無縫切換

無縫切換

切換(handover)是指將一個處於呼叫建立狀態或通話狀態的移動終端轉換到新的信道上,並保持已經建立的鏈路不被中斷的過程。由於移動用戶感覺不到切換操作,因此常稱為無縫切換(seamless handover)。 切換一般由移動中斷監測並判決,交由交換中心控制完成。在切換過程中,終端和基站均參與其中,切換與否則由基站決定。

簡述

在數字廣播中,在同一個頻道內切換不同的圖像格式,或者在一套HDTV節目和三套SDTV節目之間進行切換等,可以實現極柔性的節目編輯。在同一個頻道內對圖像格式進行切換的場合,在接收機中希望切換不要引起顯示的圖像不穩定。為了實現這一目的,發射和接收端必需要遵循一定的規則。在行數相同的編碼格式之間切換時對應比較容易。也就是說,對水平有效取樣點數、幅型比、比特速率的變更等來說,在參數切換時序列就已結束,可以進行新的參數的指定。但是,必須不對vbv_buffer_size進行變更和保證時間標記在前後序列中是連續的。

不同圖像格式(1080i,720p,480p,480i)問的切換,由於當MPEG的級不同時,收發緩衝器的尺寸要做改變,所以必須對緩衝器清零,要實現無縫切換是非常困難的。為此,在發射端產生滿足以下條件的數據流,可實現無縫切換的接收機在接收到該數據流時,才有可能實現完全的無縫切換。即使在不能實現無縫切換的場合,切換時在瞬間顯示凍結的畫面或者黑場畫面,儘量使切換過程不給人留下不舒服的感覺。

①圖像數據流的ES PID在切換前後必需是不同的番號。

②送出音頻碼控制描述符(video decode—control—descriptor),指定切換後的格式。

③送出序尾碼(sequence end code)。

④讓PCR與時間標記(PTS、DTS)同步,在切換前後使PCR連續。

⑤在切換前約1s時送出新數據流的PMT。

⑥為了不使接收機的解碼緩衝器出現下溢,數據流的時隙應足夠地小。

MT與AP之間的互動

MT即移動終端,AP即無線接入點。WlAN的特點,是在網路底層,通過無線鏈路實現數據傳輸。在切換過程中,必須合理進行無線鏈路資源的管理。這一功能需要MT與AP之間,包括原AP和目的AP之間通過信令互動來實現。當MT發現正與之進行通信的APl不能提供足夠強度的信號以後,MT需要向AP1發出切換提示信號,AP1收到該信號後停止對MT傳送數據報。MT向新的接入點AP2請求切換,建立服務連結。同時AP2反饋連結結果,如果切換成功,MT斷開與AP1的連線,與AP2建立新的連結;如果不成功,則MT需在給定的時間內通知APl繼續使用AP1的服務連結,否則AP1需自動斷開與AP1的連線。其中主要包括MT啟動切換,以及AP2與MT之間的鏈路建立過程。

(1)MT啟動切換。當MT判斷目前系統需要進行鏈路切換時,MT啟動切換,其過程包括:MT向APl發出切換提示信息,APl停止對m傳送數據,並設定系統時鐘;當時鐘逾時,AP1釋放分配給MT的鏈路資源。

在這過程中,MT對數據傳輸的錯包率進行檢測,當錯包率達到一定的系統設定值時,MT需要對傳輸出錯的原因進行分析。若出錯是因為MT與APl之間的距離變大、信號電平下降產生的,MT會搜尋附近是否存在其他強信號的AP,如果MT搜尋到新的合適的服務接入點AP,則MT向APl發出切換提示的信號,從而啟動一次切換過程。APl收到MT的請求之後,需立即停止對MT傳輸數據,並設定一個系統時鐘。在時鐘規定的時間內,AP1將保留與冊的連結信息;若時鐘逾時,AP1釋放該連結資源,斷開與冊的連結。

MT根據檢測到的數據,分析是否切換和何時切換的算法是比較複雜的,因為它必須保證所檢測到的信號電平的下降不是因為瞬間的衰減,而是由於正在離開當前接人點。為此,MT在切換之前需要先對信號監視一段時間。但這段時間不能過長,否則在完成必要的切換操作之前,MT與AP之間的通信將由於信號太弱而中斷,從而影響數據傳輸的服務質量。

(2)AP2與MT之間的鏈路建立過程。AP2與MT之間的鏈路建立過程,包括:MT向AP2提出請求切換信號;AP2接受請求;MT與AP協商鏈路特性;MT、AP執行相關過程。

在這個過程中,AP2需要給MT分配鏈路資源,並與MT協商連結特性。如果AP2支持多種鏈路特性,MT可以根據自己的情況選擇其中之一;如果AP2隻支持一種鏈路特性,MT必須服從AP2的鏈路要求,否則切換失敗。當m確定向AP2切換後,向AP2發出請求切換信號,同時把與APl連線的基本信息作為請求切換信號的參數傳給AP2。AP2收到後,查看是否存在空閒的無線資源標識號(MAC id),無線資源標識號是AP用來標識其目前正在服務的MT的,該標識號在不同AP中可以相同,但在一個AP中是唯一的。AP2如果有空閒的MAC id,就分配給MT,並作為AP2對請求切換的應答信息參數傳給MT;MT收到AP2應答信息後,需向AP2提出鏈路特性協商請求。MT與AP之間鏈路特性協商的內容,通常包括無線鏈路控制的版本、通信使用的頻率、編碼方式、是否加密、加密算法和是否需要鑒權等。取得一致後,MT和AP將根據協商的內容,執行下面全部或部分的過程:即密鑰的計算、鑒權認證和網路信息的互動等。AP完成了上述的所有過程之後,向MT傳送切換完成訊息,移動終端(MT)與AP之間的切換就此完成。

信息和數據的交換過程

當移動終端(MT)在AP1和AP2之間進行切換時,移動終端(MT)的網路層要與新連結接人點AP2的路由器的網路層進行通信。APl和AP2都是區域網路中的一個接人點,它們分別與一個路由器相連(也可能連在同一個路由器上)。當移動終端(MT)與AP2建立連線後,AP2需根據MT提供的API的信息,通過區域網路內部路由找到APl,請求APl將其與指定MT之問通信的狀態信息傳遞給AP2,從而AP2能夠盡最大可能保證移動終端(MT)與整個網路之間通信的連續性;同時,路由器1(R1)請求把切換髮生訊息及路由器2(R2)的地址信息告訴源地址路由器,源地址路由器更新路由表信息,按新的路由轉發數據報。

WLAN中AP1、AP2之間的關係有兩種情況:第1種情況,APl、AP2同屬於一個路由器的服務範圍之內;第2種情況,APl、AP2分屬於不同的路由器。第1種情況比較簡單,它是第2種情況的一個特例。下面將對第2種情況分3個部分作一個比較詳細的敘述:AP2“鏡像”AP1的狀態、APl與路由器的信息互動、AP2與路由器的信息互動。

(1)AP2“鏡像”AP1的狀態。

AP2“鏡像”APl的狀態可分為以下幾步:R2廣播APl信息;R1把APl狀態信息告訴1t2;AP2“鏡像”APl的狀態。AP2與移動終端(MT)的連結建立以後,AP2向R2提供APl的網路信息,該信息是由移動終端(MT)向AP2發切換請求時提供的。R2先判斷AP1是否也與它相連,若與之相連,則R2轉發APl的狀態信息給AP2;否則R2將在區域網路內廣播包含APl的網路信息。R1根據收到的報文信息,先判斷R2是否合法,再從報文中取出R2的地址,然後把APl的狀態信息封裝成報文轉發給1t2。R2把數據報文分割成幀交給AP2,AP2從幀中分析、提取APl的狀態信息。

這個過程採用了所謂的“鏡像”法,即AP2將AP1中儲存的與移動終端(MT)通信的所有信息,包括APl的傳送、接受狀態、緩衝區中所有的數據報及序號原封不動地繼承過來。這樣做的好處是,當AP2與移動終端(MT)進行通信時,則將保持移動終端的傳送和接收狀態不變,移動終端的網路層感覺不到切換的發生,同時它還減少了切換過程中的時延,提高了切換過程中數據傳輸的服務質量。不足之處是,實現比較複雜,並當切換在很大範圍內發生時,時延也會隨之增加。

(2)AP1與路由器的信息互動。

AP1與路由器的信息互動可分為以下幾步:AP1將移動終端(MT)進行切換的信息通知R1;R1把R2地址告知源址路由器;搬“鏡像”R1的信息。AP1收到移動終端(MT)的請求切換提示後通知R1,Rl要收集AP1端的與MT通信的所有狀態信息。R1收到R2廣播的數據報之後,一方面把R2的地址通知源地址路由器,另一方面把自身的通信狀態(包括緩衝區中與移動終端(MT)有關的數據報,已傳送和收到的數據報等)以及收集到的APl的狀態信息等告訴R2。此時R2實際上也“鏡像”了R1中與特定MT有關的數據報處理狀態。

(3)AP2與路由器的信息互動。

AP2與路由器的信息互動可分為以下幾步:源址路由器更新路由表;1t2繼續與AP2通信。源址路由器收到R2的地址後更新路由表信息,便將與移動終端(MT)相關數據報的路由改為R2。對於已經送給R1的數據,傳送方需分兩種情況處理。如果傳送方已收到移動終端(MT)的應答,則傳送方認為數據已正確傳輸;否則傳送方重新傳送這些數據。R2需對收到的數據報進行處理,如果緩衝區有相同的,則丟棄該報文;否則把該報文放到緩衝區中,並對傳送方做出應答。在這個過程中R2繼續與AP2通信。

切換失敗的情況

在下面兩種情況下,系統認為切換失敗:

(1)當移動終端(MT)與新的接入點進行鏈路特性協商時,若兩者不能取得一致意見,比如移動終端(MT)不能支持接入點提出的功能,則切換失敗,移動終端(MT)自動斷開與新的接人點的連線。

(2)若AP因為資源不足或其他的一些原因不能接收切換請求信息,則它會送一個拒絕切換信息給移動終端(MT)。

切換失敗後,若MT能在給定時間內返回APl,則移動終端(MT)可以繼續與AP1的通信,但通信的質量將得不到可靠的保證。

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