CN1703019A - 无线局域网中的无缝交递方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种通信网络中的交递方法，该通信网络包括附接到与一个或多个外部网络连接的路由器的多个固定节点、以及与当前固定节点关联的至少一个移动节点。此交递方法检测移动节点的移动；一旦检测到移动节点的移动，便准备该移动节点从当前固定节点到潜在固定节点的交递；决定是否交递到作为目标固定节点的潜在固定节点中的一个；以及执行从当前固定节点到目标固定节点的交递。该交递方法通过将交递延迟的主要贡献因素的探测延迟最小化，而允许移动站快速地将其关联从一个接入点移动到另一个。

Description

无线局域网中的无缝交递方法

技术领域

本发明涉及无线局域网(WLAN)，并且，特别涉及在WLAN中的无缝交递(handoff)方法。

背景技术

无线局域网(WLAN)是这种类型的局域网(LAN)，其使用高频无线电波而不是使用线缆在终端(站)之间进行通信。WLAN在实践中用于不允许布线、或网络布置频繁改变的环境。WLAN使用用于介质访问的随机接入技术，以允许这些站竞争性(competitively)地发送数据。因为在随机接入方案中，由于无线电介质上的分组冲突造成数据损失发生、并且难以通过无线介质的性质而在发送器处检测这些数据冲突，所以，需要一种冲突避免技术。通常，WLAN采用载波感测多路访问/冲突避免(CSMA/CA)作为冲突避免方案，其中，在数据从发送器传送到接收器的基本过程期间，可间接地监测冲突或者错误。如果发送器未接收到对所发送的数据的确认，则在经过预定时间后重新传送该数据。

典型地，WLAN具有多个基本服务组(BSS)，每个BSS具有连接到有线网络的接入点(AP)和多个无线站(STA)。

通过AP来提供BSS内的通信，使得需要这些STA与AP相关联，以接入网络。因此，当决定与网络建立关联时，在发送数据之前，STA首先搜索要关联的AP。在关联之后的数据发送过程期间，STA可能漫游到当前AP的服务区之外。在这种情况下，由于这些AP使用不同的信道以防止彼此干扰，所以，STA必须释放与当前AP的关联，并与新的AP建立新的关联，这在无线通信技术中被称为“交递”。典型地，这些BSS具有彼此重叠的覆盖区，使得STA可在WLAN内从一个区漫游到另一个，并在WLAN中的任何地方维持通信。

当STA在BSS内漫游或移动到其它BSS的范围中时，可发生交递。交递延迟是诸如基于IP的语音(voice-over-IP)、视频远程会议等的实时多媒体服务的重要问题。

图1示出了典型的WLAN结构。在图1中，三个接入点11、12和13通过网关15而连接到因特网17，并且，它们的覆盖区彼此重叠。给接入点11、12和13分配不同的无线电信道，即各自的信道1、信道6和信道11。在此示例中，AP2 12通过信道6与STA 10通信。当STA 10在与AP2 12通信的同时从AP2 12的服务区(B)移动到AP1 11或AP3 13的服务区(A或C)时，发生交递。典型地，交递过程包括扫描、验证和关联过程。扫描是试图发现AP的存在、并收集有关AP的信息的过程。存在用于移动节点的扫描现有AP的两种方法，即主动扫描和被动扫描。

对于被动扫描，STA监听由AP周期性发送的信标帧(beacon frame)。对于主动扫描，STA在特定信道上发送探测帧，以请求来自AP的响应帧。

在被动扫描技术中，典型地，要花费多于300毫秒来从AP接收信标帧、并从该信标帧获得有关AP的信息。并且，在主动扫描技术中，从STA在预定时间内未接收到信标帧时发送探测帧到从响应帧获得有关AP的信息，典型地要花费多于300毫秒。在获得有关AP的信息后，STA确定是否加入基本服务组(BSS)。如果STA决定加入BSS，则STA进入验证过程。

验证是通过在STA和AP之间传递信息而确定该STA是否具有所宣称的的安全性的过程。

在通过验证过程后，STA进入关联过程。在关联过程中，STA和AP交换有关BSS的能力的信息，并触发分配***服务(DSS)，以便使AP与另一个AP通信，从而在它们各自的BSS中交换用于STA的帧，当它们从一个BSS移动到另一个时转发帧以跟随移动站，并与有线网交换帧。在STA通过关联过程而与AP关联后，STA可以发送数据。

图2A和图2B分别是用于图解基于传统的被动扫描的交递技术、以及基于传统的主动扫描的交递技术的消息流程图。如图2A和图2B所示，在这两种情况下，探测延迟是对整个交递等待时间的主要贡献因素。

图3A和图3B分别是用于图解在基于传统的被动扫描的交递技术和基于主动扫描的交递技术中、在交递过程期间出现的延迟的百分比的饼状图。如图3A和图3B所示，在基于被动扫描的交递和基于主动扫描的交递的情况中，探测延迟都是主要原因。

因此，存在对减少探测延迟以便在WLAN中实现无缝交递的需要。

发明内容

已致力于解决上述问题而作出了本发明，本发明的一个目的是提供一种WLAN中的交递方法，其能够最小化整个交递等待时间。

本发明的另一个目的是提供一种交递方法，其通过使作为交递延迟的主要贡献因素的探测延迟最小化，而允许移动站快速地将其关联从一个接入点移动到另一个。

本发明的另一个目的是提供一种交递方法，其通过在交递发生之前在接入点之间交换上层信息，而可在不同***之间被采用。

为实现上述目的，提供了一种用于通信网络的交递方法，该通信网络包括附接到与一个或多个外部网络连接的路由器的多个固定节点、以及与当前固定节点关联的至少一个移动节点。此交递方法检测移动节点的移动；一旦检测到移动节点的移动，便准备该移动节点从当前固定节点到潜在固定节点的交递；决定实现交递到作为目标固定节点的潜在固定节点中的一个；以及执行从当前固定节点到目标固定节点的交递。

优选地，通过在每个固定节点监测相邻信道的信道状态、以及基于信道状态的改变确定移动节点的移动，而完成移动节点的移动的检测。

优选地，准备交递包括：从每个固定节点向路由器传送信道状态；在该路由器上以按优先次序的方式创建潜在固定节点的列表；从该路由器向移动节点传送该列表；以及在潜在固定节点上准备交递。

优选地，决定交递包括：根据列表中潜在固定节点的优先级，而从潜在固定节点中选择一个，作为目标固定节点。

在本发明的另一个方面中，提供了用于无线局域网(WLAN)的交递方法，该无线局域网包括附接到路由器的多个接入点(AP)、以及与当前接入点相关联的至少一个移动节点(MN)，其中所述路由器存储相邻图表(NG)并被连接到一个或多个外部网络。该交递方法通过监听相邻信道来检测MN的移动，并且，一旦检测到MN的移动，便决定MN从当前AP交递到新的AP；一旦决定交递，便在新的AP和MN之间交换交递开始信息；以及基于交递信息而将MN与新的AP关联。

优选地，通过在每个AP监测相邻信道上的通信量、从通信量中提取报头信息；基于报头信息检查通信量的变化、并基于此变化确定MN的移动，而完成MN的移动的检测。

优选地，通过在每个AP将MN的移动报告给路由器、向MN传送存储在路由器中的NG、并基于此NG在MN选择新的AP，而决定交递。

附图说明

从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述和其它目的、特征和优势将被更清楚地理解，附图中：

图1是图解传统的WLAN结构的示意图；

图2A是图解使用被动扫描过程的传统的交递方法的流程图；

图2B是图解使用主动扫描过程的传统的交递方法的流程图；

图3A是图解根据基于传统的被动扫描交递技术、在整个交递等待时间中的延迟分布的图表；

图3B是图解根据基于传统的主动扫描交递技术、在整个交递等待时间中的延迟分布的图表；

图4是图解根据本发明第一实施例的WLAN结构的示范示意图；

图5是用于图解根据本发明第一实施例的无缝交递方法的流程图；以及

图6是图解根据本发明第二实施例的在NG服务器、AP和STA之间传递的消息的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的优选实施例。在附图中，所有附图中使用的相同或相似的附图标记来代表相同或相似的部分。

在本发明中，将负责接收的RF模块加入到AP。

图4是图解根据本发明第一实施例的WLAN结构的典型示意图。

如图4所示，WLAN包括彼此相关联、使得它们的服务区重叠的三个接入点AP 41、42和43，并且，AP 41、42和43通过网关45而连接到因特网47。在此实施例中，假定当前与覆盖区(小区)42b中的AP 42相关联的STA 40移动到AP 43的覆盖区43b中。在这种情况下，由于AP 41、42和43使用不同的信道，即分别是信道1、信道6和信道11，所以发生交递。AP 41、42和43分别被提供有专用接收模块41a、42a和43a。

每个接收模块监测无线电信道的状态。因此，如果STA 40接近AP 43，则AP 43给STA 40提供其自身的AP信息，如频道号、介质访问控制(MAC)地址、基本服务组标识(BSSID)等等，用于支持无缝交递。

一旦从AP 43接收到AP信息，STA 40便基于从AP 43和当前关联的AP42收集的AP信息而决定交递。

为了支持无缝交递，将被称为触发信息的交递预测信息传送到上层。一旦接收到此触发信息，所述上层便执行各种操作，以便准备交递。

现在将详细描述在上述结构的WLAN中的交递操作。

图5是用于图解根据本发明第一实施例的无缝交递方法的流程图。

一旦每个AP导通，AP便利用专用接收模块接收从位于其服务区中的STA发送的无线电帧，并从所述无线电帧中提取MAC报头。通过分析包含在这些MAC报头中的信息，AP获取各个STA的信息，如STA的类型。

随后，在步骤S501，专用接收模块监测相邻信道，以便检测STA的移动。在步骤S502，AP确定是否检测出与其关联的STA的移动。如果检测出STA的移动，则在步骤S503，STA尝试共享STA和AP自身的信息。

一旦获取STA信息，AP便将向相邻的AP发送STA的移动信息和自身的AP信息，如所接收的信号强度指示符(RSSI)、信道号、服务类型等。以这种方式共享有关STA和AP的信息。

一旦接收到STA移动信息和AP信息，在步骤S504，相邻AP便将自身的AP信息发送到STA。AP信息包括RSSI、信道号和服务类别。一旦接收到相邻AP的AP信息，在步骤505，STA便基于包括在AP信息中的RSSI强度、信道号和服务类别，而决定是否从当前AP交递到相邻AP。如果AP信息满***递条件，则在步骤S506，STA通过交递开始请求消息而向相邻AP请求交递开始，否则，在步骤S510，STA向AP发送更新请求。

一旦接收到交递开始请求消息，在步骤S507，相邻AP便执行验证过程和其它与交递有关的操作，以便给STA提供无中断的服务。此时，为了准备希望的交递，将触发信息传送到上层。并且，相邻AP通过交递开始响应消息、响应交递开始请求而发送确认。

这里，在步骤508，STA确定是否已接收到交递开始响应消息。如果STA接收到交递开始响应消息，则在步骤S509，STA执行交递，并结束交递过程，否则，STA重新发送交递开始请求消息预定的次数，并且，该过程返回到步骤S507。

使用相邻AP的信道信息例如BSS ID、MAC地址和RSSI来执行交递，并且，在完成交递后，网络被更新，以便其它AP共享AP和STA的状态信息。

图6是图解根据本发明第二实施例的在NG服务器、AP和STA之间流动的消息的流程图。

除了网关被替换为相邻图表(graph)服务器之外，第二实施例的WLAN的结构等同于第一实施例的WLAN的结构。在本发明的第二实施例中，相邻图表服务器由附图标记45表示，其等同于第一实施例中的网关。

相邻图表服务器45存储相邻图表以便跟踪相邻AP，并且，一旦检测出STA的移动，便向STA 40提供相邻AP的信息。NG 45包含多对AP和相邻AP对的MAC地址和IP地址、以及每对AP可经由其通信的信道。

一旦接收到来自NG服务器45的AP信息，STA 40便从在相邻AP信息中列出的AP中选择一个AP，作为交递目标AP。

在图6中，首先，AP1 41、AP2 42、AP3 43和STA 40通过注册消息而向相邻图表(NG)服务器45注册它们自己的信息，以便NG服务器45基于包含在注册消息中的信息而配置相邻图表。来自每个AP或STA的注册消息包括其自身的MAC和IP地址、信道号、信道利用率等。

一旦接收到来自AP 41、42和43以及STA 40的注册消息，NG服务器45便响应于各自的注册消息而向各自的AP 41、42、43和STA 40发送确认。

每个AP通过其RF模块而监测相邻信道，以便检测STA 40的移动。在此实施例中，STA 40从AP2的覆盖区42b移动到AP3的覆盖区43b(见图4)。

一旦检测到STA的移动，AP2 42便向NG 45发送移动检测消息。移动检测消息包括当前关联的AP的RSSI和链路质量。

一旦接收到移动检测消息，NG 45便响应于移动检测消息而向AP2 42发送确认，并经由AP2 42而向STA 40发送交递侯选AP消息。交递候选AP消息包括侯选AP的MAC和IP地址、以及信道信息。因此，STA 40基于交递侯选AP消息中有关AP的信息，而选择相邻AP中的一个，作为交递目标AP。在本发明的第二实施例中，AP3 43是交递目标AP。

一旦接收到交递侯选信息消息，STA 40便响应于交递侯选AP消息而经由AP2 42向NG服务器45发送确认，然后基于包含在交递侯选AP消息中的信息，而向AP3 43发送交递开始请求消息。响应于来自STA 40的交递开始请求消息，AP3 43向STA 40发送交递开始响应消息。随后，一旦接收到交递开始响应消息，STA 40便向AP3 43发送交递执行请求消息。一旦接收到交递执行请求消息，AP3 43便向STA 40发送交递执行响应消息，并向NG服务器45发送更新消息。更新消息包含有关与当前AP关联的相邻AP和STA的信息。

一旦接收到来自AP3 43的更新消息，NG服务器45便向AP3 43传送确认，并更新相邻图表。

尽管与当前认为最实际的和优选的实施例相结合而描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的实施例，而相反地，本发明意图覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等价配置。

如上所述，在本发明的交递方法中，配备有接收专用的RF模块的每个AP监测相邻信道，并且，只要检测到STA的移动，便向路由器报告STA的移动，并且，一旦获取STA移动的信息，路由器便向STA提供相邻AP的信息，使得STA能够快速地将其关联从一个AP移动到另一个，而不中断或需要探测阶段。

并且，在本发明的交递方法中，由于通过相邻图表服务器，STA很快地知道相邻AP的信息，所以，有可能使作为全部交递执行时间的主要贡献因素的探测延迟最小化。

并且，由于STA能够获得AP的信息，并且交递侯选AP能够在交递执行前准备层3交递，所以，本发明的无缝交递方法能够被***间交递所采用。

此外，在根据本发明的交递方法中，由于以无缝方式发生交递，所以，其能够支持实时多媒体服务，如VoIP、视频远程会议等。

Claims (20)

1.一种用于通信网络的交递方法，该通信网络包括附接到与至少一个外部网络连接的路由器的多个固定节点、以及与当前固定节点关联的至少一个移动节点，该交递方法包括：

检测移动节点的移动；

一旦检测到移动节点的移动，便准备该移动节点从当前固定节点到潜在固定节点的交递；

决定是否交递到作为目标固定节点的潜在固定节点中的一个；以及

执行从当前固定节点到目标固定节点的交递。

2.如权利要求1所述的交递方法，其中，检测移动节点的移动包括：

在每个固定节点监测相邻信道的信道状态；以及

基于信道状态的变化而确定移动节点的移动。

3.如权利要求2所述的交递方法，其中，监测信道状态包括：

在相邻信道上接收无线电帧；

提取该无线电帧的报头信息；

分析该报头信息；以及

检查信道状态的变化。

4.如权利要求3所述的交递方法，其中，报头信息包括上层信息。

5.如权利要求4所述的交递方法，其中，上层信息包括因特网协议(IP)地址。

6.如权利要求2所述的交递方法，其中，准备交递包括：

从每个固定节点向路由器传送信道状态；

按优先次序方式而在路由器创建潜在固定节点的列表；

从路由器向移动节点传送该列表；以及

在潜在固定节点准备交递。

7.如权利要求6所述的交递方法，其中，决定交递包括：根据该列表的潜在固定节点的优先级，而选择潜在固定节点中的一个，作为目标固定节点。

8.如权利要求2所述的交递方法，其中，信道状态包括有关占用信道的固定节点和移动节点的信息。

9.如权利要求2所述的交递方法，其中，信道状态包括占用信道的固定节点和移动节点的上层信息。

10.如权利要求9所述的交递方法，其中，准备交递包括：

发送所述上层信息到上层；以及

使用所述上层信息而准备上层交递。

11.一种用于无线局域网(WLAN)的交递方法，该无线局域网包括附接到路由器的多个接入点(AP)、以及与当前接入点相关联的至少一个移动节点(MN)，所述路由器存储相邻图表(NG)，该交递方法包括：

通过监听相邻信道来检测MN的移动；

一旦检测到MN的移动，便决定MN是否从当前AP交递到新的AP；

一旦决定交递，便在新的AP和MN之间交换交递开始信息；以及

基于所述交递信息而将MN与新的AP关联。

12.如权利要求11所述的交递方法，其中，检测MN的移动包括：

在每个AP监测相邻信道的通信量；

从通信量中提取报头信息；

基于报头信息检查通信量的变化；

根据所述变化而确定MN的移动。

13.如权利要求12所述的交递方法，其中，决定是否交递包括：

在每个AP向路由器报告MN的移动；

向MN传送存储在路由器中的NG；以及

基于所述NG而在MN选择新的AP。

14.如权利要求13所述的交递方法，其中，所述NG包括新AP的AP信息。

15.如权利要求14所述的交递方法，其中，AP信息包括新AP的介质访问控制(MAC)地址。

16.如权利要求14所述的交递方法，其中，AP信息包括上层信息。

17.如权利要求14所述的交递方法，其中，AP信息包括新AP的IP地址。

18.如权利要求14所述的交递方法，其中，AP信息包括新AP的信道信息。

19.如权利要求13所述所述的交递方法，还包括：在MN与新AP关联之后更新NG。

20.如权利要求19所述的交递方法，其中，更新NG包括：

从新AP向路由器传送更新信息；以及

根据所述更新信息而在路由器重新配置NG。

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