基於模糊規則的無線區域網切換方法
2023-06-17 14:02:51
專利名稱：基於模糊規則的無線區域網切換方法
技術領域：
本發明涉及數據傳輸技術領域，尤其涉及一種基於模糊規則的無線區域網切換方法。
背景技術：
隨著無線技術的快速發展，無線網絡，特別是基於IEEE802. 11標準協議的 WLAN(ffireless Local Area Network，無線區域網)已得到廣泛的應用。但由於WLAN功率 有限，其服務覆蓋區域也就受限。當移動臺要離開當前關聯AP (Access Point，接入點)的 覆蓋區域或者與其失去聯繫時，就必須斷開當前關聯，並與其他AP重新關聯，由此產生了 越區切換現象。
IEEE802. 11標準主要制定了無線區域網傳輸的物理層和媒質接入控制層方面的 規範，對於移動臺或終端如何在無線AP之間進行切換卻沒有作具體的規定。但標準卻規定 了同步、鑑權、關聯以及重關聯的過程，根據協議，無線區域網的切換過程由以下三個過程 組成
掃描過程
當本接入點的接收信號強度低於掃描門限時，啟動掃描過程。
掃描過程根據掃描模式的不同又分成被動掃描和主動掃描兩種。其中，被動掃描 模式下，終端依次在無線區域網的信道上檢測信標幀(Beacon Frame)是否存在，信標幀通 常以IOOms左右的周期發送。終端接收到Beacon幀後，根據信標幀的參數完成與AP的同步。
在主動掃描模式下，終端為了探測某信道上是否有AP存在，主動發送探詢請求 幀，當AP接收到探詢請求幀後，會發送一個探詢響應幀給該移動臺。該移動臺根據探詢響 應幀的參數完成與AP的同步。
被動掃描過程的優點是比較節電，缺點則是掃描的時延比較長。主動掃描則相反， 在實際的無線區域網網絡中，切換通常採用主動掃描過程。
鑑權過程
在鑑權階段，移動臺與上一階段發現的最佳的AP進行鑑權。一般情況下，移動臺 在掃描周期結束後立即與新AP進行鑑權，這個過程由移動臺發起鑑權請求，以新AP發送鑑 權響應結束。
重關聯過程
一旦移動臺與新的AP鑑權通過，重關聯過程就立即進行。如鑑權過程一致，由移 動臺發起重關聯請求，以新AP發送重關聯響應結束。
從以上的描述可以看出，無線區域網的切換延時主要受掃描過程的掃描延時(被 動掃描模式)或探詢延時(主動掃描模式)影響。
城市軌道交通中的車地通信
CBTC(Communication-Based Train Control，基於通信的列車控制系統)信號系統作為控制列車運行的關鍵系統，在任何情況下均不允許出現系統故障，保障高安全、高可 靠是CBTC系統的最高設計原則。目前的CBTC系統通常採用2. 4GHz的頻段進行數據傳輸， 並且其中相當大一部分採用無線區域網技術。
由於有線乙太網技術的高帶寬和成熟性，無線區域網的性能就成為了 CBTC中車 地無線通信系統的瓶頸，而其中最主要的參數是數據丟包率和延時。在IEEE 1474. 1 (2004) 標準中，規定車地通信和地車通信的延時不能超過0. 5 2秒，否則列車將會緊急制動。現 場測試結果表明，列車在不同的接入點之間的切換中斷時間是影響車地通信中丟包率和延 時時間最為關鍵的因素。
一般情況下，觸發切換的條件與信號質量相關的某個參數低於特定的門限。由於 軌道交通是一維度的方式，因此，車地通信也是具有一維度特色的。即，接入點沿軌道線路 布置，移動臺在每個接入點的覆蓋範圍內與其進行信息關聯。在目前CBTC的車地通信中， 會出現多種媒介同時存在的情況，包括自由空間、漏洩波導、漏洩同軸電纜，尤其又以自由 空間為主，漏洩波導為輔。
以自由空間為傳輸媒介為了車地通信達到最好的效果，通常移動臺和軌旁AP(接 入點)的天線是定向天線。如
圖1所示，移動臺運行方向不同，其接收小區內接入點的信號 強度變化方式不同，由此會對切換性能帶來不同的影響。圖1(a)中，隨著移動臺的移動，小 區內當前接入點的信號強度是越來越強，當發生切換時，當前接入點的信號強度由最強到 最弱，而鄰近接入點的AP信號也是非常弱，這種情況下的切換效果就非常不理想，其主要 原因在於進入突然，無法漸進地達到掃描門限，由於此時鄰近接入點的信號強度也很低，掃 描過程無法搜尋到合適的接入點，就增加了掃描時間，從而切換時間也變長；圖1(b)中的 情形就比較符合正常的切換現象，當前接入點的信號強度逐漸變弱，在切換時，鄰近接入點 的信號強度變為最強，這樣切換會正常發生，切換效果也比較理想。同樣，在以波導管為主 要傳輸方式的情況下也有類似的現象。此時，漏洩波導從縫隙中發出信號，同時移動臺以平 板天線接收；反之，移動臺通過平板天線發出的信號，可以通過縫隙耦合到漏洩波導中。圖 2顯現的是波導管的安裝情況，在兩端波導管之間會有接近一米的通信中斷距離。為了有更 好的切換效果，增大無線信號的覆蓋範圍，波導管末端的負載設置為漏洩負載，導行波可以 通過短路片透射到自由空間中。這樣就有效的減小甚至消除通信中斷距離。但是，如使用 定向天線的自由波傳輸方式相同，如果迎著漏洩負載透射的方向，則有比較好的切換效果； 反之，切換效果不理想。
究其原因是切換機制單一，無法適應多種情況下的切換。 發明內容
(一)要解決的技術問題
本發明要解決的技術問題在於，如何克服現有的無線區域網切換方法中存在的切 換機制單一以及因掃描延時或探尋延時造成的切換延時的缺陷，以改善無線區域網切換性 能。
( 二 )技術方案
為解決上述技術問題，本發明的技術方案提供了一種基於模糊規則的無線區域網 切換方法，所述方法包括
Sl 移動臺接收預置時間段內當前關聯接入點和相鄰接入點以預定時間間隔發送 的信標幀，獲取並存儲其信號強度；
S2:移動臺通過模糊控制方法對當前接入點的信號強度值、鄰近接入點的信號強 度值、當前接入點在所述預置時間段內的信號強度變化率、鄰近接入點在所述預置時間段 內的信號強度變化率分別進行模糊化處理，獲得表徵信號強度水平及其變化狀態的模糊數 據；
S3:移動臺根據預置的模糊規則，將所述模糊數據作為輸入進行模糊推理，獲得包 含移動臺切換方式的推理輸出，並根據所述推理輸出確定目標接入點；
S4 移動臺與目標接入點進行鑑權；
S5 鑑權通過後，移動臺向目標接入點發送重關聯信號；
當移動臺接收到重關聯響應信號，並且重關聯建立成功時，切換完成。
進一步地，所述步驟S2還包括移動臺通過第一隸屬度函數將當前接入點的信號 強度值、鄰近接入點的信號強度值、當前接入點在所述預置時間段內的信號強度變化率、鄰 近接入點在所述預置時間段內的信號強度變化率分別標識為不同的級別。
其中，所述第一隸屬度函數為
權利要求
1.一種基於模糊規則的無線區域網切換方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟51移動臺接收預置時間段內當前關聯接入點和相鄰接入點以預定時間間隔發送的ii 標幀，獲取並存儲其信號強度；52移動臺通過模糊控制方法對當前接入點的信號強度值、鄰近接入點的信號強度值、 當前接入點在所述預置時間段內的信號強度變化率、鄰近接入點在所述預置時間段內的信 號強度變化率分別進行模糊化處理，獲得表徵信號強度水平及其變化狀態的模糊數據；S3:移動臺根據預置的模糊規則，將所述模糊數據作為輸入進行模糊推理，獲得包含移 動臺切換方式的推理輸出，並根據所述推理輸出確定目標接入點；54移動臺與目標接入點進行鑑權；55鑑權通過後，移動臺向目標接入點發送重關聯信號；當移動臺接收到重關聯響應信號，並且重關聯建立成功時，切換完成。
2.如權利要求1所述的基於模糊規則的無線區域網切換方法，其特徵在於，所述步驟 S2還包括移動臺通過第一隸屬度函數將當前接入點的信號強度值、鄰近接入點的信號強 度值、當前接入點在所述預置時間段內的信號強度變化率、鄰近接入點在所述預置時間段 內的信號強度變化率分別標識為不同的級別。
3.如權利要求2所述的基於模糊規則的無線區域網切換方法，其特徵在於，所述第一 隸屬度函數為
4.如權利要求1所述的基於模糊規則的無線區域網切換方法，其特徵在於，所述模糊 推理輸出為離散值。
5.如權利要求1所述的基於模糊控制的無線區域網切換方法，其特徵在於，步驟S3中 所述推理輸出包括。通過主動掃描選擇目標接入點；或，跳過掃描階段，直接選擇鄰近接入點為目標接入點；或，維持當前狀態。
6.如權利要求1所述的基於模糊控制的無線區域網切換方法，其特徵在於，所述預置 的模糊規則包括通過第二隸屬度函數確定移動臺的切換方式；所述第二隸屬度函數為
全文摘要
本發明提供了一種基於模糊規則的無線區域網的切換方法，包括在移動臺，S1接收預置時間段內當前關聯接入點和相鄰接入點發送的信標幀，獲取並存儲其信號強度；S2對當前接入點和鄰近接入點的信號強度值及其變化率分別進行模糊化處理，獲得表徵信號強度水平及其變化狀態的模糊數據；S3根據預置的模糊規則，將所述模糊數據作為輸入進行模糊推理，獲得包含移動臺切換方式的推理輸出，並確定目標接入點；S4與目標接入點進行鑑權；S5鑑權通過後，向目標接入點發送重關聯信號；重關聯建立成功時，切換完成。根據本發明的方法，移動臺可以根據當前接入點和鄰近接入點的信號強度及其變化情況自適應調整切換機制，達到更好的切換效果。
文檔編號H04W12/06GK102045720SQ20101062255
公開日2011年5月4日 申請日期2010年12月28日 優先權日2010年12月28日
發明者寧濱, 步兵, 王洪偉, 蔣海林 申請人:北京交通大學