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CN112887921B - 一种减少wapi cpe设备在ap间切换时丢包的方法与设备 - Google Patents

一种减少wapi cpe设备在ap间切换时丢包的方法与设备 Download PDF

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CN112887921B CN202110091748.7A CN202110091748A CN112887921B CN 112887921 B CN112887921 B CN 112887921B CN 202110091748 A CN202110091748 A CN 202110091748A CN 112887921 B CN112887921 B CN 112887921B
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Abstract

本发明公开了一种减少WAPI CPE设备在AP间切换时丢包的方法与设备,包括基于无线网络的WAPI CPE设备；WAPI CPE设备设置有两个无线射频接口A和B，最初WAPI CPE设备同时连接第一AP建立第一主用无线连接M和第一备用无线连接S，并用第一主用无线连接M传输无线流量；WAPI CPE在移动过程中将无线连接切换到第二AP时，实施以下流量保护方法：CPE将上行无线流量切换第一备用无线连接；CPE断开第一主用无线链路，然后用射频接口A与第二AP建立第二主用无线链路；将CPE上行流量切换到第二主用无线链路；断开第一备用无线链路，并用射频接口B同第二AP建立第二备用无线链路；通过本发明能有效减少WAPI CPE设备进行AP切换时的流量丢包，达到相关流量丢包时间低于50毫秒的水平。

Description

一种减少WAPI CPE设备在AP间切换时丢包的方法与设备
技术领域
本发明涉及一种WAPI无线网络技术，具体涉及一种减少WAPI CPE设备在 AP间切换时丢包的方法与设备。
背景技术
随着物联网应用的广泛发展，基于WLAN技术的宽带物联网也得到越来越多的应用，特别是基于WAPI技术的WLAN网络，在一些工业现场、关键基础设施等领域的应用越来越多，因为WAPI(Wireless LAN Authentication and Privacy Infrastructure，无线局域网鉴别和保密基础结构)通过采用证书来标识无线接入点(AP)和无线终端(STA)的身份，基于三元认证体系统进行AP和STA的身份认证，确保了无线接入认证的安全性。在这些无线网络中，WAPI用户侧设备即WAPI CPE(Customer Premise Equipment)设备作为一种无线网络的终端设备，在工业现场、关键基础设施等场景中的应用也越来越多，特别是近年来基于无线联网的机器人巡检应用；
WAPI CPE在AP间切换时会出现700～3000ms的丢包，这对于一些关键应用形成影响，比如智能变电站机器人巡检应用中，上述丢包时间过长引起视频卡顿进而影响视频观察，特别是影响基于视频数据分析的设备状态分析等业务。
发明内容
WAPI无线终端设备CPE在AP间切换时丢包时间过长，其原因包括：
无线终端在AP间切换时，会先断开当前所连AP，然后再关联新AP，并进行链路层的认证，在WAPI无线网络中链路层是基于OPEN认证方式即不作链路层认证，但无线终端与AP间的链路层认证仍然不会减少。此过程需要一定的时间。
无线终端在AP间切换时还需要进行无线接入认证，基于WAPI接入认证的过程中，涉及到无线终端、AP、认证服务器之间的多次交互，也会耗掉一定的时间。若AP和WAPI CPE设备支持预认证则可以通过快速漫游省掉此段时间花费。但在WAPI证书认证方式中，即使AP支持WAPI预认证可以进行快速漫游，但如果CPE与即将连接的AP没有进行过首次三元认证，那么终端与即将连接的 AP之间没有共享的BKID即基密钥ID从而WAPI终端无法与AP进行快速漫游。
无线终端与AP之间进行密码协商也需要花费掉一定时间。
当前并没有减少WAPI无线终端从当前所连接AP切换到另一个相邻AP时的丢包时间的方法，更没有将此丢包时间减少到低于50毫秒的方法与设备。
本发明所要解决的技术问题是提供了一种减少WAPI CPE设备在AP间切换时丢包的方法与设备；通过设置让WAPI CPE设备具备两个无线射频硬件，并同时能与无线网络的AP建立两个无线连接，选择其中一个作为主用无线链路，另一个作为备用无线链路，能有效减少WAPI CPE设备在WAPI无线网络中进行AP 切换时的流量丢包，达到相关流量丢包时间低于50毫秒的水平，从实际测试来看可以降低到20～30毫秒的水平。
本发明减少WAPI CPE设备在AP间切换时丢包的设备是通过以下技术方案来实现的：包括基于无线网络的WAPI CPE设备；无线网络中设置有第一AP、第二AP、第一终端以及第二终端；WAPI CPE设备内设置有无线射频接口A和无线射频接口B；无线射频接口A和无线射频接口B连接第一AP，形成第一主用无线链路M和第一备无线链路S；无线网络通过第一主用无线链路M传输流量；
第一终端和第二终端连接WAPI CPE设备；第一AP和第二AP之间连接有GW 网关。
本发明减少WAPI CPE设备在AP间切换时丢包的方法是通过以下技术方案来实现的：第一步：WAPI CPE设备将上行流量切换至第一备无线链路S，然后读取WAPI CPE设备中的终端IP-MAC表获取WAPI CPE设备所连接终端的IP地址，针对每个终端IP地址通过第一备无线链路S广播免费ARP通告，引导无线网络到CPE的下行流量快速切换到第一备用无线连接S，其中免费ARP的发送者MAC为射频B的MAC地址、发送者IP地址为终端的IP地址。
第二步：WAPI CPE设备断开与第一AP之间连接的第一主用无线链路M；然后与第二AP建立有第二主用无线链路M。
第三步：WAPI CPE将上行流量切换到第二主用无线链路M，然后读取WAPI CPE 设备中的终端IP-MAC表获取CPE所连接终端的IP地址，针对每个终端IP地址通过第二主用无线链路M广播免费ARP通告，引导无线网络到CPE的下行流量快速切换到第二无线连接M，其中免费ARP的发送者MAC为射频A的MAC地址、发送者IP地址为终端的IP地址。
第四步：WAPI CPE设备断开与第一AP之间连接的第一备无线链路S，并与第二AP建立有第二备用无线链路S。
本发明的有益效果是：通过将WAPI CPE设备设计为具备射频接口A和射频接口B两个无线射频硬件，并同时能与无线网络的第一AP建立两个无线连接，选择其中一个作为主用无线链路，另一个作为备用无线链路，即WAPI CPE设备在切换AP前，先将上行无线流量切换到第一备用无线链路，并通过备用无线链路广播针对WAPI CPE所连接全部终端的免费ARP到无线网络中，其中免费ARP 的发送者MAC地址为WAPI CPE设备备用无线链路相关的射频接口的MAC地址, 发送者IP为CPE所连接终端的IP地址，从而引导无线网络到WAPI CPE设备的下行流量快速切换到备份无线链路。在WAPI CPE设备同拟切换接入的AP建立新的无线连接后，再采用同样的方法将流量切换到新的无线连接，然后再建立 WAPI CPE设备与新接入的AP建立备份无线链接，能有效减少WAPI CPE设备在 WAPI无线网络中进行AP切换时的流量丢包，达到相关流量丢包时间低于50毫秒的水平，从实际测试来看可以降低到20～30毫秒的水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种减少WAPI CPE设备在AP间切换时丢包的方法操作步骤示意图；
图2为基于WAPI无线网络的一种减少WAPI CPE设备在AP间切换时丢包的设备连接示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图2所示，本发明的一种减少WAPI CPE设备在AP间切换时丢包的设备，包括基于无线网络的WAPI CPE设备；无线网络中设置有第一AP221、第二AP222、第一终端以及第二终端；WAPI CPE设备内设置有无线射频接口A211和无线射频接口B212；无线射频接口A211和无线射频接口B212连接第一AP221，形成第一主用无线链路M241和第一备无线链路S242；无线网络通过第一主用无线链路 M241传输流量；
第一终端和第二终端连接WAPI CPE设备；第一AP221和第二AP222之间连接有GW网关260。
如图1所示，本发明的一种减少WAPI CPE设备在AP间切换时丢包的方法，最初的状态100是WAPI CPE与第一AP221建立有第一主用无线链路M241和第一备无线链路S242，采用第一主用无线链路M241作为传输无线流量。当WAPI CPE210设备在移动过程中需要将无线连接和无线流量切换到第二AP222时的操作步骤如下
第一步：WAPI CPE210将上行流量切换至第一备无线链路S242，然后读取 CPE中的终端IP-MAC表获取CPE所连接终端的IP地址，针对每个终端IP地址通过第一备无线链路S242广播免费ARP通告，引导无线网络到WAPI CPE210设备的下行流量快速切换到第一备用无线连接S242，其中ARP通告的发送者MAC 为射频接口B212的MAC地址MAC_b、发送者IP地址为终端的IP地址。参考图二所示，WAPI CPE设备将发送两个免费ARP通告，其一免费ARP通告中发送者MAC为MAC_b,发送者IP地址为IP1,其二免费ARP通告中发送者MAC为MAC_b, 发送者IP地址为IP2；无线网络的网关GW260将收到此二ARP通告，网关GW260 将更新第一终端231和第二终端232的ARP表项为:IP1-MAC_b、IP2-MAC_b。如此一来，从无线网络到WAPI CPE设备210的下行流量将发送给WAPI CPE设备的射频接口B212。
第二步：WAPI CPE设备断开与第一AP221之间连接的第一主用无线链路M241；然后与第二AP222建立第二主用无线链路M251。
第三步：WAPI CPE210将上行流量切换至第二主用无线链路S251，然后读取CPE中的终端IP-MAC表获取CPE所连接终端的IP地址，针对每个终端IP地址通过第二主用无线链路S251广播免费ARP通告，引导无线网络到WAPI CPE210 设备的下行流量快速切换到第二主用无线连接S251，其中ARP通告的发送者MAC 为射频接口A211的MAC地址MAC_a、发送者IP地址为终端的IP地址。参考图二所示，WAPI CPE设备将发送两个免费ARP通告，其一免费ARP通告中发送者 MAC为MAC_a,发送者IP地址为IP1,其二免费ARP通告中发送者MAC为MAC_a,发送者IP地址为IP2；无线网络的网关GW260将收到此二ARP通告，网关GW260 将更新第一终端231和第二终端232的ARP表项为:IP1-MAC_a、IP2-MAC_a。如此一来，从无线网络到WAPICPE设备210的下行流量将发送给WAPI CPE设备的射频接口A211。。
第四步：WAPI CPE设备断开与第一AP221之间连接的第一备用无线链路S242，并与第二AP222建立第二备用无线链路S252。
本实施例中，WAPI CPE设备210连接的无线网络中有第一AP221和第二 AP222，当然也可以有更多的AP设备；WAPI CPE设备210连接有第一终端231 和第二终端232，当然也可以连接更多的终端设备或只有一个终端。
本实施例中，CPE上的两个射频接口A211和射频接口B212，可以是两个同类型或异类型的无线射频，比如两个2.4G射频、两个5.8G射频、或一个2.4G 射频和一个5.8G射频，或其它无线射频类型及组合,但并不影响一种减少WAPI CPE设备在AP间切换时丢包的方法与设备的方法和效果。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种减少WAPI CPE设备(210)在AP间切换时丢包的设备，其特征在于：包括基于无线网络的WAPI CPE设备(210)；所述无线网络中设置有第一AP(221)、第二AP(222)、第一终端以及第二终端；所述WAPI CPE设备(210)内设置有无线射频接口A(211)和无线射频接口B(212)；所述无线射频接口A(211)和无线射频接口B(212)连接第一AP(221)，形成第一主用无线链路M(241)和第一备无线链路S(242)；所述无线网络通过第一主用无线链路M(241)传输流量；
所述第一终端和第二终端连接WAPI CPE设备(210)；所述第一AP(221)和第二AP(222)之间连接有GW网关(260)；
减少WAPI CPE设备(210)在AP间切换时丢包的方法，包括以下步骤：
第一步：WAPI CPE设备(210)将上行流量切换至第一备无线链路S(242)，然后读取WAPICPE设备(210)中的终端IP-MAC表获取WAPI CPE设备(210)所连接终端的IP地址，针对每个终端IP地址通过第一备无线链路S(242)广播免费ARP通告，引导无线网络到CPE的下行流量快速切换到第一备用无线连接S，其中免费ARP的发送者MAC为射频B的MAC地址、发送者IP地址为终端的IP地址；
第二步：WAPI CPE设备(210)断开与第一AP(221)之间连接的第一主用无线链路M(241)；然后与第二AP(222)建立有第二主用无线链路M(251)；
第三步：WAPI CPE将上行流量切换到第二主用无线链路M(251)，然后读取WAPI CPE设备(210)中的终端IP-MAC表获取CPE所连接终端的IP地址，针对每个终端IP地址通过第二主用无线链路M(251)广播免费ARP通告，引导无线网络到CPE的下行流量快速切换到第二主用无线连接M(251)，其中免费ARP的发送者MAC为射频A的MAC地址、发送者IP地址为终端的IP地址；
第四步：WAPI CPE设备(210)断开与第一AP(221)之间连接的第一备无线链路S(242)，并与第二AP(222)建立有第二备用无线链路S(252)。
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