一个。
15.如权利要求14所述的切换处理方法，还包括以下步骤如果没有从所述外部设备收到所述基带ACK消息，则保留缓冲在所述基带缓冲器中的所述HCI数据和传输数据中的至少一个。
16.如权利要求13所述的切换处理方法，还包括以下步骤在与第三外部设备新建立连接的情况下，如果从一个不同的AP收到所述HCI数据和传输数据中的至少一个，则立即向所述第三外部设备转发所述HCI数据和传输数据中的至少一个。
全文摘要
公开了一种能够重新启动快速通信的切换处理方法。该切换处理方法在接入点与外部设备互连的情况下，在通信中将主机控制器接口(HCI)数据和传输数据存储在切换缓冲器中。而且，在由于外部设备的移动而发生切换之后，如果从一个新的AP发送指示与所述外部设备的连接建立完成的消息，该方法就将缓冲在切换缓冲器中的HCI数据和传输数据转发给该新的AP。因此，在较差的无线信道环境中，尽管发生切换也不会降低吞吐量，从而可以提高业务质量。
文档编号H04L12/56GK1520057SQ20031011315
公开日2004年8月11日 申请日期2003年12月25日 优先权日2003年1月29日
发明者金用锡, 尹元鎔, 车均铉, 严斗燮, 李元熙, 李泰珍, 朱良翊 申请人:三星电子株式会社