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【摘要】 本文通过研究IEEE802.11协议无线网在移动的、线性的地铁运行环境下快速切换的问题，从漫游切换的原理和过程出发，分析并提出了采用持续漫游、提前切换的机制和FIT AP网络构架的方法实现无缝漫游切换并减少切换时间的网络建设优化方案。
【关键词】 IEEE802.11协议 持续漫游 提前切换 FIT AP
一、引言
目前地鐵乘客信息系统（PIS）及列车自动控制系统（CBTC）很多采用了基于802.11协议的无线网络作为其车地无线传输网，而上述车载无线业务由于一直处于快速移动状态，对802.11协议组网的无线系统提出了更短的无线网络切换时间和更有保障的网络切换连续性的技术需求，因此下文提出采用持续漫游、提前切换机制和FIT AP网络构架的方法来实现无缝漫游切换并减少切换所需时间的网络建设方案，以满足其实时性要求。
二、持续漫游、提前切换的机制
传统漫游切换是一种基于全向无线覆盖环境下的滞后漫游切换选择机制，其移动STA（Station）与下一个AP（Acess Point）连接的前提是在现有信号强度降低的同时，进行AP漫游，从相邻AP列表中选出下一个最佳AP，并认证和重联合。而在地铁中一般是采取定向天线的信号覆盖，车载STA一直在线性覆盖的AP间进行快速移动，在这种网络条件下，采取上述传统漫游切换机制会出现车载STA漫游切换滞后、信号丢失分离的情况，应对上述问题，建议使用新的持续漫游、提前切换的优化机制（图1：持续漫游、提前切换方式的无缝切换漫游示意图）以实现地铁环境下的无缝漫游切换。以下将阐述持续漫游、提前切换的原理和实施方法：将快速移动STA的漫游阈值设定为一个高数值，确保STA从不满足于现有AP的信号强度，使其处于持续漫游状态，预先并持续保证在快速运行的地铁环境下AP信号强度迅速消失并降至连接阈值以下之前，完成AP切换的准备步骤。同时，将STA连接阈值设定为一个低数值，使得STA能与下一个较低信号电平的AP完成提前切换连接，即当STA按前进方向移动时，在STA经过现有AP并突然失去其信号之前，STA提前与下一个下游AP进行连接，即使它的信号电平较低，之所以采取上述低值连接的方法，是因为快速移动的车载STA在定向无线信号线性覆盖的环境下，当STA靠近下一个AP的覆盖区域时，该AP的信号强度在正常情况下必然会快速上升到很高的数值。
在这种新的优化漫游切换机制下，STA将保持持续的提前漫游状态，并做到提前切换，以确保在车载STA移入AP覆盖区域之间时实现无缝漫游切换。
三、FIT AP的网络构架
传统802.11协议无线网络构架内的无线AP由接入、汇聚、核心层交换机进行组网后，每个AP作为一个独立的工作体，在其覆盖区域内孤立的完成STA的接入认证、重连接等漫游切换过程（该构架即是传统的FAT AP（Fat Access Point ，“胖”AP方式），同时出于网络施工布局的考虑，AP设备一般为小型化、轻便化的设计，其产品进行高速运算的漫游切换功能（尤其是重连接过程）时难以提供可靠性、快速性的保证。
由于上述局限性，在FAT AP架构下STA与AP间的漫游切换时间比较长，当STA从原来正在连接的AP漫游到另一个AP时往往会出现网络连接中断的现象，所以传统的FAT AP网络架构是不适合连续移动的STA设备的使用，更加不能满足地铁环境下PIS、CBTC车载业务的实时性要求。因此，建议引入基于AC （Wireless Access Point Controller，无线控制器）+FIT AP（Fit Access Point ，“瘦”AP）的新型无线网络架构方案，解决上述局限，在地铁环境下加快切换过程实现STA的快速切换，避免网络连接中断的情况出现，影响移动车载业务的正常服务（图2：地铁环境下AC+FIT AP网络架构示意图）。在该方案中，对架设的AP删减其原有的802.11协议认证、QOS、安全、漫游功能，每个AP仅作为一个简单的、无线底层接入的传输设备，将收到的RF信号，经过802.11协议编码后，利用预设的隧道协议（如GRE隧道协议）通过以太网络传送到AC，由AC集中进行统一处理和控制。从而利用AC高效、快速、智能、集中的漫游管理功能，得到更强大的漫游支持，大大减少STA和AP的关联时延，实现车载无线STA进行更快速的切换，节约切换时间，进而实现快速漫游切换的功能。
四、结束语
随着越来越多类似车载PIS、CBTC的地铁业务承载于802.11协议无线网之上，其漫游切换的连续性、快速性将对地铁乘客系统的服务质量和行车的安全有着更大的影响，因此加强对802.11协议无线网漫游切换的分析研究，有着很强的现实意义。希望本文提出的建设优化方案能对地铁环境下802.11无线网络的设计、建设和优化提供一定的参考意义。
参 考 文 献
[1] Jim Geier. 无线局域网[M]. 人民邮电出版社. 2001
[2] MattheW S. Gast.802.11无线网络权威指南[M]. 东南大学出版社. 2007
[3] 吴湛击. 无线通信新协议与新算法[M]. 电子工业出版社. 2013
[4] 林海香，董昱. 无线CBTC系统车地通信方案研究[J]. 兰州交通大学学报. 2011，6：124-128
[5] 刘刚，韩熠，戴未央. WLAN在旅客信息系统中的应用[J]. 现代城市轨道交通. 2006，4：81-82
[7] 陈康，李玉斌. 无线通信技术在城市轨道交通中的应用[J]. 电气化铁道. 2009，2：40-42
【关键词】 IEEE802.11协议 持续漫游 提前切换 FIT AP
一、引言
目前地鐵乘客信息系统（PIS）及列车自动控制系统（CBTC）很多采用了基于802.11协议的无线网络作为其车地无线传输网，而上述车载无线业务由于一直处于快速移动状态，对802.11协议组网的无线系统提出了更短的无线网络切换时间和更有保障的网络切换连续性的技术需求，因此下文提出采用持续漫游、提前切换机制和FIT AP网络构架的方法来实现无缝漫游切换并减少切换所需时间的网络建设方案，以满足其实时性要求。
二、持续漫游、提前切换的机制
传统漫游切换是一种基于全向无线覆盖环境下的滞后漫游切换选择机制，其移动STA（Station）与下一个AP（Acess Point）连接的前提是在现有信号强度降低的同时，进行AP漫游，从相邻AP列表中选出下一个最佳AP，并认证和重联合。而在地铁中一般是采取定向天线的信号覆盖，车载STA一直在线性覆盖的AP间进行快速移动，在这种网络条件下，采取上述传统漫游切换机制会出现车载STA漫游切换滞后、信号丢失分离的情况，应对上述问题，建议使用新的持续漫游、提前切换的优化机制（图1：持续漫游、提前切换方式的无缝切换漫游示意图）以实现地铁环境下的无缝漫游切换。以下将阐述持续漫游、提前切换的原理和实施方法：将快速移动STA的漫游阈值设定为一个高数值，确保STA从不满足于现有AP的信号强度，使其处于持续漫游状态，预先并持续保证在快速运行的地铁环境下AP信号强度迅速消失并降至连接阈值以下之前，完成AP切换的准备步骤。同时，将STA连接阈值设定为一个低数值，使得STA能与下一个较低信号电平的AP完成提前切换连接，即当STA按前进方向移动时，在STA经过现有AP并突然失去其信号之前，STA提前与下一个下游AP进行连接，即使它的信号电平较低，之所以采取上述低值连接的方法，是因为快速移动的车载STA在定向无线信号线性覆盖的环境下，当STA靠近下一个AP的覆盖区域时，该AP的信号强度在正常情况下必然会快速上升到很高的数值。
在这种新的优化漫游切换机制下，STA将保持持续的提前漫游状态，并做到提前切换，以确保在车载STA移入AP覆盖区域之间时实现无缝漫游切换。
三、FIT AP的网络构架
传统802.11协议无线网络构架内的无线AP由接入、汇聚、核心层交换机进行组网后，每个AP作为一个独立的工作体，在其覆盖区域内孤立的完成STA的接入认证、重连接等漫游切换过程（该构架即是传统的FAT AP（Fat Access Point ，“胖”AP方式），同时出于网络施工布局的考虑，AP设备一般为小型化、轻便化的设计，其产品进行高速运算的漫游切换功能（尤其是重连接过程）时难以提供可靠性、快速性的保证。
由于上述局限性，在FAT AP架构下STA与AP间的漫游切换时间比较长，当STA从原来正在连接的AP漫游到另一个AP时往往会出现网络连接中断的现象，所以传统的FAT AP网络架构是不适合连续移动的STA设备的使用，更加不能满足地铁环境下PIS、CBTC车载业务的实时性要求。因此，建议引入基于AC （Wireless Access Point Controller，无线控制器）+FIT AP（Fit Access Point ，“瘦”AP）的新型无线网络架构方案，解决上述局限，在地铁环境下加快切换过程实现STA的快速切换，避免网络连接中断的情况出现，影响移动车载业务的正常服务（图2：地铁环境下AC+FIT AP网络架构示意图）。在该方案中，对架设的AP删减其原有的802.11协议认证、QOS、安全、漫游功能，每个AP仅作为一个简单的、无线底层接入的传输设备，将收到的RF信号，经过802.11协议编码后，利用预设的隧道协议（如GRE隧道协议）通过以太网络传送到AC，由AC集中进行统一处理和控制。从而利用AC高效、快速、智能、集中的漫游管理功能，得到更强大的漫游支持，大大减少STA和AP的关联时延，实现车载无线STA进行更快速的切换，节约切换时间，进而实现快速漫游切换的功能。
四、结束语
随着越来越多类似车载PIS、CBTC的地铁业务承载于802.11协议无线网之上，其漫游切换的连续性、快速性将对地铁乘客系统的服务质量和行车的安全有着更大的影响，因此加强对802.11协议无线网漫游切换的分析研究，有着很强的现实意义。希望本文提出的建设优化方案能对地铁环境下802.11无线网络的设计、建设和优化提供一定的参考意义。
参 考 文 献
[1] Jim Geier. 无线局域网[M]. 人民邮电出版社. 2001
[2] MattheW S. Gast.802.11无线网络权威指南[M]. 东南大学出版社. 2007
[3] 吴湛击. 无线通信新协议与新算法[M]. 电子工业出版社. 2013
[4] 林海香，董昱. 无线CBTC系统车地通信方案研究[J]. 兰州交通大学学报. 2011，6：124-128
[5] 刘刚，韩熠，戴未央. WLAN在旅客信息系统中的应用[J]. 现代城市轨道交通. 2006，4：81-82
[7] 陈康，李玉斌. 无线通信技术在城市轨道交通中的应用[J]. 电气化铁道. 2009，2：40-42