[發(fā)明專(zhuān)利]一種面向地鐵/高鐵的車(chē)載WLAN快速切換方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410632067.7
• 申請(qǐng)日: 2014-11-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104394563B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康強(qiáng);王志剛;王勇;趙曉光;張?jiān)獞c
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連海天興業(yè)科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H04W36/30
• 分類(lèi)號(hào): H04W36/30;H04W36/32
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專(zhuān)利中心21200
• 代理人: 梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及到信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)、鄰居圖算法和優(yōu)化決策理論，是一種面向地鐵/高鐵的車(chē)載WLAN快速切換方法。本發(fā)明主要針對(duì)的是地鐵/高鐵的車(chē)載無(wú)線系統(tǒng)，采用基于快速傅里葉變換的信號(hào)強(qiáng)度衰減檢測(cè)方法動(dòng)態(tài)的設(shè)置掃描觸發(fā)門(mén)限，使得在切換觸發(fā)之前預(yù)留足夠的時(shí)間進(jìn)行信道掃描；采用精簡(jiǎn)化的鄰居信息表算法掃描信道上可用的接入點(diǎn)(Access Points,APs)，并綜合考慮QoS服務(wù)等級(jí)、信號(hào)強(qiáng)度信息和AP的地理位置信息以確定被切換的目標(biāo)AP；在掃描觸發(fā)與切換觸發(fā)之間采用提前認(rèn)證的方法完成認(rèn)證信息的交互；切換觸發(fā)后關(guān)聯(lián)到目標(biāo)AP，完成整個(gè)切換過(guò)程。本發(fā)明方法可以提高軌道列車(chē)的服務(wù)質(zhì)量，保證乘客在車(chē)廂內(nèi)漫游時(shí)，通信數(shù)據(jù)和視頻傳輸?shù)牟婚g斷。

背景技術(shù)

隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，WLAN作為一種便捷式的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在許多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，如會(huì)議室、酒店以及校園網(wǎng)絡(luò)等。近年來(lái)，軌道交通已成為現(xiàn)代化城市主要的交通工具之一，軌道交通在城市現(xiàn)代化、智能化進(jìn)程中的作用越來(lái)越重要。人性化的軌道交通系統(tǒng)離不開(kāi)完善的控制和服務(wù)系統(tǒng)，而各種控制和服務(wù)系統(tǒng)都是由無(wú)線局域網(wǎng)WLAN來(lái)完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹?/p>

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重大難題就是無(wú)線局域網(wǎng)的漫游，即當(dāng)無(wú)線工作站(Station,STA)從一個(gè)AP覆蓋范圍移動(dòng)到另一個(gè)AP的過(guò)程，移動(dòng)STA要完成發(fā)生接入點(diǎn)AP間的切換。切換包括Layer2和Layer3的切換，由于Layer3的切換技術(shù)已漸成熟，本發(fā)明主要針對(duì)Layer2的切換進(jìn)行研究，即MAC層的移動(dòng)快速切換技術(shù)研究。對(duì)于MAC層，一個(gè)完整的切換過(guò)程包括三個(gè)階段：探測(cè)掃描階段、認(rèn)證階段和關(guān)聯(lián)/重關(guān)聯(lián)階段，具體如圖1所示，此外在切換過(guò)程之前還有一個(gè)切換觸發(fā)檢測(cè)階段。切換觸發(fā)階段是指STA根據(jù)自身當(dāng)前的鏈路狀況(如信號(hào)強(qiáng)度、信噪比、丟失beacon幀數(shù)等)判斷當(dāng)前鏈路的質(zhì)量，由于根據(jù)丟失beacon幀數(shù)發(fā)起的切換時(shí)延較長(zhǎng)會(huì)影響整體的切換效果，國(guó)內(nèi)外學(xué)者越來(lái)越多的采用信號(hào)強(qiáng)度或者信噪比作為切換觸發(fā)的機(jī)制。當(dāng)切換被觸發(fā)后，STA需要掃描所有信道以獲得有用的AP信息。根據(jù)文獻(xiàn)(A.Mishra,M.Shin,W.Arbaugh.An empirical analysis of the IEEE 802.11 MAC layer Handoff process[J] ACM SIGCOMN Computer Communication Review,2003,33(2):93-102.)，探測(cè)掃描階段是最為耗時(shí)的環(huán)節(jié)，掃描階段的時(shí)延達(dá)到了整個(gè)切換時(shí)延的90％左右。通常情況下，影響掃描時(shí)延的因素有兩個(gè)：一個(gè)是STA需要掃描的信道數(shù)，另一個(gè)是在每個(gè)被掃描信道上的等待時(shí)間。為了減小切換時(shí)延，主要采取的方法有：(1)掃描參數(shù)優(yōu)化以減少STA在單個(gè)被掃描信道上的等待時(shí)間；(2)選擇性的信道掃描以減少STA需要掃描的信道個(gè)數(shù)；(3)預(yù)先性的信道掃描，在不影響正常通信的前提下，利用移動(dòng)終端數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間間隙提前掃描通道。認(rèn)證階段的時(shí)延占切換時(shí)延的比例很小，因此相對(duì)研究較少，主要的方法有基于移動(dòng)預(yù)測(cè)的預(yù)認(rèn)證算法，可以減少采用共享密鑰方式認(rèn)證的時(shí)延；鄰居圖認(rèn)證算法，可以通過(guò)使用鄰居圖信息來(lái)減少認(rèn)證時(shí)延；基于移動(dòng)終端定位以減少認(rèn)證時(shí)延的算法。重關(guān)聯(lián)時(shí)延主要是新舊AP交換移動(dòng)STA的上下文信息造成的，所以將新舊AP交換信息的時(shí)間提前到重關(guān)聯(lián)階段之前，就可以減少重關(guān)聯(lián)時(shí)延。IEEE 802.11協(xié)議規(guī)定在移動(dòng)STA發(fā)送了重關(guān)聯(lián)請(qǐng)求之后，新舊AP才交換上下文信息，通過(guò)使用鄰居圖，所有AP都知道自己鄰居AP的信息，當(dāng)移動(dòng)STA進(jìn)入某AP時(shí)，該AP就會(huì)提前移動(dòng)STA的上下文信息發(fā)送給所有的鄰居AP，重連接開(kāi)始后，新的AP由于事先得到了上下文信息，可以有效減少重連接時(shí)延。但是鄰居圖算法的通信開(kāi)銷(xiāo)大，緩存式的鄰居圖算法可以通過(guò)預(yù)測(cè)只將上下文信息發(fā)送給有可能切換到的鄰居AP，這種方法可以大大減少通信開(kāi)銷(xiāo)，且命中率很高，但是如果預(yù)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，就會(huì)導(dǎo)致提前重連接的失敗。

對(duì)于軌道交通中的無(wú)線通信系統(tǒng)，除了常見(jiàn)的車(chē)地?zé)o線通信系統(tǒng)，還有一種車(chē)載內(nèi)部無(wú)線通信系統(tǒng)，即在列車(chē)客室內(nèi)安裝內(nèi)置AP的服務(wù)器，服務(wù)器中存儲(chǔ)大量的視頻信息(可更新)。乘客可以在車(chē)廂間走動(dòng)，瀏覽或下載服務(wù)器中的視頻。對(duì)于上述的車(chē)地?zé)o線通信系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)乘客在車(chē)廂內(nèi)行走而視頻或數(shù)據(jù)的傳輸不間斷，需要一種快速有效的無(wú)線切換技術(shù)。而目前存在的切換技術(shù)大至需要200ms左右的時(shí)間，對(duì)于車(chē)載內(nèi)部無(wú)線通信系統(tǒng)，帶寬及數(shù)據(jù)傳輸要求較高的視頻會(huì)出現(xiàn)間斷或者馬賽克等問(wèn)題，這樣的切換效果是不能被接受的。特別是目前缺少面向地鐵/高鐵的車(chē)載WLAN快速切換技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容