[科普中国]-无缝切换

简述

在数字广播中，在同一个频道内切换不同的图像格式，或者在一套HDTV节目和三套SDTV节目之间进行切换等，可以实现极柔性的节目编辑。在同一个频道内对图像格式进行切换的场合，在接收机中希望切换不要引起显示的图像不稳定。为了实现这一目的，发射和接收端必需要遵循一定的规则。在行数相同的编码格式之间切换时对应比较容易。也就是说，对水平有效取样点数、幅型比、比特速率的变更等来说，在参数切换时序列就已结束，可以进行新的参数的指定。但是，必须不对vbv_buffer_size进行变更和保证时间标记在前后序列中是连续的。

不同图像格式(1080i，720p，480p，480i)问的切换，由于当MPEG的级不同时，收发缓冲器的尺寸要做改变，所以必须对缓冲器清零，要实现无缝切换是非常困难的。为此，在发射端产生满足以下条件的数据流，可实现无缝切换的接收机在接收到该数据流时，才有可能实现完全的无缝切换。即使在不能实现无缝切换的场合，切换时在瞬间显示冻结的画面或者黑场画面，尽量使切换过程不给人留下不舒服的感觉。

①图像数据流的ES PID在切换前后必需是不同的番号。

②送出音频码控制描述符(video decode—control—descriptor)，指定切换后的格式。

③送出序尾码(sequence end code)。

④让PCR与时间标记(PTS、DTS)同步，在切换前后使PCR连续。

⑤在切换前约1s时送出新数据流的PMT。

⑥为了不使接收机的解码缓冲器出现下溢，数据流的时隙应足够地小。2

MT与AP之间的交互**MT即移动终端，AP即无线接入点。**WlAN的特点，是在网络底层，通过无线链路实现数据传输。在切换过程中，必须合理进行无线链路资源的管理。这一功能需要MT与AP之间，包括原AP和目的AP之间通过信令交互来实现。当MT发现正与之进行通信的APl不能提供足够强度的信号以后，MT需要向AP1发出切换提示信号，AP1收到该信号后停止对MT发送数据报。MT向新的接入点AP2请求切换，建立服务链接。同时AP2反馈链接结果，如果切换成功，MT断开与AP1的连接，与AP2建立新的链接；如果不成功，则MT需在给定的时间内通知APl继续使用AP1的服务链接，否则AP1需自动断开与AP1的连接。其中主要包括MT启动切换，以及AP2与MT之间的链路建立过程。

(1)MT启动切换。当MT判断目前系统需要进行链路切换时，MT启动切换，其过程包括：MT向APl发出切换提示信息，APl停止对m发送数据，并设置系统时钟；当时钟超时，AP1释放分配给MT的链路资源。

在这过程中，MT对数据传输的错包率进行检测，当错包率达到一定的系统设置值时，MT需要对传输出错的原因进行分析。若出错是因为MT与APl之间的距离变大、信号电平下降产生的，MT会搜寻附近是否存在其他强信号的AP，如果MT搜寻到新的合适的服务接入点AP，则MT向APl发出切换提示的信号，从而启动一次切换过程。APl收到MT的请求之后，需立即停止对MT传输数据，并设置一个系统时钟。在时钟规定的时间内，AP1将保留与册的链接信息；若时钟超时，AP1释放该链接资源，断开与册的链接。

MT根据检测到的数据，分析是否切换和何时切换的算法是比较复杂的，因为它必须保证所检测到的信号电平的下降不是因为瞬间的衰减，而是由于正在离开当前接人点。为此，MT在切换之前需要先对信号监视一段时间。但这段时间不能过长，否则在完成必要的切换操作之前，MT与AP之间的通信将由于信号太弱而中断，从而影响数据传输的服务质量。

(2)AP2与MT之间的链路建立过程。AP2与MT之间的链路建立过程，包括：MT向AP2提出请求切换信号；AP2接受请求；MT与AP协商链路特性；MT、AP执行相关过程。

在这个过程中，AP2需要给MT分配链路资源，并与MT协商链接特性。如果AP2支持多种链路特性，MT可以根据自己的情况选择其中之一；如果AP2只支持一种链路特性，MT必须服从AP2的链路要求，否则切换失败。当m确定向AP2切换后，向AP2发出请求切换信号，同时把与APl连接的基本信息作为请求切换信号的参数传给AP2。AP2收到后，查看是否存在空闲的无线资源标识号(MAC id)，无线资源标识号是AP用来标识其目前正在服务的MT的，该标识号在不同AP中可以相同，但在一个AP中是唯一的。AP2如果有空闲的MAC id，就分配给MT，并作为AP2对请求切换的应答信息参数传给MT；MT收到AP2应答信息后，需向AP2提出链路特性协商请求。MT与AP之间链路特性协商的内容，通常包括无线链路控制的版本、通信使用的频率、编码方式、是否加密、加密算法和是否需要鉴权等。取得一致后，MT和AP将根据协商的内容，执行下面全部或部分的过程：即密钥的计算、鉴权认证和网络信息的交互等。AP完成了上述的所有过程之后，向MT发送切换完成消息，移动终端（MT）与AP之间的切换就此完成。3

信息和数据的交换过程当移动终端（MT）在AP1和AP2之间进行切换时，移动终端（MT）的网络层要与新链接接人点AP2的路由器的网络层进行通信。APl和AP2都是局域网中的一个接人点，它们分别与一个路由器相连(也可能连在同一个路由器上)。当移动终端（MT）与AP2建立连接后，AP2需根据MT提供的API的信息，通过局域网内部路由找到APl，请求APl将其与指定MT之问通信的状态信息传递给AP2，从而AP2能够尽最大可能保证移动终端（MT）与整个网络之间通信的连续性；同时，路由器1(R1)请求把切换发生消息及路由器2(R2)的地址信息告诉源地址路由器，源地址路由器更新路由表信息，按新的路由转发数据报。

WLAN中AP1、AP2之间的关系有两种情况：第1种情况，APl、AP2同属于一个路由器的服务范围之内；第2种情况，APl、AP2分属于不同的路由器。第1种情况比较简单，它是第2种情况的一个特例。下面将对第2种情况分3个部分作一个比较详细的叙述：AP2“镜像”AP1的状态、APl与路由器的信息交互、AP2与路由器的信息交互。

(1)AP2“镜像”AP1的状态。

AP2“镜像”APl的状态可分为以下几步：R2广播APl信息；R1把APl状态信息告诉1t2；AP2“镜像”APl的状态。AP2与移动终端（MT）的链接建立以后，AP2向R2提供APl的网络信息，该信息是由移动终端（MT）向AP2发切换请求时提供的。R2先判断AP1是否也与它相连，若与之相连，则R2转发APl的状态信息给AP2；否则R2将在局域网内广播包含APl的网络信息。R1根据收到的报文信息，先判断R2是否合法，再从报文中取出R2的地址，然后把APl的状态信息封装成报文转发给1t2。R2把数据报文分割成帧交给AP2，AP2从帧中分析、提取APl的状态信息。

这个过程采用了所谓的“镜像”法，即AP2将AP1中储存的与移动终端（MT）通信的所有信息，包括APl的发送、接受状态、缓冲区中所有的数据报及序号原封不动地继承过来。这样做的好处是，当AP2与移动终端（MT）进行通信时，则将保持移动终端的发送和接收状态不变，移动终端的网络层感觉不到切换的发生，同时它还减少了切换过程中的时延，提高了切换过程中数据传输的服务质量。不足之处是，实现比较复杂，并当切换在很大范围内发生时，时延也会随之增加。

(2)AP1与路由器的信息交互。

AP1与路由器的信息交互可分为以下几步：AP1将移动终端（MT）进行切换的信息通知R1；R1把R2地址告知源址路由器；搬“镜像”R1的信息。AP1收到移动终端（MT）的请求切换提示后通知R1，Rl要收集AP1端的与MT通信的所有状态信息。R1收到R2广播的数据报之后，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状态(包括缓冲区中与移动终端（MT）有关的数据报，已发送和收到的数据报等)以及收集到的APl的状态信息等告诉R2。此时R2实际上也“镜像”了R1中与特定MT有关的数据报处理状态。

(3)AP2与路由器的信息交互。

AP2与路由器的信息交互可分为以下几步：源址路由器更新路由表；1t2继续与AP2通信。源址路由器收到R2的地址后更新路由表信息，便将与移动终端（MT）相关数据报的路由改为R2。对于已经送给R1的数据，发送方需分两种情况处理。如果发送方已收到移动终端（MT）的应答，则发送方认为数据已正确传输；否则发送方重新发送这些数据。R2需对收到的数据报进行处理，如果缓冲区有相同的，则丢弃该报文；否则把该报文放到缓冲区中，并对发送方做出应答。在这个过程中R2继续与AP2通信。3

切换失败的情况在下面两种情况下，系统认为切换失败：

(1)当移动终端（MT）与新的接入点进行链路特性协商时，若两者不能取得一致意见，比如移动终端（MT）不能支持接入点提出的功能，则切换失败，移动终端（MT）自动断开与新的接人点的连接。

(2)若AP因为资源不足或其他的一些原因不能接收切换请求信息，则它会送一个拒绝切换信息给移动终端（MT）。

切换失败后，若MT能在给定时间内返回APl，则移动终端（MT）可以继续与AP1的通信，但通信的质量将得不到可靠的保证。