專利名稱：：無線訪問接入點(diǎn)零延時(shí)切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及的是一種通信
技術(shù)領(lǐng)域：
的切換方法，特別是一種無線訪問接入點(diǎn)AP密集802.11網(wǎng)絡(luò)中MAC層零延時(shí)切換方法。
背景技術(shù)：
：802.11無線局域網(wǎng)中的AP的通信半徑是有限的，其典型通信距離一般在100米以下。為了覆蓋一個(gè)相對(duì)較大的區(qū)域，就必須布設(shè)大量的AP。在很多情況下，因?yàn)橐粋€(gè)無線連接客戶有移動(dòng)的需要，當(dāng)用戶逐漸脫離某一AP的范圍時(shí)，他(她)的移動(dòng)終端(MS)應(yīng)該在很短的時(shí)間內(nèi)連接到另一個(gè)AP上去。這種MS對(duì)AP連接關(guān)系的轉(zhuǎn)換叫做切換。切換直接決定著用戶的通信服務(wù)質(zhì)量(QoS)，因?yàn)槿绻麩o法完成切換或者切換延時(shí)過長，用戶的通信會(huì)話，特別是一些實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的會(huì)話，就會(huì)受到影響，甚至被完全中斷?，F(xiàn)實(shí)中的MAC切換都會(huì)引入一個(gè)秒級(jí)延時(shí)，解決切換時(shí)延問題對(duì)于802.11網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信有著很大的意義。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，作者為V.Brik，A.MishraandS.Banerjee的"EliminatingHandoffLatenciesin802.11WLANsUsingMultipleRadios:Applications,ExperiencesandEvaluation"，ACMIMC,Oct.2005(基于多網(wǎng)卡的降低802.ll無線局域網(wǎng)中切換延時(shí)的方法應(yīng)用，體驗(yàn)與評(píng)估)中提出了用兩塊網(wǎng)卡解決切換延時(shí)問題的方法。這是一種很直觀的方法一兩塊網(wǎng)卡都保持著和不同AP的連接，并且互為備用。當(dāng)正在使用的網(wǎng)卡所接入的AP質(zhì)量下降以致影響QoS時(shí)，MS通過改變工作網(wǎng)卡可以迅速的切換到另一個(gè)質(zhì)量較好的網(wǎng)卡，從而有效地保障了QoS。但是在一個(gè)MS上安裝兩塊網(wǎng)卡是非常不經(jīng)濟(jì)的，同時(shí)MS的移動(dòng)性對(duì)其體積也提出了苛刻的要求，故此方法雖具學(xué)術(shù)價(jià)值，但實(shí)用價(jià)值不高。作者為S.Tsao，P.Lo的"Dua皿C:ASoftHandoffMechanismforReal-timeCommunicationsinSecuredWLANs"，inComputerCommunications30(2007)，pl785-1793(雙MAC:一種服務(wù)于安全無線局域網(wǎng)中實(shí)時(shí)通信的軟切換機(jī)制)提出了在一塊網(wǎng)卡上利用不同3的MAC實(shí)現(xiàn)兩個(gè)互為備用的連接的思想，但是其應(yīng)用僅限于流媒體服務(wù)，而且也沒有給出具體的實(shí)現(xiàn)方法，所以還有待改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種無線訪問接入點(diǎn)零延時(shí)切換方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有802.11無線局域網(wǎng)協(xié)議中MAC層切換的長延時(shí)問題克服了現(xiàn)有的快速切換方法的代價(jià)高、不易實(shí)現(xiàn)等缺點(diǎn)，僅需修改客戶端程序，通過多重AP連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了零延時(shí)切換。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括以下步驟包括如下步驟第一步建立多重連接，在和AP建立無線連接的過程中，通過Socket函數(shù)建立綁定網(wǎng)卡，直接在應(yīng)用層上編輯區(qū)c包，網(wǎng)卡進(jìn)行認(rèn)證和連接或者重連，并控制網(wǎng)卡發(fā)送和接收，與兩個(gè)AP建立連接；第二步在建立了多個(gè)連接后，無線網(wǎng)卡使用其中任意一個(gè)作為主要連接，通過主要連接收發(fā)數(shù)據(jù)包，另一個(gè)作為次要連接，在后臺(tái)維護(hù)次要連接；第三步當(dāng)主要連接的質(zhì)量下降時(shí)執(zhí)行切換，在切換過程中，控制程序修改區(qū)C包中的目的AP的MAC地址，無延時(shí)地切換到另一個(gè)AP;執(zhí)行MAC層切換后，在后臺(tái)執(zhí)行AP掃描，重新建立并維護(hù)備用的次要連接。本發(fā)明對(duì)于大部分實(shí)際應(yīng)用來說，只有在AP密集的802.11網(wǎng)絡(luò)中討論切換才是有意義的。稀疏或者不稠密的802.ll無線網(wǎng)絡(luò)會(huì)出現(xiàn)覆蓋空洞，而且因?yàn)闊o線信號(hào)的不穩(wěn)定性，會(huì)出現(xiàn)很多暫時(shí)的空洞或者信號(hào)非常低的區(qū)域，這種情況的直接結(jié)果就是用戶無法正常切換或者頻繁切換，嚴(yán)重影響QoS。本發(fā)明提出的通過單網(wǎng)卡維護(hù)多重AP連接的技術(shù)思想，克服了現(xiàn)有的802.11無線局域網(wǎng)MAC層快速切換方法的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了一種簡單實(shí)用的零延時(shí)MAC層快速切換方法，有以下優(yōu)點(diǎn)1.大大降低802.11無線局域網(wǎng)的MAC層切換延時(shí)，由原來的秒級(jí)延時(shí)降低到可以忽略不計(jì)的程度。2.不改變網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，無需增加硬件設(shè)備，本方法只需要修改客戶端的程序。3.方法獨(dú)立于業(yè)務(wù)類型，具有普適的特點(diǎn)。圖l本發(fā)明中的多AP連接的建立；圖2本發(fā)明中的主要連接和備份連接；圖3本發(fā)明中的802.11MAC包需要修改的字段；圖4實(shí)施例中UDP包的發(fā)送時(shí)間和ACK返回用時(shí)。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。本實(shí)施例中的多重AP連接是通過修改MAC頭部并和不同AP完成認(rèn)證/連接的程序?qū)崿F(xiàn)的。包括如下步驟第一步建立多重連接。所述的多重連接，是在和AP建立無線連接的過程中，通過Socket函數(shù)建立綁定網(wǎng)卡，直接在應(yīng)用層上編輯MAC包，網(wǎng)卡進(jìn)行認(rèn)證和連接或者重連，并控制網(wǎng)卡發(fā)送和接收，與兩個(gè)AP建立連接。所述的網(wǎng)卡發(fā)送和接收，是MS向所要接入的AP發(fā)送認(rèn)證請(qǐng)求MAC幀，AP發(fā)回認(rèn)證響應(yīng)MAC幀；MS向AP發(fā)送連接請(qǐng)求MAC幀，AP發(fā)回連接響應(yīng)區(qū)C幀。網(wǎng)卡發(fā)送和接收的本質(zhì)是MS網(wǎng)卡與AP網(wǎng)卡的管理幀交換，即控制無線網(wǎng)卡和多個(gè)AP網(wǎng)卡交換這些管理幀從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)連接的建立，這些連接在初始的時(shí)候建立，或者陸續(xù)建立，甚至在MS和一個(gè)AP正常通信的時(shí)候，如圖l所示。第二步在建立了多個(gè)連接后，無線網(wǎng)卡使用其中任意一個(gè)作為主要連接，通過主要連接收發(fā)數(shù)據(jù)包，另一個(gè)作為次要連接，在后臺(tái)維護(hù)次要連接，如圖2所示。通信通過所述的主要連接完成；MS維護(hù)并更新所述的次要連接。維護(hù)是周期性的接收次要連接的AP發(fā)送的信標(biāo)幀，并在必要的時(shí)候再更換次要連接以保證次要連接的可靠性。由于對(duì)次要連接的維護(hù)動(dòng)作是在后臺(tái)進(jìn)行，所以對(duì)主要連接的影響可以忽略。第三步當(dāng)主要連接的質(zhì)量下降時(shí)執(zhí)行切換，在切換過程中，控制程序修改區(qū)C包中的目的AP的區(qū)C地址，無延時(shí)地切換到另一個(gè)AP;執(zhí)行區(qū)C層切換后，在后臺(tái)執(zhí)行AP掃描，重新建立并維護(hù)備用的次要連接，如圖3所示。在本實(shí)施例中，使筆記本的無線網(wǎng)卡同時(shí)和兩個(gè)AP(AP1，AP2)建立連接。然后1000個(gè)UDP包通過這兩個(gè)AP發(fā)送至一臺(tái)遠(yuǎn)端由本實(shí)施例控制的計(jì)算機(jī)。UDP包被接收后，遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)會(huì)返回一個(gè)ACK。筆記本在收到ACK后再傳下一個(gè)UDP包。本實(shí)施案例是在某大廈辦公室中進(jìn)行的。實(shí)施地網(wǎng)絡(luò)情況比較復(fù)雜，可以同時(shí)收到7-10個(gè)AP的信號(hào)，所以是AP密集的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。首先只使用一個(gè)AP發(fā)送數(shù)據(jù)(說明附圖4的上方兩個(gè)子圖)，然后交替地通過這兩個(gè)AP發(fā)送數(shù)據(jù)。換言之，每發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)包就完成一次AP切換，見說明附圖4的最下方子圖。同時(shí)這些實(shí)驗(yàn)都在很短時(shí)間間隔內(nèi)完成，基本可以保證無線環(huán)境穩(wěn)定不變。記錄下所有UDP包的發(fā)送時(shí)間(見圖4的橫坐標(biāo))和相應(yīng)ACK返回用時(shí)(RoundTripTime,RTT，見圖4的縱坐標(biāo))。這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)值在表1中顯示。表1UDP包ACK返回用時(shí)統(tǒng)計(jì)(單位為毫秒)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>圖4和表1說明，本實(shí)施例這三種情況下無線連接的質(zhì)量基本沒有區(qū)別。這就說明了單獨(dú)通過API或者AP2發(fā)送數(shù)據(jù)包和輪流通過API和AP2發(fā)送數(shù)據(jù)包是沒有本質(zhì)區(qū)別的。這也就是所謂的零延時(shí)切換——用戶感覺不到無線接入點(diǎn)的變化。權(quán)利要求1、一種無線訪問接入點(diǎn)零延時(shí)切換方法，其特征在于，包括如下步驟第一步建立多重連接，在和AP建立無線連接的過程中，通過Socket函數(shù)建立綁定網(wǎng)卡，直接在應(yīng)用層上編輯MAC包，網(wǎng)卡進(jìn)行認(rèn)證和連接或者重連，并控制網(wǎng)卡發(fā)送和接收，與兩個(gè)AP建立連接；第二步在建立了多個(gè)連接后，無線網(wǎng)卡使用其中任意一個(gè)作為主要連接，通過主要連接收發(fā)數(shù)據(jù)包，另一個(gè)作為次要連接，在后臺(tái)維護(hù)次要連接；第三步當(dāng)主要連接的質(zhì)量下降時(shí)執(zhí)行切換，在切換過程中，控制程序修改MAC包中的目的AP的MAC地址，無延時(shí)地切換到另一個(gè)AP；執(zhí)行MAC層切換后，在后臺(tái)執(zhí)行AP掃描，重新建立并維護(hù)備用的次要連接。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線訪問接入點(diǎn)零延時(shí)切換方法，其特征是，所述的網(wǎng)卡發(fā)送和接收，是MS向所要接入的AP發(fā)送認(rèn)證請(qǐng)求MAC幀，AP發(fā)回認(rèn)證響應(yīng)區(qū)C幀；MS向AP發(fā)送連接請(qǐng)求MAC幀，AP發(fā)回連接響應(yīng)MAC幀。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線訪問接入點(diǎn)零延時(shí)切換方法，其特征是，網(wǎng)卡發(fā)送和接收的本質(zhì)是MS網(wǎng)卡與AP網(wǎng)卡的管理幀交換，即控制無線網(wǎng)卡和多個(gè)AP網(wǎng)卡交換這些管理幀從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)連接的建立，這些連接在初始的時(shí)候建立，或者陸續(xù)建立，甚至在MS和一個(gè)AP正常通信的時(shí)候。4、根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的無線訪問接入點(diǎn)零延時(shí)切換方法，其特征是，MS維護(hù)并更新所述的次要連接。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線訪問接入點(diǎn)零延時(shí)切換方法，其特征是，維護(hù)是周期性的接收次要連接的AP發(fā)送的信標(biāo)幀，并在必要的時(shí)候再更換次要連接以保證次要連接的可靠性。全文摘要本發(fā)明涉及的是一種通信
技術(shù)領(lǐng)域：
的無線訪問接入點(diǎn)零延時(shí)切換方法，包括如下步驟建立多重連接；在建立了多個(gè)連接后，無線網(wǎng)卡就可以使用其中任意一個(gè)作為主要連接，通過主要連接發(fā)送數(shù)據(jù)包，另一個(gè)作為次要連接，在后臺(tái)維護(hù)次要連接；當(dāng)主要連接的質(zhì)量下降時(shí)執(zhí)行切換，在切換過程中，控制程序修改MAC包中的目的AP的MAC地址，無延時(shí)地切換到另一個(gè)AP；執(zhí)行MAC層切換后，在后臺(tái)執(zhí)行AP掃描，重新建立并維護(hù)備用的次要連接。本發(fā)明解決了現(xiàn)有802.11無線局域網(wǎng)協(xié)議中MAC層切換的長延時(shí)問題克服了現(xiàn)有的快速切換方法的代價(jià)高、不易實(shí)現(xiàn)等缺點(diǎn)，僅需修改客戶端程序，通過多重AP連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了零延時(shí)切換。文檔編號(hào)H04W36/18GK101631371SQ200910194639公開日2010年1月20日申請(qǐng)日期2009年8月27日優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日發(fā)明者劉大鵬,洲周,徐昌慶,希查,勁滕申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)