CN101932055B - 移动终端在接入点之间的快速切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动终端在接入点之间的快速切换方法，包括以下步骤：在移动终端没有切换经验的情况下，当有N个非关联接入点AP的信标帧的信噪比在设定的时间段内高于关联AP的信标帧的信噪比，则所述移动终端切换至N个非关联AP的信标帧中信噪比最高的AP；在移动终端具有切换经验的情况下，查找切换经验，若根据切换经验确定的目标关联AP的信标帧的信噪比在设定的时间段内一直高于关联AP的信标帧的信噪比，且在逐渐增强，则切换至所述目标关联AP，N≥1。本发明极大地减少了切换时延，提高了通信质量，避免了频繁切换和乒乓切换。

Description

移动终端在接入点之间的快速切换方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种移动终端在接入点之间的快速切换方法。

背景技术

随着无线技术的快速发展，无线网络特别是基于IEEE802.11标准协议的无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)已得到广泛的应用。但由于WLAN功率有限，其服务覆盖区域也就受限。当移动终端要离开当前关联接入点(Access Point，AP)的覆盖区域或者与其失去联系时，就必须断开当前关联，并与其他AP重新关联，这种情况下的切换就出现了很多问题。如图1所示，为现有技术中接入点为直线布置时的切换区域示意图。

IEEE802.11无线局域网的切换过程可以分为扫描、认证、关联三个阶段。在三个阶段产生的时延分别对应为扫描时延、认证时延和关联时延。当无线局域网采用开放认证和共享密钥方式时，扫描时延占整个切换时延的90％以上。

扫描方式包括主动扫描和被动扫描：

(1)被动扫描

如图2所示，为现有技术中采用被动扫描方式的切换过程示意图；移动终端首先依次转换至其他信道上，被动等待AP发送信标帧，待所有信道都扫描一遍之后，移动终端根据接收到的信标帧的信噪比来选择要切换的目标AP，并通过其进行同步。这种方法很简单，无需其他信令支持，但是扫描时延太长。因为信标帧是周期性发送的，一般为100毫秒，如果在每个信道上都侦听的话，时延很容易达到秒级。

(2)主动扫描

通常大多数切换都采用主动扫描。如图3所示，为现有技术中采用主动扫描方式的切换过程示意图，移动终端在每个信道上广播探询请求帧(Probe Request Frame)。如果在最小信道驻留时间内，移动终端收到AP发来的探询响应帧(Probe Response Frame)，由于每个信道或许有不止一个AP，因此将信道驻留时间设为最大，以接收其它AP发送的探询响应帧；如果没有，则马上扫描下一信道。最后，根据收到的探询响应帧来选择切换的目标AP，并通过其进行同步。这种方法比被动扫描节省时间，但同样需要扫描每个信道，且移动终端并不能保证其广播的探询请求帧被AP成功接收。对于实时性要求高的业务，或者安全苛求***来说，主动扫描切换算法带来的时延仍是不能接受的。

另外，通常启动切换是由当前关联AP的信号强度低于某一预先设置的门限值而引起，当移动终端高速运行或处于复杂环境中时，该信号强度可能会剧烈波动，从而出现频繁切换现象，甚至发生乒乓切换，引起长时间的通信中断；而仅仅依据接收到的单个信标帧或探询响应帧来选择目标AP，也可能导致切换次数增加。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何减少切换时延，从而保证并提高移动终端与AP在关联持续时间内的通信质量。

(二)技术方案

为此，本发明提供了一种移动终端在接入点之间的快速切换方法，包括以下步骤：

将同一网络中的AP的工作信道设置为同一信道；

对同一信道的AP，通过定时技术实现时间同步；

移动终端设置切换启动门限值；

在所述移动终端没有切换经验的情况下，在当前关联AP的信标帧的信噪比正逐渐增强的情况下，

如果有N个非关联AP的信标帧的信噪比也在逐渐增强，且在设定的时间段内比当前关联AP的信噪比高一定值，则选取信噪比最高的作为切换的目标AP；

如果有N个非关联AP的信标帧的信噪比在设定时间段内比当前关联AP的信噪比高一定值，但其信噪比正逐渐减弱，则不启动切换，维持当前关联；

如果非关联AP的信标帧的信噪比没有超过当前关联AP的信标帧的信噪比，则维持当前关联；

在移动终端具有切换经验的情况下，查找切换经验，若根据切换经验确定的目标关联AP的信标帧的信噪比在设定的时间段内一直高于关联AP的信标帧的信噪比，且在逐渐增强，则切换至所述目标关联AP，N≥1。

在当前关联AP的信标帧的信噪比正逐渐减弱的情况下，

如果关联AP的信标帧的信噪比高于切换启动门限值，但有N个非关联AP的信标帧的信噪比在设定的时间段内比当前关联AP的信标帧的信噪比高一定值，且其信噪比在逐渐增强，则启动切换，以信噪比最高的AP为切换的目标AP；否则，维持当前关联；

如果当前关联AP的信标帧的信噪比等于或低于切换启动门限值，且有N个非关联AP的信标帧的信噪比在设定时间段内比关联AP的信标帧的信噪比高一定值，则启动切换，以信噪比最高的AP作为切换的目标AP。

还包括：设定稳定关联门限值，将设定的时间内每次关联的持续时间与所述稳定关联门限值进行比较，持续时间大于所述稳定关联门限值的关联为稳定关联，记录确定为稳定关联的AP的服务集标识符作为切换经验。

所述在移动终端没有切换经验的情况下之前还包括：

接收关联AP发送的信标帧并计算信噪比，根据保存的所述关联AP之前发送的信标帧的信噪比得到所述信噪比的变化趋势；

接收非关联AP发送的信标帧并计算信噪比，根据保存的所述非关联AP之前发送的信标帧的信噪比得到所述信噪比的变化趋势。

所述接收关联接入点AP发送的信标帧之前还包括：将同一网络的AP设置为同一信道。

所述将同一网络的AP设置为同一信道之后还包括：采用定时技术使同一信道的AP实现时间同步。

所述采用定时技术使同一信道的AP实现时间同步之后还包括：设置切换启动门限值。

(三)有益效果

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：本发明通过持续接收当前关联AP和邻近非关联AP发送的信标帧，来分析各个AP的信号质量和信噪比的变化趋势，从非关联AP中选择信标帧的信噪比在设定时间段内一直为增强趋势的AP作为目标AP；由此达到准确快速切换的目的，切换时不需要扫描，极大地减少了切换时延；且移动终端只要发现满足要求的AP就进行切换，提高了移动终端与AP在关联持续时间内的通信质量；此外本方法通过参考切换经验，可以避免不必要的切换，减少切换次数，避免频繁切换或乒乓切换；而且本发明不会增加任何额外开销。

附图说明

图1是现有技术中接入点为直线布置时的切换区域示意图；

图2是现有技术中采用被动扫描方式的切换过程示意图；

图3是现有技术中采用主动扫描方式的切换过程示意图；

图4是本发明实施例一的移动终端在接入点之间的快速切换方法流程图；

图5是本发明实施例二的网络拓扑结构示意图；

图6是图5中的三个AP的信标帧的信噪比变化曲线图；

图7是本发明实施例三的网络拓扑结构示意图；

图8是本发明实施例三的无切换经验时的切换过程示意图；

图9是本发明实施例三的使用切换经验时的切换过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图4所示，为本发明实施例一的移动终端在接入点之间的快速切换方法流程图，包括以下步骤：

步骤1、将同一网络中的AP的工作信道设置为同一信道；

将同一网络中的AP都设置为同一工作信道，移动终端无需转换信道就可以持续接收同一信道中相邻其它非关联AP广播的信标帧；

步骤2、对同一信道的AP，通过严格定时技术实现时间同步；

所有AP实现时间同步，当移动终端完成切换后，在收到新AP的第一个信标帧前，移动终端与新AP在时间上也是同步的，接收到信标帧后，通过信标帧维护同步；

步骤3、移动终端设置切换启动门限值；

移动终端设置的切换启动门限值为维持关联的最低信噪比；

步骤4、移动终端持续侦听同一网络中的AP的信标帧；若收到信标帧，则执行步骤5，否则，保持当前关联，并执行步骤4；

具体地，移动终端持续接收同一网络中当前关联AP和非关联AP发送的信标帧；

移动终端通过信标帧维护与当前关联AP的同步，并且根据信标帧判断关联是否存在；

步骤5、移动终端计算接收到的信标帧的信噪比；

移动终端计算关联AP的信标帧的信噪比，还计算非关联AP的信标帧的信噪比，移动终端通过计算非关联AP的信标帧的信噪比评估非关联AP的信号质量；

步骤6、移动终端分别分析当前关联AP的信标帧的信噪比的变化趋势，以及非关联AP的信标帧的信噪比的变化趋势；

移动终端根据保存的关联AP之前发送的信标帧的信噪比，判断当前关联AP的信标帧的信噪比的变化趋势，判断该趋势为增强还是减弱，在判断变化趋势的过程中消除部分振荡点对总体变化趋势的影响；

移动终端读取接收到的非关联AP的信标帧中的服务集标识符，根据服务集标识符判断信标帧来自哪个非关联AP，对同一非关联AP发送的信标帧的信噪比进行分析，根据保存的同一非关联AP之前发送的信标帧的信噪比，判断同一非关联AP的信标帧的信噪比的变化趋势：增强或者减弱，判断过程中消除部分振荡点对总体变化趋势的影响；

步骤7、判断当前关联AP的信标帧的信噪比在设定时间段内的变化趋势是否为增强，是则执行步骤8，否则执行步骤8’；

步骤8、判断是否有非关联AP的信标帧的信噪比在设定时间段内的变化趋势为增强，是则执行步骤9，否则保持当前关联，执行步骤4；

步骤9、对于符合步骤8条件的非关联AP，判断其信标帧的信噪比是否在设定时间段内一直高于关联AP的信标帧的信噪比，是则执行步骤10，否则保持当前关联，执行4；

步骤10、判断符合步骤8且符合步骤9条件的非关联AP的个数是否大于一个，是则执行步骤11，否则对符合条件的AP进行认证和重关联；

步骤11、判断移动终端是否存储有切换经验，是则执行步骤12；否则执行步骤13；

步骤12、移动终端根据切换经验选择要切换到的目标AP，并进行认证和重关联；

根据切换经验选择目标AP的情况下，需要实现存储切换经验：

首先移动终端设置稳定关联门限值；然后计算设定的时间段内每次关联的持续时间，并将每次关联的时间与稳定关联门限值进行比较；如果持续时间大于稳定关联门限值，则认为此次关联为稳定的关联，反之，则认为是不稳定的关联；然后移动终端读取并记录稳定关联AP的服务集标识符，作为经验提供给后续切换参考；例如，下述表1所示的稳定关联记录。

表1

......

AP_5

AP_4

AP_1

AP_2

AP_3

......

AP_1

如表1可知，上一稳定关联AP为AP_1。设当前关联AP为AP_2，表1中存在从AP_1切换至AP_2的切换经验，并且AP_2最后切换至AP_3，此时只要AP_3的信噪比在设定的时间段内比AP_2的信噪比高一定值，例如5dB，并逐渐增强，则认为移动终端移动的方向为由AP_1运动到AP_2，正在向AP_3运动，将AP_3作为切换的目标AP；设当前关联AP为AP_4，表1中存在从AP_5切换至AP_4的切换经验，并且AP_4最后切换至AP_1，此时只要AP_5的信噪比在设定的时间段内比AP_4的信噪比高一定值，例如5dB，并逐渐增强，则认为移动终端移动的方向为由AP_1运动到AP_4，正在向AP_5运动，将AP_5作为切换的目标AP。

步骤13、对多个符合条件的非关联AP，选择其信标帧的信噪比最大的AP作为目标AP，进行认证和重关联；

移动终端在无切换经验可供参考时，根据接收信号的信噪比大小及其变化趋势决定何时切换和切换的目标AP；分为以下几种情况：

(1)当前关联AP的信标帧的信噪比正逐渐增强；

这时如果有一个非关联AP的信标帧的信噪比也在逐渐增强，且在设定的时间段内比当前关联AP的信噪比高一定值，例如5dB，则切换至该AP；如果有多个，则选取信噪比最高的作为切换的目标AP；

如果有非关联AP的信标帧的信噪比在设定时间段内比当前关联AP的信噪比高一定值，例如5dB，但其信噪比正逐渐减弱，则不启动切换，维持当前关联；

如果非关联AP的信标帧的信噪比没有超过当前关联AP的信标帧的信噪比，则维持当前关联；

(2)如果当前关联AP的信标帧的信噪比正逐渐减弱；

如果关联AP的信标帧的信噪比高于切换启动门限值，但有一个或多个非关联AP的信标帧的信噪比在设定的时间段内比当前关联AP的信标帧的信噪比高一定值，例如5dB，且其信噪比在逐渐增强，则启动切换，以信噪比最高的AP为切换的目标AP；否则，维持当前关联；

如果当前关联AP的信标帧的信噪比等于或低于切换启动门限值，且有一个或多个非关联AP的信标帧的信噪比在设定时间段内比关联AP的信标帧的信噪比高一定值，例如3dB，则启动切换，以信噪比最高的AP作为切换的目标AP；

移动终端在每次重关联后清除上次关联中保存的信噪比大小及其变化趋势等信息；并重新在新关联过程中采集这些信息，为下一次切换服务；

步骤8’、判断当前关联AP的信标帧的信噪比是否高于切换门限值，是则执行步骤8，否则执行步骤9’；

步骤9’、判断当前关联AP的信标帧的信噪比是否低于非关联AP的信标帧的信噪比，是则执行步骤10；否则执行步骤10’；

步骤10’、移动终端启动主动扫描。

如图5所示，为本发明实施例二的网络拓扑结构示意图，AP_1，AP_2和AP_3布置在一条直线上，间隔为100米，移动终端沿着AP所在直线的一条平行线匀速移动，移动终端移动轨迹与AP所在直线之间的距离为5米；三个AP都工作在第1信道，且经过严格时间同步。

如图6所示，为图5中的三个AP的信标帧的信噪比变化曲线图，移动终端接收的三个AP发送的信标帧的信噪比大致变化趋势为：

AP_1的信噪比由最强减至最弱；

AP_2的信噪比先上升至最强然后逐渐减弱；

AP_3的信噪比由最弱上升为最强。

则这个过程中，移动终端首先与信噪比最强的AP_1关联，AP_2的信标帧的信噪比在T₁时刻比AP_1高Δ₁，且变化趋势为增强，AP_2的信标帧的信噪比在T₂时刻仍比AP_1高Δ₁以上，且变化趋势为增强，T₁与T₂之间的时间间隔大于或等于Δ₂；则移动终端在T₂时刻开始切换，在T₃时刻与AP_2完成重关联；

AP_3的信标帧的信噪比在T₄时刻比AP_2高Δ₁，且变化趋势为增强；AP_3的信标帧的信噪比在T₅时刻仍比AP_2高Δ₁以上，且变化趋势为增强；则移动终端在T₅时刻开始切换，在T₆时刻与AP_3完成重关联；

虽然AP_1在T₃时刻，AP_2在T₆时刻的信噪比高于启动切换门限值，但是仍然进行切换，很明显切换后移动终端接收信号的信号质量高于不切换。

如图7所示，为本发明实施例三的网络拓扑结构示意图，AP_1、AP_3、AP_4、AP_5分别布置在一个正方形的四角上，正方形边长为200米，AP_2布置在AP_1和AP_3之间，AP_1与AP_2间隔40米，移动终端从AP_1处开始，沿着正方形四边逆时针运动。

当移动终端移动一周回到AP_1处时，如图8所示，为本发明实施例三的无切换经验时的切换过程示意图，表2为稳定关联记录。

表2

AP_1

AP_3

AP_4

AP_5

当AP_1的信标帧的信噪比持续减弱启动切换时，AP_2和AP_3的信标帧的信噪比都在一段时间内比AP_1的高且在逐渐增强；通过表2的稳定关联记录可知，AP_1为第一个稳定关联的AP，它的下一个稳定切换AP是AP_3，而与AP_2的关联是不稳定关联，因此AP_1以AP_3为目标AP完成重关联。移动终端继续沿正方形四边逆时针运动，从运动的第二圈开始，如图9所示，为本发明实施例三的使用切换经验时的切换过程示意图。

由以上实施例可以看出，本发明实施例提供的移动终端在接入点之间的快速切换方法具有以下优点：

(1)移动终端在启动切换之前就已经为确定切换的最佳目标AP存储了足够的信息，包括信噪比等，因此在切换时不需要进行扫描；大幅度减少了切换时延；

(2)移动终端并不会一定等到当前关联AP的信标帧的信噪比低于切换启动门限值才启动切换，只要发现满足要求的信号质量更好的AP就会切换；提高了移动终端与AP在关联持续时间内的通信质量；

(3)通过信标帧的信噪比变化趋势及大小来决定是否启动切换和选择切换的目标AP，可以避免发生频繁切换或乒乓切换；

(4)通过参考切换经验，可以消除一些不必要的切换，减少切换次数。

(5)不增加任何开销。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种移动终端在接入点之间的快速切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

将同一网络中的接入点AP的工作信道设置为同一信道；

对同一信道的AP，通过定时技术实现时间同步；

移动终端设置切换启动门限值；

在所述移动终端没有切换经验的情况下，在当前关联AP的信标帧的信噪比正逐渐增强的情况下，

如果有N个非关联AP的信标帧的信噪比也在逐渐增强，且在设定的时间段内比当前关联AP的信噪比高一定值，则选取信噪比最高的作为切换的目标AP；

如果有N个非关联AP的信标帧的信噪比在设定时间段内比当前关联AP的信噪比高一定值，但其信噪比正逐渐减弱，则不启动切换，维持当前关联；

如果非关联AP的信标帧的信噪比没有超过当前关联AP的信标帧的信噪比，则维持当前关联；

在移动终端具有切换经验的情况下，查找切换经验，若根据所述切换经验确定的目标关联AP的信标帧的信噪比在设定的时间段内一直高于关联AP的信标帧的信噪比，且在逐渐增强，则切换至所述目标关联AP，N≥1。

2.如权利要求1所述的移动终端在接入点之间的快速切换方法，其特征在于，在当前关联AP的信标帧的信噪比正逐渐减弱的情况下，

如果关联AP的信标帧的信噪比高于切换启动门限值，但有N个非关联AP的信标帧的信噪比在设定的时间段内比当前关联AP的信标帧的信噪比高一定值，且其信噪比在逐渐增强，则启动切换，以信噪比最高的AP为切换的目标AP；否则，维持当前关联；

如果当前关联AP的信标帧的信噪比等于或低于切换启动门限值，且有N个非关联AP的信标帧的信噪比在设定时间段内比关联AP的信标帧的信噪比高一定值，则启动切换，以信噪比最高的AP作为切换的目标AP。

3.如权利要求2所述的移动终端在接入点之间的快速切换方法，其特征在于，还包括：

设定稳定关联门限值，将设定的时间内每次关联的持续时间与所述稳定关联门限值进行比较，持续时间大于所述稳定关联门限值的关联为稳定关联，记录确定为稳定关联的AP的服务集标识符作为切换经验。

4.如权利要求1所述的移动终端在接入点之间的快速切换方法，其特征在于，所述在移动终端没有切换经验的情况下之前还包括：

接收关联AP发送的信标帧并计算信噪比，根据保存的所述关联AP之前发送的信标帧的信噪比得到所述信噪比的变化趋势；

接收非关联AP发送的信标帧并计算信噪比，根据保存的所述非关联AP之前发送的信标帧的信噪比得到所述信噪比的变化趋势。

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