基于WiFi的漫游切换无缝接入技术研究.pdf

第 2期 2 0 1 1 年 z月 工矿 自 动化 1 ndu s t r y a nd M i n e Au t omat i o n N0．2 Fe b．2 0 1 1 文章编 号 1 6 7 1 --2 5 1 X 2 0 1 1 0 2 --0 0 0 6 0 3 DOI C NKI 3 2 1 6 2 7 ／ T P ． 2 0 1 1 0 1 2 4 ． 1 1 1 4 ． 0 1 4 基于 Wi F i 的漫游切换无缝接入技术研究 徐 茜 亮 ， 王 维 中煤 科工集 团常州 自动化研究 院 ， 江苏 常州 2 1 3 0 1 5 摘 要 分析 了传 统的 wi F i 网络 漫游切 换 的原理 ， 指 出身份验 证 过程 是 造成 切换 时 间长 的主要 因素 ， 进 而提 出了阂值切 换策略和 预先 身份验证 机 制 ， 即在 工作 站发 起 切 换 决策之 前进 行预 先 身份 验证 ， 将 获取 的 A P信息缓存 ， 在 工作站 正常通 信的过 程 中， 实时地 监 测 当前 AP的连接 状 况 ， 根 据 阂值切 换 策略 作 出判断 ， 确保切换 发起 的必要性和 可靠性 。该策略 和机制 可 以有 效缩短切 换 时 间，较好 地 实现 了工作 站在 AP之 间 的无缝接 入 ， 为 Wi Fi 的推 广应 用提 供 了技 术保 障。 关键 词 Wi F i ；漫游切换 ；AP ；工作站 ； 切换 时 间；无缝接 入 ； 预 先 身份 认证 ；闽值 切换 中图分类号 T D 6 5 5 文献标 识码 B 网络 出版 时 间 2 0 1 1 0 1 2 4 1 1 1 4 网络 出版地址 h t t p ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 O l l 0 1 2 4 ． 1 1 1 4 ． 0 1 4 ． h t ml Re s e a r c h o f Te c h n o l o g y o f S e a ml e s s Ac c e s s i n Ro a mi n g Ha n d o f f Ba s e d o n W i Fi XU Xi l i a n g． W ANG W e i Ch a n gz h ou Au t o ma t i o n Re s e a r c h I ns t i t ut e o f Chi na Co a l Te c hno l o g y a n d En gi ne e r i n g Gr ou p Cor p r a t i on，Cha n g z h o u 21 3 0 1 5，Ch i n a Ab s t r a c t Th e p a p e r a n a l y z e d p r i nc i p l e o f t r a d i t i o na l r o a mi n g h a nd o f f o f W i Fi n e t wo r k．po i n t e d o ut t ha t a u t h e n t i c a t i o n pr o c e s s i s a ma i n f a c t o r o f l o n g ha n do f f t i me．a nd pr o p os e d a r o a mi n g h a nd o f f s c he m e o f t hr e s h ol d ha n d of f s t r a t e g y a n d p r e a u t he nt i c a t i o n me c ha ni s m ，n a me l y pr e a u t h e nt i c a t i on i s ma d e b e f o r e wo r ks t a t i o n do e s ha n d o f f ， a n d g a i n e d AP i nf o r ma t i o n i s s t o r e d i n c a c h e； c o nn e c t i on s t a t us o f AP i S mo n i t o r e d i n r e a l t i me i n c o u r s e o f n o r ma l c o mmu n i c a t i o n o f wo r k s t a t i o n；wo r k s t a t i o n wi l l ma k e j u d g me n t a c c o r d i n g t o t he t hr e s h ol d ha nd of f s t r a t e g y t o e ns ur e n e c e s s i t y a nd r e l i a b i l i t y o f t he h a nd o f f ．Th e s t r a t e gy a n d me c ha ni s m c a n s h or t e n h a n do f f t i me e f f e c t i v e l y，r e a l i z e s e a m l e s s a c c e s s o f wo r ks t a t i o n i n APs ，whi c h p r o vi de s t e c h ni c a l s up po r t f or pr o mo t i o n a nd a pp l i c a t i o n o f W i Fi ． Ke y wo r d s W i Fi ， r o a mi ng ha n d of f ， AP， wo r ks t a t i o n，h a n d of f t i me， s e a ml e s s a c c e s s ， p r e a u t he nt i c a t i o n．t h r e s ho l d h a nd o f f 0 引 言 Wi F i Wi r e l e s s F i d e l i t y ， 尤 线 保 真 是 应 用 在 WL AN通信 领域 中较 为先进 的技术 之 一 。在 Wi F j 网络 中 ， AP负 责 构 建 接 入 网 以及 网络 间 的通 信 。 工作 站要进行 相互 通 信 就必 须 先 与 AP建 立 关联 。 收 稿 日期 2 0 1 0 1 0 2 9 基金项目 煤炭科学研究总院青 年创新基 金项 目 Tz J J 0 9 一 CZ一 4 Z 0 5 4 作者简介 徐茜亮 1 9 7 9 ～ ， 男， 山东 临沂 人 ， 工程 师 ， 硕 士， 2 0 0 5年6月毕业于重庆大学计算机 学院， 现主要从事煤矿通信方面 的研 究 工作 。E ma i l x x l l 9 7 9 2 0 0 3 y a h o o ． c o r i1 ． C i l 由于工作站 具有 可移 动性 ， 当其逐 渐 移 动 出正 在关 联 AP的覆盖 范 围 时 ， 则 必 然 会 和此 关 联 的 A P进 行断连 ， 而 与当前 位 置所 临 近 的另 外 一个 A P重 新 建立关联 ， 即漫游切换 处理』 。 目前 ， 在 Wi F i 网络 中 ， 工作 站 在 不 同 的 AP之 间进行 漫游切换 存在 较 长 的时 间延 迟 现象 ， 没 有达 到无 缝切换 接人 的效果 ， 必然会造成 用户体 验差 ， 尤 其 当用户 正 在 进 行 V o I P无 线 网 络 语 音 通 话 的 时 候 。 由于语 音 信 号 对 传 输 时 延 要 求 极 高 ， 而 Wi F i 网络 对语音传 输 的安 全性和 漫游没有 提供很好 的支 持 ， 较 长 的切 换时 延对语 音业务 的 Qo S必 然造成 了 一 定的影 响 。 2 0 1 1 年 第 2期 徐 茜亮 等 基 于 W i F i 的漫 游切换 无缝接 入技 术研 究 7 本 文基 于 Wi F i 的 WL AN 环境 ， 针对 工 作站 在 AP之 间漫游 切 换 存 在 的 时 问延 迟 问 题 ， 在 传 统 的 MAC层切换 方 式 上 进 行 研 究 ， 提 出 了 一 种 高 效 的 连接 策略 阈值切 换 策 略和 预 先 身份 验 证 机 制 ， 可 以缩 短切 换 时 间 ， 并 可 实 现工 作 站 在 AP之 间 漫 游切换 的无 缝接 入 。 1漫游切 换原 理 Wi F i 网络漫 游切换 的过 程 1 工作 站 和 当前 连接 的 AP断 连 ； 2 与 新 的 AP进 行 身 份 验 证 ； 3 重新 建立关 联 。如 图 1所 示 图 中数 字 为 时 序 号 ， 工 作站 和 AP进行 漫游 切换 接入 的 传统 实现 方 式 工作 站在 移动 过 程 中 ， 随着 距 离 的增 加 ， 与 AP 1 关 联 的信号 逐渐 衰减 ， 当信 号量 极低 时 ， 开 始检测 到 信 号 较 强 的 AP 2 ， 此 时 决 定 切换 ， 即先 和 当前 关 联 的 AP 1断连 ， 接着 与新 的 AP 2进行 身 份 验证 ， 请 求 接 人 ； AP 2对工 作站 进行 验证 ， 验 证 通 过后 ， 将 状 态 码 返 回 给 工 作 站 ；然 后 工 作 站 便 立 即 送 出 As s o c i a t i o n R e q u e s t F r a me 关 联请 求 帧 ， AP 2收 到 此帧后 会 对其进 行解 析 ， 一 旦 关联 请求 获 准 ， AP 2 会 返 回 Re s p o n d F r a me 响应 帧 给 工 作 站 ， 其 中包 括 S t a t e C o d e 状态 码 和 AI D 关联 标识 符 ， 此 时 ， 工 作 站 和 AP 2重 新 建 立 了 关 联 ， 漫 游 切 换 过 程 完 成 。 A PI ／ 一 ．_．一 ⋯ ⋯ 。 ⋯ ⋯ ‘n -．．．．．．．． 可见 ， 预先 身份验证 机制采用 了“ 先验证 再断连 然后重连 ” 的策 略 ， 将验证 过程在关联 前处理 完毕 。 3方式 对 比 传统 的漫游切 换方式 与采用预先 身份验证 机制 和阈值切换 策略 的漫游切换 方式 的对 比情 况 如表 1 所 示 。 从表 1可看 出 ， 传 统 的关 联过 程必 须 先进 行 身 份 验证 ， 然 后再进行关 联 ， 整 个过 程 5个 部分 不 可 分 割 ， 而身份验 证这 一部 分 在 整个 漫游 切换 过 程 中 耗 时最 多 。而预先身 份验 证 机 制将前 4个 部分 即 身份验证 过程 提前完成 ， 把身份 验证过程 先分割 } 十 { 去 ， 然后 根据实 际情况 如 先前关 联 AP的信 号量低 于某个 阈值 ， 采 用 阈值切 换方式 直接发送数 据给新 的 AP进行关 联通信 。此时 ， 省时效 果就 能体 现 传 统 的漫游 切换时 间需要 1 ～2 S ， 甚 至更长 时间 ， 而通 过预先身份 验证 改进 的漫游切 换耗 时只相 当于传 统 的 1 0％， 在 1 0 0 ms 左 右 。因此 ， 较 大程 度地 缩短 了 漫游切换 时间 ， 使漫游更 为通 畅 ， 进一步 实现 了工 作 站 在 AP之 间的无缝接 入 。 表 1 2种漫游切换方式时序对 比表 4 结 语 Wi F i 是 当前 wI AN 通 信 领 域 的研 究 热 点 ， 应 用 前景非 常广泛 ， 但其 自身 的不 足 导致 漫游 切 换 时 延 长 ， 并影 响 网络 Qo S 。基 于上 述 问题 重 点研 究分 析了传统的 Wi F i 漫游切换原理， 发现身份验证过 程 是造成切 换时延 长 的 重要 因 素 ， 并 进 一步 提 出 了 阈值 切换策 略和预 先 身份 验证 机 制 ， 可 以缩 短漫 游 切换 的时 间 ， 实现无 缝 接入 ， 并 为 Wi F i 的推 广应 用 提供 了技术保 障 。 参 考 文 献 [ 1 ] 倪维国， 董永强． 基于站 的 I E E E 8 0 2 ． 1 1 h ／ g无线局域 网快速切 换 方 案 [ J ] ． 东 南 大 学 学报 ， 2 0 0 8 2 1 4 9 1 5 4． E 2 3 唐 雄 燕． 宽 带 无 线接 入 技 术 及 应用wi MA x 与 Wi F i [ M] ． 北京 电子工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 张亮 ， 舒炎泰．I E E E 8 0 2 ． 1 1 无线局域网中分布式协调 功能 的改进[ J ] ． 计算机应用 ， 2 0 0 5 6 1 6 2 1 6 3 ． [ 4 ] MAT THE W S G．8 0 2 ． 1 1 Wi r e l e s s Ne t w o r k s Th e D e f i n i t i v e Gu i d e [ M] ． 2 E d ． 南 京 东南 大 学 出版 社 ， 2 O O7． [ 5 ] I S HWA R R，S A VA GE S ．S y n c S c a n P r a c t i c a l F a s t Ha n d o f f f o r 8 0 2 ．1 1 I n f r a s t r u c t u r e N e t w o r k s [ C] ／ ／ Pr oc e e di n gs I EEE I n t e r n a t i on a l Co nf e r e n c e o n Co mmun i c a t i o n s ． W a s h i n gt on DCI EEE Co mpu t e r So c i e t y Pr e s s， 2 00 5 67 5 - 68 4 ．