[发明专利]一种实现WLAN轨道通信系统快速切换的方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种实现WLAN轨道通信系统快速切换的方法。

背景技术

在现有的车地无线通信系统中，主要是地面的有线网和车地之间的窄带无线通信技术，缺乏实现行驶中的列车与地面控制中心无线宽带通信的手段，使得综合监控系统的一些功能在车地间无法实现，比如车厢内视频监控图像的实时上传(属于CCTV系统)，多媒体PIS车载信息实时下传，行驶中的车辆、旅客状态信息传输。

WLAN是指一系列以IEEE802.11协议族为代表的无线局域网技术，其以大容量，高带宽，技术设备成熟等优点获得广泛的应用。轨道交通即采用WLAN做为传输技术，解决高速移动中列车与轨旁WLAN接入点间的快速切换问题。如图1所示，802.11无线局域网络主要由以下几个元素组成：

1、无线工作站(Stations，STA)：STA是带有无线网络接口的设备，可支持自由移动，支持高宽带。

2、WLAN接入点(Access Point，AP)：AP是用于无线网络的交换机，是移动终端STA与WLAN的接入点。

3、基本业务集(Basic Service Set，BSS)：在BSS模式下至少有一个AP作为网络的管理设备来管理所有的STA，向STA提供接入和传输服务。BSS是局域网构成的基本单元，也可以理解成一个整体的范围，在此范围内的STA可以保持通信，但超出这个范围的STA就不能和BSS内的STA进行通信。

4、扩展业务集(Extend Servece Set，ESS)：为了扩展无线局域网的覆盖范围，增加终端的移动性，多个BSS可以联合组成扩展业务集。

5、独立基本业务集(Independent Basic Service Set，IBBS)：一个最小的BBS可以包括两个工作站，只通过局域网不通过其它媒介进行通话，也叫Ad-hoc自组网模式。

6、分发系统(Distribution System，DS)：DS是通过AP间的无线连接实现BSS的连接。

在基于WLAN的轨道交通系统中，STA与AP的切换过程主要分为三个阶段，如图2所示：

1、扫描阶段：在使用任何网络之前，首先必须找出网络的存在。在无线局域网中，STA在加入网络之前必须有识别过程。在所在的区域识别现有网络过程就是扫描。当列车上的STA远离当前AP时，当前AP的信号强度与SNR都发生恶化，而新AP的SNR在上升过程中，新旧AP的SNR或信号强度满足一定的门限时，即开始扫描阶段。常见的扫描方式有：主动扫描和被动扫描。

(1)主动扫描：用户预先配有一个信道列表，STA在信道列表中的信道上广播探寻请求帧。AP收到探寻请求帧之后，回应探寻响应帧，如图3所示。如果STA在信道最小响应时间(MinChennelTime)内没有接收到该信道的探寻响应帧，则会扫描下一信道；如果STA接收到探寻响应帧，则会一直接收到信道最大响应时间(MaxChennelTime)，停止接收探寻响应帧，扫描下一信道。信道全部扫描后，STA会选择信号最强的AP进行关联。现在一般性设备都采用主动扫描方式。

(2)被动扫描：被动扫描是指STA通过侦听AP定期发送的信标帧来发现网络。用户预先配有用于扫描的信道列表，在每个信道上监听信标。被动扫描要求AP周期性发送信标帧。但这种扫描方式实时性较差，当用户需要节省电量时，可以使用被动扫描。

2、认证阶段：802.11认证要求一个STA发送帧之前先确定自己的标识。认证机制包括两种，共享系统认证以及共享密钥认证。只有通过认证后才能进入关联/重关联阶段。

3、关联/重关联阶段：一旦认证完成之后，STA就可以跟AP进行关联(或者跟新的接入点进行重关联)，以便获得完整的网络访问权。重关联过程与关联过程类似，在AP和STA的交互上没有区别。当STA从某个AP的覆盖范围转移到另一个AP时，就要进行重关联。

在切换的三个阶段中，扫描阶段的时延占整个切换过程的90％左右的时间，而以目前采用主动全扫描信道的方法，切换过程大至需要200ms以上的时间来完成，在轨道交通环境下，这样的切换时延对绝大多数的业务来说，都是无法接受的，特别是在对带宽及数据传输要求较高的视频监控系统中，会导致图像传输不连贯及出现马赛克等问题，所以在扫描阶段入手以减小扫描时间是现在减小切换延时实现快速切换的主要方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种实现WLAN轨道通信系统快速切换的方法，该方法大大减小了每次切换都全扫描所有信道产生的切换时延。