CN100391182C - 无线切换装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线切换装置，用于无线局域网用户终端在不同接入点之间进行切换处理，包括至少两个无线网卡，每个无线网卡分别搜索能够接入的接入点；并通过搜索的接入点接入到无线局域网后，和接入点之间进行无线数据包的收发处理；及数据交换单元，分别与每个无线网卡和所述用户终端连接，用于将无线网卡接收的数据包转发给用户终端；并将用户终端发送的数据包转发给无线网卡。相应地，本发明还公开了一种无线切换方法。本发明可以缩短用户终端在切换过程中搜索新的接入点的时间，使用户终端能够快速完成切换处理。
Description
技术领域
本发明涉及无线局域网技术领域，尤其涉及一种应用在无线局域网系统中的无线切换装置及其方法。
背景技术
无线局域网(WLAN，Wireless Local-Area Network)是一种遵循国际电气和电子工程师协会(IEEE，Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11协议、以电磁波作为传输媒质的网络系统。
IEEE 802.11协议包括两个物理层标准：802.11a标准和802.11b标准，其中802.11a标准的工作频段在2.4G，而802.11b标准的工作频段在5G；802.11a标准和802.11b标准都采用了相同的媒体接入控制协议(MAC，Media AccessControl)技术。
无线局域网系统主要由接入点(AP，Access Point)和插入了无线网卡的终端组成；不同终端之间可以组建以下两种工作模式：
A.无接入点AP的对等(Ad-Hoc)模式：该模式下，终端之间只能直接通过点对点方式进行互联通信；
B.有接入点AP转发的基础设施(Infrastructure)模式：该模式下，终端可以通过接入点AP与有线网络系统互联通信；如图1所示，为采用基础设施模式的无线局域网系统结构拓扑图，图中插入了无线网卡的终端1可以通过接入点AP2接入到有线网络系统。
其中，接入点AP在无线局域网系统中相当于一个集线器(Hub)，可以实现用户之间交互的数据在多个接口之间转发，其中所述的接口包括无线接口和有线接口。
目前，在无线局域网系统中，用户通常通过两种方式进行寻找新的接入点AP，具体如下：
(1)不同接入点AP会周期广播发送信标侦，以通过该周期广播发送的信标侦让用户了解其目前的状态信息；
用户根据不同接入点AP的目前状态信息，选择相应的接入点AP进行接入无线局域网的处理。
(2)用户主动发送主动探测帧到不同的接入点AP；
接入点AP接收到主动探测帧后，就会反馈自身的相应状态信息给用户，用户根据各个接入点AP的反馈信息确定选择相应的接入点AP进行接入无线局域网的处理。
在用户选择了相应的接入点AP后，和该接入点AP进行通信连接的主要过程如下：
用户终端发送联系请求(association request)帧到该接入点AP，以向该接入点AP请求加入到无线局域网系统中；
该接入点AP接收到联系请求帧后，反馈联系响应(association response)帧给用户终端，以示同意该用户加入到无线局域网系统。
但是在无线局域网系统中，当一个用户终端由当前接入点AP覆盖的区域移动到其他接入点AP覆盖的区域时，用户终端需要重新搜索新的接入点AP，并和搜索到的新的接入点AP开始新的通信连接过程。
请参阅图2，该图是无线局域网系统中用户终端进行切换处理的简单示意图；由于在无线局域网系统中，一个用户终端同时只能和一个接入点AP进行通信连接，因此当一个用户终端从当前接入点AP1的覆盖区域移动到下一个接入点AP2的覆盖区域时，必须要进行和前一接入点AP1与下一接入点AP2之间的切换处理，即用户终端在移动过程中，需要断开和前一接入点AP1的通信连接，并扫描或搜索其他可以接入的接入点AP2，并在搜索到新的接入点AP2后和其重新建立通信连接。
但是目前用户终端在移动过程中，扫描搜索其他可以接入的接入点AP的搜索时间一般都长达数秒，这样在用户终端处于高速移动过程中，很可能就需要频繁的进行切换，而这么长的搜索时间通常是用户侧不可忍受的，因为用户终端在高速移动过程中可能会出现本次切换处理还没有来得及完成，就已经需要开始下一次的切换处理了，由此可见现有技术的切换处理方式无疑会影响到用户终端的通信质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提出一种无线切换装置及其方法，以缩短用户终端在切换过程中搜索新的接入点的时间，使用户终端能够快速完成切换处理。
为解决上述问题，本发明提出了一种无线切换装置，用于无线局域网用户终端在不同接入点之间进行切换处理，包括：
至少两个无线网卡，每个无线网卡分别搜索能够接入的接入点；并通过搜索的接入点接入到无线局域网后，和接入点之间进行无线数据包的收发处理；及
数据交换单元，分别与每个无线网卡和所述用户终端连接，用于将无线网卡接收的数据包转发给用户终端；并将用户终端发送的数据包转发给无线网卡。
所述装置还包括数据包选取单元，每个无线网卡分别通过该数据包选取单元和所述数据交换单元连接，用于在由每个无线网卡转发来的承载数据内容相同的数据包中选取一个数据包发送给数据交换单元进行处理。
其中所述无线网卡通过以太网接口和所述数据交换单元连接。所述数据交换单元通过以太网接口和所述用户终端连接。所述无线切换装置与所述用户终端内置连接或外置连接。
相应地，本发明还提出了一种无线切换方法，用于无线局域网用户终端在不同接入点之间进行切换处理，包括步骤：
(1)为所述用户终端冗余配置至少一个无线网卡；
(2)在所述用户终端保持与原接入点的通信连接时，冗余配置的无线网卡分别搜索能够接入的其他接入点；
(3)用户终端在搜索到的接入点中选取一个作为新的要接入的接入点；
(4)所述用户终端建立与选取接入点之间的通信连接，并断开与原接入点的通信连接。
其中所述步骤(2)中冗余配置的无线网卡通过扫描公共信道上不同接入点广播的信标侦中承载的相应接入点状态信息，来搜索相应的接入点；或
发送主动探测帧给各个接入点，通过查看各个接入点反馈的状态信息，来搜索相应的接入点。
其中所述步骤(3)中用户终端在搜索到的接入点中选取发送信号强度最大的接入点作为新的要接入的接入点。
所述步骤(4)还包括步骤：
所述用户终端对与原接入点断开通信连接之前，且已和选取接入点建立通信连接状态下接收的承载数据内容相同的数据包采用的处理方式为：
在承载数据内容相同的数据包中随机选取一个进行处理；或
丢弃所有承载数据内容相同的数据包。
其中所述步骤(4)之后还包括步骤：用户终端在当前处于工作状态的无线网卡出现故障时，转移后续工作到冗余配置的另一个无线网卡上继续进行。
本发明无线切换装置及其方法通过为终端接入装置配置至少两个无线网卡，从而可以实现现有无线局域网系统中用户终端处于高速移动过程中，当其中一个无线网卡处于工作状态时，其余配置的无线网卡起到冗余配置的作用，这样在用户终端发生位置切换时，其他起冗余作用的无线网卡可以在用户终端和上一接入点正常通信的情况下，主动搜索新的可接入的接入点，并建立与其通信连接；因此可以实现在现有技术中用户终端频繁发生切换处理时，缩短搜索新的接入点所占用的时间，提高了用户终端完成切换处理的速度和用户终端的通信质量。
附图说明
图1是采用基础设施模式的无线局域网系统结构拓扑图；
图2是无线局域网系统中用户终端进行切换处理的简单示意图；
图3是本发明无线切换装置的具体组成部分及其该切换装置的工作原理示意图；
图4是本发明无线切换装置为防止由于多个无线网卡存在而导致接收多个重复数据包，而加入数据包选取单元的无线切换装置具体组成框图；
图5是本发明无线切换方法的实现原理流程图；
图6是采用了本发明无线切换装置及其方法后，用户终端在多个接入点之间进行切换处理的示意图。
具体实施方式
本发明无线切换装置及其方法采用冗余配置无线网卡的方式，来提高无线局域网系统中高速移动用户在频繁切换处理过程中，搜索新的接入点AP的速度，以提高用户终端在频繁切换过程中的通信质量。
下面首先结合各个附图对本发明无线切换装置的具体实施方式进行详细的阐述；请参阅图3，该图是本发明无线切换装置的具体组成部分及其该切换装置的工作原理示意图；其中该无线切换装置主要包括至少两个无线网卡10和数据交换单元20，各个实体的具体作用及其连接关系如下：
至少两个无线网卡10，每个无线网卡10分别用于搜索能够接入的接入点AP；并在通过搜索的接入点AP接入到无线局域网后，和接入点AP之间进行无线数据包的收发处理；其中每个无线网卡10负责扫描无线局域网系统中的公共信道，根据各个接入点AP的发射信号强度选择合适的无线局域网接入点AP进行接入处理。并且在无线网卡10通过选择的接入点AP接入到无线局域网系统后，负责无线接口(无线接口指和接入点AP无线连接的接口)和数据接口(指和数据交换单元20有线连接的接口，如图中所示的数据接口1和数据接口2)之间的数据包转发；且不同的无线网卡10分别选择不同的物理信道同选择的接入点AP进行通信连接。
数据交换单元20，分别与每个无线网卡10和用户终端连接，用于将无线网卡10接收的数据包转发给用户终端；同时将用户终端发送的数据包转发给无线网卡10。其中数据交换单元20主要用于数据接口之间的数据包转发，其对数据包的转发规则如下：
将同无线网卡10连接的数据接口(图中所示数据接口1或数据接口2)传来的数据包仅转发到和用户终端连接的数据接口(图中所示数据接口3)；图3中虚线箭头所表示的方向为数据包转发方向；
并将和用户终端连接的数据接口(图中所示数据接口3)传来的数据包向所有与无线网卡10连接的数据接口(图中所示数据接口1或数据接口2)转发；图3中实线箭头所表示的方向为数据包转发方向。
请参阅图4，该图是本发明无线切换装置为防止由于多个无线网卡存在而导致接收多个重复数据包，而加入数据包选取单元的无线切换装置具体组成框图；图中在上述无线切换装置具体组成结构的基础上，进而还包括一个数据包选取单元30，其中每个无线网卡10分别通过该数据包选取单元30和数据交换单元20连接，数据包选取单元30主要用于在由每个无线网卡10转发来的承载数据内容相同的数据包中选取一个数据包后发送给数据交换单元20进行处理。其中无线切换装置加入数据包选取单元30主要是因为采用了本发明的无线切换装置后，只要和数据交换单元20连接的所有无线网卡10中有一个无线网卡10接入到无线局域网系统，那么和数据交换单元20连接的用户终端即可正常接入到无线局域网系统。但是如果同时存在多个无线网卡10接入到了无线局域网系统，这时就会出现用户终端接收到网络侧发来的同一数据包的多个拷贝形式，所以为了减小数据交换单元20的处理开销，就需要在数据交换单元20对数据包进行转发处理之前，对接收的多个重复的数据包进行过滤处理，其中设置数据包选取单元30的目的就是为了完成这个任务。当然，如果不设置数据包选取单元30，同时为了减小这种情况下数据交换单元20的处理开销，也可以选择由数据交换单元20丢弃这些内容重复的数据包的处理方式，因为这种情况存在的时间较短，只是在切换的过程中会有短暂的出现，所以丢弃这个短暂时间内的数据包不会影响整个通信过程的进行。
上述每个无线网卡10可以通过以太网接口和数据交换单元20连接，当然也可以通过其他形式的数据接口和数据交换单元20连接，甚至可以通过私有数据接口连接。
同时，数据交换单元20也可以通过以太网接口和用户终端连接(如图3中所示数据接口2或3)，当然也可以选用其他通用的数据接口进行连接。
其中本发明上述提出的无线切换装置与用户终端之间可以进行内置连接，也可以进行外置连接，即该无线切换装置可以是终端的一部分，可以连在终端外部，也可以连在终端内部，并每个无线切换装置中至少要设置有两个无线网卡。
相应地，本发明还提出了一种无线切换方法，下面再结合附图对本发明的无线切换方法进行详细说明。请参阅图5，该图是本发明无线切换方法的实现原理流程图；其主要实现过程如下：
步骤S10，预先为每个用户终端冗余配置至少一个无线网卡；
步骤S20，用户终端在高速移动过程中，在保持与原接入点AP的通信连接时，步骤S10中冗余配置的无线网卡可以在发生切换处理之前分别预先搜索能够接入的其他接入点AP；其中冗余配置的无线网卡可以通过扫描无线局域网系统中公共信道上不同接入点AP广播的信标侦中承载的相应接入点状态信息，来搜索相应的接入点(这个技术在现有技术已经描述，在此不再赘述)；或发送主动探测帧给各个接入点AP，再通过查看各个接入点AP反馈的状态信息，来搜索相应的接入点AP(这个技术也在现有技术已经描述，在此不再赘述)。
步骤S30，用户终端在步骤S20中搜索到的接入点AP中选取一个AP作为新的要接入的接入点AP；其中用户终端可以在搜索到的接入点AP中选取发送信号强度最大的接入点AP作为新的要接入的接入点AP；当然也可以综合考虑各个接入点AP发射信号的总体质量，来决定选取哪个接入点AP作为要接入的接入点AP。
步骤S40，用户终端建立与步骤S30选取的接入点AP之间的通信连接，并断开与原接入点AP的通信连接。其中用户终端和接入点AP如何建立通信连接所采取的两种处理方式在现有技术中已经详细阐述，这里不再过多赘述。
同理，在步骤S40用户终端发生切换过程中，当用户终端对与原接入点AP断开通信连接之前，且已和选取接入点AP建立了通信连接状态下接收的承载数据内容相同的数据包将采用如下的处理方式进行处理：
在接收的承载数据内容相同的数据包中随机选取一个数据包进行处理；或直接丢弃接收的所有承载数据内容相同的数据包。
同时采用本发明的无线切换方法后，如果用户终端在当前处于工作状态的无线网卡出现故障时，可以转移后续工作到冗余配置的另一个无线网卡上继续进行即可，这样就可以防止通信中断。
请参阅图6，该图是采用了本发明无线切换装置及其方法后，用户终端在多个接入点之间进行切换处理的示意图；如图所示，现有技术中的普通用户终端安装了本发明的无线切换装置后，在无线局域网系统中处于高速移动状态时，在由一个AP的覆盖区域进入到另外一个AP的覆盖区域后，可以在保持和原有AP进行通信连接的同时，让其他冗余配置的无线网卡主动搜索其他接入点AP，这样，就可以实现在和原有AP进行通信连接的基础上，所要切换到的AP的搜索处理已经在同步进行，即装有该装置的用户终端可以在原有连接断开之前就能搜索到其他的无线局域网接入点AP，并通过搜索到的AP接入到无线局域网系统，因此这样可以极大的节省用户终端在不同AP之间进行切换的时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种无线切换装置，用于无线局域网用户终端在不同接入点之间进行切换处理，其特征在于，包括：
至少两个无线网卡，每个无线网卡分别搜索能够接入的接入点；并通过搜索的接入点接入到无线局域网后，和接入点之间进行无线数据包的收发处理；及
数据交换单元，分别与每个无线网卡和所述用户终端连接，用于将无线网卡接收的数据包转发给用户终端；并将用户终端发送的数据包转发给无线网卡。
2.根据权利要求1所述的无线切换装置，其特征在于，还包括数据包选取单元，每个无线网卡分别通过该数据包选取单元和所述数据交换单元连接，用于在由每个无线网卡转发来的承载数据内容相同的数据包中选取一个数据包发送给数据交换单元进行处理。
3.根据权利要求1或2所述的无线切换装置，其特征在于，所述无线网卡通过以太网接口和所述数据交换单元连接。
4.根据权利要求1或2所述的无线切换装置，其特征在于，所述数据交换单元通过以太网接口和所述用户终端连接。
5.根据权利要求1所述的无线切换装置，其特征在于，所述无线切换装置与所述用户终端内置连接或外置连接。
6.一种无线切换方法，用于无线局域网用户终端在不同接入点之间进行切换处理，其特征在于，包括步骤：
(1)为所述用户终端冗余配置至少一个无线网卡；
(2)在所述用户终端保持与原接入点的通信连接时，冗余配置的无线网卡分别搜索能够接入的其他接入点；
(3)用户终端在搜索到的接入点中选取一个作为新的要接入的接入点；
(4)所述用户终端建立与选取接入点之间的通信连接，并断开与原接入点的通信连接。
7.根据权利要求6所述的无线切换方法，其特征在于，所述步骤(2)中冗余配置的无线网卡通过扫描公共信道上不同接入点广播的信标侦中承载的相应接入点状态信息，来搜索相应的接入点；或
发送主动探测帧给各个接入点，通过查看各个接入点反馈的状态信息，来搜索相应的接入点。
8.根据权利要求6所述的无线切换方法，其特征在于，所述步骤(3)中用户终端在搜索到的接入点中选取发送信号强度最大的接入点作为新的要接入的接入点。
9.根据权利要求6所述的无线切换方法，其特征在于，所述步骤(4)还包括步骤：
所述用户终端对与原接入点断开通信连接之前，且已和选取接入点建立通信连接状态下接收的承载数据内容相同的数据包采用的处理方式为：
在承载数据内容相同的数据包中随机选取一个进行处理；或
丢弃所有承载数据内容相同的数据包。
10.根据权利要求6～9中任一权利要求所述的无线切换方法，其特征在于，所述步骤(4)之后还包括步骤：用户终端在当前处于工作状态的无线网卡出现故障时，转移后续工作到冗余配置的另一个无线网卡上继续进行。
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