一種基于虛擬接入點(diǎn)的無線局域網(wǎng)無縫切換方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種802.11無線局域網(wǎng)中的無縫切換方法，應(yīng)用場景為企業(yè)辦公環(huán)境等無線AP密集部署且客戶端需要經(jīng)常移動的場景。本發(fā)明采用基于SDN理念的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，構(gòu)造了虛擬接入點(diǎn)(VAP)用于抽象AP和Client的連接。VAP中包含了Client與AP建立連接所需的所有信息，控制器通過控制VAP在AP上的產(chǎn)生和移除，來實(shí)現(xiàn)Client與AP的建立連接和斷開連接。當(dāng)Client在WLAN中移動時(shí)，控制器上的應(yīng)用程序通過發(fā)布/訂閱機(jī)制感知網(wǎng)絡(luò)中AP接收到Client發(fā)出的信號的強(qiáng)度來判斷與Client距離最近的AP，并與之建立連接。由于控制器對VAP的控制與Client的移動幾乎是同步的，從而實(shí)現(xiàn)無縫切換。
【專利說明】一種基于虛擬接入點(diǎn)的無線局域網(wǎng)無縫切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及移動通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于虛擬接入點(diǎn)的802.11無線局域網(wǎng)中無縫切換的技術(shù)。
技術(shù)背景
[0002]隨著基于IEEE802.11的無線局域網(wǎng)(WLAN)的廣泛的應(yīng)用，語音、視頻等實(shí)時(shí)通信業(yè)務(wù)的應(yīng)用越來越多，這對無線局域網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)提出了很高的要求。但是由于智能終端的發(fā)展，人們對移動性的要求不斷增加，尤其是在企業(yè)辦公環(huán)境中無線AP密集部署的場景下，因?yàn)闊o線局域網(wǎng)較小的小區(qū)半徑導(dǎo)致了比較頻繁的切換。而切換時(shí)的丟包率、切換延遲和傳輸抖動等則是影響WLAN通信QoS的主要因素之一。根據(jù)IEEE802.11協(xié)議規(guī)范，在一個通信子網(wǎng)內(nèi)，正在通信的客戶機(jī)(Client)從一個AP小區(qū)移動到另一個AP小區(qū)時(shí)，必須斷開跟當(dāng)前AP的鏈路連接，在與新AP重新建立連接后才能繼續(xù)與對端結(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，而重新建立連接主要分3個階段:發(fā)現(xiàn)新AP階段、認(rèn)證階段和重連階段。而每一個階段都占用一定的時(shí)間，而且在這個過程當(dāng)中，客戶機(jī)(Client)是不能收發(fā)數(shù)據(jù)的。因此在切換期間，發(fā)往客戶機(jī)(Client)的舊AP鏈路上的數(shù)據(jù)包就有可能丟失，傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量(QoS)就會受到影響。
[0003]為此，人們在減少切換延遲方面作了很多研究。從目前已有的技術(shù)和文獻(xiàn)上看，主要有以下幾種類型:
[0004]硬切換。移動結(jié)點(diǎn)在進(jìn)入一個新的小區(qū)后，立即斷開與原有的AP連接，重新與新AP建立連接。這種方式切換速度快，但由于不采取任何措施，丟包率較大。
[0005]平滑切換(或稱為數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)方式)。其過程是客戶機(jī)(Client)切換到新的AP時(shí)，新AP立即通知舊AP，舊AP收到通知后立即把有關(guān)該客戶機(jī)(Client)的信息或緩存的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給新AP，再由新AP發(fā)給客戶機(jī)(Client)。同時(shí)新AP向通信對端主機(jī)發(fā)出通告，之后數(shù)據(jù)包便沿新的傳輸路徑流動。這種切換的特點(diǎn)是丟包率低，但是其他的包要等到舊AP轉(zhuǎn)發(fā)完畢以后才能繼續(xù)傳遞，間接地增加了切換延遲，這對于實(shí)時(shí)應(yīng)用是很不利的。
[0006]基于組播的切換方式。這種方式不但要求擴(kuò)充AP的功能，而且要求臨近的AP也加入多播組。它的特點(diǎn)是切換時(shí)丟包率低，切換延遲相對較小。但是由于結(jié)點(diǎn)的移動，多播樹的維護(hù)開銷很大，限制了它的使用。
[0007]本發(fā)明提出一種基于虛擬接入點(diǎn)(VAP)的無線局域網(wǎng)無縫切換方法。該方法采用基于SDN理念的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，引入虛擬接入點(diǎn)(VAP)來抽象客戶機(jī)(Client)與AP的連接。虛擬接入點(diǎn)包括了 Client與AP建立連接所需要的所有信息，并且能夠通過控制器的控制在不同的AP之間遷移。控制器頂層的應(yīng)用程序通過AP接收到的無線信號強(qiáng)度來感知客戶機(jī)(Client)的移動，并將該客戶機(jī)(Client)的VAP移動到相應(yīng)的AP上。由于VAP中包含客戶機(jī)(Client)與AP建立連接所需的所有信息，所以不需要再進(jìn)行重新建立連接的3個階段，大大縮短了切換的時(shí)延，實(shí)現(xiàn)無縫切換。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明旨在針對企業(yè)辦公環(huán)境中無線AP密集部署的場景下如何實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)的無縫切換問題。本發(fā)明通過引入虛擬接入點(diǎn)(VAP)，解決相應(yīng)的技術(shù)問題。具體分為以下兩個主要步驟:(I)VAP在AP之間的分配；(2)基于VAP的無縫切換機(jī)制。
[0009]首先，VAP的分配步驟為:
[0010]步驟1.AP接收到來自Client信號幀后，判斷是802.11數(shù)據(jù)幀還是802.11控制幀；
[0011]步驟2.如果是802.11數(shù)據(jù)幀，AP檢測是否承載了該Client的VAP，如果沒有則直接丟棄該數(shù)據(jù)幀；如果承載了該Client的VAP則根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)幀；
[0012]步驟3.如果是802.11控制幀，AP檢測是否承載了該Client的VAP，如果沒有則將包含該MAC地址的控制幀的信息轉(zhuǎn)發(fā)給控制器，控制器檢測該Client是否有VAP存在于網(wǎng)絡(luò)中的某個AP上，如果沒有則為該Client產(chǎn)生一個VAP ；
[0013]步驟4.AP承載了 Client的VAP之后繼續(xù)進(jìn)行Client與VAP連接的建立。
[0014]在控制器為每個請求接入到AP的Client分配好VAP之后，VAP可以使得Client在企業(yè)級WLAN中進(jìn)行無縫的切換，其步驟如下:
[0015]步驟1.控制端的應(yīng)用程序作為訂閱者通過發(fā)布/訂閱機(jī)制獲取網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)各AP ( e A = {a1；a 2...aN})收到的的客戶端 Client ( e C = {( e C1, c2...cM)})的信號幀的 強(qiáng)度RSSijQ≤i≤M，1≤j≤N)；
[0016]步驟2.應(yīng)用程序通過將客戶端發(fā)送給接入點(diǎn)的信號強(qiáng)度RSSU(1≤i≤M，I ^ j ^ N)與設(shè)置的信號強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值RSStl的比較來觸發(fā)控制器對虛擬接入點(diǎn)(VAP)的操作；
[0017]步驟3.如果接收到的所有的RSSij值都小于或等于RSStl,則不進(jìn)行任何操作，物理AP繼續(xù)接收信號并將信號的RSSu發(fā)送給控制器；
[0018]步驟4.如果某一 RSSu值大于RSStl,應(yīng)用程序判斷接收到該RSSu的AP是否是發(fā)送信號強(qiáng)度為RSSij的Client當(dāng)前所連接的AP，如果是該Client當(dāng)前所連接到的AP，則不進(jìn)行操作；
[0019]步驟5.如果步驟4中接收到的信號值RSSij大于RSStl的AP不是該Client當(dāng)前所連接到的AP，則應(yīng)用程序?qū)⒂|發(fā)控制器的操作，移除該Client在其當(dāng)前所連接的AP上的虛擬接入點(diǎn)(VAP)，并在接收到信號最強(qiáng)的AP上重新產(chǎn)生該Client的虛擬接入點(diǎn)(VAP)，Client隨著VAP的遷移，連接也遷移到新的AP上。
[0020]說明:
[0021]本發(fā)明中所設(shè)計(jì)的虛擬接入點(diǎn)(VAP)是實(shí)現(xiàn)無縫切換的關(guān)鍵，由于VAP中包含了Client與AP建立連接所需的所有信息。當(dāng)Client在AP之間進(jìn)行切換，斷開與舊AP的連接而與新AP重新建立連接時(shí)，AP不需要再重新進(jìn)行二層和三層的處理為Client的連接產(chǎn)生需要的信息，控制器上的應(yīng)用程序通過發(fā)布/訂閱機(jī)制獲取到與在新的物理位置下能夠?yàn)镃lient提供最強(qiáng)信號連接的AP，并將該Client的VAP遷移到這個新的AP上，由于控制器感知和VAP遷移與Client的遷移是同步的，所以整個切換過程是無縫的?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0022]為了更清晰地闡述本發(fā)明的實(shí)施和現(xiàn)有的技術(shù)方案，下面將本發(fā)明的技術(shù)方案說明附圖并且和說明書一起來解釋本發(fā)明。其中，
[0023]圖1示出VAP的分配流程圖。
[0024]圖2示出Client在企業(yè)級WLAN中切換的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為將本發(fā)明的技術(shù)方案優(yōu)勢描述的更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述，盡可能地，在整個附圖中相同的部分用相同或者相似的標(biāo)號或文字表不。
[0026]在下面的描述中，對于本發(fā)明無關(guān)的技術(shù)只做簡要的技術(shù)說明或者直接略過。
[0027]本發(fā)明的主要思想是，采用基于SDN理念的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，構(gòu)造了虛擬接入點(diǎn)(VAP)用于抽象AP和Client的連接。VAP由控制器產(chǎn)生，每個Client對應(yīng)一個獨(dú)立且唯一的VAP，VAP中包含了 Client與AP建立連接所需的所有信息，包括Client的MAC地址、Client的IP地址、Client的BSSID、Client的SSID。控制器通過控制VAP在AP上的產(chǎn)生和移除，來實(shí)現(xiàn)Client與AP的建立連接和斷開連接。當(dāng)Client在WLAN中移動時(shí)，控制器上的應(yīng)用程序通過發(fā)布/訂閱機(jī)制感知網(wǎng)絡(luò)中AP接收到Client發(fā)出的信號的強(qiáng)度來判斷與Client距離最近的AP，并與之建立連接。由于控制器對VAP的控制與Client的移動幾乎是同步的，從而實(shí)現(xiàn)無縫切換。
[0028]圖1示出了 VAP的分配步驟圖，具體包括:
[0029]步驟201:AP接收到無線信號幀后對該信號幀的類型進(jìn)行判斷。
[0030]步驟202:如果接收到的是數(shù)據(jù)幀，進(jìn)入步驟204。
[0031]步驟203:如果接收到的是管理幀，進(jìn)入步驟205。
[0032]步驟204:AP判斷發(fā)送該數(shù)據(jù)幀的Client是否分配了 VAP。
[0033]步驟205:AP判斷發(fā)送該管理幀的Client是否分配了 VAP。
[0034]步驟206:控制器判斷是否為發(fā)送該管理幀的Client分配了 VAP。
[0035]步驟207:發(fā)送該數(shù)據(jù)幀的Client沒有分配了 VAP，丟棄該幀。
[0036]步驟208:發(fā)送該數(shù)據(jù)幀的Client分配了 VAP，轉(zhuǎn)發(fā)該幀。
[0037]步驟209:控制器為該Client分配VAP。
[0038]步驟210:AP響應(yīng)Client的管理幀，進(jìn)行相應(yīng)的處理。
[0039]步驟301:控制端的應(yīng)用程序通過發(fā)布/訂閱機(jī)制獲取網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)各AP( e A =Ia1, a2...aN})收到的的客戶端Client ( e C = {( e C1, c2...cM)})的信號幀的強(qiáng)度RSS^d ≤ i ≤M，1 ≤ j ≤N)。
[0040]步驟302:應(yīng)用程序通過將客戶端發(fā)送給接入點(diǎn)的信號強(qiáng)度RSSijQ≤i≤M，I ^ j ^ N)與設(shè)置的信號強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值RSStl的比較來觸發(fā)控制器對虛擬接入點(diǎn)(VAP)的操作，如果所有的RSSu都小于標(biāo)準(zhǔn)值RSStl,則回到步驟301，如果有大于RSStl的RSSu則進(jìn)入步驟303。
[0041]步驟303:應(yīng)用程序判斷接收到大于RSStl的RSSij的AP是否是發(fā)送信號強(qiáng)度為RSSij的Client當(dāng)前所連接的AP，如果是該Client當(dāng)前所連接到的AP，則繼續(xù)步驟301，如果不是該Client當(dāng)前連接的AP則進(jìn)入步驟304 ；
[0042]步驟304:應(yīng)用程序?qū)⒂|發(fā)控制器的操作，移除該Client在其當(dāng)前所連接的AP上的虛擬接入點(diǎn)(VAP)，并在接收到信號最強(qiáng)的AP上重新產(chǎn)生該Client的虛擬接入點(diǎn)(VAP)。
[0043]步驟305 =VAP的遷移到新的AP上后，Client與VAP的連接也隨之遷移到新的AP上。
【權(quán)利要求】
1.一種基于虛擬接入點(diǎn)的無線局域網(wǎng)無縫切換方法，其特征在于，至少包括以下步驟: A、整個無線局域網(wǎng)采用SDN的集中控制理念，引入控制器控制無線局域網(wǎng)中的接入點(diǎn)(AP)，并且構(gòu)造虛擬接入點(diǎn)(VAP)來抽象AP和移動客戶端(Client)的連接；控制器上的應(yīng)用程序通過發(fā)布/訂閱機(jī)制獲取網(wǎng)絡(luò)中接入點(diǎn)AP( e A = {a1； a2...aN})收到的客戶端Client ( e C = {c1； c2...cM})的信號幀的強(qiáng)度 RSSi^l ≤ i ≤ M，I ≤ j ≤ N)。 B、控制器上的應(yīng)用程序中設(shè)置有一個信號強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值RSStl，通過比較客戶端發(fā)送給接入點(diǎn)的信號強(qiáng)度RSSij (I≤i≤M，I≤j≤N)與RSStl的值來觸發(fā)控制器對虛擬接入點(diǎn)(VAP)的操作。 C、如果沒有RSSu大于或等于RSStl,則不進(jìn)行任何操作，物理AP繼續(xù)接收信號并將信號的RSSij發(fā)送給控制器；如果某一 RSSij大于RSStl,應(yīng)用程序判斷接收到該RSSij的AP是否是發(fā)送該RSSij的Client當(dāng)前所連接的AP,如果是該Client當(dāng)前所連接到的AP,則不進(jìn)行操作。 D、如果步驟C中接收到的RSSij大于RSStl的AP不是該Client當(dāng)前所連接到的AP，則應(yīng)用程序?qū)⒂|發(fā)控制器的操作，移除該Client在其當(dāng)前所連接的AP上的虛擬接入點(diǎn)(AP)，使Client的物理層切換到接收到信號最強(qiáng)的AP上，同時(shí)保持MAC層和網(wǎng)絡(luò)層狀態(tài)信息不變，并在該AP上重新產(chǎn)生該Client的虛擬接入點(diǎn)(VAP)，Client隨著VAP的遷移，連接也遷移到新的AP上；此鏈接過程僅進(jìn)行了物理層的切換，維持了 MAC層和網(wǎng)絡(luò)層的連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬接入點(diǎn)的無線局域網(wǎng)無縫切換方法，其特征在 于: 步驟A中發(fā)布/訂閱機(jī)制是將控制器上的應(yīng)用程序作為訂閱者，在發(fā)送給AP的控制幀中加入訂閱信息，AP作為發(fā)布者收到該控制幀后將應(yīng)用程序訂閱的信息發(fā)送給控制器上的應(yīng)用程序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬接入點(diǎn)的無線局域網(wǎng)無縫切換方法，其特征在于: 步驟B中的VAP包括四部分內(nèi)容，Client的MAC地址、Client的IP地址、Client的BSSIDXlient的SSID ；VAP由控制器產(chǎn)生，分配給相應(yīng)的物理AP 個物理AP上可以承載多個VAP，每個Client對應(yīng)一個獨(dú)立、唯一的VAP，Client到物理AP的連接可以抽象成該Client與其對應(yīng)的VAP的連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬接入點(diǎn)的無線局域網(wǎng)無縫切換方法，其特征在于: 步驟B中對VAP的操作包括VAP的產(chǎn)生和移除，控制器與AP之間具有專有的控制信令，用于控制物理AP上的VAP的生成和移除；控制器之上的應(yīng)用程序通過發(fā)布/訂閱機(jī)制獲取無線局域網(wǎng)中所有AP接收到的RSSij值，并與RSStl比較從而為如何操作網(wǎng)絡(luò)中AP上承載的VAP做出判決。
【文檔編號】H04W36/08GK104023364SQ201410232370
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】雷濤, 路兆銘, 王魯晗, 詹德翔, 溫向明, 馬璐, 趙星, 張振海 申請人:北京郵電大學(xué)