CN105722076B - 一种利用路面井盖实现wifi网络覆盖的通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用路面井盖实现WIFI网络覆盖的通信系统及方法，包括移动终端、无线访问接入点AP、网络GPON设备和群集服务器，无线访问接入点AP设置在井盖底部，形成AP通信网络，通过光纤与网络GPON设备连接和通信，所述网络GPON设备接入到互联网，是无线访问接入点AP和群集服务器的中继连接设备，群集服务器用于实现所有无线访问接入点AP的管理和移动终端的接入管理，并为通过认证的移动终端提供上网代理服务，对其进行上网授权；移动终端，连接井盖无线AP覆盖网络。本发明为实现WIFI的道路覆盖提供一种限制最少、效果很好的布设方式，提高了井盖的资源利用率。

Description

一种利用路面井盖实现WIFI网络覆盖的通信系统及方法

技术领域

本发明涉及一种利用路面井盖实现WIFI网络覆盖的通信系统及方法。

背景技术

目前，WIFI无线信号已在家庭、商铺、写字楼、医院、机场、酒店等场所得到了广泛覆盖。但在公路上尤其是繁华的商业街上，虽然存在上网需求，但是还未实现WIFI的信号覆盖。

要想在公路路面上实现WIFI的信号覆盖，通常会选择路灯灯杆、广告杆、广告牌、建筑物墙体作为无线设备的安装载体。然而，这些资源受产权归属及位置的影响，大都难以实现布设，而且点位分散且供电线路和通信线路难以重新铺设。

路面井盖，不管是通信井盖、电力井盖还是燃气井盖、污水井盖，分布在城市的各个角落。而且井盖之间都有管道、沟道、隧道连接，容易实现光纤、供电线路的布设。因此，井盖除了方便设备、人员出入、承重、美化街道等作用外，还可以安装无线收发设备，为实现WIFI的道路覆盖提供一种限制最少、效果很好的布设方式，提高了井盖的资源利用率。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种利用路面井盖实现WIFI网络覆盖的通信系统及方法，该发明通过路面井盖实现WIFI覆盖，并对无线访问接入点AP进行监控和管理，通过道路WIFI覆盖为有需求的上网用户，提供免费的上网服务，并在上网用户申请免费使用的过程中，收集上网用户的个人信息和使用习惯，便于后续为上网用户提供定制化的服务。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用路面井盖实现WIFI网络覆盖的通信系统，包括移动终端、无线访问接入点AP、网络GPON设备和群集服务器，其中：

所述无线访问接入点AP设置在井盖底部，形成AP通信网络，通过光纤与网络GPON设备连接和通信，所述网络GPON设备接入到互联网，是无线访问接入点AP和群集服务器的中继连接设备，群集服务器用于实现所有无线访问接入点AP的管理和移动终端的接入管理，并为通过认证的移动终端提供上网代理服务，对其进行上网授权；

所述移动终端，连接井盖无线AP覆盖网络。

所述无线访问接入点AP，安装在井盖底部，设有防水层、防爆装置和防盗器，具备防水、防爆、防盗功能。

所述无线访问接入点AP，设有漫游切换管理模块和高数据带宽传输通道，支持IEEE 802.1X/RADIUSIEEE 802.11i安全协议，具备宽温宽电压工作能力、具备浪涌保护，ESD保护、抗振性及IP68防护等级。

所述无线访问接入点AP，还具有动态频率通道选择模块，当检测到若干个强的信道信号时，设备自动切换到一个低干扰的信道上。

所述漫游切换管理模块，用于在同一局域网段内井盖无线网络访问接入点通过人工手动指定一台井盖无线网络访问接入点具备快速安全认证管理器功能，在此网段内的其他井盖无线网络访问接入点接入的无线终端认证信息通过特定加密缓存到指定的井盖无线网络访问接入点中，当一台移动终端从一个井盖无线网络访问接入点向目标无线网络访问接入点切换时，移动终端将在公共区重叠域内通过指定的井盖无线网络访问接入点快速完成无线网络访问接入点的安全认证。

所述移动终端上设有专用APP，用于提供快速接入井盖WIFI公共网络的用户接口，将驱动WIFI模块工作，自动完成井盖无线AP SSID搜索、认证、接入，控制移动终端在无线访问接入点AP之间实现稳定快速漫游切换，保证无线网络良好的用户体验。

所述群集服务器，用于定时与无线访问接入点AP进行心跳交互，通过检测无线访问接入点AP是否在线，如果无线访问接入点AP无法与群集服务器进行心跳交互，则群集服务器会将该AP的状态标记为故障。

所述群集服务器，定时按无线访问接入点AP统计无线网络客户端的并发接入数量峰值和上网通信流量峰值，若上网通信流量峰值超过设定值，则提醒在该位置增加无线访问接入点AP数量。

一种基于上述系统的网络登录方法，包括以下步骤：

(1)搭建光纤GPON网络，配置井盖无线网络访问接入点，使得AP信号覆盖区域应当相互交叉重叠，形成WIFI覆盖网络；

(2)启用井盖无线网络访问接入点支持DFS动态频率通道选择功能，移动终端接入WIFI覆盖网络；

(3)当监测到移动终端的信号量衰减到设定值时，对两个或以上同名SSID、同密码WIFI热点，以设定侦测频率进行连接，连接信号最强的热点，启用漫游切换管理模块，根据指定的井盖无线网络访问接入点提供的特定信道进行扫描，提前建立MAC层多AP连接，从移动终端、井盖无线网络访问接入点及无线网的支持两个层面上实现基站间漫游切换；

(4)上网用户获取临时授权或永久授权，登录网络。

其中，临时授权的方法，包括以下步骤：

(1)移动终端接收访问指令、访问指定地址的网页，根据提示选择验证方式；

(2)接收相应验证方式中群集服务器发送的认证信息；

(3)输入认证信息，临时开通上网服务，在设定时间内有效。

所述步骤(1)中，验证方式包括手机验证、邮箱验证或社交网络验证。

其中，永久授权的方法，包括以下步骤：

(1)移动终端通过指定下载地址下载并安装井盖WIFI上网应用软件；

(2)运行井盖WIFI上网应用软件，如果从未进行认证，则继续执行步骤(3)，如果已经进行认证，则执行步骤(6)；

(3)填写登录信息，选择验证方式；

(4)移动终端接收相应验证方式中群集服务器发送的认证信息；

(5)移动终端在指定时间内，正确输入认证密码，完成永久认证和注册过程，对于认证通过的用户，群集服务器记录并绑定无线网络终端的MAC地址、手机串号、手机号、用户姓名和认证密码；

(6)移动终端自动进行上网认证，认证完成，连接网络。

为了提高信号传输的安全性和可靠性，AP可通过WEP、WPA、WPA2加密方法来实现对网络访问的验证和数据的加密。AP同时支持WAPI安全技术标准。WAPI是中国自主研发的，拥有自主知识产权的无线局域网安全技术标准。相比WIFI，WAPI可以使无线网络客户端的无线网络通信更加安全。

本发明的有益效果为：

(1)本发明大大方便了居民的网页阅读和浏览视频的上网的基本需求，为出行的人们提供了便利，节省了流量费用。由于网络设施铺设在井盖上，这样就能够让网络实现城市的无缝连接。即便是坐在公车上的用户也不必担心，自己会因为地点转移而断掉网络。

(2)在路面上实现WIFI的信号覆盖，如果选择路灯灯杆、广告杆、广告牌、建筑物墙体作为安装无线设备的载体不仅会受到产权归属及位置的影响，而且点位分散且供电线路和通信线路难以重新铺设。本发明以路面上井盖为无线设备的安装载体不仅不受产权以及位置的影响，而且供电线路和通信线路不用重新铺设，本发明除了方便设备、人员出入、承重、美化街道等作用外，还可以安装无线收发设备，为实现WIFI的道路覆盖提供一种限制最少、效果很好的布设方式，提高了井盖的资源利用率。

(3)另外本发明也方便了各种商家，由于部分建筑过于老旧，无法安装光纤网络。而此发明很好地把这些商家也覆盖到了，为这些老式的商场、连锁店提供了接入互联网的机会。

附图说明

图1是本发明的系统结构图；

图2是本发明的上网用户获取临时授权流程图；

图3是网用户获取永久授权流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种利用路面井盖实现WIFI网络覆盖的通信应用系统的系统组成图，包括：专用终端APP、无线访问接入点AP、网络GPON设备、群集服务器和管理平台。

用户使用专用终端APP，通过快速认证服务接入无线访问接入点AP，无线访问接入点AP通过光纤网络接入网络GPON设备，GPON设备通过通信运营商接入到Internet，管理平台通过Internet网络实现对井盖无线访问接入点AP的管理。

专用终端APP，是户手机、平板笔记本快速接入井盖WIFI公共网络的用户接口，用户终端处于井盖WIFI覆盖区域范围内时，通过APP不需要输入任何个人隐私信息，只需要启动一键上网功能，专用终端APP软件将驱动WIFI模块工作，自动完成井盖无线AP SSID搜索、认证、接入，控制终端在AP之间实现稳定快速漫游切换，保证无线网络良好的用户体验。

无线网络接入点AP，简称AP。安装在井盖底部，具备防水、防爆、防盗功能，使用光纤与网络GPON设备连接和通信。主要是将各个无线网络客户端连接起来，然后将无线网络接入到以太网。无线网络客户端包括但不限于手机、平板或电脑。

无线网络接入点AP，带快速漫游切换管理功能，除了支持IEEE 802.11n技术，高数据带宽传输，支持IEEE 802.1X/RADIUSIEEE 802.11i安全协议，具备宽温宽电压工作能力、具备浪涌保护，ESD保护、抗振性及IP68防护等级等特性外；还具备动态频率通道选择功能，当检测到一个或几个较强的信道信号时，设备自动切换到一个适合的干扰相对较低的信道上，提高WIFI信号覆盖质量。

网络GPON设备是一种高速的网络传输中继设备，采用光纤电缆作为传输介质。光纤传输的优点是速度快、抗干扰能力强。网络GPON设备作为AP和群集服务器的互连设备，实现管理平台对AP的监控和无线网络客户端的接入管理。

群集服务器作为管理平台的硬件载体，确保管理平台的稳定、可靠运行。

管理平台作为应用软件安装在群集服务器上，主要实现AP的管理和上网用户的接入管理，并为通过认证的上网用户提供上网代理服务。

所述管理平台核心功能是对AP的监控和管理。管理平台对AP的监控指管理平台定时与AP进行心跳交互，通过心跳握手管理平台可检测AP是否在线，如果AP由于故障、损坏或被盗无法与管理平台进行心跳交互，则管理平台会将该AP的状态标记为故障，方便系统管理员查询故障AP并及时去现场进行维护。定时心跳交互的时长默认设置为1分钟。

管理平台对AP的管理指管理平台每天按AP统计无线网络客户端的并发接入数量峰值和上网通信流量峰值。如果AP连续30天内有15天接入无线网络客户端的并发数超过10个，或上网流量峰值超过10Mbps，则该位置存在较多的上网用户使用该系统进行上网，管理平台会提醒系统管理员在该位置增加AP数量，便于更多的上网用户以更快的速度同时进行上网使用。

所述管理平台的另一核心功能是对上网用户的接入管理，即为上网用户提供接入授权，并记录上网用户的个人信息，便于后续为上网用户提供定制化服务。

上网用户可通过两种方式获取上网授权。用户可获取临时授权和永久授权，其中临时授权通过网页的方式完成的，永久授权是通过下载并安装井盖WIFI上网应用软件完成。

为了提高信号传输的安全性和可靠性，AP可通过WEP、WPA、WPA2加密方法来实现对网络访问的验证和数据的加密。AP同时支持WAPI安全技术标准。WAPI是中国自主研发的，拥有自主知识产权的无线局域网安全技术标准。相比WIFI，WAPI可以使无线网络客户端的无线网络通信更加安全。

(5)搭建光纤GPON网络，配置井盖无线网络访问接入点，使得AP信号覆盖区域应当相互交叉重叠，形成WIFI覆盖网络；

(6)启用井盖无线网络访问接入点支持DFS动态频率通道选择功能，移动终端接入WIFI覆盖网络；

(7)当监测到移动终端的信号量衰减到设定值时，对两个或以上同名SSID、同密码WIFI热点，以设定侦测频率进行连接，连接信号最强的热点，启用漫游切换管理模块，根据指定的井盖无线网络访问接入点提供的特定信道进行扫描，提前建立MAC层多AP连接，从移动终端、井盖无线网络访问接入点及无线网的支持两个层面上实现基站间漫游切换；

(8)上网用户获取临时授权或永久授权，登录网络。

步骤(1)中，配置井盖无线网络访问接入点的标准为：AP信号覆盖区域应当相互交叉重叠，所有井盖无线网络访问接入点必须使用同一SSID，必须采用相同的WEP或WPA加密；所有井盖无线网络访问接入点必须使用同一网段的IP地址，并且处于同一VLAN中。

步骤(2)中，相互覆盖的井盖无线网络访问接入点必须采用不同的、不相邻频道，开启DFS动态频率通道选择功能监测多个频率信道的信道质量RSSI，当检测到一个或几个强的信道信号时，设备自动切换到一个适合的干扰相对低的信道上。

步骤(3)中，从移动终端支持层面上实现基站间漫游切换的具体方法包括：

(1)在移动终端的APP上内设定接收信号量度指示RSSI最低值；

(2)对两个或以上同名SSID、同密码WIFI热点，设定侦测频率，连接信号最强的热点；

(3)设定强度相差默认在设定阈值以内为相等，避免两个热点信号强度接近而导致频道切换，远程更新APP；

(4)当APP发现连接的AP信号指示RSSI明显降低时，根据指定的井盖无线网络访问接入点提供的特定信道进行扫描，提前建立MAC层多AP连接；

(5)用户在从一个初始井盖无线网络访问接入点向目标无线网络访问接入点切换时，如果初始井盖无线网络访问接入点的接收信号强度指示小于RSSI最低值或目标无线网络访问接入点的RSSI超过初始井盖无线网络访问接入点的RSSI设定阈值以上时，则此时必须断开初始井盖无线网络访问接入点连接，和目标无线网络访问接入点建立连接。

步骤(3)中，从井盖无线网络访问接入点及无线网的支持层面上实现基站间漫游切换的具体方法包括：

(3-1)启动动态频率通道选择功能，检测所有信道信号，井盖无线网络访问接入点自动切换到一个适合的干扰相对低的信道上；

(3-2)同一局域网段内井盖无线网络访问接入点通过人工手动指定一台指定井盖无线网络访问接入点具备快速安全认证管理器功能，在此网段内的其他井盖无线网络访问接入点接入的无线终端认证信息通过以太网经过特定加密缓存到指定井盖无线网络访问接入点中；

(3-3)当一台移动终端从一个井盖无线网络访问接入点向目标无线网络访问接入点切换时，移动终端将在公共区重叠域内通过指定的井盖无线网络访问接入点快速完成无线网络访问接入点的安全认证。

步骤(3-1)中，具体为：

(i)在刚开机上电后没有用户端接入的情况启动下，启动信道选择，对所有信道信号强度进行排序，避开信号强的信道，选择信号最弱的信道作为自己的信号覆盖信道；

(ii)系统运行过程中出现信道相同且信号强的干扰信道时，系统对此干扰信道进行评分标记(如信号干扰强度、干扰时段、干扰时长等参数进行评分累积)，系统自动在干扰信道信号最弱与信道评分值最低两个参数进行平衡选择，选择一个相对稳定可靠通道作为信号覆盖，避免信道的反复切换，导致用户无法接入。

所述步骤(3-2)中，如果本局域网段内没有人工手动指定井盖无线网络访问接入点或指定井盖无线网络访问接入点损坏，该网段为所有AP会自动协商，推举本子网段内IP地址最小的井盖无线网络访问接入点作为指定井盖无线网络访问接入点继续作为快速安全认证管理器。

所述步骤(3-3)中，具体方法为：当一台无线终端从一个初始井盖无线网络访问接入点切换另一个目标井盖无线网络访问接入点时，无线终端将从初始井盖无线网络访问接入点强信号覆盖区域逐渐减弱，进入初始井盖无线网络访问接入点与目标井盖无线网络访问接入点信号重合区域，移动终端一直在进行RSSI信号监测，启动MAC层多AP连接保持，当终端APP阀值控制策略启动时，终端将与目标井盖无线网络访问接入点进行安全认证，目标井盖无线网络访问接入点将加密的认证信息直接通过以太网传输给指定井盖无线网络访问接入点进行快速比对认证，指定井盖无线网络访问接入点找到认证安全信息快速响应。

如图2所示，一种利用路面井盖实现WIFI网络覆盖的通信应用系统的上网用户获取临时授权流程图，共分以下步骤。

步骤一、上网用户通过浏览器访问指定地址的网页；

步骤二、上网用户根据网页提示，输入手机号码；

步骤三、管理平台根据上网用户输入的手机号码，给上网用户发送认证短信，认证短信中包含6位数字的认证密码；

步骤四、上网用户在指定时间内，正确输入认证密码，即可临时开通上网服务。临时开通的上网服务在1天内有效。

如图3所示，一种利用路面井盖实现WIFI网络覆盖的通信应用系统的上网用户获取永久授权流程图，共分以下步骤。

步骤一、上网用户到指定下载地址，下载并安装井盖WIFI上网应用软件；

步骤二、上网用户运行井盖WIFI上网应用软件，判断是否已经进行认证，如果从未进行认证，则继续执行步骤三，如果已经进行认证，则执行步骤六；

步骤三、如果上网用户第一次使用该应用软件，则该应用软件提示用户输入姓名、电话号码、性别等必填信息，上网用户可选择填写非必填信息，主要包括：QQ号、职业、年龄、工作单位、订阅消息类型等。订阅消息类型包括：新闻、购物、体育、娱乐等。信息填写完毕，会提交到管理平台；

步骤四、管理平台根据上网用户输入的手机号码，给上网用户发送认证短信，认证短信中包含6位数字的认证密码；

步骤五、上网用户在指定时间内，正确输入认证密码，即可完成永久认证和注册过程。对于认证通过的用户，管理平台会记录并绑定无线网络终端的MAC地址、手机串号、手机号、用户姓名、认证密码等信息；

步骤六、井盖WIFI上网应用软件，自动进行上网认证，认证完成后，上网用户可进行上网操作。

为了提高信号传输的安全性和可靠性，AP可通过WEP、WPA、WPA2加密方法来实现对网络访问的验证和数据的加密。AP同时支持WAPI安全技术标准。WAPI是中国自主研发的，拥有自主知识产权的无线局域网安全技术标准。相比WIFI，WAPI可以使无线网络客户端的无线网络通信更加安全。

进一步的，可以将手机号码认证，替换为给指定邮箱发送密码、通过现有的社交网络系统替代登录或其他认证方式，均应属于本发明的保护范围。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种利用路面井盖实现WIFI网络覆盖的通信系统，其特征是：包括移动终端、无线访问接入点AP、网络GPON设备和群集服务器，其中：

所述无线访问接入点AP设置在井盖底部，形成AP通信网络，通过光纤与网络GPON设备连接和通信，所述网络GPON设备接入到互联网，是无线访问接入点AP和群集服务器的中继连接设备，群集服务器用于实现所有无线访问接入点AP的管理和移动终端的接入管理，并为通过认证的移动终端提供上网代理服务，对其进行上网授权；

所述移动终端，连接井盖无线AP覆盖网络；

所述无线访问接入点AP，设有漫游切换管理模块和高数据带宽传输通道，支持IEEE802.1X/RADIUSIEEE 802.11i安全协议，具备浪涌保护，ESD保护、抗振性及IP68防护等级；

所述漫游切换管理模块，用于在同一局域网段内井盖无线网络访问接入点通过人工手动指定一台井盖无线网络访问接入点具备快速安全认证管理器功能，在此网段内的其他井盖无线网络访问接入点接入的无线终端认证信息通过特定加密缓存到指定的井盖无线网络访问接入点中，当一台移动终端从一个井盖无线网络访问接入点向目标无线网络访问接入点切换时，移动终端将在公共区重叠域内通过指定的井盖无线网络访问接入点快速完成无线网络访问接入点的安全认证。

2.如权利要求1所述的一种利用路面井盖实现WIFI网络覆盖的通信系统，其特征是：所述无线访问接入点AP，安装在井盖底部，设有防水层、防爆装置和防盗器，具备防水、防爆、防盗功能。

3.如权利要求1所述的一种利用路面井盖实现WIFI网络覆盖的通信系统，其特征是：所述无线访问接入点AP，还具有动态频率通道选择模块，当检测到若干个强的信道信号时，设备自动切换到一个低干扰的信道上。

4.如权利要求1所述的一种利用路面井盖实现WIFI网络覆盖的通信系统，其特征是：所述移动终端上设有专用APP，用于提供快速接入井盖WIFI公共网络的用户接口，将驱动WIFI模块工作，自动完成井盖无线AP SSID搜索、认证、接入，控制移动终端在无线访问接入点AP之间实现稳定快速漫游切换，保证无线网络良好的用户体验。

5.如权利要求1所述的一种利用路面井盖实现WIFI网络覆盖的通信系统，其特征是：所述群集服务器，用于定时与无线访问接入点AP进行心跳交互，通过检测无线访问接入点AP是否在线，如果无线访问接入点AP无法与群集服务器进行心跳交互，则群集服务器会将该AP的状态标记为故障。

6.如权利要求1所述的一种利用路面井盖实现WIFI网络覆盖的通信系统，其特征是：所述群集服务器，定时按无线访问接入点AP统计无线网络客户端的并发接入数量峰值和上网通信流量峰值，若上网通信流量峰值超过设定值，则提醒在对应无线访问接入点增加无线访问接入点AP数量。

7.一种基于如权利要求1-6中任一项所述的系统的网络登录方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)搭建光纤GPON网络，配置井盖无线网络访问接入点，使得AP信号覆盖区域应当相互交叉重叠，形成WIFI覆盖网络；

(2)启用井盖无线网络访问接入点支持DFS动态频率通道选择功能，移动终端接入WIFI覆盖网络；

(3)当监测到移动终端的信号量衰减到设定值时，对两个以上的同名SSID、同密码WIFI热点，以设定侦测频率进行连接，连接信号最强的热点，启用漫游切换管理模块，根据指定的井盖无线网络访问接入点提供的特定信道进行扫描，提前建立MAC层多AP连接，从移动终端、井盖无线网络访问接入点及无线网的支持两个层面上实现基站间漫游切换；

(4)上网用户获取临时授权或永久授权，登录网络。

8.如权利要求7所述的网络登录方法，其特征是：永久授权的方法，包括以下步骤：

(1)移动终端通过指定下载地址下载并安装井盖WIFI上网应用软件；

(2)运行井盖WIFI上网应用软件，如果从未进行认证，则继续执行步骤(3)，如果已经进行认证，则执行步骤(6)；

(3)填写登录信息，选择验证方式；

(4)移动终端接收相应验证方式中群集服务器发送的认证信息；

(5)移动终端在指定时间内，正确输入认证密码，完成永久认证和注册过程，对于认证通过的用户，群集服务器记录并绑定无线网络终端的MAC地址、手机串号、手机号、用户姓名和认证密码；

(6)移动终端自动进行上网认证，认证完成，连接网络。