開0AP的覆蓋范圍前完成切換，連接到下一跳接入點(diǎn)（Next AP，NAP)。切 換時機(jī)決策就是研究移動終端何時觸發(fā)切換最有利于實(shí)現(xiàn)快速切換。
[0041] 若切換開始過晚，即麗離開0AP的距離過大時才開始切換，則在切換完成之前， 0AP可能已經(jīng)不能為MN提供可靠的無線連接，此時系統(tǒng)會斷連，切換失敗，造成數(shù)據(jù)丟失嚴(yán) 重。切換也并非越早開始越好，如果在試圖切換時，NAP信號還不足夠強(qiáng)，不能確定NAP，需 要重復(fù)進(jìn)行鄰居AP發(fā)現(xiàn)，花費(fèi)大量的時間，也會增加切換延時。因此，選擇合適的切換時機(jī) 對于成功完成切換并降低切換時延有著重要意義，附圖2給出切換時機(jī)決策示意圖。
[0042] 附圖3給出了麗在0AP與NAP間進(jìn)行切換的過程。切換包含了三個階段：切換準(zhǔn) 備階段、切換階段、切換完成。鑒于本發(fā)明采用了預(yù)學(xué)習(xí)機(jī)制和雙網(wǎng)卡硬件設(shè)備，NAP是明 確的，且終端過程中MN與外網(wǎng)始終處于連接狀態(tài)，因此不會出現(xiàn)乒乓切換和連接中斷的情 況。本發(fā)明采用信號強(qiáng)度比較法進(jìn)行切換決策，當(dāng)NAP的信號強(qiáng)度大于0AP時則果斷進(jìn)行 切換。這種方法雖然簡單，但是針對本發(fā)明所考慮的應(yīng)用場景算法效率很高，并且不會影響 切換效果。
[0043] 3.無重疊信道分配機(jī)制
[0044] 鑒于切換時延主要由掃描時延構(gòu)成，本方案中采用無重疊信道分配機(jī)制，減少掃 描信道數(shù)，進(jìn)而減少切換時延。本方案采用雙鏈路軟切換，因此MN上需要配備兩塊無線網(wǎng) 卡以提供兩條無線鏈路，AP可以是支持IEEE802. 11協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。
[0045] 由于AP和麗的射頻模塊都可以選擇全向天線和定向天線，根據(jù)不同天線的特性， 可以有多種組合。包括AP全向天線/MN定向天線、AP定向天線/MN全向天線、AP定向天線 /MN定向天線。前兩種信道分配機(jī)制方式對于MN上兩塊無線網(wǎng)卡的相對位置都有要求，即 必須有足夠完成一次切換的間距。當(dāng)MN以40km/h的時速運(yùn)動時，采用快速切換算法，一次 切換時延約為200毫秒，在切換期間MN行進(jìn)約2米，即要求兩天線間的距離至少為2米；當(dāng) MN的運(yùn)動時速增大時，要求雙網(wǎng)卡的間距更大。因此，上述兩種信道分配機(jī)制不適合MN的 單體體積較小的情況。AP定向天線/MN定向天線機(jī)制可以用于MN體積較小、兩天線間距很 小的場合。
[0046] 附圖4中AP的定向天線采用了不同的方向：API、AP3、AP5……AP2n+l的定向天 線朝向與麗的運(yùn)動方向一致，其信號覆蓋區(qū)域用實(shí)線表示，采用信道1 ;AP2、AP4、AP6…… AP2n的定向天線朝向與麗的運(yùn)動方向相反，其信號覆蓋區(qū)域用虛線表示，采用信道6。相 鄰AP間的距離基本相等，天線方向相同的AP之間覆蓋區(qū)域不重疊，而相鄰且天線不同向的 AP之間覆蓋區(qū)域部分重疊。
[0047] 麗的無線網(wǎng)卡N1的天線方向與其移動的方向一致，N2的天線方向與其移動方向 相反。要求N1只能與AP2n(n是正整數(shù)）相連接，N2只能與AP2n-l(n是正整數(shù)）相連接， 此時N1與N2的切換不是自動檢測完成，而需要進(jìn)行控制。
[0048] 當(dāng)MN在如圖位置時，N1與AP4連接，N2與API連接。當(dāng)MN繼續(xù)向圖示方向移動 時，切換過程如下：
[0049] 1)當(dāng)MN到達(dá)AP3所在的位置時，N2移出API的信號覆蓋范圍，進(jìn)入AP3的信號覆 蓋范圍，N2從API切換到AP3,切換過程在麗經(jīng)過圖中豎線的陰影部分期間完成。此時， AP4的信號在增強(qiáng)中，N1保持與AP4的連接。
[0050] 2)當(dāng)MN到達(dá)AP4所在的位置時，N1移出AP4的信號覆蓋范圍，進(jìn)入AP6的信號覆 蓋范圍，N1從AP4切換到AP6,切換過程在麗經(jīng)過圖中橫線的陰影部分期間完成。此時， AP3的信號強(qiáng)度足夠保持與N2的連接。
[0051] 4?切換步驟：如圖5所示。
[0052] 步驟1 :學(xué)習(xí)過程中，移動終端將移動軌跡上掃描到的AP基本信息及切換順序進(jìn) 行存儲，并保存到特定的存儲單元中，以備正式工作過程中的調(diào)用；
[0053] 步驟2:移動終端不斷移動，采用主動掃描方法，不斷向周圍發(fā)送探測包，如果收 到反饋信息，則證明進(jìn)入其他AP覆蓋范圍；
[0054] 步驟3 :當(dāng)掃描到新的AP接入點(diǎn)時，移動終端調(diào)用歷史存儲信息，判斷下一跳應(yīng)該 切換到哪個AP，然后針對特定AP進(jìn)行信號強(qiáng)度掃描，實(shí)時監(jiān)測該AP信號強(qiáng)度，并與當(dāng)前AP 信號強(qiáng)度比較；
[0055] 步驟4 :當(dāng)下一跳AP信號強(qiáng)度大于當(dāng)前接入的AP的信號的強(qiáng)度時，則觸發(fā)切換算 法，即通過bonding技術(shù)將雙無線網(wǎng)卡的功能進(jìn)行調(diào)換；
[0056] 步驟5 :修改終端節(jié)點(diǎn)的路由表，并給控制器發(fā)送成功切換消息；
[0057] 步驟6 :控制器接收到成功切換消息后，修改相應(yīng)的流表，并將信息存儲到控制器 的拓?fù)湫畔⒅校?br>[0058] 步驟7 :當(dāng)移動終端移動到原AP覆蓋范圍外，終端的雙網(wǎng)卡處于冗余備份功能狀 態(tài)，即只有一個網(wǎng)卡處于活動，當(dāng)一個down機(jī)后另一個馬上由備份轉(zhuǎn)為活動狀態(tài)，直到掃 描到新的AP后，進(jìn)入下一次切換過程。
【主權(quán)項】
1. 一種基于雙無線網(wǎng)卡的工業(yè)移動網(wǎng)絡(luò)AP切換方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 :在學(xué)習(xí)過程中，移動終端將移動軌跡上掃描到的AP基本信息及切換順序進(jìn)行 存儲，并保存到移動終端的存儲單元中； 步驟2 :在移動終端不斷移動的過程中，不斷向周圍發(fā)送探測包，如果收到反饋信息， 則證明進(jìn)入其他AP覆蓋范圍； 步驟3 :當(dāng)掃描到新的AP接入點(diǎn)時，移動終端調(diào)用歷史存儲信息，判斷下一跳應(yīng)該切換 到哪個AP，然后針對下一跳AP進(jìn)行信號強(qiáng)度掃描，實(shí)時監(jiān)測該AP信號強(qiáng)度，并與當(dāng)前AP信 號強(qiáng)度比較； 步驟4 :當(dāng)下一跳AP信號強(qiáng)度大于當(dāng)前接入的AP的信號的強(qiáng)度時，則觸發(fā)切換算法， 即通過bonding技術(shù)將雙無線網(wǎng)卡的功能進(jìn)行調(diào)換； 步驟5 :修改移動終端的路由表，并給控制器發(fā)送成功切換消息； 步驟6 :控制器接收到成功切換消息后，修改相應(yīng)的流表，并將信息存儲到控制器的拓 撲信息中； 步驟7 :當(dāng)移動終端移動到原AP覆蓋范圍外，終端的雙網(wǎng)卡處于冗余備份功能狀態(tài)，即 只有一個網(wǎng)卡處于活動，當(dāng)一個down機(jī)后另一個馬上由備份轉(zhuǎn)為活動狀態(tài)，直到掃描到新 的AP后，進(jìn)入下一次切換過程。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙無線網(wǎng)卡的工業(yè)移動網(wǎng)絡(luò)AP切換方法，其特征 在于，所述學(xué)習(xí)過程記錄AP的基本信息包括：AP相對位置，AP的SSID，AP的地址，AP的信 道。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙無線網(wǎng)卡的工業(yè)移動網(wǎng)絡(luò)AP切換方法，其特征在 于，所述步驟4中切換的時機(jī)為： 由于AP覆蓋范圍有限，因此快速移動的終端節(jié)點(diǎn)位于每個AP覆蓋范圍內(nèi)的時間很短， 當(dāng)移動終端節(jié)點(diǎn)掃描到新的AP后，則進(jìn)入信號強(qiáng)度比較階段，當(dāng)NAP信號強(qiáng)度大于等于0AP 時，則進(jìn)行切換，連接到下一跳AP接入點(diǎn)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙無線網(wǎng)卡的工業(yè)移動網(wǎng)絡(luò)AP切換方法，其特征在 于，所述切換包含了三個階段：切換準(zhǔn)備階段、切換階段、切換完成； 切換準(zhǔn)備階段是麗與0AP傳輸數(shù)據(jù)的過程中發(fā)現(xiàn)新的AP信號，然后查詢NAP使用的 信道，并針對特定信道對NAP的信號強(qiáng)度進(jìn)行掃描，并與0AP信號強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時比較。切換 階段是MN掃描到NAP的信號強(qiáng)度大于等于0AP時，MN向NAP發(fā)送認(rèn)證、關(guān)聯(lián)消息，成功接 受響應(yīng)消息后，MN向控制器發(fā)送切換請求，控制器確認(rèn)切換后，下發(fā)修改流表命令；響應(yīng)AP 節(jié)點(diǎn)修改完流表后則切換完成，可以正常傳輸數(shù)據(jù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙無線網(wǎng)卡的工業(yè)移動網(wǎng)絡(luò)AP切換方法，其特征在 于，所述AP和移動終端根據(jù)不同天線的特性有多種天線組合，包括AP全向天線/MN定向天 線、AP定向天線/MN全向天線、AP定向天線/MN定向天線。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙無線網(wǎng)卡的工業(yè)移動網(wǎng)絡(luò)AP切換方法，其特征在 于，所述移動終端采用雙無線網(wǎng)卡.7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙無線網(wǎng)卡的工業(yè)移動網(wǎng)絡(luò)AP切換方法，其特征在 于，所述移動終端與相鄰AP之間通信的信道不重疊。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于雙無線網(wǎng)卡的AP切換方法，由移動終端主動掃描AP信號強(qiáng)度，然后將掃描到的信號強(qiáng)度與當(dāng)前接入AP的信號強(qiáng)度進(jìn)行比較，如果信號強(qiáng)度大于當(dāng)前AP信號強(qiáng)度，則開始切換，否則繼續(xù)掃描直至成功切換為止。為了降低切換時延，針對工業(yè)應(yīng)用場景中移動路線基本固定的特點(diǎn)，本發(fā)明提出了預(yù)學(xué)習(xí)機(jī)制，即在正式應(yīng)用前，對應(yīng)用場景的AP位置、切換順序等信息進(jìn)行學(xué)習(xí)，并存儲到終端節(jié)點(diǎn)，以便正式應(yīng)用中進(jìn)行有針對性的掃描和切換。本發(fā)明解決了工業(yè)移動網(wǎng)絡(luò)場景下的AP快速切換問題；采用雙無線網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)無中斷切換；針對特定的工業(yè)應(yīng)用場景，采用預(yù)學(xué)習(xí)機(jī)制，進(jìn)一步降低掃描時延。
【IPC分類】H04W36/18
【公開號】CN105722170
【申請?zhí)枴緾N201410719075
【發(fā)明人】曾鵬, 劉金娣, 李棟, 李志博, 俞雪婷, 于海斌
【申請人】中國科學(xué)院沈陽自動化研究所
【公開日】2016年6月29日
【申請日】2014年11月30日
【公告號】WO2016082283A1