[发明专利]基于AP协作的WLAN中用户终端在接入点之间的切换方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及无线局域网中用户终端在接入点之间切换的方法，可用于无线局域网网络侧和用户侧通信质量的优化。

背景技术

近年来，无线局域网技术得到了迅速的发展和成功的运用，普及程度不断提高。无线局域网WLAN为人们提供了快捷、高效以及低成本的无线局域网接入服务。通过WLAN网络接入Internet可以为用户提供各种服务，比如VoIP、多媒体和数据传输等等。对于这些应用和服务而言，持续稳定的网络接入成为必然的要求。在WLAN中用户终端STA是通过接入点AP接入网络的，也就是说，STA必须通过AP才能接入网络与其他STA进行通行。由于WLAN网络接入点AP的覆盖能力有限，为了扩大WLAN的覆盖范围，会布置比较多的AP而方便STA的接入。当STA由于移动而远离当前所连接的AP,或者当前AP所连接STA太多通信量太大等等这些原因，导致STA的通信质量下降到一定程度时,STA会寻找周围的其他AP接入以保持良好的通信质量，这就是WLAN中的切换技术。切换技术简单的说就是STA通过一系列步骤，断开与当前AP的连接，选择一个最佳的AP与之连接通信，STA切换过程中会暂停当前的通信，切换完成后会继续原来的通信。

切换过程在逻辑上可以分为三个阶段：扫描发现阶段、认证阶段、重新关联阶段，其中：

第一步扫描阶段

扫描阶段的作用就是STA寻找自己周围有哪些可以为自己提供服务的AP，并获知该AP与自己的连接质量，然后从这些AP中选择一个最佳的AP作为切换目标。扫描方式有被动扫描和主动扫描两种方式。802.11协议规定AP按100ms的周期性在本身工作的信道上广播具有自身信息的信标帧，被动扫描是通过STA被动接受AP信标帧来获知自己周围AP的RSSI。STA在进行被动扫描时，需要在扫描信道上等待一定的时间以确保接收到AP的信标帧。在我国802.11b/g的可用信道数为11,802.11a为13。如果STA对每一个信道进行扫描，并且在每一个信道上停留100ms,则扫描时延将长达1100ms,根本无法满足实时业务的要求。主动扫描是由STA主动发起的，STA依次在每个信道上发送探询的Probe Request帧，AP接受到Probe Request帧则回复Probe Response。STA通过接收该信道上的AP返回的Probe Response帧，获知周围AP的RSSI。在主动扫描中，定义了两个值：最小信道时间和最大信道时间。如果STA在最小信道时间内接收到有AP发送的Probe Response帧，则STA继续在该信道上等待直到最大信道时间，以确保收到该信道上所有的AP的回应。如果STA在最小信道时间内没有接收到任何AP的响应，则认为周围没有AP工作在该信道上，STA立即进行下一个信道的扫描。

第二步认证阶段

STA成功发现一些新的AP后,并从中选择一个最优AP进行通信时，必须通过AP的认证，才能与该AP进行通信，才能接入网络。无论是何种认证方式，必要的步骤是STA向AP发送认证请求信息，AP经过认证后向站点发送认证成功或失败的响应，认证方式越安全，时延越大。

第三步重关联阶段

完成上面两个步骤后，STA向新连接AP发送重关联的请求帧，AP向站点发送回重关联的响应帧。这样STA和新AP完成了关联过程，STA才可以在网络间进行数据的传输。重关联过程的时延是重关联帧的交换过程，站点收到成功认证的消息后，向AP发送重关联的请求消息，接收到AP的重关联相应帧后就完成了切换。

切换过程中会出现很多问题，其中切换时延和找到最佳AP是最为重要的。切换时延过大将显著地影响到诸如VoIP之类的实时性服务的通信质量。切换时延主要由以上三个阶段的时延组成：扫描时延，认证时延和重连接时延。通过大量的研究，扫描时延占了切换时延的90％以上，认证时延和重连接时延比较短，因此扫描过程也是切换过程中优化的重点。如果切换到的AP不是最佳AP有可能导致多次切换，也容易造成用户终端通信质量的下降。

针对WLAN中用户终端切换过程中出现的问题，近年来出现了很多相关的解

决办法，但这些方法都存在着一定的不足。比如基于调整最小信道时间和最大信道时间的Tuning算法，该方法将这两个值设置的特别小，这在减少切换时延上取得了效果，但是容易导致扫描失败，也就是信道上可能存在AP但是由于最小信道时间和最大信道时间设置的过小，STA在信道上待的时间太短而导致无法接受AP的响应。同时该算法仅仅是从STA端考虑，也就是切换仅仅从STA触发，而没有考虑到网络侧的因素，容易造成终端切换到非最佳AP而出现重复切换的问题。