专利名称：：无线访问接入点零延时切换方法
技术领域：
：本发明涉及的是一种通信
技术领域：
的切换方法，特别是一种无线访问接入点AP密集802.11网络中MAC层零延时切换方法。
背景技术：
：802.11无线局域网中的AP的通信半径是有限的，其典型通信距离一般在100米以下。为了覆盖一个相对较大的区域，就必须布设大量的AP。在很多情况下，因为一个无线连接客户有移动的需要，当用户逐渐脱离某一AP的范围时，他(她)的移动终端(MS)应该在很短的时间内连接到另一个AP上去。这种MS对AP连接关系的转换叫做切换。切换直接决定着用户的通信服务质量(QoS)，因为如果无法完成切换或者切换延时过长，用户的通信会话，特别是一些实时性较强的会话，就会受到影响，甚至被完全中断。现实中的MAC切换都会引入一个秒级延时，解决切换时延问题对于802.11网络实时通信有着很大的意义。经对现有技术文献的检索发现，作者为V.Brik，A.MishraandS.Banerjee的"EliminatingHandoffLatenciesin802.11WLANsUsingMultipleRadios:Applications,ExperiencesandEvaluation"，ACMIMC,Oct.2005(基于多网卡的降低802.ll无线局域网中切换延时的方法应用，体验与评估)中提出了用两块网卡解决切换延时问题的方法。这是一种很直观的方法一两块网卡都保持着和不同AP的连接，并且互为备用。当正在使用的网卡所接入的AP质量下降以致影响QoS时，MS通过改变工作网卡可以迅速的切换到另一个质量较好的网卡，从而有效地保障了QoS。但是在一个MS上安装两块网卡是非常不经济的，同时MS的移动性对其体积也提出了苛刻的要求，故此方法虽具学术价值，但实用价值不高。作者为S.Tsao，P.Lo的"Dua皿C:ASoftHandoffMechanismforReal-timeCommunicationsinSecuredWLANs"，inComputerCommunications30(2007)，pl785-1793(双MAC:一种服务于安全无线局域网中实时通信的软切换机制)提出了在一块网卡上利用不同3的MAC实现两个互为备用的连接的思想，但是其应用仅限于流媒体服务，而且也没有给出具体的实现方法，所以还有待改进。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种无线访问接入点零延时切换方法。本发明解决了现有802.11无线局域网协议中MAC层切换的长延时问题克服了现有的快速切换方法的代价高、不易实现等缺点，仅需修改客户端程序，通过多重AP连接技术，实现了零延时切换。本发明是通过以下技术方案实现的本发明包括以下步骤包括如下步骤第一步建立多重连接，在和AP建立无线连接的过程中，通过Socket函数建立绑定网卡，直接在应用层上编辑區c包，网卡进行认证和连接或者重连，并控制网卡发送和接收，与两个AP建立连接；第二步在建立了多个连接后，无线网卡使用其中任意一个作为主要连接，通过主要连接收发数据包，另一个作为次要连接，在后台维护次要连接；第三步当主要连接的质量下降时执行切换，在切换过程中，控制程序修改區C包中的目的AP的MAC地址，无延时地切换到另一个AP;执行MAC层切换后，在后台执行AP扫描，重新建立并维护备用的次要连接。本发明对于大部分实际应用来说，只有在AP密集的802.11网络中讨论切换才是有意义的。稀疏或者不稠密的802.ll无线网络会出现覆盖空洞，而且因为无线信号的不稳定性，会出现很多暂时的空洞或者信号非常低的区域，这种情况的直接结果就是用户无法正常切换或者频繁切换，严重影响QoS。本发明提出的通过单网卡维护多重AP连接的技术思想，克服了现有的802.11无线局域网MAC层快速切换方法的缺点，实现了一种简单实用的零延时MAC层快速切换方法，有以下优点1.大大降低802.11无线局域网的MAC层切换延时，由原来的秒级延时降低到可以忽略不计的程度。2.不改变网络架构，无需增加硬件设备，本方法只需要修改客户端的程序。3.方法独立于业务类型，具有普适的特点。图l本发明中的多AP连接的建立；图2本发明中的主要连接和备份连接；图3本发明中的802.11MAC包需要修改的字段；图4实施例中UDP包的发送时间和ACK返回用时。具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。本实施例中的多重AP连接是通过修改MAC头部并和不同AP完成认证/连接的程序实现的。包括如下步骤第一步建立多重连接。所述的多重连接，是在和AP建立无线连接的过程中，通过Socket函数建立绑定网卡，直接在应用层上编辑MAC包，网卡进行认证和连接或者重连，并控制网卡发送和接收，与两个AP建立连接。所述的网卡发送和接收，是MS向所要接入的AP发送认证请求MAC帧，AP发回认证响应MAC帧；MS向AP发送连接请求MAC帧，AP发回连接响应區C帧。网卡发送和接收的本质是MS网卡与AP网卡的管理帧交换，即控制无线网卡和多个AP网卡交换这些管理帧从而实现多个连接的建立，这些连接在初始的时候建立，或者陆续建立，甚至在MS和一个AP正常通信的时候，如图l所示。第二步在建立了多个连接后，无线网卡使用其中任意一个作为主要连接，通过主要连接收发数据包，另一个作为次要连接，在后台维护次要连接，如图2所示。通信通过所述的主要连接完成；MS维护并更新所述的次要连接。维护是周期性的接收次要连接的AP发送的信标帧，并在必要的时候再更换次要连接以保证次要连接的可靠性。由于对次要连接的维护动作是在后台进行，所以对主要连接的影响可以忽略。第三步当主要连接的质量下降时执行切换，在切换过程中，控制程序修改區C包中的目的AP的區C地址，无延时地切换到另一个AP;执行區C层切换后，在后台执行AP扫描，重新建立并维护备用的次要连接，如图3所示。在本实施例中，使笔记本的无线网卡同时和两个AP(AP1，AP2)建立连接。然后1000个UDP包通过这两个AP发送至一台远端由本实施例控制的计算机。UDP包被接收后，远端计算机会返回一个ACK。笔记本在收到ACK后再传下一个UDP包。本实施案例是在某大厦办公室中进行的。实施地网络情况比较复杂，可以同时收到7-10个AP的信号，所以是AP密集的无线网络环境。首先只使用一个AP发送数据(说明附图4的上方两个子图)，然后交替地通过这两个AP发送数据。换言之，每发一个数据包就完成一次AP切换，见说明附图4的最下方子图。同时这些实验都在很短时间间隔内完成，基本可以保证无线环境稳定不变。记录下所有UDP包的发送时间(见图4的横坐标)和相应ACK返回用时(RoundTripTime,RTT，见图4的纵坐标)。这些数据的统计值在表1中显示。表1UDP包ACK返回用时统计(单位为毫秒)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>图4和表1说明，本实施例这三种情况下无线连接的质量基本没有区别。这就说明了单独通过API或者AP2发送数据包和轮流通过API和AP2发送数据包是没有本质区别的。这也就是所谓的零延时切换——用户感觉不到无线接入点的变化。权利要求1、一种无线访问接入点零延时切换方法，其特征在于，包括如下步骤第一步建立多重连接，在和AP建立无线连接的过程中，通过Socket函数建立绑定网卡，直接在应用层上编辑MAC包，网卡进行认证和连接或者重连，并控制网卡发送和接收，与两个AP建立连接；第二步在建立了多个连接后，无线网卡使用其中任意一个作为主要连接，通过主要连接收发数据包，另一个作为次要连接，在后台维护次要连接；第三步当主要连接的质量下降时执行切换，在切换过程中，控制程序修改MAC包中的目的AP的MAC地址，无延时地切换到另一个AP；执行MAC层切换后，在后台执行AP扫描，重新建立并维护备用的次要连接。2、根据权利要求1所述的无线访问接入点零延时切换方法，其特征是，所述的网卡发送和接收，是MS向所要接入的AP发送认证请求MAC帧，AP发回认证响应區C帧；MS向AP发送连接请求MAC帧，AP发回连接响应MAC帧。3、根据权利要求1所述的无线访问接入点零延时切换方法，其特征是，网卡发送和接收的本质是MS网卡与AP网卡的管理帧交换，即控制无线网卡和多个AP网卡交换这些管理帧从而实现多个连接的建立，这些连接在初始的时候建立，或者陆续建立，甚至在MS和一个AP正常通信的时候。4、根据权利要求2或者3所述的无线访问接入点零延时切换方法，其特征是，MS维护并更新所述的次要连接。5、根据权利要求4所述的无线访问接入点零延时切换方法，其特征是，维护是周期性的接收次要连接的AP发送的信标帧，并在必要的时候再更换次要连接以保证次要连接的可靠性。全文摘要本发明涉及的是一种通信
技术领域：
的无线访问接入点零延时切换方法，包括如下步骤建立多重连接；在建立了多个连接后，无线网卡就可以使用其中任意一个作为主要连接，通过主要连接发送数据包，另一个作为次要连接，在后台维护次要连接；当主要连接的质量下降时执行切换，在切换过程中，控制程序修改MAC包中的目的AP的MAC地址，无延时地切换到另一个AP；执行MAC层切换后，在后台执行AP扫描，重新建立并维护备用的次要连接。本发明解决了现有802.11无线局域网协议中MAC层切换的长延时问题克服了现有的快速切换方法的代价高、不易实现等缺点，仅需修改客户端程序，通过多重AP连接技术，实现了零延时切换。文档编号H04W36/18GK101631371SQ200910194639公开日2010年1月20日申请日期2009年8月27日优先权日2009年8月27日发明者刘大鹏,洲周,徐昌庆,希查,劲滕申请人:上海交通大学