CN103634860A - 无线通信***中的快速切换方法、***和客户端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线通信***中的快速切换方法、快速切换***、客户端和接入点AP。该方法包括：当客户端决定切换时，所述客户端通过其当前AP和候选AP之间建立虚链路，所述虚链路包括所述客户端和所述当前AP之间的通信链路以及所述当前AP和所述候选AP之间的通信链路；所述客户端通过所述虚链路向所述候选AP发送探测请求并接收所述候选AP的探测响应；根据所述候选AP的探测响应，所述客户端从所述候选AP中选择目标AP；所述客户端通过所述虚链路，向所述目标AP发送关联请求并接收所述目标AP的关联响应；当所述客户端开始切换时，所述客户端终止与所述当前AP的通信并切换到所述目标AP。利用该方法，可以大大减少切换时间。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种轨道交通***中无线通信***中的快速切换方法、快速切换***、客户端和接入点AP。
背景技术
目前，随着城市化的发展，轨道交通***越来越普及。当前的轨道交通***采用无线通信技术在列车和道路之间进行通信。在轨道交通***中，基于无线局域网（WLAN）在列车和道路之间进行通信的典型应用场景如图1所示。如图1所示，在道路上设置多个接入点（AP）（为清楚起见，图1中仅示出了AP0、AP1和AP2三个AP），每两个相邻AP之间相隔特定的距离，以保证没有覆盖盲区。客户端位于列车侧，并可与覆盖其的一个AP进行通信。通过该通信连接，列车上的客户端可以经该接入点与路侧的服务器进行通信，该AP称为客户端的当前AP。
当列车移动时，客户端会离开当前AP的覆盖范围并中断与当前AP的通信，此时，客户端需要切换到另一个AP（称为目标AP）以保证正常通信。因此，切换机制对于保证客户端与AP之间的可靠、无中断的通信非常关键。
为了建立与目标AP的通信连接，客户端和目标AP之间需要进行多次双向信息的交互，如图2所示。客户端向目标AP发送探测请求（Probe request），目标AP向客户端返回探测响应（Probe response）；客户端向目标AP发送关联请求（association request），目标AP向客户端返回关联响应（association response）。在对于安全性要求较高的应用场景中，客户端还需向目标AP发送鉴权请求（Authentication request），目标AP向客户端返回鉴权响应（Authentication response）；如果客户端通过鉴权，则客户端与该目标AP建立通信连接，该目标AP成为客户端的当前AP。
在图1所示的示例中，AP和客户端都采用方向性天线，这种方向性天线在轨道交通***中的应用非常普遍。但是，使用方向性天线通常会导致客户端在通过当前AP时，接收到的信号的强度突然变弱。
在图1所示的示例中，客户端的当前AP为AP1，当客户端从右向左移动到B点时，从AP1发出的信号的强度突然变弱。当与AP1的通信完全断开时，客户端必须尝试切换到另一个AP（即目标AP，在图1中该目标AP为AP2），以维持与服务器之间的通信。为了保证通信的可靠性，要求客户端从当前AP切换到目标AP的时间越短越好。在现有技术中，图1所示的切换需要花费超过100ms的时间，也就是说，在这100ms的时间内，数据传输被中断了。在轨道交通***中，无论是乘客信息还是列车控制信息，100ms这样长的中断都是难以忍受的。因此，需要采用某种快速切换机制来减少切换时间。
客户端从一个AP切换到另一个AP的切换过程通常可以分为两个阶段：切换决定阶段和连接建立阶段。现有的快速切换机制一般通过减少切换决定时间或减少连接建立时间来实现。
现有技术中的一种快速切换方法如图3所示，AP1为客户端的当前AP，当客户端移动到接近AP1的A点时，客户端开始切换。在这种情况下，当客户端接收到的AP1的信号的强度仍然很强并且高于切换阈值的时侯，切换就开始了。这样可以避免当客户端移动到B点时，AP1发出的信号的强度突然变弱的情况。因此，采用这种方法能够减少客户端与其当前AP的通信突然中断的情况。而且，如果该方法与现有技术中的背景扫描（background scanning）方法（客户端在空闲状态下持续扫描所有的信道以收集候选AP的信息）相结合，可有利于减少切换决定时间。
但是，在该方法中，客户端在当前AP发出的信号的强度还很强的时候就开始切换了，所以在当前AP和目标AP之间需要更多的重叠覆盖区域，以保证在该切换点能够正确接收到来自目标AP的信号，这会增加AP的数量。如果仍旧保持原来的AP之间的距离，那么来自目标AP的信号的强度可能会比较弱，这将严重影响切换过程。在最坏的情况下，客户端发出的探测请求、关联请求和鉴权请求在目标AP侧都会丢失，因此需要多次重发，这会增加连接建立时间，从而抵消了切换决定阶段获得的优点。而且，在断开与当前AP的连接后，该方法不能减少与目标AP建立连接的时间。
客户端在与目标AP建立连接的过程中，鉴权将花费很多时间。如果使用鉴权服务器，所花费的时间将超过100ms。现有技术中的另一种快速切换方法为预鉴权方法：在IEEE802.11x标准中，客户端可在切换开始前与鉴权服务器进行预鉴权操作，从而减少连接建立时间。但是，该预鉴权方法只能减少与鉴权服务器之间的鉴权操作时间，而不能减少连接建立过程中其它操作的时间，也不能减少切换决定时间。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种无线通信***中的快速切换方法、快速切换***、客户端和AP，从而有效地减少客户端从当前AP切换到目标AP的切换时间。
为达到上述目的，根据本发明的无线通信***中的快速切换方法的一个实施例，包括：
当客户端决定切换时，所述客户端通过其当前接入点AP和候选AP之间建立虚链路，所述虚链路包括所述客户端和所述当前AP之间的通信链路以及所述当前AP和所述候选AP之间的通信链路；
所述客户端通过所述虚链路向所述候选AP发送探测请求并接收所述候选AP的探测响应；
根据所述候选AP的探测响应，所述客户端从所述候选AP中选择目标AP；
所述客户端通过所述虚链路向所述目标AP发送关联请求并接收所述目标AP的关联响应；
当所述客户端开始切换时，所述客户端终止与所述当前AP的通信并切换到所述目标AP。
根据本发明的无线通信***中的快速切换方法的另一个实施例，包括：
当客户端决定切换时，所述客户端的当前接入点AP被用来在所述客户端与候选AP之间建立虚链路，所述虚链路包括所述客户端和所述当前AP之间的通信链路以及所述当前AP和所述候选AP之间的通信链路；
所述当前AP接收所述客户端通过所述虚链路向所述候选AP发送的探测请求并将该探测请求转发给所述候选AP，以及接收所述候选AP通过所述虚链路向所述客户端发送的探测响应并将该探测响应转发给所述客户端；
所述当前AP接收所述客户端通过所述虚链路向所述目标AP发送的关联请求并将该关联请求转发给所述目标AP，以及接收所述目标AP通过所述虚链路向所述客户端发送的关联响应并将该关联响应转发给所述客户端；
当所述客户端开始切换时，所述当前AP终止与所述客户端的通信。
根据本发明的无线通信***中的快速切换方法的再一个实施例，包括：
当客户端决定切换时，候选接入点AP通过所述客户端的当前AP与所述客户端之间建立虚链路，所述虚链路包括该候选AP和所述当前AP之间的通信链路以及所述当前AP和所述客户端之间的通信链路；
所述候选AP通过所述虚链路接收所述客户端的探测请求并向所述客户端发送探测响应；
所述候选AP通过所述虚链路接收所述客户端的关联请求并向所述客户端发送关联响应。
根据本发明的无线通信***中的快速切换***的一个实施例，包括客户端和多个无线接入点AP，
所述客户端用于，当其决定切换时，通过其当前接入点AP和候选AP之间建立虚链路，所述虚链路包括所述客户端和所述当前AP之间的通信链路以及所述当前AP和所述候选AP之间的通信链路；通过所述虚链路，向所述候选AP发送探测请求并接收所述候选AP的探测响应；根据所述候选AP的探测响应，从所述候选AP中选择目标AP；通过所述虚链路向所述目标AP发送关联请求并接收所述目标AP的关联响应；当开始切换时，终止与所述当前AP的通信并切换到所述目标AP；
所述当前AP用于，当所述客户端决定切换时，被用来在所述客户端与候选AP之间建立所述虚链路；接收所述客户端通过所述虚链路向所述候选AP发送的探测请求并将该探测请求转发给所述候选AP，以及接收所述候选AP通过所述虚链路向所述客户端发送的探测响应并将该探测响应转发给所述客户端；接收所述客户端通过所述虚链路向所述目标AP发送的关联请求并将该关联请求转发给所述目标AP，以及接收所述目标AP通过所述虚链路向所述客户端发送的关联响应并将该关联响应转发给所述客户端；当所述客户端开始切换时，终止与所述客户端的通信；
所述候选AP用于，当所述客户端决定切换时，通过所述客户端的当前AP与所述客户端之间建立所述虚链路；通过所述虚链路接收所述客户端的探测请求并向所述客户端发送探测响应；通过所述虚链路接收所述客户端的关联请求并向所述客户端发送关联响应。
根据本发明的无线通信***中的快速切换客户端的一个实施例，包括：
第一虚链路建立模块，用于当所述客户端决定切换时，通过所述客户端的当前AP在所述客户端和候选AP之间建立虚链路，所述虚链路包括所述客户端和所述当前AP之间的通信链路以及所述当前AP和所述候选AP之间的通信链路；
第一探测模块，用于通过所述虚链路向所述候选AP发送探测请求并接收所述候选AP的探测响应；
选择模块，用于根据所述候选AP的探测响应，从所述候选AP中选择目标AP；
第一关联模块，用于通过所述虚链路向所述目标AP发送关联请求并接收所述目标AP的关联响应；
第一切换模块，用于在所述客户端开始切换时，终止与所述当前AP的通信并切换到所述目标AP。
根据本发明的无线通信***中的接入点AP的一个实施例，包括：
第二虚链路建立模块，用于当客户端决定切换时，在所述客户端与候选AP之间建立虚链路，所述虚链路包括所述客户端和所述AP之间的通信链路以及所述AP和所述候选AP之间的通信链路；
第二探测模块，用于接收所述客户端通过所述虚链路向所述候选AP发送的探测请求并将该探测请求转发给所述候选AP，以及接收所述候选AP通过所述虚链路向所述客户端发送的探测响应并将该探测响应转发给所述客户端；
第二关联模块，用于接收所述客户端通过所述虚链路向所述目标AP发送的关联请求并将该关联请求转发给所述目标AP，以及接收所述目标AP通过所述虚链路向所述客户端发送的关联响应并将该关联响应转发给所述客户端；
第二切换模块，用于当所述客户端开始切换时，终止与所述客户端的通信。
根据本发明的无线通信***中的接入点AP的另一个实施例，包括：
第三虚链路建立模块，用于当客户端决定切换时，通过所述客户端的当前AP在所述AP与所述客户端之间建立虚链路，所述虚链路包括所述AP和所述当前AP之间的通信链路以及所述当前AP和所述客户端之间的通信链路；
第三探测模块，用于通过所述虚链路接收所述客户端的探测请求并向所述客户端发送探测响应；
第三关联模块，用于通过所述虚链路接收所述客户端的关联请求并向所述客户端发送关联响应。
附图说明
图1示出了现有技术中的在轨道交通***中基于WLAN进行通信的示意图；
图2示出了现有技术中的客户端和候选AP之间用于建立通信连接的信息交互的示意图；
图3示出了现有技术中的快速切换方法的示意图；
图4示出了本发明一实施例的无线通信***中的快速切换方法的流程图；
图5示出了本发明一实施例的无线通信***中的快速切换方法的示意图；
图6示出了本发明一实施例的轨道交通无线通信***中的快速切换方法的流程图；
图7示出了本发明一实施例的无线通信***中的快速切换客户端的结构示意图；
图8示出了本发明一实施例的无线通信***中的当前AP的结构示意图；
图9示出了本发明一实施例的无线通信***中的候选AP的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明实施例提出了一种无线通信***中的快速切换方法，如图4所示，该方法包括如下步骤：步骤401，当客户端决定切换时，客户端通过其当前AP和候选AP之间建立虚链路，该虚链路包括客户端和当前AP之间的通信链路以及当前AP和候选AP之间的通信链路；步骤402，客户端通过该虚链路向候选AP发送探测请求并接收候选AP的探测响应；步骤403，根据候选AP的探测响应，客户端从候选AP中选择目标AP；步骤404，客户端通过该虚链路向目标AP发送关联请求并接收目标AP的关联响应；步骤405，当客户端开始切换时，客户端终止与当前AP的通信并切换到目标AP。
以轨道交通***中的无线通信场景为例，所述虚链路包括客户端和当前AP之间的无线链路以及当前AP和候选AP之间的有线链路。图5示出了本发明一实施例的无线通信***中的快速切换方法示意图。如图5所示，客户端的当前AP为AP1，当客户端移动到接近AP1的A点时决定切换，此时开始进行预切换。
本发明实施例中所说的预切换是指客户端从当前AP切换到另一个AP（即目标AP）之前所做的准备工作，例如探测、关联和鉴权等操作。在本实施例中，决定切换的时机可以采用多种方法确定，其中一种方法可根据当前AP（即AP1）发出的信号的强度来确定切换的时机。因为在轨道交通***中，客户端和AP至少一方采用方向天线，所以在图5中，当客户端从右向左移动时，AP1的信号强度首先会越来越强，当客户端移动到A点时，信号强度达到一个阈值，此后列车将很快经过AP1，当列车移动到AP1所在的B点时，信号强度会突然减弱。因此，在本发明的实施例中，当客户端获知AP1的信号强度超过某个预先设定的信号阈值时，客户端开始进行预切换，所述信号阈值可以根据经验值预先设定。另一种方法可根据客户端的位置来确定切换的时机。在这种方法中，如果所有AP都固定设置在道路上的某个位置，列车运行的路线也是固定的，而且客户端已经预先存储了所有AP的位置信息，当列车移动时，客户端能够计算其与AP1的距离，当该距离小于某个预先设定的距离阈值时，表明列车将很快经过AP1，因此需要进行预切换。当然，本领域的技术人员应当明了，根据实际应用的需要还可以采用其它的方法来决定切换的时机，只要保证客户端从A点移动到AP1所在的B点时完成预切换即可，这些方法均应在本发明的保护范围之内。
下面结合图6所示的轨道交通无线通信***中的快速切换方法的流程图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。
步骤601，当客户端决定切换时，在客户端和候选AP之间建立虚链路，该虚链路包括客户端和当前AP之间的无线链路以及当前AP和候选AP之间的有线链路。在本步骤中，结合图5所示的示例，该当前AP为AP1，当客户端移动到接近AP1的位置（即A点）时决定切换。
在本发明实施例中，可以采用多种方法确定候选AP。其中比较常用的一种方法是：所有的AP都存储有自己的位置信息以及邻居AP的信息。当客户端决定切换时，向AP1发送预切换请求；AP1接收到该预切换请求后，将邻居AP的信息包含在预切换响应中发送给客户端，其中，邻居AP的信息中包含有邻居AP的位置信息。客户端接收到AP1发送的邻居AP的信息后，根据列车运行的方向，从AP1发送的邻居AP中选择与列车运行方向一致的邻居AP作为候选AP，该候选AP可能是沿列车运行方向、与AP1相邻的下一个或下两个AP。另一种确定候选AP的方法是：客户端存储一个AP列表，该列表按照AP在道路上的设置顺序记录AP的信息。因为在轨道交通***中，列车的运行路线是固定的，所以根据该列表，客户端能够确定下面要经过哪个AP，也就是说，根据当前AP和列表中记录的AP的信息，客户端就可以确定候选AP。还有一种确定候选AP的方法是：在一个服务器上存储道路上设置的所有AP的信息，客户端可以通过当前AP访问该服务器，从而获取当前AP的邻居AP的信息，然后客户端根据列车运行的方向，从获取的邻居AP中选择与列车运行方向一致的邻居AP作为候选AP。此外，客户端也可使用现有技术中的方法在空闲状态下持续扫描所有的信道以收集候选AP的信息。当然，还可以采用其它方法来确定候选AP，本发明实施例对此不做限制。
在本发明实施例中，可以采用多种方法在客户端和候选AP之间建立虚链路。一种方法可以不对客户端做更多的改动，而当前AP修改其MAC地址过滤器以便能够接收客户端发送给候选AP的报文，并通过其与候选AP之间的有线链路将该报文转发给候选AP。例如，结合图5所示的示例，当前AP（即，AP1）可在其MAC地址过滤器中增加候选AP（例如AP2）的MAC地址，这样AP1便可接收客户端通过与AP1之间的无线链路发送给AP2的报文，并通过其与AP2之间的以太网链路将该报文转发给AP2。另一种方法可以不对当前AP做更多的改动，而客户端将其发送给候选AP的报文通过其与当前AP之间的无线链路发送给当前AP，然后当前AP将该报文通过其与候选AP之间的有线链路转发给候选AP；反之，候选AP将其发送给客户端的报文通过其与当前AP之间的有线链路发送给当前AP，然后当前AP通过其与客户端之间的无线链路将该报文转发给客户端。在第二种方法中，如果客户端和候选AP处于同一子网，客户端可以在其发送给当前AP的报文中使用IEEE 802.11标准中规定的分布式标记（DS，Distribution flag）来指示当前AP转发目的MAC地址为候选AP的报文，从而实现与候选AP在MAC层的通信；如果客户端和候选AP处于不同子网，客户端可以在其发送给当前AP的报文中通过IP路由来指示当前AP转发目的IP地址为候选AP的报文，从而实现与候选AP在IP层（layer 3）的通信。采用第一种方法，当前AP需对客户端发送给候选AP的报文进行重新封装，客户端无需对该报文的报头进行改动。而对于第二种方法，客户端需要对由当前AP转发的目的地为候选AP的报文进行封装，当前AP无需对该报文进行重新封装，只需转发该报文即可。本发明实施例对于建立虚链路的方法不做限制，其它可以采用的方法也应在本发明的保护范围之内。
步骤602，通过客户端和候选AP之间建立的虚链路，客户端向候选AP发送探测请求。
结合图5所示的示例，以AP2和AP3作为候选AP为例进行描述。在本发明实施例中，当采用上述第一种建立虚链路的方法时，客户端在其当前所在信道上向AP2和AP3发送探测请求，AP1修改其MAC地址过滤器以接收客户端向AP2和AP3发送的探测请求，然后AP1将接收的探测请求重新封装后通过以太网链路分别转发给AP2和AP3。当采用上述第二种建立虚链路的方法时，客户端可使用分布式标记将需要发送给AP2和AP3的探测请求通过其当前所在的信道发送给AP1，由AP1将该探测请求通过以太网链路分别转发给AP2和AP3。其中，客户端当前所在的信道是指客户端与AP1进行通信的信道，也即AP1的信道。
步骤603，候选AP通过虚链路接收客户端发送的探测请求并向客户端返回探测响应。
AP2和AP3在收到该探测请求后，可以跳转到在该探测请求中指示的信道上测量接收信号的强度，生成接收信号强度指示值（RSSI，Received Signal Strength Indicator），并将该RSSI值包含在探测响应中通过建立的虚链路返回给客户端。
探测请求中指示的信道为客户端当前所在的信道，即其与AP1进行通信的信道。由于客户端此时仍旧保持与AP1的通信，因此AP2和AP3可以持续监听客户端发送的报文，从而快速地获得RSSI值，以有利于客户端减少切换的决定时间。
在客户端具有多信道处理能力的应用场景中，探测请求中指示的信道还可以是AP2或AP3的信道，或者是其它可用于探测操作的信道。例如，在探测请求中指示的信道为AP2或AP3的信道的情形下，客户端分别在AP2和AP3的信道上发送探测报文，AP2和AP3则分别在其信道上测量接收信号的强度，生成接收信号强度指示值，并将该RSSI值包含在探测响应中通过建立的虚链路返回给客户端。
AP2和AP3在收到AP1转发的探测请求后，也可以根据其存储的、或其从一个服务器获取的AP1的信道信息，跳转到AP1的信道上测量接收信号的强度，并将测得的接收信号强度信息包含在探测响应中。由于AP1的信道即是客户端当前所在的信道，因此AP2和AP3可以持续监听客户端发送的报文，从而快速地获得接收信号的强度信息。
AP2和AP3可将包含RSSI值的探测响应通过与AP1之间的有线链路发送给AP1，AP1从AP2和AP3接收到探测响应后，通过与客户端之间的无线链路将其接收到的探测响应转发给客户端。
步骤604，接收到候选AP返回的所有探测响应后，客户端对探测响应中包含的RSSI值进行比较，并选择RSSI值最大的AP作为目标AP。
例如，假设AP2返回的RSSI值大于AP3返回的RSSI值，则客户端选择AP2作为目标AP。
步骤605，通过虚链路，客户端与目标AP之间进行关联和鉴权。
在客户端切换到目标AP之前，客户端和目标AP之间都通过虚链路进行信息交互。在本步骤中，当客户端根据候选AP返回的RSSI值选择AP2作为目标AP时，客户端通过与AP2之间的虚链路向AP2发送关联请求并接收AP2返回的关联响应；此外，在对安全性要求较高的应用场景中，客户端通过该虚链路向AP2发送鉴权请求并接收AP2返回的鉴权响应。以上述第二种建立虚链路的方法为例，客户端可以将需要发送给AP2的关联请求通过其与AP1之间的无线链路发送给AP1，AP1接收到该关联请求后通过其与AP2之间的有线链路将该关联请求转发给AP2；AP2接收到该关联请求后，将需要发送给客户端的关联响应通过其与AP1之间的有线链路发送给AP1，AP1接收到该关联响应后通过其与客户端之间的无线链路将该关联响应转发给客户端。同样地，客户端可以通过AP1的中继完成与AP2之间的鉴权操作，在此不再赘述。
由于客户端在步骤601至605中进行的操作为预切换，客户端仍旧与当前AP保持通信，因此，客户端与目标AP的信息交互过程并不占用切换时间。
进一步地，目标AP返回的关联响应中还可以包括目标AP的信道信息。
步骤606，客户端在通过虚链路接收到目标AP返回的鉴权成功响应后，可生成一虚连接表，该虚连接表用于维护客户端与目标AP建立连接所需要的切换信息。在本实施例中，该切换信息可包括：链路状况信息（如RSSI值）、信标间隔信息（Beacon Interval）以及目标AP的MAC地址、SSID和信道等信息。
步骤607，当客户端开始切换时，客户端终止与当前AP的通信，并切换到目标AP的信道，从而完成到目标AP的切换。
此外，客户端可根据虚连接表中维护的切换信息更新其***参数，并向目标AP发送切换完成信号。
在本步骤中，结合图5所示的示例，当客户端移动到AP1所在的B点，AP1发出的信号突然变弱，而从AP2发出的信号变强了，此时，客户端的切换开始。客户端终止与AP1的通信，并切换到AP2的信道，从而完成切换操作。
步骤608，目标AP收到客户端发送的切换完成信号后，更新其***参数，完成切换。切换完成后，该目标AP成为客户端的当前AP。
至此，切换过程结束。
本发明实施例提出的切换方法与现有技术中的快速切换机制相比其优点如下：
在本发明实施例提出的快速切换方法中，利用客户端与当前AP之间的通信链路以及当前AP与候选AP之间的通信链路建立虚链路。通过该虚链路，客户端无需中断与当前AP的通信就可以在切换到目标AP前完成与目标AP之间的信息交互，例如客户端获取候选AP发出的RSSI值、选择目标AP以及与目标AP进行关联和鉴权，所有切换前的操作均可以通过虚链路在预切换阶段完成，而在当前AP发出的信号强度变弱、真正的切换开始时，客户端需要做的仅仅是根据自身维护的切换信息更新其***参数。因此该切换方法不仅能够减少切换决定时间，还能减少连接建立时间，这样，客户端从一个AP切换到另一个AP的时间将大大减少。
在本发明实施例提出的切换方法中，客户端与候选AP之间的信息交互均通过虚链路进行，这可以保证客户端与候选AP之间的通信质量，从而避免增加AP的数量。而且，由于客户端在当前AP的信号强度减弱前就决定切换，此时，其与当前AP之间的通信尚未中断，所以客户端与当前AP之间的通信质量也可以保证。
在本发明实施例提出的切换方法中，采用候选AP跳转到客户端当前所在的信道来对客户端发送的报文进行监听的方法，客户端就不需要中断与当前AP的通信而频繁地跳转到其它AP所在信道来发送报文，从而可以简化客户端的操作。而且，由于客户端仍旧可以保持与当前AP的通信，因此候选AP可以持续监听客户端发送的报文，从而快速地获得RSSI值，以有利于客户端减少用于切换决定的时间。
在本发明实施例提出的切换方法中，客户端切换到目标AP前所有用于切换的信息都能通过虚链路进行交互，并可在IEEE 802.11标准框架下采用分布式标记或IP路由的方式实施，因此无需对IEEE 802.11标准中的相关部分进行改动，只需修改客户端和AP的软件即可。
本发明实施例提出的快速切换方法尤其适用于AP和客户端中至少一方使用方向性天线的无线通信场景，例如轨道交通***中的无线通信场景。
当然，本发明实施例提出的切换方法也可适用于AP和客户端使用全向天线的无线通信场景。在采用全向天线的应用场景中，不存在客户端距离当前AP距离最近时信号强度突然减弱的情况，而是客户端距离当前AP越来越远，当前AP的信号强度越来越弱。所以可对客户端决定切换时机的方法稍作修改，例如，当客户端获知当前AP的信号强度低于预先设定的阈值时，决定切换。
本发明另一实施例还提出了一种无线通信***中的快速切换方法，该方法包括如下步骤：
当客户端决定切换时，其当前AP被用来在客户端与候选AP之间建立虚链路，该虚链路包括客户端和当前AP之间的通信链路以及当前AP和候选AP之间的通信链路；
当前AP接收客户端通过该虚链路向候选AP发送的探测请求并将该探测请求转发给候选AP，以及接收候选AP通过该虚链路向客户端发送的探测响应并将该探测响应转发给客户端；
当前AP接收客户端通过该虚链路向目标AP发送的关联请求并将该关联请求转发给目标AP，以及接收目标AP通过虚链路向客户端发送的关联响应并将该关联响应转发给客户端；
当客户端开始切换时，当前AP终止与客户端的通信。
在本实施例中，当采用上述第一种建立虚链路的方法时，当前AP可通过修改其MAC地址过滤器来在客户端与候选AP之间建立虚链路。
在对安全性要求较高的应用场景中，在客户端切换到目标AP之前，该方法还可以进一步包括：当前AP接收客户端通过该虚链路向目标AP发送的鉴权请求并将该鉴权请求转发给目标AP，以及接收目标AP通过该虚链路向客户端发送的鉴权响应并将该鉴权响应转发给客户端。
本发明另一实施例还提出了一种无线通信***中的快速切换方法，该方法包括如下步骤：
当客户端决定切换时，候选接入点AP通过客户端的当前AP与客户端之间建立虚链路，该虚链路包括该候选AP和当前AP之间的通信链路以及当前AP和客户端之间的通信链路；
候选AP通过该虚链路接收客户端的探测请求并向客户端发送探测响应；
候选AP通过该虚链路接收客户端的关联请求并向客户端发送关联响应。
优选地，该探测请求中可包含客户端当前所在信道的信息。则在本实施例中，该方法还包括：候选AP跳转到该信道上测量接收信号的强度，并将测量的接收信号的强度信息包含在探测响应中。
此外，在本实施例中，该方法还可以进一步包括：候选AP通过该虚链路接收客户端的鉴权请求并向客户端发送鉴权响应，以满足高安全性的要求。
上述当前AP和候选AP所执行的步骤在前述实施例中已进行了详细地说明，在此不再赘述。
根据上述实施例所提出的切换方法，本发明实施例还提出了一种无线通信***中的快速切换***，该***包括客户端和多个AP。
其中，该客户端用于，当决定切换时，通过其当前AP和候选AP之间建立虚链路，该虚链路包括客户端和当前AP之间的通信链路以及当前AP和候选AP之间的通信链路；通过该虚链路，向所述候选AP发送探测请求并接收所述候选AP的探测响应；根据所述候选AP的探测响应，从候选AP中选择目标AP；通过所述虚链路向所述目标AP发送关联请求并接收所述目标AP的关联响应；当开始切换时，终止与当前AP的通信并切换到目标AP；
该当前AP用于，当客户端决定切换时，被用来在客户端与候选AP之间建立虚链路；接收客户端通过该虚链路向候选AP发送的探测请求并将该探测请求转发给候选AP，以及接收候选AP通过该虚链路向客户端发送的探测响应并将该探测响应转发给客户端；接收客户端通过该虚链路向目标AP发送的关联请求并将该关联请求转发给目标AP，以及接收目标AP通过该虚链路向客户端发送的关联响应并将该关联响应转发给客户端；当客户端开始切换时，终止与客户端的通信；
该候选AP用于，当客户端决定切换时，通过客户端的当前AP与客户端之间建立虚链路；通过该虚链路接收客户端的探测请求并向客户端发送探测响应；通过该虚链路接收客户端的关联请求并向客户端发送关联响应。
在该***中，客户端和AP的详细功能及所做的处理可以参考上述方法实施例中的有关描述，在此不再赘述。
根据上述实施例所提出的切换方法，本发明一实施例还提出了一种无线通信***中的快速切换客户端的结构示意图。如图7所示，该客户端包括：
第一虚链路建立模块701，用于当客户端决定切换时，通过客户端的当前AP在客户端和候选AP之间建立虚链路，该虚链路包括客户端和当前AP之间的通信链路以及当前AP和候选AP之间的通信链路；
第一探测模块702，用于通过所述虚链路向所述候选AP发送探测请求并接收所述候选AP的探测响应；
选择模块703，用于根据候选AP的探测响应，从候选AP中选择目标AP；
第一关联模块704，用于通过该虚链路向所述目标AP发送关联请求并接收所述目标AP的关联响应；
第一切换模块705，用于在客户端开始切换时，终止与当前AP的通信并切换到目标AP。
在本实施例中，第一虚链路建立模块701用于，当客户端和候选AP在同一子网时，使用分布式标记通过当前AP和候选AP之间建立虚链路。如果客户端和候选AP在不同子网，则第一虚链路建立模块701可使用IP路由通过当前AP和候选AP之间建立虚链路。
在本实施例中，该探测请求中可包含客户端当前所在信道的信息；探测响应中可包含候选AP在该信道上测量的接收信号的强度信息。
在本实施例中，当***的安全性要求较高时，该客户端可进一步包括第一鉴权模块，用于通过该虚链路向目标AP发送鉴权请求并接收目标AP的鉴权响应。
在本实施例中，该关联响应中可包括目标AP的信道的信息；当客户端开始切换时，第一切换模块705用于切换到目标AP的信道。
在本实施例中，该客户端还可进一步包括：切换决定模块，用于当第一探测模块702接收的当前AP的信号强度超过预设的信号阈值时，决定切换；或者当客户端与当前AP的距离小于预设的距离阈值时，决定切换。
如图8所示，本发明一实施例还提供了一种无线通信***中的AP，该AP为客户端的当前AP，其可包括：
第二虚链路建立模块801，用于当客户端决定切换时，在客户端与候选AP之间建立虚链路，该虚链路包括客户端和该AP之间的通信链路以及该AP和候选AP之间的通信链路；
第二探测模块802，用于接收客户端通过该虚链路向候选AP发送的探测请求并将该探测请求转发给候选AP，以及接收候选AP通过该虚链路向客户端发送的探测响应并将该探测响应转发给客户端；
第二关联模块804，用于接收客户端通过该虚链路向目标AP发送的关联请求并将该关联请求转发给目标AP，以及接收目标AP通过该虚链路向客户端发送的关联响应并将该关联响应转发给客户端；
第二切换模块805，用于当客户端开始切换时，终止与客户端的通信。
在本实施例中，可选地，第二虚链路建立模块801可用于通过修改该AP的MAC地址过滤器来在客户端与候选AP之间建立虚链路。
此外，在本实施例中，所述AP还可进一步包括第二鉴权模块806，用于接收客户端通过该虚链路向目标AP发送的鉴权请求并将该鉴权请求转发给目标AP，以及接收目标AP通过该虚链路向客户端发送的鉴权响应并将该鉴权响应转发给客户端。
如图9所示，本发明一实施例还提供了一种无线通信***中的AP，该AP为候选AP，其可包括：
第三虚链路建立模块901，用于当客户端决定切换时，通过客户端的当前AP与客户端之间建立虚链路，该虚链路包括该AP和当前AP之间的通信链路以及当前AP和客户端之间的通信链路；
第三探测模块902，用于通过该虚链路接收客户端的探测请求并向客户端发送探测响应；
第三关联模块904，用于通过该虚链路接收客户端的关联请求并向客户端发送关联响应。
在本实施例中，该探测请求中优选地可包含客户端当前所在信道的信息；第三探测模块902则用于在客户端当前的信道上测量接收信号的强度，并将测量的接收信号的强度信息包含在探测响应中。
此外，在本实施例中，该候选AP还可以进一步包括第三鉴权模块906，用于通过所述虚链路接收所述客户端的鉴权请求并向所述客户端发送鉴权响应。
上述本发明实施例提供的快速切换***、客户端和AP的详细说明可以参考上述方法实施例中的有关描述，在此不再赘述。采用根据本发明实施例的切换***、客户端和AP同样可以获得上述根据本发明实施例的快速切换方法所能获得的技术效果，在此不再详细描述。
虽然以上以轨道交通无线通信***为例对本发明的具体实施例进行了说明，本领域的技术人员应当明了，本发明并不局限于此。在其它涉及切换问题的无线通信***中，例如mesh***等，在不违背本发明的技术构思的前提下，根据本发明实施例的快速切换方案均可以适用。
需要说明的是，在上述各流程和各结构示意图中并非所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的***结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。
以上各实施例中，硬件单元可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件单元可以包括永久性专用的电路或逻辑（如专门的处理器，FPGA或ASIC）来完成相应操作。硬件单元还可以包括可编程逻辑或电路（如通用处理器或其它可编程处理器），可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式（机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路）可以基于成本和时间上的考虑来确定。
本发明还提供了一种机器可读介质，存储用于使一机器执行根据本发明实施例所述的快速切换方法的指令。具体地，可以提供配有存储介质的***或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该***或者装置的计算机（或CPU或MPU）读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘（如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW）、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作***等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到***计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展单元中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展单元上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (27)
1.一种无线通信***中的快速切换方法，包括：
当客户端决定切换时，所述客户端通过其当前接入点AP和候选AP之间建立虚链路，所述虚链路包括所述客户端和所述当前AP之间的通信链路以及所述当前AP和所述候选AP之间的通信链路；
所述客户端通过所述虚链路向所述候选AP发送探测请求并接收所述候选AP的探测响应；
根据所述候选AP的探测响应，所述客户端从所述候选AP中选择目标AP；
所述客户端通过所述虚链路向所述目标AP发送关联请求并接收所述目标AP的关联响应；
当所述客户端开始切换时，所述客户端终止与所述当前AP的通信并切换到所述目标AP。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述客户端和所述候选AP在同一子网时，所述客户端使用分布式标记通过所述当前AP和所述候选AP之间建立虚链路。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述客户端和所述候选AP在不同子网时，所述客户端使用IP路由通过所述当前AP和所述候选AP之间建立虚链路。
4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述探测请求中包含所述客户端当前所在信道的信息；
所述探测响应中包含所述候选AP在所述信道上测量的接收信号的强度信息。
5.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，在所述客户端开始切换之前，该方法还包括：
所述客户端通过所述虚链路向所述目标AP发送鉴权请求并接收所述目标AP的鉴权响应。
6.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述关联响应中包括所述目标AP的信道的信息；
所述客户端切换到所述目标AP包括：所述客户端切换到所述目标AP的信道。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述客户端决定切换包括：
当所述客户端接收的所述当前AP的信号强度超过预设的信号阈值时，决定切换；
或者，
当所述客户端与所述当前AP的距离小于预设的距离阈值时，决定切换。
8.一种无线通信***中的快速切换方法，包括：
当客户端决定切换时，所述客户端的当前接入点AP被用来在所述客户端与候选AP之间建立虚链路，所述虚链路包括所述客户端和所述当前AP之间的通信链路以及所述当前AP和所述候选AP之间的通信链路；
所述当前AP接收所述客户端通过所述虚链路向所述候选AP发送的探测请求并将该探测请求转发给所述候选AP，以及接收所述候选AP通过所述虚链路向所述客户端发送的探测响应并将该探测响应转发给所述客户端；
所述当前AP接收所述客户端通过所述虚链路向所述目标AP发送的关联请求并将该关联请求转发给所述目标AP，以及接收所述目标AP通过所述虚链路向所述客户端发送的关联响应并将该关联响应转发给所述客户端；
当所述客户端开始切换时，所述当前AP终止与所述客户端的通信。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述当前AP通过修改其MAC地址过滤器来在所述客户端与所述候选AP之间建立虚链路。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
所述当前AP接收所述客户端通过所述虚链路向所述目标AP发送的鉴权请求并将该鉴权请求转发给所述目标AP，以及接收所述目标AP通过所述虚链路向所述客户端发送的鉴权响应并将该鉴权响应转发给所述客户端。
11.一种无线通信***中的快速切换方法，包括：
当客户端决定切换时，候选接入点AP通过所述客户端的当前AP与所述客户端之间建立虚链路，所述虚链路包括该候选AP和所述当前AP之间的通信链路以及所述当前AP和所述客户端之间的通信链路；
所述候选AP通过所述虚链路接收所述客户端的探测请求并向所述客户端发送探测响应；
所述候选AP通过所述虚链路接收所述客户端的关联请求并向所述客户端发送关联响应。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述探测请求中包含所述客户端当前所在信道的信息；该方法还包括：
所述候选AP在所述信道上测量接收信号的强度，并将测量的接收信号的强度信息包含在所述探测响应中。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
所述候选AP通过所述虚链路接收所述客户端的鉴权请求并向所述客户端发送鉴权响应。
14.一种无线通信***中的快速切换***，包括客户端和多个无线接入点AP；
所述客户端用于，当其决定切换时，通过其当前接入点AP和候选AP之间建立虚链路，所述虚链路包括所述客户端和所述当前AP之间的通信链路以及所述当前AP和所述候选AP之间的通信链路；通过所述虚链路，向所述候选AP发送探测请求并接收所述候选AP的探测响应；根据所述候选AP的探测响应，从所述候选AP中选择目标AP；通过所述虚链路向所述目标AP发送关联请求并接收所述目标AP的关联响应；当开始切换时，终止与所述当前AP的通信并切换到所述目标AP；
所述当前AP用于，当所述客户端决定切换时，被用来在所述客户端与候选AP之间建立所述虚链路；接收所述客户端通过所述虚链路向所述候选AP发送的探测请求并将该探测请求转发给所述候选AP，以及接收所述候选AP通过所述虚链路向所述客户端发送的探测响应并将该探测响应转发给所述客户端；接收所述客户端通过所述虚链路向所述目标AP发送的关联请求并将该关联请求转发给所述目标AP，以及接收所述目标AP通过所述虚链路向所述客户端发送的关联响应并将该关联响应转发给所述客户端；当所述客户端开始切换时，终止与所述客户端的通信；
所述候选AP用于，当所述客户端决定切换时，通过所述客户端的当前AP与所述客户端之间建立所述虚链路；通过所述虚链路接收所述客户端的探测请求并向所述客户端发送探测响应；通过所述虚链路接收所述客户端的关联请求并向所述客户端发送关联响应。
15.一种无线通信***中的快速切换客户端，包括：
第一虚链路建立模块，用于当所述客户端决定切换时，通过所述客户端的当前AP在所述客户端和候选AP之间建立虚链路，所述虚链路包括所述客户端和所述当前AP之间的通信链路以及所述当前AP和所述候选AP之间的通信链路；
第一探测模块，用于通过所述虚链路向所述候选AP发送探测请求并接收所述候选AP的探测响应；
选择模块，用于根据所述候选AP的探测响应，从所述候选AP中选择目标AP；
第一关联模块，用于通过所述虚链路向所述目标AP发送关联请求并接收所述目标AP的关联响应；
第一切换模块，用于在所述客户端开始切换时，终止与所述当前AP的通信并切换到所述目标AP。
16.根据权利要求15所述的客户端，其特征在于，所述第一虚链路建立模块用于，当所述客户端和所述候选AP在同一子网时，使用分布式标记通过所述当前AP和所述候选AP之间建立虚链路。
17.根据权利要求15所述的客户端，其特征在于，所述第一虚链路建立模块用于，当所述客户端和所述候选AP在不同子网时，使用IP路由通过所述当前AP和所述候选AP之间建立虚链路。
18.根据权利要求15至17任一所述的客户端，其特征在于，所述探测请求中包含所述客户端当前所在信道的信息；所述探测响应中包含所述候选AP在所述信道上测量的接收信号的强度信息。
19.根据权利要求15至17任一所述的客户端，其特征在于，该客户端进一步包括：
第一鉴权模块，用于通过所述虚链路向所述目标AP发送鉴权请求并接收所述目标AP的鉴权响应。
20.根据权利要求15至17任一所述的客户端，其特征在于，所述关联响应中包括所述目标AP的信道的信息；
所述第一切换模块用于切换到所述目标AP的信道。
21.根据权利要求15所述的客户端，其特征在于，该客户端进一步包括：
切换决定模块，用于当所述第一探测模块接收的所述当前AP的信号强度超过预设的信号阈值时，决定切换；或者，当所述客户端与所述当前AP的距离小于预设的距离阈值时，决定切换。
22.一种无线通信***中的接入点AP，包括：
第二虚链路建立模块，用于当客户端决定切换时，在所述客户端与候选AP之间建立虚链路，所述虚链路包括所述客户端和所述AP之间的通信链路以及所述AP和所述候选AP之间的通信链路；
第二探测模块，用于接收所述客户端通过所述虚链路向所述候选AP发送的探测请求并将该探测请求转发给所述候选AP，以及接收所述候选AP通过所述虚链路向所述客户端发送的探测响应并将该探测响应转发给所述客户端；
第二关联模块，用于接收所述客户端通过所述虚链路向所述目标AP发送的关联请求并将该关联请求转发给所述目标AP，以及接收所述目标AP通过所述虚链路向所述客户端发送的关联响应并将该关联响应转发给所述客户端；
第二切换模块，用于当所述客户端开始切换时，终止与所述客户端的通信。
23.根据权利要求22所述的AP，其特征在于，所述第二虚链路建立模块用于通过修改所述AP的MAC地址过滤器来在所述客户端与所述候选AP之间建立虚链路。
24.根据权利要求22或23所述的AP，其特征在于，所述AP进一步包括：
第二鉴权模块，用于接收所述客户端通过所述虚链路向所述目标AP发送的鉴权请求并将该鉴权请求转发给所述目标AP，以及接收所述目标AP通过所述虚链路向所述客户端发送的鉴权响应并将该鉴权响应转发给所述客户端。
25.一种无线通信***中的AP，包括：
第三虚链路建立模块，用于当客户端决定切换时，通过所述客户端的当前AP在所述AP与所述客户端之间建立虚链路，所述虚链路包括所述AP和所述当前AP之间的通信链路以及所述当前AP和所述客户端之间的通信链路；
第三探测模块，用于通过所述虚链路接收所述客户端的探测请求并向所述客户端发送探测响应；
第三关联模块，用于通过所述虚链路接收所述客户端的关联请求并向所述客户端发送关联响应。
26.根据权利要求25所述的AP，其特征在于，所述探测请求中包含所述客户端当前所在信道的信息；
所述第三探测模块用于在所述信道上测量接收信号的强度，并将测量的接收信号的强度信息包含在所述探测响应中。
27.根据权利要求25或26所述的AP，其特征在于，该AP进一步包括：
第三鉴权模块，用于通过所述虚链路接收所述客户端的鉴权请求并向所述客户端发送鉴权响应。
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