專利名稱：一種無線網(wǎng)絡(luò)中切換次數(shù)最少的導(dǎo)航路徑選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明利用AP (Access Point，即無線訪問接入點)對移動節(jié)點進行定位，檢測移 動節(jié)點的移動速度和移動方向，通過修改傳統(tǒng)的IEEE 802. 11協(xié)議，實現(xiàn)了一種無線網(wǎng)絡(luò) 中切換次數(shù)最少的導(dǎo)航路徑選擇方法。
背景技術(shù)：
目前的無線局域網(wǎng)技術(shù)，如WiFi，WiMax等，移動節(jié)點通過AP (Access Point，即 無線訪問接入點)接入互聯(lián)網(wǎng)，每個節(jié)點同時只能和一個AP連接，并且每個AP只有有限的 覆蓋范圍，這就導(dǎo)致用戶在從一個AP區(qū)域移動到另外一個AP區(qū)域時需要進行切換。然而現(xiàn)在各個傳統(tǒng)的切換協(xié)議都還不完善，當(dāng)移動節(jié)點在AP之間切換時，需要較 長時間來重建連接，這遠遠不能滿足實時多媒體服務(wù)的需要以及QoS的要求。本發(fā)明從另外一個角度對移動切換機制進行了優(yōu)化。即通過路徑規(guī)劃的方式減 少移動切換的次數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種無線網(wǎng)絡(luò)中切換次數(shù)最少的導(dǎo)航路徑選 擇方法，該方法通過合理的路徑規(guī)劃及連接控制可以最大化減少移動過程中的AP切換次
數(shù)。 本發(fā)明所述的無線網(wǎng)絡(luò)中切換次數(shù)最少的導(dǎo)航路徑選擇方法，其包括以下步驟
1)AP位置的獲取首先獲得移動節(jié)點預(yù)通過區(qū)域內(nèi)AP的位置信息；
2)AP選擇通過考慮移動節(jié)點的終點D及起點S，以及AP的位置信息決定數(shù)目最少的 可連續(xù)的AP關(guān)聯(lián)序列；
3)移動路徑的選擇在決定了AP的關(guān)聯(lián)序列之后，選擇相應(yīng)的waypoint，從而決定移 動節(jié)點在無線網(wǎng)絡(luò)中的移動路徑。上述步驟1)分為以下兩種情況
情況1 無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫具有通過區(qū)域內(nèi)所有AP位置信息的情況，則直接獲取所有A P 的位置信息；
情況2 無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫不具有通過區(qū)域內(nèi)所有AP位置信息的情況，則通過網(wǎng)絡(luò)查詢 探聽當(dāng)前位置周圍的無線信號，以獲取周圍AP的MAC地址，再通過Placelab的數(shù)據(jù)庫查 找，來獲取AP位置信息。上述步驟2)中，對于情況1，其具體步驟為根據(jù)AP位置信息構(gòu)建導(dǎo)航圖，該導(dǎo) 航圖的構(gòu)建步驟為每個AP都成為導(dǎo)航圖中的一個點，計算所有節(jié)點間的距離；如果兩點 之間距離小于2倍的通信半徑則在兩點之間添加一條邊，權(quán)值為1 ；如果與起點S或者終點 D的距離小于1倍通信半徑的，則增加一條權(quán)值為0的點；在構(gòu)建好的導(dǎo)航圖上尋找最短路 徑，最短路徑上的點構(gòu)成的序列就是數(shù)目最少的可連續(xù)的AP關(guān)聯(lián)序列。對于情況2，其具體步驟為根據(jù)當(dāng)前位置周圍AP的信息選取關(guān)聯(lián)AP，選取規(guī)則為，該關(guān)聯(lián)AP相應(yīng)的waypoint，使得移動節(jié)點在起點S到終點D的這條連線上的投影最接 近終點D ；也即該關(guān)聯(lián)AP的waypoint，是以線段OD與以O(shè)點為圓心通訊距離為半徑的圓的 交點，所述線段OD是關(guān)聯(lián)AP的中心0點與終點D之間的連線。上述步驟3)中，對于情況1，其具體步驟為按照關(guān)聯(lián)順序連接各個AP，取每條連 線的中點為waypoint，按順序連接各個waypoint，得到的連線序列即為移動路徑。對于情況2，其具體步驟為移動節(jié)點從當(dāng)前位置移動到關(guān)聯(lián)AP的waypoint，如 果終點D在關(guān)聯(lián)AP的通訊半徑覆蓋范圍內(nèi)，則直接移動到終點D ；否則回到步驟1 )，直到移 動到終點D，移動節(jié)點所經(jīng)過的路徑即為移動路徑。本發(fā)明通過與導(dǎo)航設(shè)備相結(jié)合，并通過控制無線通訊協(xié)議底層的關(guān)聯(lián)協(xié)議，來實 現(xiàn)相應(yīng)的優(yōu)化算法，并分別針對具有全局信息以及僅具有局部信息的情形提出了具體方 案，結(jié)果表明，該方法均大幅減少了移動過程中的AP切換次數(shù)。圖3顯示了我們提出的方法和已有方法相比的實驗數(shù)據(jù)。其中，OptNAV和 GreedyNAV是采用我們的導(dǎo)航方法，802. 11是目前無線局域網(wǎng)最常用的協(xié)議，LookAhead 是其他文章提出的方法。縱坐標表示AP切換的次數(shù)。從該圖分析表明，我們的方法的AP 切換次數(shù)遠低于目前常用的802. 11協(xié)議，切換次數(shù)只有其一半。同樣，我們的方法也優(yōu)于 LookAhead導(dǎo)航方法。


圖1是傳統(tǒng)802. 11協(xié)議切換過程，
圖2所示的是針對局部AP信息算法中的waypoint選擇示意圖， 圖3所示的是幾種導(dǎo)航方法的AP切換次數(shù)對比。
具體實施例方式
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了兩個分別針對不同應(yīng)用場景的流程，下面結(jié)合附 圖進行詳細說明。傳統(tǒng)的無線通信協(xié)議如最常用的802. 11協(xié)議的切換過程需要經(jīng)過信道掃描、認 證、重鏈接三個步驟，其中被掃描的信道個數(shù)是切換時延長短的關(guān)鍵。如圖1所示，在傳統(tǒng) 的802. 11協(xié)議中，移動節(jié)點需要對所有的信道進行掃描，效率低下。在目前所有工作都無 法將切換時延穩(wěn)定的控制在滿足移動交互式應(yīng)用的透明容忍范圍內(nèi)的情況下，減少移動過 程中的切換次數(shù)便成了實現(xiàn)無縫切換的重要手段。本發(fā)明的切換優(yōu)化流程首先獲取通過區(qū)域內(nèi)AP的位置信息，再根據(jù)AP位置信息 決定移動過程中可以連續(xù)關(guān)聯(lián)的數(shù)目最少的AP序列，最后根據(jù)關(guān)聯(lián)序列決定最優(yōu)的移動 路徑。本發(fā)明的兩個流程均需要AP位置信息。AP位置信息的獲取方法，本發(fā)明主要基于 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的方式。Placelab正是提供了這種MAC地址與物理地址的對應(yīng)信息的數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明的兩種算法正是針對AP位置信息的獲取限制的不同而進行的針對性設(shè) 計。首先介紹在知曉通過區(qū)域所有AP位置信息的情況下流程的工作。1) AP位置信息的獲取。
2)根據(jù)AP位置信息構(gòu)建導(dǎo)航圖。導(dǎo)航圖的構(gòu)建方法如下 a.每個AP都成為圖中的一個點，計算所有節(jié)點間的距離。
b.如果兩點之間距離小于2倍的通信半徑則在兩點之間添加一條邊，權(quán)值為1。c.如果與起點或者終點的距離小于1倍通信半徑的，則增加一條權(quán)值為0的點。3)在構(gòu)建好的導(dǎo)航圖上尋找最短路徑，比如運行Dijkstra算法。最短路徑上的 點構(gòu)成的序列就是最少切換關(guān)聯(lián)序列。4)根據(jù)已經(jīng)決定的序列及其位置信息決定移動軌跡。決定方法如下
a.按照關(guān)聯(lián)順序連接各個AP， b.取每條連線的中點為waypoint。按順序連接各個waypoint。得到的連線序列即為 移動的軌跡。如此按照得到的移動軌跡以及AP關(guān)聯(lián)序列移動即可從起始節(jié)點到達目標節(jié)點。 而且切換次數(shù)是最優(yōu)的。然而，現(xiàn)實實踐中一般是無法獲取大片區(qū)域的所有AP的位置信息的，即便可以范 圍以及精度也難以控制。因此我們需要一個可以針對之獲取周邊可以感知到的AP位置信 息的導(dǎo)航及關(guān)聯(lián)算法。方法流程如下
1)通過探聽周圍的無線信號(Beacon信息)，以獲取周圍AP的MAC地址。2)通過Placelab數(shù)據(jù)庫查找，獲取AP的位置信息。3)根據(jù)周圍AP的信息選取關(guān)聯(lián)的AP。選取規(guī)則如下
a.選取這樣的AP:他相應(yīng)的waypoint可以使得移動設(shè)備在起點S到終點D的這條連 線上的投影最接近終點D。b. 一個AP的waypoint如圖2所示，AP在0點那么waypoint是線段OD與以0點 為圓心通訊距離為半徑的圓的交點。4)關(guān)聯(lián)選擇的AP并移動到相應(yīng)的waypoint。5)如果終點在關(guān)聯(lián)AP的通訊半徑覆蓋范圍內(nèi)，則直接移動到終點，否則回到步驟
Io這里可以看到與針對全局信息的算法不同，針對局部信息的算法由于信息的限制 無法在出發(fā)前就規(guī)劃處行駛路徑。因此本發(fā)明采用了增量式的方法逐漸逼近終點。終點的可達性可以由圖2說明。易見waypoint點B是0點AP覆蓋范圍內(nèi)離終點 最近的點，因此在本次關(guān)聯(lián)及移動過程，移動設(shè)備必然更加接近終點，因此最終必然到達終
點ο
權(quán)利要求
1.一種無線網(wǎng)絡(luò)中切換次數(shù)最少的導(dǎo)航路徑選擇方法，其特征在于包括以下步驟1)AP位置的獲取首先獲得移動節(jié)點預(yù)通過區(qū)域內(nèi)A P的位置信息；2)AP選擇通過考慮移動節(jié)點的終點D及起點S，以及AP的位置信息決定數(shù)目最少的 可連續(xù)的AP關(guān)聯(lián)序列；3)移動路徑的選擇在決定了AP的關(guān)聯(lián)序列之后，選擇相應(yīng)的waypoint，從而決定移 動節(jié)點在無線網(wǎng)絡(luò)中的移動路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)中切換次數(shù)最少的導(dǎo)航路徑選擇方法，其特征在于 步驟1)分為以下兩種情況情況1 無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫具有通過區(qū)域內(nèi)所有AP位置信息的情況，則直接獲取所有A P 的位置信息；情況2 無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫不具有通過區(qū)域內(nèi)所有AP位置信息的情況，則通過網(wǎng)絡(luò)查詢 探聽當(dāng)前位置周圍的無線信號，以獲取周圍AP的MAC地址，再通過Placelab的數(shù)據(jù)庫查 找，來獲取AP位置信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線網(wǎng)絡(luò)中切換次數(shù)最少的導(dǎo)航路徑選擇方法，其特征在于 步驟2)中，對于情況1，其具體步驟為根據(jù)AP位置信息構(gòu)建導(dǎo)航圖，該導(dǎo)航圖的構(gòu)建步驟為每 個AP都成為導(dǎo)航圖中的一個點，計算所有節(jié)點間的距離；如果兩點之間距離小于2倍的通 信半徑則在兩點之間添加一條邊，權(quán)值為1 ；如果與起點S或者終點D的距離小于1倍通信 半徑的，則增加一條權(quán)值為0的點；在構(gòu)建好的導(dǎo)航圖上尋找最短路徑，最短路徑上的點構(gòu) 成的序列就是數(shù)目最少的可連續(xù)的AP關(guān)聯(lián)序列；對于情況2，其具體步驟為根據(jù)當(dāng)前位置周圍AP的信息選取關(guān)聯(lián)AP，選取規(guī)則為， 該關(guān)聯(lián)AP相應(yīng)的waypoint，使得移動節(jié)點在起點S到終點D的這條連線上的投影最接近 終點D ；也即該關(guān)聯(lián)AP的waypoint，是以線段OD與以0點為圓心通訊距離為半徑的圓的交 點，所述線段OD是關(guān)聯(lián)AP的中心0點與終點D之間的連線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線網(wǎng)絡(luò)中切換次數(shù)最少的導(dǎo)航路徑選擇方法，其特征在于 步驟3)中，對于情況1，其具體步驟為按照關(guān)聯(lián)順序連接各個AP，取每條連線的中點為 waypoint，按順序連接各個waypoint，得到的連線序列即為移動路徑；對于情況2，其具體步驟為移動節(jié)點從當(dāng)前位置移動到關(guān)聯(lián)AP的waypoint，如果終 點D在關(guān)聯(lián)AP的通訊半徑覆蓋范圍內(nèi)，則直接移動到終點D ；否則回到步驟1 )，直到移動到 終點D，移動節(jié)點所經(jīng)過的路徑即為移動路徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線網(wǎng)絡(luò)中切換次數(shù)最少的導(dǎo)航路徑選擇方法。首先獲得移動節(jié)點預(yù)通過區(qū)域內(nèi)AP的位置信息；再考慮移動節(jié)點的終點D及起點S，以及AP的位置信息決定數(shù)目最少的可連續(xù)的AP關(guān)聯(lián)序列；最后選擇相應(yīng)的waypoint,從而決定移動節(jié)點在無線網(wǎng)絡(luò)中的移動路徑。本發(fā)明通過與導(dǎo)航設(shè)備相結(jié)合，并通過控制無線通訊協(xié)議底層的關(guān)聯(lián)協(xié)議，來實現(xiàn)相應(yīng)的優(yōu)化算法，并分別針對具有全局信息以及僅具有局部信息的情形提出了具體方案，結(jié)果表明，該方法均大幅減少了移動過程中的AP切換次數(shù)。
文檔編號H04W48/20GK102006652SQ20101053101
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者李文中, 趙彥超, 陸桑璐, 陳道蓄 申請人:南京大學(xué)