3] 负载是指与ΑΡ连接的STA数量，最大流量是指ΑΡ所能提供的最大流量，两者、决定 STA所获得的平均最大流量;平均最大流量的值小，表明ΑΡ负担大，对ΑΡ设备有很大的损害； 且在平均最大流量的值较小的情况下，即便STA与ΑΡ之间的信号较好，也得不到很好的服 务;Qos等级越高，表明ΑΡ能够提供的服务质量更好，STA更倾向于与运样的ΑΡ相连。
[0054] (2)当STA信号减弱到口限向AP发出切换请求时，通过一级决策筛选出候选AP，并 向候选AP分发密钥，并通过当前AP将候选AP的信息发送到STA;其中，一级决策的过程具体 如下：
[0055] (i)根据邻居图中的信息计算出初始AP性能评估值；
[0056] (ii)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，可根据切换时长与信号强度折衷考虑，灵活调整；
[0057] (iii)将各候选AP的初始AP性能评估值从大到小排序得到初始AP性能评估值顺序 表；
[005引实施例中，采用RSSI来的衡量SAT信号强度，当RSSI低于口限值-95地m，向AP发出 切换请求；
[0059] AP收到切换请求后根据邻居图计算出候选AP;实施例中，邻居图中的各参数的典 型值如下表2所示：
[0060] 表2实施例中邻居图算法中的参数典型值 「00611
'[0062]考虑到各个指标的常用取值范围不同，将其范围都缩小到0-10,并且均改为指标 越大性能越优良，故根据下式获取初始AP性能评估值InitialDecision:
z2)为AP的坐标，Ad为STA与AP的距离，坐标系可W根据具体情况拟定;a+b+c = 1，其中a为 服务质量指标的权重，b为AP与STA的距离的权重，C为平均最大流量的权重;Qos，flux，load 均为邻居图中信息，其中Qos为Qos等级，flux为最大流量，load为负载;InitialDecision值 越大则表明AP越优良。
[0065] 候选AP的数量太多会导致切换时间增加，太少则很有可能选择不到最优AP，本实 例中，候选AP的数量K预设为3;并给用户留一个接口，用户可W采用该接口调整拟连接的 APo
[0066] 挑出3个初始AP性能评估值最大的AP作为候选AP，将各候选AP的初始AP性能评估 值从大到小排序得到初始AP性能评估值顺序表，该表中包括候选AP的扫描顺序、工作信道 和BSSID。
[0067] 当前AP与候选AP根据802. llr进行认证密钥分发，密钥分发过程如图3所示，当前 AP存放着当前STA的一级密钥(PMK-R0)，选出3个候选AP后，从一级密钥生成各种不同的二 级密钥(PMK-Rl-n)并发往各候选AP，各候选AP根据PMK-Rl-n算出各自的密钥ΡΤΚη;实施例 中，η = 1、2、3;
[0068] 当前AP将初始AP性能评估值顺序表发给STA，该操作可与分发密钥的操作同时进 行；
[0069] (3)STA按照一级决策的初始AP性能评估值顺序表对候选AP进行扫描，并将扫描所 得信息发给当前AP;
[0070] 其中，扫描候选AP的过程如图4所示，具体步骤如下：
[0071 ] (a)选中初始AP性能评估值顺序表中下一个最优AP所在的信道；
[0072] (b)选中候选AP中与该候选AP在同一信道的候选AP;
[0073] (C)向选中的每个候选AP发送一个探测请求帖，并获取向信道最优AP发送探测请 求帖的时间戳tl;
[0074] (d)在此信道上等待时间t，W接收探测响应帖(初次扫描时给定初始值，实施例中 将初始值设为802.11协议中定义的組11化日冊日11'山日，等待时间*可动态调整），获取收到信 道最优AP发送的探测响应帖的时间戳t2;
[0075] (e)若收到AP返回的探测响应帖，则动态调整时间t = (t2-tl)*k，否则直接进入步 骤(f);
[0076] (f)待扫描完所有候选AP，结束扫描。
[0077] 在802.11协议中，在每个信道上等待的时间是固定的，为MinChannelTime或 MaxChanne；LTime，而MinChannelTime往往比需要在此信道上等待的时间长， MaxChannelTime则更长，运会导致扫描时间大大增加。本发明中则根据等待前一个最优AP 的时间来确定在下一个信道上等待的时间；由于在一级决策阶段已经基本确定了各AP的性 能，先扫描的候选AP在一级决策中有着比后扫描的候选AP更优良的性能，因此，如果等待后 扫描的候选AP发出探测响应帖的时间太长，则表明运个AP不可能成为最终的目标AP;运里 的太长是相对于先扫描的候选AP等待换测响应帖的时间而旨
[0078] (4)当前AP根据初始AP性能评估值与扫描所得信息进行二级决策;待密钥分发完 成后，将拟切换的目标AP通知给STA，并将认证所需的PTK发给当前STA;
[0079] 二级决策用于选定目标AP，其过程具体如下：
[0080] (I)从所有候选AP中获取扫描结果不为空的候选AP;
[0081 ] (II)对步骤(1)获得的候选AP，根据初始AP性能评估值和RSSI值和请求探测帖的 响应时间获取其AP性能评估值；
[0082] (III)将AP性能评估值最大的AP作为目标AP。
[0083] 实施例中，二级决策所需的数据和典型值如下表3所示：
[0084] 表3实施例中二级决策所需的数据与典型值列表 「008引
[0086] 同样的，考虑到各个指标的常用取值范围不同，将其范围都缩小到0-10,并且均改 为指标越大性能越优良，故根据下式获取最终AP性能评估值FinalDecision:
[0087]
[008引其中：x+y+z = l，x为初始AP性能评估值的权重，y为信号强度的权重，Z为延时的权 重，运Ξ个值由用户自己定义；InitialDecision为初始AP性能评估值，RSSI为信号强度值， t为延时。
[0089] FinalDecision值最大的AP即为目标AP;确定目标AP后，则当前AP可立即计算出与 目标AP相关的PTK并连同目标AP相关的信息发给STA。
[0090] (5)当前STA切换到目标AP:根据802. llr协议进行快速认证和重连，具体过程如图 5所示，在STA没有与当前AP失去连接的情况下，STA先通过当前AP向目标AP发送认证请求 帖，目标AP则通过当前AP向STA发送认证响应帖，然后STA与当前AP断开连接并直接向目标 AP发送认证确认帖，目标AP直接向STA发送认证应答帖，STA直接向目标AP发送关联请求帖， 目标AP直接向STA发送关联响应帖。其中的认证请求与认证响应阶段已经和STA扫描过程同 时完成，在本步骤中，只需进行认证确认、认证应答、关联请求与关联响应。
[0091] 本领域的技术人员容易理解，W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于邻居图算法的WiFi无缝切换方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 建立实时更新的邻居图；所述邻居图中的信息包括AP标志、AP位置、工作信道、 BSSID、负载、最大流量和Qos等级； (2) 当STA信号强度减弱到门限向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； 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; (3) STA根据上述初始AP性能评估值顺序表，通过发送探测请求帧的方式对候选AP进行 扫描;将扫描到的候选AP的RSSI和探测请求帧的响应时间发给当前AP; (4) 当前AP根据初始AP性能评估值和上述AP的RSSI和探测请求帧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发给当前 STA； (5) 当前STA连接到目标AP。2. 如权利要求1所述的基于邻居图算法的WiFi无缝切换方法，其特征在于，所述步骤 (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。3. 如权利要求1或2所述的基于邻居图算法的WiFi无缝切换方法，其特征在于，所述步 骤(3)与向候选AP分发密钥的过程同步。4. 如权利要求1或2所述的基于邻居图算法的WiFi无缝切换方法，其特征在于，所述一 级决策的过程具体如下： (i) 根据邻居图中的信息获取初始AP性能评估值； (ii) 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； (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。5. 如权利要求1或2所述的基于邻居图算法的WiFi无缝切换方法，其特征在于，所述二 级决策的过程具体如下： (I) 从所有候选AP中获取扫描结果不为空的候选AP; (II) 对步骤（I)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 测帧的响应时间，获取其AP性能评估值； (III) 将AP性能评估值最大的AP作为目标AP。6. 如权利要求1或2所述的基于邻居图算法的WiFi无缝切换方法，其特征在于，所述探 测请求帧的帧结构为:依次排列的帧控制位、持续时间位、目标地址DA、源地址SA、与STA相 关的AP地址、帧序列控制位、网络名SSID、STA支持的速率、STA期望支持的速率、以及帧校验 位;其中目标地址DA的值为接收探测响应帧AP的BSSID。
【专利摘要】本发明公开了一种基于邻居图算法的WiFi无缝切换方法，包括建邻居图、通过两级决策选定目标AP、切换到目标AP；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、Qos等级。第一级决策大大减少了扫描所需的时间，第二级决策则用于选定目标AP；在选定AP后，采用预先保留资源的方式进行快速切换。由于本发明的扫描过程利用了邻居图中已有的信息，减少了扫描信道的数量和扫描每个信道的时间，大大加快了扫描的速度，同时由于减少了探测响应帧的数量，减少了扫描所需的带宽，对网络性能的提升有很大的帮助。另一方面，本发明的技术方案与现有的802.11r协议紧密结合，易于部署实现。
【IPC分类】H04W36/18, H04W48/16, H04W36/00
【公开号】CN105657760
【申请号】
【发明人】刘政林, 徐奕鹏, 赵逸之, 刘海龙, 郑朝霞, 陈晓飞
【申请人】华中科技大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月1日