用于无线通信设备从源AP漫游到目标AP的IP地址续订 |
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| 申请号 | CN201480025884.4 | 申请日 | 2014-05-09 | 公开(公告)号 | CN105191405A | 公开(公告)日 | 2015-12-23 |
| 申请人 | 高通股份有限公司; | 发明人 | Y·科恩-阿拉齐; G·切瑞安; M·克拉斯尼扬斯基; S·P·阿伯拉翰; | ||||
| 摘要 | 提供了用于改善漫游性能以及使连通性方面的破坏最小化的系统和方法。当在源AP和目标AP之间漫游时，设备确定这些AP是否采用不同的网关，诸如通过ARP交换。如果源AP和目标AP具有不同网关，则使用DHCP交换来续订设备的IP地址以恢复网络连通性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于从源接入点(AP)漫游到目标AP的无线通信设备中的无线通信的方法，包括： |
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| 说明书全文 | 用于无线通信设备从源AP漫游到目标AP的IP地址续订[0001] 相关申请 [0002] 本申请要求于2013年5月10日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FOR WLANROAMING(用于WLAN漫游的系统和方法)”的美国专利申请No.13/891,713的优先权。 [0003] 本公开领域 [0004] 本公开一般涉及无线通信系统，尤其涉及用于在接入点之间漫游的客户端设备的系统和方法。 [0005] 背景 [0006] 符合电气电子工程师协会(“IEEE”)802.11族中的规范的无线局域网(WLAN)通常涉及由起到接入点(AP)作用的设备所管理的基本服务集(BSS)。通常来说，AP通过网关 连接到广域网(WAN)，诸如因特网。由于给定AP具有有限射程，因此与一个AP(源AP)相关 联的移动设备在移出射程时可能需要与该AP解除关联并且与提供移动设备的当前位置的 覆盖的新AP(目标AP)形成关联。从源AP移动到目标AP的过程被称为漫游。 [0007] 移动设备通过AP到WAN的连接涉及开放系统互连(OSI)模型的网络层(层3)处的通信并且要求移动设备具有有效的网络地址。在通过因特网的通信的环境中，移动设备 采用使用动态主机配置协议(DHCP)被指派给它的网际协议(IP)地址。 [0008] 当从源AP漫游到目标AP时，在源AP和目标AP通过同一网关连接到WAN时，指派给移动设备的当前IP地址保持有效。许多企业级网络部署利用涉及共享通过共同网关连 接的同一服务集标识符(SSID)的多个AP的配置。相应地，移动设备可以假定具有与源AP 相同的SSID的目标AP共享同一网关。如果是，则在从源AP移动到目标AP时，在此类AP 之间漫游的移动设备的IP地址保持有效，并且与WAN的通信基本不被打断。结果，常规的 漫游过程可以假定，共享SSID的源AP和目标AP通过公共网关连接到WAN并且不提供用于 续订漫游设备的IP地址的机制。 [0009] 然而，当源AP与目标AP连接到不同网关时，在漫游事件之后移动设备的IP地址可能无法保持有效并且层3连通性可能被破坏。相应地，期望提供改进的漫游性能并且使 连通性方面的破坏最小化。本公开的系统和方法提供了在具有不同网关的源AP与目标AP 之间的漫游过程，该漫游过程迅速恢复网络连通性以满足这些以及其他目标。 [0010] 概述 [0011] 本公开包括用于从源接入点(AP)漫游到目标AP的无线通信设备中的通信的方法。在一个实施例中，该方法可包括确定源AP的网关的第一标识信息，从源AP漫游到目标 AP，使用地址解析协议(ARP)交换来确定目标AP的网关的第二标识信息，将第一标识信息 与第二标识信息作比较，以及当第一标识信息和第二标识信息指示目标AP的网关与源AP 的网关不相同时，续订无线通信设备的网络地址。确定目标AP的网关的第二标识信息可包 括获得目标AP的网关的媒体接入控制(MAC)地址。 [0012] 在一方面，网络地址是网际协议(IP)地址。此外，续订IP地址可包括执行动态主机配置协议(DHCP)交换。 [0013] 在另一方面，目标AP和源AP可具有相同的IP子网配置。替换地，目标AP和源AP可具有不同的IP子网配置。 [0015] 在又一方面，无线通信设备可在确定和比较第二标识信息之前确定目标AP的服务集标识(SSID)是否与源AP的SSID相同。 [0016] 本公开还涉及用于无线通信的系统，并且可包括被配置成从源AP漫游到目标AP的无线通信设备。该无线通信设备可具有漫游管理器，该漫游管理器被配置成确定源AP的 网关的第一标识信息，使用ARP交换来确定目标AP的网关的第二标识信息，以及当第一标 识信息和第二标识信息指示目标AP的网关与源AP的网关不相同时，续订该无线通信设备 的网络地址。该漫游管理器可通过获得目标AP的网关的MAC地址来确定目标AP的网关的 第二标识信息。 [0017] 在一方面，网络地址是网际协议(IP)地址。此外，该漫游管理器可以通过执行DHCP交换来续订IP地址。 [0018] 在另一方面，目标AP和源AP可具有相同的IP子网配置。替换地，目标AP和源AP可具有不同的IP子网配置。 [0019] 在又一方面，该漫游管理器可在确定和比较第二标识信息之前确定目标AP的SSID是否与源AP的SSID相同。 [0020] 本公开还包括用于从源AP漫游到目标AP的无线通信设备的非瞬态处理器可执行存储介质。该处理器可读存储介质可具有指令，该指令在由处理器执行时使得该无线通信 设备执行以下操作：确定源AP的网关的第一标识信息，确定目标AP的SSID与源AP的SSID 相同，使用ARP交换来确定目标AP的网关的第二标识信息，以及当第一标识信息和第二标 识信息指示目标AP的网关与源AP的网关不相同时，续订该无线通信设备的网络地址。用 于确定目标AP的网关的第二标识信息的指令可获得目标AP的网关的MAC地址。 [0021] 在一方面，网络地址是网际协议(IP)地址。此外，该指令可以通过执行DHCP交换来续订IP地址。 [0022] 在另一方面，目标AP和源AP可具有相同的IP子网配置。替换地，目标AP和源AP可具有不同的IP子网配置。 [0023] 在又一方面，该漫游管理器还可包括用于使得处理器在确定和比较第二标识信息之前确定目标AP的SSID是否与源AP的SSID相同的指令。 [0025] 从如在附图中所解说的本公开示例性实施例的以下更具体的描述，进一步的特征和优势将变得明了，并且其中相同附图标记一般贯穿这些视图始终指代相同部分或元素， 并且其中： [0026] 图1示意性地描绘了根据一个实施例的广域网(WAN)； [0027] 图2示意性地描绘了根据一个实施例的被配置成在具有不同网关的接入点(AP)之间漫游的无线通信设备的功能框图； [0028] 图3描绘了根据一个实施例的示出用于在具有不同网关的AP之间漫游的例程的流程图；以及 [0029] 图4描绘了根据一个实施例的示出在具有不同网关的AP之间漫游之后的信息交换的序列图。 [0030] 详细描述 [0031] 首先，应理解，本公开不限于特定例示的素材、架构、例程、方法或结构，因为其可以有所变化。由此，尽管与本文所描述的那些内容类似或等效的数个此类可选项可在本公开的实践或实施例中使用，但是本文中描述了优选的素材和方法。 [0032] 还应理解，本文中使用的术语仅仅出于描述本公开的特定实施例的目的而非旨在用于限定。 [0033] 下面结合附图阐述的详细描述旨在作为本公开的示例性实施例的描述，而非旨在表示能在其中实践本公开的仅有示例性实施例。贯穿本描述使用的术语“示例性”意指“用 作示例、实例或解说”，并且不应当一定要解释成优于或胜过其他示例性实施例。本详细描 述包括具体细节以提供对本说明书的示例性实施例的透彻理解。对于本领域技术人员将显 而易见的是，没有这些具体细节也可实践本说明书的示例性实施例。在一些实例中，公知的 结构和设备以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性实施例的新颖性。 [0034] 仅出于方便和清楚的目的，可关于附图或芯片实施例使用方向术语，诸如，顶、底、左、右、上、下、之上、以上、以下、之下、背面、后、和前。这些及类似方向术语不应当被解读为以任何方式限定本公开的范围。 [0035] 在本说明书中并且在权利要求书中，将理解，当一元件被称为“连接至”或“耦合至”另一元件时，该元件可以直接连接或耦合至该另一元件或者可存在居间元件。相反，当 一元件被称为“直接连接至”或“直接耦合至”另一元件时，不存在居间元件。 [0036] 接下来的详细描述中的一些部分是以规程、逻辑块、处理以及其它对计算机存储器内的数据位的操作的符号表示的形式来给出的。这些描述和表示是数据处理领域中的技 术人员用来向该领域中的其他技术人员最有效地传达其工作实质的手段。在本申请中，规 程、逻辑块、过程、或类似物被设想为是导向期望结果的自洽的步骤或指令序列。这些步骤 是那些需要对物理量进行物理操纵的步骤。通常，尽管并非必然，这些量采取能够被存储、 转移、组合、比较、以及以其他方式在计算机系统中被操纵的电或磁信号的形式。 [0037] 然而应谨记，所有这些以及类似术语要与恰适物理量相关联且仅仅是应用于这些量的便利性标签。除非另外明确声明，否则如从以下讨论所明了的，应当领会到贯穿本申 请，利用诸如“访问/接入”、“接收”、“发送”、“使用”、“选择”、“确定”、“归一化”、“乘以”、“取平均”、“监视”、“比较”、“应用”、“更新”、“测量”、“推导”之类的术语或类似术语的讨论是指计算机系统或类似电子计算设备的动作和过程，其将表示为计算机系统的寄存器和存储器 内的物理(电子)量的数据操纵并将其变换成类似地表示为计算系统存储器或寄存器或其 他此类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。 [0038] 本文描述的各实施例可在驻留在某种形式的非瞬态处理器可读介质上、由一个或多个计算机或其他设备执行的处理器可执行指令(诸如程序模块)的一般化上下文中讨 论。一般而言，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构，等等。各程序模块的功能性可在各种实施例中根据需要被组合或分布。 [0039] 在各附图中，单个块可被描述为执行一个功能或多个功能；然而，在实际实践中，由该块执行的这一个功能或多个功能可在单个组件中或者跨多个组件执行、和/或可使用 硬件、使用软件、或者使用硬件和软件的组合来执行。为清楚地解说硬件与软件的这一可 互换性，各种解说性组件、块、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。 技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被 解读为致使脱离本发明的范围。同样，示例性无线通信设备可包括不同于所示出的那些的 组件，包括诸如处理器、存储器、以及类似组件之类的公知组件。 [0040] 本文中所描述的技术可以在硬件、软件、固件、或其任何组合中实现，除非被具体描述为以特定方式实现。描述为模块或组件的任何特征也可一起实现在集成逻辑器件中或 者分开地实现为分立但可互操作的逻辑器件。如果在软件中实现，这些技术可至少部分地 由包括指令的非瞬态处理器可读存储介质来实现，这些指令在被执行时执行以上所描述的 一种或多种方法。非瞬态处理器可读数据存储介质可形成可包括包装材料的计算机程序产 品的一部分。 [0041] 非瞬态处理器可读存储介质可以包括随机存取存储器(RAM)诸如同步动态随机存取存储器(SDRAM))、只读存储器(ROM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、电可擦除可 编程只读存储器(EEPROM)、闪存、其他已知的存储介质等等。补充地或替换地，这些技术可 以至少部分地由携带或传达以指令或数据结构形式的并且可由计算机或其他处理器访问、 读取和/或执行的代码的处理器可读通信介质来实现。 [0042] 结合本文中所公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和指令可由一个或多个处理器执行，诸如，一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)，现场可编程门阵列(FPGA)，或其他等效的集成或分 立的逻辑电路系统。如本文中所使用的术语“处理器”可以指任何前述结构或者适用于实 现本文中所描述的技术的任何其他结构。另外，在一些方面，本文中所描述的功能性可以在 如本文中所描述地配置的专用软件模块或硬件模块内提供。同样，各技术可完全实现在一 个或多个电路或逻辑元素中。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以 是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组 合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协同的一个或多个微处理器、或 任何其它此类配置。 [0043] 各实施例在本文中是关于无线通信设备来描述的，无线通信设备可包括任何合适类型的用户装备，诸如系统、订户单元、订户站、移动站、移动无线终端、移动设备、节点、设备、远程站、远程终端、终端、无线通信设备、无线通信装置、用户代理或其它客户端设备。无线通信设备的进一步示例包括移动设备，诸如蜂窝电话、无绳电话、会话发起协议(SIP)话 机、智能电话、无线本地环路(WLL)站、个人数字助理(PDA)、膝上型设备、手持式通信设备、手持式计算设备、卫星无线电、无线调制解调器卡和/或用于在无线系统上进行通信的其 它处理设备。此外，各实施例还可在本文中关于接入点(AP)来描述。AP可用于与一个或多 个无线节点进行通信，并且也可被称为基站、节点、B节点、演进型B节点(eNB)、或其他合适的网络实体，并呈现与其相关联的功能性。AP在空中接口上与无线终端通信。该通信可以 通过一个或多个扇区来发生。AP可通过将接收到的空中接口帧转换成网际协议(IP)分组 来充当无线终端与接入网(其可包括IP网络)的其余部分之间的路由器。AP还可协调对 空中接口属性的管理，并且还可以是有线网络与无线网络之间的网关。 [0044] 除非另行定义，否则在本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。 [0045] 最后，如在本说明书及所附权利要求中使用的，单数形式“一”、“某”和“该”包括复数指示对象，除非内容清楚规定并非如此。 [0046] 如上所述，客户端设备可通过AP无线连接到WAN，诸如因特网。本公开包括用于此类客户端设备在AP之间的漫游的系统和方法。为了帮助解说这些方面，图1示意性地描绘 了WAN 100，它可包括有线主干102。可以通过一个或多个网关来提供对WAN的接入，该一 个或多个网关通过合适的网络节点(诸如边缘路由器)耦合到主干102。进而，一个或多个 AP可以向客户端(诸如无线通信设备104)提供无线接入。如图所示，AP 106可以通过网 关108连接到WAN 100，而AP 110和112可以通过网关114来连接。 [0047] 常规上当在漫游时，无线通信设备104在其移出源AP的射程并且进入目标AP的射程时它可以将关联从AP 110切换到AP 112。值得注意的是，这一类型的漫游涉及连接到 公共网关的AP。由此，无线通信设备104可以从AP 110漫游到AP 112，伴随着指派给无线 通信设备104的IP地址保持有效，从而在层3连通性方面存在最小破坏或不存在破坏。 [0048] 然而，可能期望无线通信设备104在不共享公共网关的AP之间漫游。例如，在所示实施例中，无线通信设备104可以从连接到网关114的AP 110漫游到连接到网关108的 AP 106。尽管此类AP不一定彼此相关联，但它们仍然可能具有相同SSID。例如，各AP可具 有相同的默认SSID或者可以采用导致相同SSID被使用的描述性命名策略。除了公共SSID 之外，源AP和目标AP还可具有公共IP子网配置。同样，这可导致多种场景，诸如当消费者 级AP安装有默认设置时。在其他实施例中，源AP和目标AP可具有不同的IP子网配置。 [0049] 无论怎样，当源AP和目标AP通过不同网关接入WAN时，常规的漫游移动设备可经历层3连通性的显著打断。常规设备可被配置成假定在具有相同SSID的AP之间漫游时IP 地址保持有效。如果AP具有公共IP子网配置，则DHCP误差控制机制可最终恢复某种水平 的连通性，诸如在约10-12秒之后。然而，即便恢复了某种连通性，所得的配置可能是不正 确的并且破坏了性能。如果AP具有不同IP子网配置，WAN连通性在没有用户干预的情况 下可能无法恢复，用户干预诸如通过手动禁用接着重新启用WLAN连接。 [0050] 相应地，通过遵循本公开的技术，无线通信设备104在连接到不同网关的源AP与目标AP之间漫游时可以提供改进的漫游性能并且经历连通性方面减少的破坏。关于无线 通信设备104的一个实施例的细节被描绘为图2中的高级示意框。一般而言，无线通信设 备104可采用其中在WLAN收发机202的固件和硬件模块中实现WLAN协议栈的较低层级的 架构。WLAN收发机202可包括执行与数据帧的处置和处理(包括验证、确收、路由、格式化 等)有关的功能的媒体接入控制器(MAC)204。在MAC 204和物理(PHY)层206交换传入和 传出帧，物理(PHY)层206根据正被使用的无线协议来调制帧并且提供必要的模拟处理和 RF转换以提供对无线信号的传输和接收。在一个实施例中，MAC 106和PHY层108被配置 成采用合适的802.11协议。 [0051] 在所描绘的实施例中，WLAN收发机202具有相关联的天线208和210，并且可被配置为多输入多输出(MIMO)系统。在其他实施例中，一个或多个天线可以按需由其他无线协 议采用和/或在其他无线协议之间共享。无线通信设备104还可包括主机CPU212，其被配 置成执行涉及无线通信设备104的功能性的各种计算和操作。如图所示，主机CPU 212通 过总线214耦合至WLAN收发机202，总线214可被实现为高速外围组件互连(PCIe)总线、 通用串行总线(USB)、通用异步接收机/发射机(UART)串行总线、合适的高级微控制器总线 架构(AMBA)接口、串行数字输入输出(SDIO)总线，或其它等效接口。WLAN和补充系统的协 议栈的较高层级一般被实现为软件指令，诸如存储在可由CPU 212通过总线214访问的存 储器216中的驱动程序。在一些实施例中，无线通信设备104可包括漫游管理器218，漫游 管理器218的一些或所有部分可被实现为存储在存储器216中的软件指令。在其他实施例 中，漫游管理器218可以使用软件、固件和/或硬件的任何期望组合来实现。 [0052] 在一方面，漫游管理器218可被配置成确定源AP和目标AP的网关标识信息，以及使用该信息来执行IP地址续订过程。用于执行本公开的漫游过程的合适的例程由图3所描 绘的流程图来表示。开始于300，漫游管理器218可以确定源AP的标识信息。在如图1所 示的WAN 100的环境中，无线通信设备104可以初始地与通过网关114连接的AP 110相关 联。在一个实施例中，漫游管理器218可以通过执行地址解析协议(ARP)交换来确定网关 的MAC地址来确定网关114的标识信息。接着在302，无线通信设备104可以从源AP 110 漫游到目标AP 106。在与目标AP相关联之际，在304，漫游管理器218可以确定目标AP网 关108的标识信息。可任选地，在306，漫游管理器218可以检查源AP和目标AP的SSID是 否相同。如果否，则例程可退出，如由308所指示的。如果执行了SSID检查，则可以如所示 地在302之后执行SSID检查或者按期望的在从源AP漫游到目标AP之前执行SSID检查。 否则，或者在其中未执行306的实施例中，在310，漫游管理器218可接着比较所确定的标识 信息。至少部分地基于源网关114和目标网关108的各自的标识信息，无线通信设备104 可接着确定网关是不同的并且例程可以流向312。由于漫游管理器218已经确定源AP网关 和目标AP网关是不同的，因此漫游管理器218可以在312执行DHCP例程以续订无线通信 设备104的IP地址来帮助确保正在进行中的层3连通性。当另一漫游事件发生时，该例程 可以按期望地从302重复。 [0053] 替换地，当无线通信设备104在共享公共网关的AP之间漫游时，诸如通过从AP110漫游到AP 112，则漫游管理器218可以在310确定网关是相同的并且该例程可以退出 至308。例如，在300获得的MAC地址可以匹配在304获得的MAC地址。在验证源AP与目 标AP具有相同网关之际，漫游管理器218可以确定IP地址续订是不必要的，因为层3连通 性预期不会被打断。 [0054] 如所述的，漫游管理器218可以使用ARP交换来确定网关标识信息。此类交换可包括漫游管理器218生成ARP请求。在一方面，ARP请求可包括向给定IP地址的所有者请求 响应的所有本地MAC地址接收到的广播消息。由此，漫游管理器218可以使用默认网关的 IP地址来发送ARP请求。在接收到ARP请求之际，相关联的网关可以用包含该网关的MAC 地址的单播消息来回复无线通信设备104。由于ARP交换可以在层2连通性的层级处进行， 因此即便层3连通性被破坏的情况下仍然可以采用该协议。ARP请求和响应分组的大小可 以是相对较小的，例如，在数十字节的数量级上，并且可以表示对网络的最小开销。此外，由于ARP交换可仅涉及请求和响应，因此可以相对快速地获得网关标识信息。 [0055] 合适的DHCP交换可包括无线通信设备104例如采用用户数据报协议(UDP)来广播DHCP发现消息。DHCP服务器负责从可用地址池中分配IP地址。DHCP服务器可以实现 在局域网上的节点中，或者DHCP消息可以由本地节点中继到远程DHCP服务器，这取决于网 络的配置。由此，与DHCP服务器的通信可以在层2连通性处发生，从而允许在即便层3连 通性被打断的情况下仍然能够执行IP地址续订例程。 [0056] DHCP发现消息向DHCP服务器请求IP租约，并且可任选地可以请求重用指派给无线通信设备104的最近IP地址。在接收到DHCP发现消息之后，DHCP服务器可以用DHCP供 应消息来作出响应，从而指定相关的配置参数。相应地，无线通信设备104可以接着使用那 些配置参数来返回DHCP请求，DHCP服务器可以接受该DHCP请求并且返回DHCP确收消息 以完成交换。 [0057] 按期望的，漫游管理器218还可被配置成在所确定的标识信息不指示源AP和目标AP的网关相同的任何时间通过DHCP来触发IP地址续订。例如，如果未接收到对ARP请求 的响应或者如果在获得目标AP的标识之后关于源AP网关的标识信息不可用，则漫游管理 器218可以在合适的等待时段之后执行DHCP例程。 [0058] 示出遵循在具有不同网关的AP之间的漫游规程的信息交换的一个实施例在图4所示的序列图中示出。在检测到漫游至目标AP之后，漫游管理器218可以发起与目标AP 的网关的ARP交换。在接收到目标AP的网关的MAC地址并且确定它不同于源AP的网关之 后，漫游管理器218可以执行与负责本地网络的DHCP服务器的DHCP交换，如上所述。DHCP 交换可以续订无线通信设备104的IP地址，从而恢复可能在续订之前已经被破坏的层3连 通性。 [0059] 测试场景中的性能指示本公开的漫游过程可用于极大地减少或最小化对层3连通性的打断。当在具有不同网关但具有相同IP子网配置的AP之间漫游时，常规的客户端 设备在能够执行涉及层3连通性的通信之前展现出范围在从20到25.6秒的延迟。如上所 述，即便恢复了某种程度的连通性，也可能由于改变的网关所导致的不正确路由信息而破 坏性能。作为对比，被配置成采用本公开的漫游技术的设备展现出小于866ms的延迟并且 恢复完整的层3连通性。此外，当在具有不同网关和不同IP子网配置的AP之间漫游时，常 规的客户端设备无法自动恢复层3连通性。相反，要求客户端与AP的手动解除关联和重新 关联以恢复连通性。出于比较，被配置成采用本公开的漫游技术的设备能够在至多约3.4 秒内恢复完整的层3连通性，诸如在2到2.5秒的范围内。另外，当源AP与目标AP具有相 同网关时，确定网关标识信息使漫游过程增加了很少的时间或没有增加时间。使用本公开 的技术的设备展现出与采用常规漫游过程的设备相同范围内的延迟。 |
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