一种基于邻居图算法的WiFi无缝切换方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，更具体地，设及一种基于邻居图算法的WiFi无缝切换 方法。
【背景技术】
[0002] 近来，WiFKWireless Fidelity)需求大幅提升，互联网巨头纷纷WWiFi应用平台 的形式入局商业WiFi领域。商用WiFi通常由一个公司布置，所有相关的AP(Access Point) 有相同的 SSID(Se;rvice Set Identifier),即都属于同一个 ESS(Extended Service),均可 W进行WiFi切换，切换的速度则与用户体验切切相关。
[0003] WiFi的无缝切换包含了扫描、认证、重连Ξ个过程;扫描与认证速度决定了 WiFi切 换的速度，就目前而言，扫描占了WiFi切换90% W上的时长，已成为影响用户漫游体验的主 要因素。
[0004] 现有技术中，I邸E 802. llr协议提出的快速切换机制着眼于减少切换过程中认证 所需的时间，在减少切换时延、提高Qos保障方面做出了有效的改进，但该协议所提出的快 速切换机制并没有规定STA(S化tion)发现与选择目标AP的方式。
[0005] IE邸802. Ilf协议提出的邻居图算法是在ESS中设置一个邻居图服务器，将ESS中 的邻居图信息存放在该服务器中，每当有STA进入该ESS，邻居图服务器便会向它们提供AP 的邻居图信息。由于在邻居图中保存着附近AP的信息，AP可W提前与邻居进行信息交互，提 前完成认证过程，减少认证所需时间；但STA需要将认证信息发给所有的AP，运大大增加了 网络负载。
[0006] 选择性的邻居缓存机制是在上述邻居图算法上的改进，该机制事先规定了转发口 限，当STA需要向邻居AP转发上下文时，只转发给切换概率高于转发口限的AP;该机制下，当 STA移动到切换概率低于转发口限的AP时，会发生缓存遗漏的问题，增加扫描时延。
[0007] 现有技术中的扫描方法包括Tunning、化annel Mask、SyncScan、MultiScan、AFHA (Adaptive化st Handoff Algorithm);运些方法在一定程度上提高了扫描速度，但因为没 有利用现有的邻居图中的可W预先评估AP性能的性息，总会进行冗余的处理，增加了扫描 时延。
【发明内容】
[000引针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于邻居图算法的WiFi 无缝切换方法，其目的在于通过减少扫描信道数量W及减少扫描每个信道的时间，减少 WiFi无缝切换过程中扫描所需的时间。
[0009] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于邻居图算法的WiFi无 缝切换方法，包括如下步骤：
[0010] (1)建立一张实时更新的邻居图；其中，邻居图中的信息包括AP标志、AP位置、工作 信道、BSSID(Basic Service Set Identity,基本服务集标志）、负载、最大流量和Qos (如ality of Service,服务质量)等级；
[0011] (2)当STA信号强度减弱到口限向AP发出切换请求时，通过一级决策筛选出候选 AP，并获取候选AP的初始AP性能评估值顺序表；
[0012]向候选AP分发密钥，并通过当前AP将初始AP性能评估值顺序表发送到STA;其中， 分发密钥过程可通过有线网进行；
[0013 ] (3) STA根据上述初始AP性能评估值顺序表，通过发送探测请求帖的方式对候选AP 进行扫描；将扫描到的候选AP的RSSI(Recevied Si即al Strength Indicator)和探测请求 帖的响应时间发给当前AP;本步骤中，采用动态调整的扫描方式可降低带宽损耗；
[0014] (4)当前AP根据初始AP性能评估值和上述AP的RSSI和探测请求帖的响应时间进行 二级决策，获取目标AP;待密钥分发完成后，将目标AP通知给STA，并将认证所需的PTK (pairwise transient key)发给当前STA;
[001引（5)当前STA连接到目标AP。
[0016] 优选地，上述步骤(2)中，将候选AP的信息发送到STA的过程与向候选AP分发密钥 的过程同步。
[0017] 优选地，上述步骤(3)与向候选AP分发密钥的过程同步。
[0018] 优选地，一级决策的过程具体如下：
[0019] (i)根据邻居图中的信息获取初始AP性能评估值；
[0020] (i i)按照初始AP性能评估值从大到小的顺序，选中K个AP，作为候选AP;其中，K为 预设的候选AP数量，可灵活调整；
[0021 ] (i i i)将各候选AP的初始AP性能评估值排序，获得初始AP性能评估值顺序表；
[0022] 本发明提供的运种基于邻居图算法的WiFi无缝切换方法，通过上述一级决策筛选 出候选AP，减少了待扫描的AP数量，并且通过实时更新的邻居图知悉了待扫描的AP的工作 信道及其BSSID值，极大地减少了扫描所需的时长。
[0023] 优选地，二级决策的过程具体如下：
[0024] (I)从所有候选AP中获取扫描结果不为空的候选AP;
[0025] (II)对步骤(1)获得的候选AP，根据初始AP性能评估值和扫描所得的RSSI值和请 求探测帖的响应时间，获取其AP性能评估值；
[0026] (III)将AP性能评估值最大的AP作为目标AP。
[0027] 优选地，步骤(5)采用预先保留资源的方式进行STA与目标AP的快速连接，具体如 下：
[002引（a)STA与当前AP断开连接并向目标AP发送认证确认帖；
[0029] (b)目标AP向STA发送认证应答帖；
[0030] (c)STA向目标AP发送关联请求帖；
[0031] (d)目标AP向STA发送关联响应帖。
[0032] 优选的，步骤(3)中采用的探测请求帖的帖结构包括:依次排列的帖控制位化ame Control、持续时间位Duration、目标地址DA、源地址SA、与STA相关的AP地址BSSID、帖序列 控制位Sequence Control、网络名SSID、STA支持的速率supported rates、STA期望支持的 速率expected supported rates、W及帖校验位FCS。
[0033] 在现有技术中，探测请求帖的BSSID位为全1，因此不会被所有的AP过滤;在邻居图 算法中，需要接收探测请求帖的AP的BSSID是已知的；本发明中，采用需要接受请求探测帖 的AP的BSSID代替该广播BSSID，由此可W减少探测响应帖的数量，从而节省带宽。
[0034] 总体而言，通过本发明所构思的W上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果：
[0035] (1)本发明提供的基于邻居图算法的WiFi无缝切换方法，其扫描过程利用了邻居 图中已有的信息减少扫描信道的数量，并且采用动态调整扫描每个信道时间的方式减少扫 描每个信道的平均时间，加快了扫描的速度；
[0036] (2)本发明提供的基于邻居图算法的WiFi无缝切换方法，W802.11r为基础，利用 了802. llr协议里的事先认证方法，降低了认证所需的时间，减少了整体切换时间；
[0037] (3)本发明提供的基于邻居图算法的WiFi无缝切换方法，由于只与需要进行扫描 的AP进行事先认证，减少了网络中带宽的使用，加快了认证的速度；
[0038] (4)本发明提供的基于邻居图算法的WiFi无缝切换方法，由于扫描信道个数减少， 并且认证信息基本可采用有线网传输，故对无线带宽的损耗很低；同时，由于减少了探测响 应帖的数量，减少了扫描所需的带宽，极大的提升了网络性能；
[0039] (5)本发明提供的基于邻居图算法的WiFi无缝切换方法，与802. llr协议紧密结 合，可利用现有网络进行部署，成本低廉且具有可行性。
【附图说明】
[0040] 图1是实施例提供的基于邻居图算法的WiFi无缝切换方法的流程图；
[0041] 图2是IE邸802.11协议中探测请求帖的帖格式；
[0042] 图3是实施例中的密钥分发过程示意图；
[0043] 图4是实施例中对候选AP进行扫描的流程图；
[0044] 图5是实施例中快速认证与重连过程示意图。
【具体实施方式】
[0045] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所设及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可W相互组合。
[0046] 实施例提供的基于邻居图算法的WiFi无缝切换方法的流程如图1所示，包括建邻 居图、进行两级决策选定APW及切换到目标AP的步骤，具体如下：
[0047] (1)建立一张实时更新的邻居图；其中，邻居图中的信息主要包括AP标志、AP位置、 工作信道、BSSID、负载、最大流量和Qos等级，实施例中建立的邻居图的内容如下表1所示：
[0048] 表1实施例中采用的邻居图
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[0050] 上述表1中，AP标志是整张邻居图的关键，可通过AP标志对实现对AP信息的快速查 询和遍历。AP位置用于计算STA与各目标AP之间的距离，STA与AP的距离越近，无线信号越 强;通过AP位置信息可m十算出STA与AP之间的距离，从而有助于选出合适的候选AP。工作 信道用于给STA选择扫描信道，STA不需要扫描所有信道来获取相关AP的信息，只需要根据 一级决策的结果扫描特定的信道。BSSID在一个BSS中就是AP的MAC地址，通过该信息，STA可 W指定AP发出探测响应帖，而不需要该信道上所有AP都发出探测响应帖。
[0化1 ] 探测请求帖的帖格式如图2所示，其中Frame Con化01位为帖控制位，Duration位 为持续时间位，DA为目标地址，SA为源地址，BSSID为与STA相关的AP地址，Sequence Conhol为帖序列控制位，SSID为网络名，suppo;rted rates为STA支持的速率，expected supported rates为STA期望支持的速率，FCS为帖校验位。
[0052] 通过BSSID与工作信道将探测请求帖与探测响应帖的比例控制在1:1 W下;与现有 技术中，探测请求帖与探测响应帖1 :m(m为接收到探测请求帖的AP数量，m Μ)的比例相比， 可W最大化地减少媒介中探测响应帖的数量，有效地防止碰撞和网络拥塞。
[005