CN102984743A - 主备链路切换方法及无线路由设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据通信领域，本发明公开了一种主备链路切换方法及无线路由设备。本发明的主备链路切换方法包括步骤：A.建立统一的链路信号质量判断标准，用于判断主用链路和备用链路信号质量，根据链路信号质量设定切换条件；B.实时检测主用链路和备用链路信号质量；C.当判断检测的信号质量符合设定的切换条件时，启动切换程序，进行主用链路和备用链路切换。本发明的无线路由设备，包括第一无线调制解调器模块、第二无线调制解调器模块、链路切换判断模块和链路切换实施模块。本发明以统一的链路信号质量判断标准，判断主用链路和备用链路信号质量，根据链路信号质量设定切换条件。本发明能够更加真实的反应链路情况，迅速启用备用链路。

Description

主备链路切换方法及无线路由设备

技术领域

本发明涉及数据通信领域，特别涉及一种根据信号质量进行无线路由设备主用链路和备用链路切换的技术。

背景技术

随着无线通信网络技术的不断发展，路由设备通过无线技术接入公众移动通信网络的应用不断增多，为给用户提供更高质量的服务，无线路由设备如何能够稳定、可靠、自适应选择更优网络接入逐渐成为一个亟待解决的课题。

在现有技术中，路由设备无线接入大多是在讨论如何接入不同的WLAN（无线局域网），而对于路由设备通过无线Modem（调制解调器）拨号接入公众移动通信网络时的链路备份技术少有研究，特别是无线路由设备使用不同的运营商网络进行链路备份的技术。在使用不同运营商网络进行链路备份时，相互之间的信号强度不具有可比性，获取到的最大带宽为共享带宽，仅用于参考。如使用现有的链路备份技术，只有主用链路断开后才开启使用备用链路，在主用链路未断开期间，可以认为发送质量良好。该方式更多是为有线环境设计，其无法适应无线链路复杂的环境。在无线环境中会出现主用链路质量很差数据基本无法正常发送，但是链路并未断开的情况，此时无线路由设备无法感知主用链路通信质量，故不能切换到备用链路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有主用链路和备用链路切换技术无法适应无线环境的问题，提供一种应用于无线路由设备的主备链路切换方法及无线路由设备，根据链路信号质量进行主用链路和备用链路之间的切换。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，主备链路切换方法，应用于无线路由设备中，所述无线路由设备通过第一无线调制解调器模块拨号接入主用链路，通过第二无线调制解调器模块拨号接入备用链路，其特征在于，包括以下步骤：

A、建立统一的链路信号质量判断标准，用于判断主用链路和备用链路信号质量，根据链路信号质量设定切换条件；

B、实时检测主用链路和备用链路信号质量；

C、当判断检测的信号质量符合设定的切换条件时，启动切换程序，进行主用链路和备用链路切换。

进一步的，系统初始启动时，在设置的延时时间内检测主用链路和备用链路信号质量后进行切换条件的判断。

具体的，所述信号质量为信号强度值，所述信号强度值从第一无线调制解调器模块和第二无线调制解调器模块获取。

具体的，链路信号质量判断标准是指：

在设定或配置的y1时间内，有超过一定比例z1的时间中读取的当前信号强度值s均低于信号强度下门限阈值x1，则判断链路信号质量差，所述z1为设定或配置的用于判断链路信号质量满足下门限阈值x1的时间百分比；

在设定或配置的y2时间内，有超过一定比例z2的时间中读取的当前信号强度值s均高于信号强度上门限阈值x2，则判断链路信号质量好，所述z2为设定或配置的用于判断链路信号质量满足上门限阈值x2的时间百分比；

所述x1和x2在手动模式下可配置，在自动模式下动态计算得出。

具体的，所述切换条件为：

当主用链路和备用链路信号质量都好时，选择主用链路；

当主用链路和备用链路信号质量都差时，保持当前链路直到当前链路信号质量差到拨号断开；

当主用链路信号质量好，备用链路信号质量差时，选择主用链路；

当主用链路信号质量差，备用链路信号质量好时，选择备用链路。

本发明的另一个目的，提供一种无线路由设备，包括第一无线调制解调器模块、第二无线调制解调器模块、链路切换判断模块和链路切换实施模块，

所述第一无线调制解调器模块，用于拨号接入主用链路；

所述第二无线调制解调器模块，用于拨号接入备用链路；

所述链路切换判断模块，用于根据建立的统一链路信号质量判断标准和设定的链路切换条件，实时检测主用链路和备用链路信号质量；当检测的信号质量符合设定的切换条件时，启动链路切换实施模块；

所述链路切换实施模块，用于进行主用链路和备用链路切换。

进一步的，所述链路切换判断模块，还用于系统初始启动时，在设置的延时时间内检测主用链路和备用链路信号质量后进行切换条件的判断。

具体的，所述信号质量为信号强度值；所述信号强度值从第一无线调制解调器模块和第二无线调制解调器模块获取。

具体的，链路信号质量判断标准是指：

在设定或配置的y1时间内，有超过一定比例z1的时间中读取的当前信号强度值s均低于信号强度下门限阈值x1，则判断链路信号质量差，所述z1为设定或配置的用于判断链路信号质量满足下门限阈值x1的时间百分比；

在设定或配置的y2时间内，有超过一定比例z2的时间中读取的当前信号强度值s均高于信号强度上门限阈值x2，则判断链路信号质量好，所述z2为设定或配置的用于判断链路信号质量满足上门限阈值x2的时间百分比；

所述x1和x2在手动模式下可配置，在自动模式下动态计算得出。

具体的，所述切换条件为：

当主用链路和备用链路信号质量都好时，选择主用链路；

当主用链路和备用链路信号质量都差时，保持当前链路直到当前链路信号质量差到拨号断开；

当主用链路信号质量好，备用链路信号质量差时，选择主用链路；

当主用链路信号质量差，备用链路信号质量好时，选择备用链路。

本发明的有益效果是，能够检测出链路信号质量变化的情况，主动快速地切换通信链路，能够尽可能的减小链路的丢包率，提高网络通信的稳定性。本发明同时适用于手动自动两种工作模式，方便用户在不同场景下的使用。

附图说明

图1是本发明实施例的主备链路切换方法流程图；

图2本发明实施例的无线路由设备结构框图。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的技术方案。

本发明根据链路信号质量完成主备链路的切换，解决了主备链路快速切换和不同运营商链路切换的问题。本发明以统一的链路信号质量判断标准，判断主用链路和备用链路信号质量，根据链路信号质量设定切换条件，能够更加真实的反应链路情况，迅速启用备用链路。而在链路切换的时候延时一定时间继续检测链路信号，可以在链路稳定后才进行切换，防止了在主备链路间来回切换的乒乓效应，这样使得无线路由设备能够给用户提供更加稳定的网络环境，此外本发明能够适用于不同制式的公共移动通信网络分别作为主备链路的情况，解决了不同制式间的无线链路信号质量无法直接对比的问题。

如图1所示的本发明实施例的主备链路切换方法流程图，该方法主要应用在无线路由器设备中，所述无线路由设备通过第一无线调制解调器模块拨号接入主用链路，通过第二无线调制解调器模块拨号接入备用链路，通常两个无线调至解调器模块应用不同的运营商网络，该方法主要包括如下步骤：

步骤101，建立统一的链路信号质量判断标准，用于判断主用链路和备用链路信号质量，根据链路信号质量设定切换条件。

目前主流的无线路由设备都是使用调制解调器模块拨号接入公众移动通信网络，内部通过USB总线连接。无线路由设备可以通过指令获取第一无线调制解调器模块和第二无线调制解调器模块检测到的当前链路信号强度值，以此为用户提供手动和自动两种选择方式进行主备链路的切换。手动模式下由用户根据实际情况配置切换条件的参数值完成切换条件的设定，自动模式下由路由设备通过计算设定切换条件的参数值。考虑到3G网络数据通信能力比2G网络明显要高，故无线路由设备使用时会选择仅3G接入，否则会发生在3G网络信号不好时通信能力都比2G网络信号好时通信能力强，而此时选择2G网络反而会降低路由设备的通信能力的情况。对于手动模式，由用户自行根据无线路由设备实际使用环境的无线信号强度来设置6个判断链路信号质量的参数x1、y1、z1、x2、y2、z2，使用手动模式可以更加精准快速、依据用户设定的参数完成链路切换，而对于无线环境并不了解的用户可以使用自动模式。自动模式下还可以增加以下几个参数，average、t0，下门限百分比p1和上门限百分比p2。

s为当前信号强度值，从第一无线调制解调器模块和第二无线调制解调器模块获取，每秒获取一次。其值通常在0-31之间，或者可以换算成为0-31。31表示信号强度最高，0表示信号强度最低。

上述主备链路切换条件中涉及以下几个链路信号质量判断参数：x1、y1、z1、x2、y2、z2，以及average、t0、s0、p1和p2作为判断主用链路和备用链路信号质量的共同标准和依据，其中：

x1，为判定链路信号质量为差的信号强度下门限阈值，即由调制解调器读取的当前信号强度值s低于x1，即认为链路信号质量差。x1在在手动模式下由用户根据无线环境完成设置，在自动模式下由无线路由设备根据公式average×p1计算得出，故x1在自动模式下也是实时变化的。

x2，为判定链路信号质量为好的信号强度上门限阈值，即读取的当前信号强度值s高于x2，即认为链路信号质量好。x2在手动模式下由用户根据无线环境完成设置，在自动模式下由无线路由设备根据实时统计得出的average×p2%得出，故x2在自动模式下也是实时变化的。

y1，为设定或配置的用于判断链路信号质量差的设定的时间范围值。该参数可以防止乒乓效应。

z1，为设定或配置的用于判断链路信号质量满足信号强度下门限阈值x1的时间百分比，即在y1长度的时间内，有大于等于y1×z1的时间中读取的当前信号强度值s均低于信号强度下门限阈值x1，则判断链路信号质量差。该参数可以消除突发变化带来的影响。

y2，为设定或配置的用于判断链路信号质量好的设定的时间范围。该参数可以防止乒乓效应。

z2，为设定或配置链路信号质量满足信号强度上门限阈值x2的时间百分比，即在y2长度的时间内，有大于等于y2×z2的时间中读取的当前信号强度值s均高于信号强度上门限阈值x2，则判断链路信号质量好。该参数可以消除突发变化带来的影响。

t0，用于自动模式下统计该段时间内的信号平均值。

Average，用于表示t0时间内的信号平均值，由无线路由设备实将每秒获取的s求和后除以t0计算得出。故average是一个实时变化的数值。当统计时间不足t0时，按照实际统计的时间运算出来的均值为准。

p1，为下门限百分比，在自动模式下根据不同环境下的实验结果得出该值，用于计算出x1。

p2，为上门限百分比，在自动模式下根据不同环境下的实验结果得出该值，用于计算出x2。

s0，最低下门限阈值，仅在自动模式下有效，当x1小于s0时，下门限值使用s0而不使用x1。

自动切换模式下，对于链路信号质量判断参数x1、y1、z1、x2、y2、z2、p1和p2，则是根据在不同运营商、静止条件下、不同时间段、不同天气条件下实验后得出的经验值，将y1、z1、y2、z2、p1、p2固化设定，而信号强度下门限阈值x1＝average×p1%、信号强度上门限阈值x2＝average×p2%由无线路由设备运算得出。这种自动模式下，由于信号均值average随着当前信号强度值s的变化而变化，故进行判断的上门限阈值和下门限阈值也是跟随实际信号强弱变化而变化，这样可以满足信号在快速衰减时完成链路切换，但是对于慢速衰减的情况，还需要设置一个最低下门限阈值s0，这样可以避免s慢速下降时，average不断下降，而s一直没有低于也一同在下降的下门限阈值x1的情况，故当下门限阈值x1低于s0后，下门限阈值就固定为s0。

本发明实施例设定的切换条件如表1所述，当主用链路和备用链路的链路信号质量均好时，优先使用主用链路；当主用链路和备用链路一条链路信号质量好一条链路信号质量差时，选择信号质量好的链路；当两条链路质量均差时，保持使用当前链路直到当前链路质量差到拨号断开为止。

表1

编号

主用链路

备用链路

链路选择

1	质量好	质量好	主用链路
				2	质量好	质量差	主用链路
3	质量差	质量好	备用链路
				4	质量差	质量差	保持当前链路直到当前链路质量差到拨号断开

采用表1中的切换条件，既优先使用了主用链路，同时保证在主用链路信号质量差时能快速切换到备用链路，此外还保证在链路信号质量均差时候不会来回切换，防止了乒乓效应。除非当前链路信号差到拨号都断开无线链路不存在，那么此时不得不切换到另外一条链路。

步骤102，实时检测主用链路和备用链路信号质量。

不论手动还是自动模式下，首先需要确定主备两条链路均可以接入无线网络，一般情况下备用链路是在需要在启用备用链路时才发起拨号。如果主用链路和备用链路之一不能通过拨号接入网络，那么这种情况下两条链路备份不成立，则不能称之为主备两条链路，故在本发明中认为主备两条链路均是能够通过拨号连接到公共移动通信网络中，故不需要考虑拨号不成功的情况。在本发明所述的主用链路切换到备用链路或者备用链路切换到主用链路时，无线路由设备都是在切换前完成了拨号动作，使得链路形成了通信能力，也就是在真实可以进行数据通信后才能切换。

无线路由设备接入公共移动通信网，是利用调制解调器发起拨号，在拨号成功后完成协议协商建立无线链路，且无线路由设备可以从调制解调器中直接读取到信号强度值，通常分为0-31共32级，或者换算成0-31。其中31表示信号强度最高，0表示信号强度最低，考虑到2G网络数据通信能力十分低下，故在无线路由设备中使用仅3G网络接入。为提高无线路由设备接入网络的可靠性，通常选取双调制解调器做无线路由设备的主备链路，且两个调制解调器会选取不同运营商的3G网络，故直接对两条无线链路的信号强度值进行比较没有意义。

步骤103，当判断检测的信号质量符合设定的切换条件时；启动切换程序，进行主用链路和备用链路切换。

不论是手动模式还是自动模式，利用判断链路信号质量好的上门限阈值x2和判断链路信号质量差的下门限阈值x1，无线路由设备会实时检测主用链路和备用链路信号质量，每秒获取当前链路信号强度s，并计算一个时间段内信号强度高于上门限阈值或低于下门限阈值的次数，以此判断该链路信号质量为好或者差。当主用链路信号质量由好变为差时，如果备用链路信号质量为好，且具有数据通信能力，则切换到备用链路。如果备链路也为差就保持不切换，直到备链路变好或者主用链路断开为止。该方法解决了某一条链路信号变差导致数据基本不能通信但拨号链路尚未断开时，无线路由设备不能启用备用链路的情况，防止了用户网络长时间出现不能通信的情况。

本发明在在判断出链路的信号质量后，根据表1来完成切换。在链路尚未断开时提供了一种预先切换链路的方法，尽可能的减小用户网络出现无法通信的时间。而对于通信链路使用备用链路时，仍然会一直判断主用链路质量和备链路质量，如果主用链路质量恢复且满足一定时间的判断后，则切换回主用链路。

两种切换模式下，对于初始切换条件的判断，均有延时开始参数t。在延时t秒的时间内，对于手动模式，如果有t×z2%的时间信号强度值均大于x2，则认为本链路初始信号质量为好，否则为差；在自动模式下，x2在初始条件下尚未计算得出，故在延时t时间内，不完成链路质量判断，仅完成信号均值average统计，在t+1时刻，判断当前时刻的信号强度值s与刚计算得出的上门限阀值x2的关系，如果s大于等于x2，则设置链路初始条件为好，否则设置为差。t：延时开始时间参数，用于开始主备链路切换功能初始状态判断的时间。

本发明提供手动和自动两种切换模式，手动模式下需要用户根据实际网络环境来设置切换参数，而自动模式下用户不需要关心网络情况如何。手动模式能够更加精准更加快速的完成切换，自动模式对用户的网络背景知识要求不高，且能自适应调整上下门限阈值，适应更为广泛的无线网络环境。

如图2，为本发明实施例的无线路由设备结构框图，本发明实施例的无线路由设备实施上述图1中的主备链路切换方法，本无线路由设备包括第一无线调制解调器模块、第二无线调制解调器模块、链路切换判断模块和链路切换实施模块，其中，

所述第一无线调制解调器模块，用于拨号接入主用链路；

所述第二无线调制解调器模块，用于拨号接入备用链路；

所述链路切换判断模块，用于根据建立的统一链路信号质量判断标准和设定的链路切换条件，实时检测主用链路和备用链路信号质量；当检测的信号质量符合设定的切换条件时，启动链路切换实施模块；

所述链路切换实施模块，用于进行主用链路和备用链路切换。

本实施例中的两个无线调至解调器模块应用不同的运营商网络，且无线路由设备可以通过指令获取第一无线调制解调器模块和第二无线调制解调器模块检测到的当前链路信号强度值，以此为用户提供手动和自动两种选择方式进行主备链路的切换。详细的链路信号质量判断标准和链路切换条件在上述方法实施例的说明中已经作了详细说明，此处不再赘述。

Claims (10)

1.主备链路切换方法，应用于无线路由设备中，所述无线路由设备通过第一无线调制解调器模块拨号接入主用链路，通过第二无线调制解调器模块拨号接入备用链路，其特征在于，包括以下步骤：

A、建立统一的链路信号质量判断标准，用于判断主用链路和备用链路信号质量，根据链路信号质量设定切换条件；

B、实时检测主用链路和备用链路信号质量；

C、当判断检测的信号质量符合设定的切换条件时，启动切换程序，进行主用链路和备用链路切换。

2.根据权利要求1所述的主备链路切换方法，其特征在于，系统初始启动时，在设置的延时时间内检测主用链路和备用链路信号质量后进行切换条件的判断。

3.根据权利要求1所述的主备链路切换方法，其特征在于，所述信号质量为信号强度值；所述信号强度值从第一无线调制解调器模块和第二无线调制解调器模块获取。

4.根据权利要求1-3任一项所述的主备链路切换方法，其特征在于，链路信号质量判断标准是指：

在设定或配置的y1时间内，有超过一定比例z1的时间中读取的当前信号强度值s均低于信号强度下门限阈值x1，则判断链路信号质量差，所述z1为设定或配置的用于判断链路信号质量满足下门限阈值x1的时间百分比；

在设定或配置的y2时间内，有超过一定比例z2的时间中读取的当前信号强度值s均高于信号强度上门限阈值x2，则判断链路信号质量好，所述z2为设定或配置的用于判断链路信号质量满足上门限阈值x2的时间百分比；

所述x1和x2在手动模式下可配置，在自动模式下动态计算得出。

5.根据权利要求4所述的主备链路切换方法，其特征在于，所述切换条件为：

当主用链路和备用链路信号质量都好时，选择主用链路；

当主用链路和备用链路信号质量都差时，保持当前链路直到当前链路信号质量减弱到拨号断开；

当主用链路信号质量好，备用链路信号质量差时，选择主用链路；

当主用链路信号质量差，备用链路信号质量好时，选择备用链路。

6.无线路由设备，其特征在于，包括第一无线调制解调器模块、第二无线调制解调器模块、链路切换判断模块和链路切换实施模块，其中，

所述第一无线调制解调器模块，用于拨号接入主用链路；

所述第二无线调制解调器模块，用于拨号接入备用链路；

所述链路切换判断模块，用于根据建立的统一链路信号质量判断标准和设定的链路切换条件，实时检测主用链路和备用链路信号质量；当检测的信号质量符合设定的切换条件时，启动链路切换实施模块；

所述链路切换实施模块，用于进行主用链路和备用链路切换。

7.根据权利要求6所述的无线路由设备，其特征在于，所述链路切换判断模块，还用于系统初始启动时，在设置的延时时间内检测主用链路和备用链路信号质量后进行切换条件的判断。

8.根据权利要求6所述的无线路由设备，其特征在于，所述信号质量为信号强度值，所述，所述信号强度值从第一无线调制解调器模块和第二无线调制解调器模块获取。

9.根据权利要求6-8任一项所述的无线路由设备，其特征在于，链路信号质量判断标准是指：

在设定或配置的y1时间内，有超过一定比例z1的时间中读取的当前信号强度值s均低于信号强度下门限阈值x1，则判断链路信号质量差，所述z1为设定或配置的用于判断链路信号质量满足下门限阈值x1的时间百分比；

在设定或配置的y2时间内，有超过一定比例z2的时间中读取的当前信号强度值s均高于信号强度上门限阈值x2，则判断链路信号质量好，所述z2为设定或配置的用于判断链路信号质量满足上门限阈值x2的时间百分比；

所述x1和x2在手动模式下可配置，在自动模式下动态计算得出。

10.根据权利要求6-8任一项所述的无线路由设备，其特征在于，所述切换条件为：

当主用链路和备用链路信号质量都好时，选择主用链路；

当主用链路和备用链路信号质量都差时，保持当前链路直到当前链路信号质量差到拨号断开；

当主用链路信号质量好，备用链路信号质量差时，选择主用链路；

当主用链路信号质量差，备用链路信号质量好时，选择备用链路。

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