一种多无线模块快速切换方法.pdf

一种多无线模块快速切换方法，包括：由独立的主无线模块负责前台无线传输任务，同时由独立的从无线模块负责后台扫描任务，实现前台无线传输和后台扫描的并发工作；当从无线模块寻找到新的信号质量更优的目标AP时，则切换到目标AP，形成从链路；当从链路的传输性能优于主链路时，切换两条链路的主从位置；依据切换过的链路更新二层路由；循环执行上述进程。本发明的优点在于：由于在执行主/从链路切换时从链路已经优于主链路，所以本方法实现了真正的网络无缝切换，相对于现有的站点主动切换方法和IAPP方法均无法实现车载快速移动应用，在车辆行驶过程中执行AP间切换时有明显的网络中断，基于本方法的产品可以保持不间断的网络连接。

1.  一种该多无线模块快速切换方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)首先采用主无线模块以及从无线模块，由独立的主无线模块负责前台无线传输任务，同时由独立的从无线模块负责后台扫描任务，实现前台无线传输和后台扫描的并发工作；
2)当从无线模块寻找到新的信号质量更优的目标无线接入点时，则切换到目标无线接入点，形成从链路，即从无线模块与目标无线接入点构成的链路；
3)从链路的传输性能逐步得到优化；
4)当从链路的传输性能优于主链路时，切换两条链路的主从位置，即将原从链路切换为主链路，将原主链路切换为从链路；
5)依据切换过的链路更新二层路由；
6)返回步骤1)，循环执行上述进程。

2.  如权利要求1所述的一种多无线模块快速切换方法，其特征在于：所述步骤1)进一步包括：
主无线模块以及从无线模块分别驱动为1号网络接口、2号网络接口，然后采用绑定模块将1号网络接口和2号网络接口捆绑在一起并虚拟为一个网络接口；
1号网络接口与当前无线接入点保持正常的数据通信，同时由主链路监测子程序报告当前无线接入点的各种信息，2号网络接口则周期性扫描周围的无线接入点，同时由从链路监测子程序报告目标无线接入点的各种信息。

3.  如权利要求2所述的一种多无线模块快速切换方法，其特征在于：所述步骤2)进一步包括：2号网络接口周期性扫描周围的无线接入点以更新候选无线接入点列表，并选取最优无线接入点作为目标无线接入点接入，形成从链路。

4.  如权利要求2所述的一种多无线模块快速切换方法，其特征在于：所述主链路监测子程序包括依次进行的下述步骤：
获取主链路状态，包括当前无线接入点的各种信息；
判断当前主链路有无正常连接？若无连接，则重新连主链路，然后重新获取主链路状态，若正常连接，进入下一步；
该连接是否非法？若连接非法，则重新连主链路，然后重新获取主链路状态，若连接合法，则直接返回重新获取主链路状态步骤。

5.  如权利要求2所述的一种多无线模块快速切换方法，其特征在于：所述从链路监测子程序包括依次进行的下述步骤：
获取从链路状态，包括目标无线接入点的各种信息；
判断从链路有无正常连接？若无连接，则重新连从链路，然后重新获取从链路状态，若正常连接，进入下一步；
该连接是否非法？若连接非法，则重新连从链路，然后重新获取从链路状态，若连接合法，则直接返回重新获取从链路状态步骤。

6.  如权利要求3所述的一种多无线模块快速切换方法，其特征在于：所述步骤4)进一步包括：当判决子程序发现从链路优于主链路时，则执行主/从链路的切换，由2号网络接口负责正常的数据传输而1号网络接口进行周期性扫描。

7.  如权利要求6所述的一种多无线模块快速切换方法，其特征在于：所述判决子程序包括依次进行的下述步骤：
步骤510：首先判断当前无线接入点是否很好？若很好，则结束程序；否则，进入下一步；
步骤512：判断当前无线接入点是否很差？若很差，则进入步骤514，若不是很差，则进入步骤520；
步骤514：判断目标无线接入点是否很差，若很差，则结束程序，否则，切换回来；
步骤520：当前无线接入点下降？若是，进入步骤524，否则，进入步骤522；
步骤522：判断目标无线接入点是否很好，若不是，则结束程序，若是，则切换回来；
步骤524：判断目标无线接入点是否很好，若是，则切换回来，若不是，则进入步骤526；
步骤526：判断目标无线接入点是否很差，若是，则结束程序，若不是，则进入步骤528；
步骤528：判断目标无线接入点是否上升，若是，则切换回来，若不是，则结束程序。

8.  如权利要求1所述的一种多无线模块快速切换方法，其特征在于：所述主无线模块及从无线模块分别集成在基于嵌入式系统的正反面。

一种多无线模块快速切换方法
【技术领域】
本发明是关于一种无线网络中交通干线无线宽带的接入方法，特别是指一种多无线模块快速切换方法。
【背景技术】
快速切换是交通干线无线宽带接入遇到的关键技术难题之一。传统WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)的AP(Access Point，无线接入点)间切换时间在1～2s以内，无法满足交通干线的快速移动应用。在高速公路，汽车的最快行驶速度达到120km/h，而我国现在的高速铁路已经达到200公里/小时以上，也就是接近40m/s。由于WiFi的覆盖距离有限，即使采用定向天线沿道路进行定向覆盖，为保证较好的接入效果，其覆盖距离一般均在1公里内。以普通AP的切换速度，快速行驶的车辆从进入AP覆盖区域到离开，其驻留时间不到25s，而信号质量较好的时间还不到20s，严重影响信息的传输，特别是对于流媒体的传输。
根据802.11协议定义的站点主动切换方法，在同一个扩展服务集(ESS，Extended Service Set)中，当STA(Station，无线站点)失去当前连接后，STA将执行AP扫描过程并根据空口信号质量，选择其中信号最强的AP作为切换目标接入。802.11s定义了支持快速的AP间切换方法IAPP(Inter-Access Point Protocol，接入点互操作协议)，IAPP方法在当前连接完全中断前就可以切换到一个信号质量更优的目标AP，其切换性能相对站点主动切换方法有了显著提高。
采用802.11的站点主动切换方法，除了数百毫秒的切换延时之外，还具有以下3个方面的缺陷：1)所有AP必需归属于同一个ESS，即配置为相同的ESSID(ESS标识号)；而只要配置为相同的ESSID，该AP则成为STA的接入目标；2)在执行AP切换前，其传输性能已经急剧恶化；3)在执行AP切换后，其传输性能的优化也是一个缓慢的过程。
而对于IAPP方法，由于STA仅有一个无线模块，它具有如下2个方面的缺陷：1)后台扫描进程将使前台无线传输过程中断数百毫秒；2)在执行AP切换后，其传输性能的优化仍然是一个缓慢的过程。
对于车载通信网关，由于其车-地无线传输链路需要承载整个车载网络对外通信的数据流，前台无线传输通常没有空闲时间留给后台扫描进程进行邻近AP扫描。没有后台扫描就没法找到新的目标AP。显然，后台扫描是IAPP切换方法的关键，而如果强制进行后台扫描，则每次均将使前台无线传输中断数百毫秒。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于针对上述IAPP方法的两个关键缺陷，提供一种支持AP间无缝切换的多无线模块快速切换方法。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种多无线模块快速切换方法，包括如下步骤：
1)首先采用主无线模块以及从无线模块，由独立的主无线模块负责前台无线传输任务，同时由独立的从无线模块负责后台扫描任务，实现前台无线传输和后台扫描的并发工作；
2)当从无线模块寻找到新的信号质量更优的目标无线接入点时，则切换到目标无线接入点，形成从链路，即从无线模块与目标无线接入点构成的链路；
3)从链路的传输性能逐步得到优化；
4)当从链路的传输性能优于主链路时，切换两条链路的主从角色，即将原从链路切换为主链路，将原主链路切换为从链路；
5)依据切换过的链路更新二层路由；
6)返回步骤1)，循环执行上述进程。
该发明可进一步具体为：
所述步骤1)进一步包括：
主无线模块以及从无线模块分别驱动为1号网络接口(例如标志符为wlan0)和2号网络接口(例如标志符为wlan1)，然后采用绑定模块bonding，以主从模式(Acitve-Backup)将1号网络接口和2号网络接口捆绑在一起并虚拟为一个网络接口(例如标志符为bond0)；
1号网络接口与当前无线接入点保持正常的数据通信，同时由主链路监测子程序报告当前无线接入点的各种信息，2号网络接口则周期性扫描周围的无线接入点，同时由从链路监测子程序报告目标无线接入点的各种信息。
所述步骤2)进一步包括：2号网络接口周期性扫描周围的无线接入点以更新候选无线接入点列表，并选取最优无线接入点作为目标无线接入点接入，形成从链路。
所述主链路监测子程序包括依次进行的下述步骤：
获取主链路状态，包括当前无线接入点的各种信息；
判断当前主链路有无正常连接？若无连接，则重新连主链路，然后重新获取主链路状态，若正常连接，进入下一步；
该连接是否非法？若连接非法，则重新连主链路，然后重新获取主链路状态，若连接合法，则直接返回重新获取主链路状态步骤。
所述从链路监测子程序包括依次进行的下述步骤：
获取从链路状态，包括目标无线接入点的各种信息；
判断从链路有无正常连接？若无连接，则重新连从链路，然后重新获取从链路状态，若正常连接，进入下一步；
该连接是否非法？若连接非法，则重新连从链路，然后重新获取从链路状态，若连接合法，则直接返回重新获取从链路状态步骤。
所述步骤4)进一步包括：当判决子程序发现从链路优于主链路时，则执行命令，以实现主/从链路的切换，然后交换主从无线模块的标志符名称，切换后，原来的主/从无线模块相互对调角色。
所述判决子程序包括依次进行的下述步骤：
步骤510：首先判断当前无线接入点是否很好？若很好，则结束程序；否则，进入下一步；
步骤512：判断当前无线接入点是否很差？若很差，则进入步骤514，若不是很差，则进入步骤520；
步骤514：判断目标无线接入点是否很差，若很差，则结束程序，否则，切换回来；
步骤520：当前无线接入点下降？若是，进入步骤524，否则，进入步骤522；
步骤522：判断目标无线接入点是否很好，若不是，则结束程序，若是，则切换回来；
步骤524：判断目标无线接入点是否很好，若是，则切换回来，若不是，则进入步骤526；
步骤526：判断目标无线接入点是否很差，若是，则结束程序，若不是，则进入步骤528；
步骤528：判断目标无线接入点是否上升，若是，则切换回来，若不是，则结束程序。
所述主无线模块及从无线模块分别集成在基于嵌入式系统的正反面，从而避免了彼此间的无线干扰。
本发明一种多无线模块快速切换方法的优点在于：由于将WiFi的AP间切换转换为主/从链路切换，所以本方法实现了AP间切换时的不间断网络连接；由于在执行主/从链路切换时从链路已经优于主链路，所以本方法实现了真正的无缝切换。从而，多无线模块快速切换方法解决了IAPP切换方法存在的两个缺陷，可以支持AP间的无缝切换。相对于现有的站点主动切换方法和IAPP方法均无法实现车载快速移动应用，在车辆行驶过程中执行AP间切换时有明显的网络中断，基于本方法的产品可以保持不间断的网络连接。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
图1是本发明一种多无线模块快速切换方法的工作原理图。
图2是本发明一种多无线模块快速切换方法的工作流程图。
图3是主链路监测子程序流程图。
图4是从链路监测子程序流程图。
图5是判决子程序流程图。
【具体实施方式】
该多无线模块快速切换方法采用两块以上的无线模块，包括主无线模块以及从无线模块，其中主无线模块负责前台无线传输任务，从无线模块负责后台扫描。
该多无线模块快速切换方法包括如下步骤：
1)由独立的主无线模块负责前台无线传输任务，同时由独立的从无线模块负责后台扫描任务，从而实现前台无线传输和后台扫描的并发工作；
2)当从无线模块寻找到新的信号质量更优的目标AP时，则切换到目标AP，形成从链路，即从无线模块与目标AP构成的链路；
3)从链路的传输性能逐步得到优化；
4)当从链路的传输性能优于主链路时，切换两条链路的主从位置，即将原从链路切换为主链路，将原主链路切换为从链路；
5)依据切换过的链路更新二层路由；
6)返回步骤1)，循环执行上述进程。
请参阅图1及2，下面对本发明进行更详细的阐述。
本发明一种多无线模块快速切换方法首先需要进行硬件部分的配置，基于嵌入式系统(如IXP425)集成了多个无线模块，如正反面各一个无线模块，分别作为主无线模块及从无线模块，分别实现前台无线传输任务和后台扫描任务的并行工作。
软件部分作为硬件驱动和主控程序，实现AP间的无缝切换，其工作原理如图1所示，主无线模块以及从无线模块分别驱动为1号网络接口10(例如标志符为wlan0)、2号网络接口20(例如标志符为wlan1)，然后采用网卡绑定模块bonding 30将1号网络接口10和2号网络接口20捆绑在一起并虚拟为一个网络接口40(例如标志符为bond0)。其中，1号网络接口10和2号网络接口20采用主/从模式，由主无线模块负责前台无线传输任务，即1号网络接口10与当前无线接入点(AP)在进行的正常数据传输，同时从无线模块进行后台扫描，即2号网络接口20扫描到并接入目标无线接入点(AP)，当目标无线接入点的信号质量更好时，则执行主/从链路切换：此时2号网络接口20成为主无线模块，负责数据传输，与其连接的目标无线接入点成为当前无线接入点，而1号网络接口10则成为从无线模块，开始扫描新的目标无线接入点。由于1号网络接口10和2号网络接口20虚拟为一个网络接口40，所以对于上层网络应用则完全是透明的。
该多无线模块快速切换方法的工作流程如图2所示，包括如下步骤：
初始化；
1号网络接口10与当前无线接入点保持正常的数据通信，同时由主链路监测子程序报告当前无线接入点的各种信息，包括信号质量信息、基站子系统标识(BSSID，Base Station Subsystem Density)、扩展服务集标识(ESSID)等信息；
2号网络接口20则周期性扫描周围的无线接入点以更新候选无线接入点列表，并选取最优无线接入点作为目标无线接入点接入；
同时由从链路监测子程序报告目标无线接入点的各种信息，包括信号质量信息、基站子系统标识、扩展服务集标识等信息；
当判决子程序发现从链路优于主链路时，则执行主/从链路的切换，由2号网络接口20负责正常的数据传输而1号网络接口10进行周期性扫描，重复上述过程。
请参阅图3，上述主链路监测子程序包括依次进行的下述步骤：
获取主链路状态，包括当前无线接入点的各种信息：信号质量信息、基站子系统标识(BSSID，Base Station Subsystem Density)、扩展服务集标识(ESSID)等信息；
判断当前主链路有无正常连接？若无连接，则重新连主链路，然后重新获取主链路状态，若正常连接，进入下一步；
该连接是否非法？若连接非法，则重新连主链路，然后重新获取主链路状态，若连接合法，则直接返回重新获取主链路状态步骤。
请参阅图4，上述从链路监测子程序包括依次进行的下述步骤：
获取从链路状态，包括目标无线接入点的各种信息：信号质量信息、基站子系统标识(BSSID，Base Station Subsystem Density)、扩展服务集标识(ESSID)等信息；
判断从链路有无正常连接？若无连接，则重新连从链路，然后重新获取从链路状态，若正常连接，进入下一步；
该连接是否非法？若连接非法，则重新连从链路，然后重新获取从链路状态，若连接合法，则直接返回重新获取从链路状态步骤。
请参阅图5，上述判决子程序包括依次进行的下述步骤：
步骤510：首先判断当前无线接入点是否很好？若很好，则结束程序；否则，进入下一步；
步骤512：判断当前无线接入点是否很差？若很差，则进入步骤514，若不是很差，则进入步骤520；
步骤514：判断目标无线接入点是否很差，若很差，则结束程序，否则，切换回来；
步骤520：当前无线接入点下降？若是，进入步骤524，否则，进入步骤522；
步骤522：判断目标无线接入点是否很好，若不是，则结束程序，若是，则切换回来；
步骤524：判断目标无线接入点是否很好，若是，则切换回来，若不是，则进入步骤526；
步骤526：判断目标无线接入点是否很差，若是，则结束程序，若不是，则进入步骤528；
步骤528：判断目标无线接入点是否上升，若是，则切换回来，若不是，则结束程序。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。