专利名称：漫游于802.11无线网路中的方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种快速漫游于802.11无线网路中的方法，此方法乃利用能够在与某一网路存取器(access point；AP)进行通讯的同时搜寻另一网路存取器的使用者装置，特别是关于一种快速漫游于802.11无线网路中的方法，此方法乃利用具有双收发器的使用者装置。
背景技术：
近年来IEEE 802.11无线区域网路(WLAN)技术日渐普及，其应用的层面亦广泛地存在于人们的日常生活中，而电脑是要主用以存取网路的工具。然而，由于使用者对于高度移动性的要求，市面上乃提供有越来越多具有存取网际网路能力的可携式装置，例如笔记型电脑、个人数字助理、智慧手机以及WiFi电话等等，由这些可携式装置，使用者便可在任何地方存取网路。
因为WLAN通讯架构是植基于区域网路基础建设，所以使用者装置能够透过AP来连接网路，而每一个AP的涵盖范围均有一定的限度，例如WLAN系统中一般网路存取器的无线覆盖范围的半径大约为一百至三百英尺，其实际大小将随环境以及无线电频率的功率而定。因此使用者装置可于某一AP的涵盖范围内存取网路，且此种涵盖一个特定场所的无线连接设定通常非常适合小型或者家庭办公室(SOHO)。
此外，在面积较大的区域中，例如办公大楼、机场、社区或甚至大都市，将需要配置许多AP以建购较宽广的涵盖范围。由于使用者装置具有可携式的特性，所以使用者经常会携带此使用者装置来移动。然而，因为WLAN系统设计上的限制，使得当使用者装置由连接中的AP的涵盖范围移向另一AP的涵盖范围时，将需要先与原连接的AP中断连结，然后再与另一AP进行连结。在中断连结与开始连结的程序之间，使用者装置将于一段时间内失去连接网路的能力，对于某些通讯服务而言，例如网路电话(VoIP)、视频会议或者即时影音串流，此一连线中断将导致低劣的服务品质。因为漫游的延迟时间过长，所以横跨相邻AP的涵盖范围的漫游方式并不适合应用于可携式装置。
由上述说明中可知，漫游的延迟时间对于WLAN通讯系统的连接具有关键的影响地位，所以需要提供于WLAN系统中快速漫游的解决方式以让具有使用者装置的使用者能够快速移动，并穿过数个AP涵盖范围的边界，特别是使用在具有宽广的涵盖范围的公共通讯系统的情形。
发明内容
监于上述问题，本发明乃提供一种用以于具有数个AP的无线网路中快速且平顺地漫游的系统与方法。
本发明的目的在于提供一种无线区域网路系统，其包含第一网路存取器(access point；AP)以及第二网路存取器，用以提供无线通讯。使用者装置是无线地耦合至第一网路存取器，其中此使用者装置能够在与第一网路存取器连线的同时搜寻第二网路存取器。网路管理伺服器耦合至第一与第二网路存取器，其中此第一与第二网路存取器乃根据此网路管理伺服器的指令来决定使用者装置的存取能力。此外，使用者装置亦可包含双收发器，亦即第一收发器与第二收发器。第一收发器主要以连接模式来连接至第一网路存取器而第二收发器便以搜寻模式来同时搜寻第二网路存取器。
本发明的另一目的在于提供一种用于无线区域网路系统的使用者装置，此使用者装置包含第一收发器，用以与第一网路存取器进行通讯，以及第二收发器，用以搜寻第二网路存取器。第一收发器主要以连接模式来连接至第一网路存取器而第二收发器便以搜寻模式来同时搜寻第二网路存取器。
本发明的又一目的在于提供一种于无线区域网路中快速漫游的方法，首先使用者装置于连接至第一网路存取器的同时搜寻第二网路存取器。接着，在使用者装置以及第一网路存取器间的通讯中断前，此使用者装置将转而连接至第二网路存取器，并且此使用者装置将接着于连接至第二网路存取器的同时搜寻第三网路存取器。上述网路存取器的交替(handoff)可发生在使用者装置与第一(连接中的)网路存取器间的通讯品质降低至预设程度的时。
本发明将配合其较佳实施例与随附的附图详述于下，应理解者为本发明中所有的较佳实施例仅为例示之用，因此除文中的较佳实施例外，本发明亦可广泛地应用在其他实施例中。且本发明并不受限于任何实施例，应以随附的申请专利范围及其同等领域而定，其中图1呈现一个无线网路系统的实施例。
图2为一方块图，呈现具有双收发器的使用者装置于网路存取器交替(handoff)前的状态。
图3为一方块图，呈现具有双收发器的使用者装置于网路存取器交替后的状态。
图4呈现于宽广区域中数个网路存取器的配置方式。
图5呈现网路存取器交替之前，位在具有数个网路存取器的无线网路内并且移动中的使用者装置。
图6呈现网路存取器交替之后，位在具有数个网路存取器的无线网路内并且移动中的使用者装置。
图7呈现信号干扰的现象(blackout scenario)。
图8呈现不同传输速率的涵盖范围。
具体实施例方式
参照图1，其中呈现802.11无线区域网路(wireless local areanetwork；WLAN)系统的较佳实施例。网路管理伺服器(network managementserver)11是用以控制此系统。一般而言，网路的设置是将数个网路存取器(access point；AP)透过闸道器(gateway)来连接至乙太网路，在图1所呈现的较佳实施例中，数个AP 140-147乃各自连接至闸道器130-132，且闸道器130-132可为AP控制闸道器(APcontroller gateway)。闸道器130-132乃直接或透过网际网路间接来连接至网路管理伺服器11，且网路管理伺服器11亦耦合至授权伺服器(authentication server)12。在此系统内的每一个网路存取器均可根据网路管理伺服器11的指令来控制使用者装置存取网际网路的能力，而授权伺服器12主要是用以确认使用者装置的身分、授予使用者装置存取能力或者计算使用者装置的帐单，且授权伺服器12亦可将使用者的相关资讯保存在资料库之中。
参照图2，其中呈现于802.11无线网路系统中快速漫游的创新概念。于本发明的较佳实施例中，使用者装置20可具有双收发器(dual-transceiver)，亦即第一收发器201以及第二收发器202，来达成于数个网路存取器之间快速漫游的目的。第一收发器201主要用以与正在连结的AP 21进行资料的传送与接收，同时第二收发器202亦搜寻邻近的AP 22-25并准备与最适合的AP进行连结。换句话说，搜寻收发器将转变为主要收发器来负责资料传输，并且原来负责资料传输的主要收发器亦同时转为搜寻收发器。于802.11使用者装置内的双收发器由交换两者的模式来完成每一次AP的替换。应注意的为本发明可应用于各个种类的无线通讯，并且本说明书中的所有装置均符合IEEE802.11x的标准，其中x乃包含但不限于a，b或g。
于图3中，当AP 21与第一收发器201间的通讯品质降低至预设的程度时，第二收发器202将接手进行资料传输的工作。亦即，第二收发器202能够在第一收发器201连接至AP 21的同时搜寻另一个适合的AP，并在第一收发器201以及AP 21的连线中断前连接至寻得的适合的AP 23。因此，由连接中的AP 21至另一AP 23的平顺切换过程将可使连线保持良好的通讯品质，并维持欲得的传输速率。
通讯品质可根据使用者装置20以及连线中的AP 21间的无线信号强度以及资料传输速率来判定，此通讯品质主要是作为决定于何时或何处与另一个适合的AP进行连结的标准，以降低AP切换程序的延迟时间。应可理解者为本发明仍然可采用其他种类的标准或方式来降低延迟时间。
在第二收发器202连接至新的AP 23之后，第一收发器201将转而搜寻另一个适合的AP，即第二收发器202原来的工作。因此，第一与第二收发器201、202将重复地交换其工作或任务，而使使用者装置20于快速漫游中保有良好的通讯品质。
于具有数个AP的802.11无线网路的标准连结程序中，每一次AP与使用者装置的连结除了与收发器同步之前置程序外，亦需要使用者资讯来供授权伺服器12进行身分确认。传统的方式乃藉由授权伺服器12传送使用者资讯至新连结的AP以预先进行身分确认来让使用者装置得以存取网路，并省略重新确认身分的步骤。然而根据本发明，漫游的机制乃发生于使用者装置内部，亦即当使用者装置中某一个收发器正在与目前连结的AP进行资料传输时，另一个收发器便已取得与潜在AP连结时所需的连接资料以及身分确认。所以当AP的切换发生时，具有双收发器的使用者装置并不需要预先知道认证资讯需送至哪一个AP。
图4呈现一个宽广的区域40，其需要数个AP 401-407来建立一个较大的涵盖范围，个别围绕AP 401-407的圆圈411-417是代表每一个AP的信号涵盖范围。如图所示，仍有一些区域并未被任何AP的信号所覆盖，此类区域即所谓的盲点(blind spot)421-424。盲点的数目通常与AP的个数息息相关，亦即若提供的AP越多，便会产生越少的盲点，反之亦然。因此，如图4所示，难免需使相邻AP的涵盖范围部分重叠。当具有使用者装置的使用者由涵盖范围417移向涵盖范围416时，使用者装置将会通过这两个涵盖范围的重叠区域431。在本发明的较佳实施例中，因为区域431乃同时位在AP 407的涵盖范围417以及AP 406的涵盖范围416之中，所以AP的交替将可产生在此重叠区域431内。
为减少无线连接的盲点，通常必须使AP的涵盖范围产生部份重叠。AP涵盖范围的大小乃取决于无线信号的噪声比率以及资料传输率，越高的资料传输速率中乃需要愈高的信号与噪声的比率，因此具有低信号与噪声比率的低资料传输速率便可延伸其涵盖的范围。既然无法避免数个AP的涵盖范围的部份重叠，便需要设法消除AP间的信号干扰。参照图4，基本的概念即为使相邻AP使用不同的频道以避免无线信号的干扰。如图所示，其中安排涵盖范围部份重叠的AP乃利用不同的频道，因而可避免干扰的情形发生。而较广的重叠区域将可使高速移动的使用者装置内的搜寻收发器能够有更充分的时间来准备与新AP连结。
如图5所示，使用者装置50是由涵盖范围517移向涵盖范围516，由于使用者装置50逐渐远离AP 507，使用者装置50与AP 507间的通讯品质将逐渐下降并导致资料传输速率降低。此外，根据本发明的较佳实施例，无论通讯品质如何，使用者装置50均会持续搜寻其他适合的AP，换句话说，使用者装置50已经准备妥当来与另一个AP进行连结。图5内的虚线代表使用者装置传送侦测封包(probe packet)至其他AP以搜寻最佳的AP。当通讯品质降低至预设的水准时，在使用者装置以及目前连结的AP 507连线中断之前，使用者装置将与另一个AP506进行连结。因此，使用者装置50可保持在连线状态并且维持较高的资料传输速率。接着如图6所示，将于使用者装置50以及AP 506之间产生新的资料连结，此时使用者装置仍继续搜寻其他适当的AP。
当接近相邻AP涵盖范围的边界时，来自AP的无线信号便相当微弱，因而使用者装置便可能被邻近使用相同频道的使用者装置干扰而无法正常接收信号。图7呈现相邻AP使用同一频道而使相近的使用者装置间产生干扰的现象(blackout scenario)。使用者甲与使用者乙乃个别连接至AP 1与AP 2，其中使用者甲正移向AP 2的涵盖范围并与使用者乙相遇，而使用者乙与AP 2间的通讯信号强度乃强大到足以使利用相同频道的使用者甲与AP 1间的通讯中断。由于使用者乙并未连结至AP 1而是AP2，所以使用者乙的无线传输乃完全受AP 2掌控，AP 1并无法控制使用者乙的无线传输，因而使用者甲与AP 1间的通讯可能受到干扰而中断。
本发明的网路可应用802.11b/g(2.4GHz的频带)或者802.11a(5GHz的频带)，甚至802.11a/b/g。对于一般单纯的802.11g/b或者802.11a使用者装置，其硬件通常仅具有一个收发器，所以本发明的使用者装置可适当修改为具有双收发器的硬件。另一方面，目前802.11a/g可同时使用802.11b/g的2.4GHz频带以及802.11a的5GHz频带，应可理解者为本发明可由802.11的2.4GHz或5GHz频带以及其他频带(例如某些须经授权的频带)的各式各样的结合而实施。本发明的实施例可将双收发器的概念应用在具有数个AP的802.1a/b/g无线区域网路中。
此外，本发明并不局限于实体上内建于802.11使用者硬件的双收发器，假若收发器及其基本频率/媒体存取控制(base-band/mediumaccess control)处理器能够快速切换于连接模式以及搜寻模式间，将可由资料传输不繁忙时利用空档来快速搜寻邻近的AP，以达成本发明的目的。此快速搜寻而得的AP连线资讯更可储存在存储器中，当进行AP的切换时，为了保持特定的通讯品质，储存在存储器内的连线资讯将可作为快速漫游时下一个连线AP的依据。
参照图8，资料传输的速率乃随距离AP的远近而变化，换句话说，资料传输速率越小，其涵盖范围越大。如图所示，AP 81以及82个别均具有两种涵盖范围811、812以及821、822。涵盖范围812的面积大于涵盖范围811，同样地涵盖范围822的面积亦大于涵盖范围821。涵盖范围811以及821是代表具有较佳传输速率的范围，而涵盖范围812以及822乃指具有较低传输速率的范围。数个AP间面积较大的重叠涵盖范围将可使双收发器的使用者装置拥有更充分的时间来准备于高速穿过各个涵盖范围重叠部分时所可能产生的AP切换。本发明一个重要的概念乃在让使用者装置能够使用无线信号强度以及资料传输速率来决定AP的切换与否，双收发器的运作方式可设定为于资料传送的模式中利用较高的资料传输速率，并于搜寻模式中利用最低限度的资料传输速率。涵盖范围811、821间的重叠面积乃大于涵盖范围811与822的重叠面积，而较大的重叠面积可让使用者装置内的收发器拥有较多的时间来准备连结至另一个AP，特别是当使用者装置具有高度的移动能力时。
总而言之，本发明利用于802.11使用者装置内双收发器的概念来显著地降低中止与目前AP的连结并重新连结至另一AP的延迟时间，所以AP间的快速切换可让802.11使用者装置能够于具有数个AP的无线网路中高速移动时仍可顺畅地进行漫游。
对熟悉此领域技术者，本发明虽以较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明的精神。在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改与类似的配置，均应包含在下述的申请专利范围内，此范围应覆盖所有类似修改与类似结构，且应做最宽广的诠释。
权利要求
1.一种无线区域网路系统，其特征在于，包含一第一网路存取器以及一第二网路存取器，用以提供无线通讯；一使用者装置，无线地耦合至该第一网路存取器，其中该使用者装置于连至该第一网路存取器时能够搜寻该第二网路存取器；以及一网路管理伺服器，耦合至该第一网路存取器与该第二网路存取器，其中该第一网路存取器与该第二网路存取器是根据该网路管理伺服器的指令来决定该使用者装置的存取能力。
2.如权利要求1所述的无线区域网路系统，其特征在于，其还包含一授权伺服器，耦合至该网路管理伺服器，用以确认该使用者装置的身分、授予该使用者装置存取能力或者计算该使用者装置的帐单。
3.如权利要求1所述的无线区域网路系统，其特征在于，其中该使用者装置乃包含一第一收发器以及一第二收发器，其中该第一收发器是以一连接模式来连接该第一网路存取器，且该第二收发器是以一搜寻模式来搜寻该第二网路存取器。
4.如权利要求3所述的无线区域网路系统，其特征在于，其中当该使用者装置与该第一网路存取器间的通讯品质降低至一预设程度时，该第一收发器将转换为搜寻模式并且该第二收发器将转换为连接模式来连接该第二网路存取器。
5.一种用于无线区域网路系统的使用者装置，其特征在于，包含一第一收发器，用以与一第一网路存取器进行通讯；以及一第二收发器，用以搜寻一第二网路存取器。
6.如权利要求5所述的用于无线区域网路系统的使用者装置，其特征在于，其中该第一收发器是以一连接模式来连接该第一网路存取器，且该第二收发器是以一搜寻模式来搜寻该第二网路存取器。
7.如权利要求6所述的用于无线区域网路系统的使用者装置，其特征在于，其中当该使用者装置与该第一网路存取器间的通讯品质降低至一预设程度时，该第一收发器将转换为搜寻模式并且该第二收发器将转换为连接模式来连接该第二网路存取器。
8.一种于无线区域网路中漫游的方法，其特征在于，其步骤包含一使用者装置于连接至一第一网路存取器的同时搜寻一第二网路存取器；于该使用者装置与该第一网路存取器间的通讯中断之前，该使用者装置转而连接至该第二网路存取器；以及该使用者装置于连接至该第二网路存取器的同时搜寻一第三网路存取器。
9.如权利要求8所述的于无线区域网路中漫游的方法，其特征在于，其中该使用者装置乃包含一第一收发器以及一第二收发器，其中该第一收发器是以一连接模式来连接该第一网路存取器，且该第二收发器是以一搜寻模式来搜寻该第二网路存取器。
10.如权利要求8所述的于无线区域网路中漫游的方法，其特征在于，其中该使用者装置包含一收发器，且该收发器能够转换于一搜寻模式以及一连接模式之间。
全文摘要
本发明是揭露用以于具有数个网路存取器(access point；AP)的无线网路中快速且平顺地漫游(roaming)的方法与系统，为了保持良好的通讯品质，使用者装置可具有双收发器(dual－transceiver)，其中一个收发器用以与目前相连结的网路存取器传送与接收资料封包，同时另一个网路收发器乃搜寻另一个适合的网路存取器并且准备与的进行连结。当通讯品质降低至预设的水准时，亦即使用者装置以及目前与的相连结的网路存取器间已有断线之虞，于搜寻模式中的收发器将开始与新的网路存取器进行连结以降低延迟时间。随后，当此收发器连结新的网路存取器时，原为连接模式的收发器将转而开始搜寻另一个适合的网路存取器。
文档编号H04L12/28GK1848781SQ20051006575
公开日2006年10月18日 申请日期2005年4月14日 优先权日2005年4月14日
发明者强刚, 王立中, 陈鸿文 申请人:正诚科技股份有限公司