CN107342899B

CN107342899B - 蜂窝网聚合链路控制方法

Info

Publication number: CN107342899B
Application number: CN201710557298.XA
Authority: CN
Inventors: 刘乃安; 席嘉文
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2020-02-21
Anticipated expiration: 2037-07-10
Also published as: CN107342899A

Abstract

本发明公开了一种蜂窝网聚合链路控制方法，用于解决现有蜂窝网络聚合链路控制方法可靠度低，稳定性差的问题。其实现步骤为：蜂窝网拨号上网，再与实体网卡动态绑定，获取蜂窝模块返回的网络制式了；根据网络制式将链路放入对应的4G、3G、2G链路池中，获取蜂窝网络的频率信息；修改链路频率，若频率修改失败则修改网络制式，网络制式修改成功则进入链路选择模块，修改失败则舍弃该链路。根据额定带宽要求依次在4G、3G、2G链路池中选择数据链路，单条链路不满足额定带宽，则同时提供多条链路，共同分担数据传输任务，并提供冗余链路，本发明保证了数据传输的可靠性和稳定性，可用于移动设备和服务设备数据传输。

Description

蜂窝网聚合链路控制方法

技术领域

本发明属于移动网络技术领域，特别涉及蜂窝网络聚合链路控制方法，可用于移动设备和服务设备数据传输。

背景技术

随着无线通信系统的不断发展，对于蜂窝通信系统的用户吞吐量、上下行传输速率、系统覆盖和服务质量QoS都提出了新的标准。为满足新的系统需求，频率聚合技术、多入多出天线MIMO技术，协作通信技术都在不断被应用到现代通信系统。其中，频率聚合技术具有在频段内及跨频段整合无线信道的特性，用于提升数据传输速率，并减少时延。MIMO技术利用多天线抑制信道衰落，改善通信质量。蜂窝网链路聚合技术涵盖了频率聚合、MIMO和协作通信的各种优点。目前蜂窝网链路聚合技术研究主要有载波聚合技术和蜂窝协作通信技术。

许亮等在《LTE-Advanced下行链路载波聚合》中提出了载波聚合技术。载波聚合技术是通过聚合方式将多个离散或者连续的小频带扩展成更宽的频带。载波聚合技术可以减少对现有系统物理信道和调制编码方案的影响，并且复用已有的系统频带资源。《LTE-Advanced下行链路载波聚合》详细分析了载波聚合的三种应用场景，即同一频带内连续基本载波、同一频带内非连续基本载波和不同频带内非连续的基本载波。并介绍了直接宽带聚合(单载波传输)和多载波传输两种载波聚合方法。最后提出了连续载波聚合方案和非连续载波聚合方案，并进行了简单的仿真分析。虽然载波聚合技术能有效地提高频谱的利用率和数据速率。但是没有很好的与蜂窝网络结合研究。不过对当前蜂窝网络发展提供了一个良好的思路。

寇明延在《蜂窝网协作通信及相关技术研究》中描述了蜂窝网协作通信的基本模式。协作通信的基本思想可以追溯到20世纪70年代中继信道容量理论的研究，其核心思想是利用网络中闲置的天线、用户资源作为信息传输的中转，通过增加冗余的有效空间来获取分集增益。协作通信技术是物理层MIMO技术的一种延伸分布式结构，但同时又可以融合到网络的MAC层和网络层，因此包含了信号协作传输、写作MAC和网络编码这三种类型。物理层协作技术是当前研究的主流协作技术，主要是利用无线电波传输的广播特性。主要有放大前向模式AF、解码前向模式DF和编码协作模式CF。《蜂窝网协作通信及相关技术研究》详细介绍了上述三种模式的工作原理和性能比较。总体来说，协作通信复杂度高，传输时延大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与上述现有技术方案不同的移动端多蜂窝网聚合链路控制方法，以实现蜂窝网络带宽的线性增加，提高数据传输的速度和稳定性。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

(1)监测蜂窝网链路状态，获取网络状态：

若网络不可达，则重新拨号，当重播次数大于5，舍弃该条蜂窝链路；

若网络可达，获取制式信息,包括第四代移动通信系统4G、第三代移动通信系统3G和第二代移动通信系统2G，进一步获取链路的网络地址IP和带宽，并根据制式信息将链路存入对应的链路池，其中链路池是自定义二维数组，存放链路IP和信号衰减RSSI，执行步骤(2)；

(2)对国际标准规定的蜂窝网络通信频带进行分段处理，即以0Hz为起始值，以1KHz为区间间隔进行分段。通过串口指令AT获取蜂窝链路频率信息，并将链路标记为所属分段的取值范围；

(3)判断链路池中是否存在两条或两条以上制式和频段均相同的链路：

若不存在，执行步骤(5)；

若存在，则通过串口指令AT修改链路的频率，获取返回信息，执行步骤(4)；

(4)判断返回信息是是否成功；

若返回失败信息，通过AT指令修改链路的制式，执行步骤(1)；

若返回成功信息，执行步骤(1)；

(5)按照4G、3G、2G的优先级顺序选择链路池，并判断链路池中链路带宽和是否大于等于额定带宽：

若是，则将链路IP存入到可用链路池，该可用链路池是自定义的字符串类型数组；

若否，选择下一个链路池，返回步骤(3)。

本发明与现有技术相比，具有以下优点

1)本发明由于对链路频率进行了修改，使得多条链路可同时使用一根天线通信，减少了外接触面积，尤其在航空航天领域，外接触面积越少，设备使用寿命越长。

2)本发明由于对链路制式进行了修改，修改后的2G、3G网络覆盖范围远大于4G，并且2G、3G链路比4G更稳定。

3)本发明设计的链路池，提供了冗余链路，某条传输数据的链路发生故障后，冗余链路接替该链路传输数据，保证了数据传输的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的实现总流程图；

图2为本发明中状态监测子流程图；

图3为本发明中修改频率子流程图；

图4为本发明中修改网络制式子流程图；

图5为本发明中链路选择子流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明的实现步骤如下：

步骤1，监测蜂窝网络链路状态。

参照图2，本步骤的具体实现如下：

1a)蜂窝模块通电后自动拨号联网，发送AT指令AT+CNMP？到蜂窝模块，获取返回的数字信息Mode，如表1所示；

表1制式表

Mode	网络制式	Mode	网络制式
				2	Automatic	19	GSM+WCDMA Only
13	GSM Only	22	CDMA+EVDO Only
				14	WCDMA Only	48	Any modes but LTE
38	LTE Only	60	GSM+TDSCDMA Only
				59	TDS-CDMA Only	61	GSM+TDSCDMA+LTE
9	CDMA Only	63	GSM+WCDMA+TDSCDMA Only
				10	EVDO Only	67	CDMA+EVDO+GSM+WCDMA+TDSCDMA

根据表1，判断Mode对应的网络制式：

若Mode为38，则网络制式为4G，执行步骤1b)；

若Mode为14，则网络制式为3G，执行步骤1b)；

若Mode为13，则网络制式为2G，执行步骤1b)；

若Mode为其他值，则链路出现故障，执行步骤1c)；

1b)将链路和实体网卡eth*绑定，并将链路IP写入路由表，其中eth*为集成在蜂窝模块上的硬件：

1b1)发送AT+CNMP？指令，返回网络地址IP、链路带宽，将其按key-value方式存入对应制式的链路池，该链路池为自定义数组，用于存放链路IP和带宽；

1b2)发送AT指令sudo+ifconfig，获取虚拟网卡PPP*，使用IPtables指令对虚拟网卡PPP*和集成在蜂窝模块上的硬件eth*进行网络地址转换，IPtables指令如下：

Sudo ipconfig；

Iptables–t nat–A POSTROUTING–o PPP*-p tcp–d eth*-dport 8888–jMASQUERADE；其中*表示网卡编号；

1b3)使用函数System，将网络地址转换后的链路IP写入路由表，执行步骤2。

1c)发送AT指令AT+start？，重启链路，监测并判断返回信息是否为ok：

若是，则链路重启正常，返回1a)；

若不是，则链路重启失败，舍弃该链路。

步骤2，修改链路频率。

参照图3，本步骤的具体实现如下：

2a)以0Hz为起始值、以1KHz为区间间隔对国际标准规定的蜂窝网通信频带进行分段，得到分段区间，将分段区间添加到分段队列FP中，其中FP是自定义队列，用于存放每个分段的取值范围，例如队列的首位元素是[0Hz,1KHz)；

2b)发送串口指令AT+CNBP？，获取返回信息Pos，根据表2得到Pos对应的频率标示，截取频率标示末尾的数字串，该数字串即为链路频率RFN；再在自定义队列FP中查找链路频率RFN所属分段区间[F,F+1)，即满足

表2频率表

2c)定义修改后的频率为P，设定

即在链路频率RNF后一个分段内选取P，作为修改后的频率；

2d)发送AT指令AT+CNBP＝P，修改频率；

2e)发送AT指令AT+CNBP？，获取返回信息，并判断返回信息是否为CNBP+OK：

若是，则频率修改成功，返回步骤1；

若否，则执行步骤3。

步骤3，修改链路网络制式。

参照图4，本步骤的具体实现如下：

3a)发送AT指令AT+CNMP？，获取并判断返回的数字信息Mode：

若Mode为38，执行步骤3b；

若Mode为14，执行步骤3c；

若Mode为13，执行步骤3d；

3b)修改网络制式至3G：

3b1)发送AT指令AT+CNMP＝14；

3b2)发送AT指令AT+CNMP？，获取当前网络制式T，并判断T与14是否相等：

若不相等，则修改成功，执行步骤4；

若相等，则修改失败，返回步骤(3a)；

3c)修改网络制式至2G：

3c1)发送AT指令AT+CNMP＝13；

3c2)发送AT指令AT+CNMP？，获取当前网络制式T，并判断T与13是否相等：

若不相等，则修改成功，执行步骤4；

若相等，则修改失败，返回步骤(3a)。

3d)链路网络制式无法修改，返回步骤1。

步骤4，选择链路。

参照图5，本步骤的具体实现如下：

4a)发送AT指令AT+CPSI？，获取返回带宽信息Fre；

4b)根据额定带宽W计算需要的链路条数P，即：

其中ceil()是取整函数；

4c)在可用链路池中按先入先出FIFO机制，选取P条链路传输数据；

4d)实时获取链路返回的指令，并根据返回指令判断链路是否正常：

若返回的指令为ok，则链路正常；

若返回的指令为error，则链路出现故障，舍弃该链路。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求范围保护范围之内。

Claims

1.蜂窝网聚合链路控制方法，包括：

(1)监测蜂窝网链路状态，获取网络状态：

若网络不可达，则重新拨号，当重播次数大于5，舍弃该条蜂窝网链路；

若网络可达，获取制式信息,包括第四代移动通信系统4G、第三代移动通信系统3G和第二代移动通信系统2G，进一步获取链路的网络IP地址和带宽，并根据制式信息将链路存入对应的链路池，其中链路池是自定义二维数组，存放链路IP地址和接收信号强度RSSI，执行步骤(2)；

(2)对国际标准规定的蜂窝网络通信频带进行分段处理，即以0Hz为起始值，以1KHz为区间间隔进行分段，通过串口指令AT获取蜂窝网链路频率信息，并将链路标记为所属分段的取值范围；

(3)判断链路池中是否存在两条以上制式和频段均相同的链路：

若不存在，执行步骤(5)；

(4)判断返回信息是否成功；

若返回成功信息，执行步骤(1)；

若是，则将链路IP地址存入到可用链路池，该可用链路池是自定义的字符串类型数组；

若否，选择下一个链路池。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中在网络可达状态下，获取制式信息，按如下步骤进行：

1a)发送AT指令AT+CNBP？，获取链路频率和网络制式，并按key-value键值对的方式将链路频率和网络制式存入到对应的链路池中；

1b)发送AT指令sudo+ifconfig，获取虚拟网卡PPP*，通过网络地址表IPtables命令将PPP*和实体网卡eth*动态进行网络地址转换，调用系统函数System，将网络地址转换后的链路写入系统路由表，其中*表示网卡编号；

1c)实时监测链路返回信息，判断返回信息的时间间隔是否大于4S：

若否，则链路正常，继续监测；

若是，则网络不可达，链路断开，舍弃该链路。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中通过串口指令AT修改链路的频率，获取返回信息，按如下步骤进行：

3a)发送AT指令AT+CNBP？，获取链路频率W，查找W所属分段区间[F,F+1)，即满足

3b)定义修改后的频率为P，设定

即在W后一个分段内选取P，作为修改后的频率；

3c)发送AT指令AT+CNBP＝P，修改频率；

3d)发送AT指令AT+CNBP？，获取返回信息，判断是否为CNBP+OK：

若是，频率修改成功；

若否，返回步骤(1)。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(4)中通过AT指令修改链路的制式，按如下步骤进行：

4a)发送AT指令AT+CNMP？，获取当前网络制式R，R取值为2G、3G和4G；

4b)根据R，按照由4G转3G、由4G转2G、由3G转2G的修改规则，选取修改后的网络制式标号Q；

4c)发送AT指令AT+CNMP＝Q，修改网络制式；

4d)发送AT指令AT+CNMP？，获取当前网络制式T，并判断T与Q是否相等：

若相等，则修改成功；

若不相等，则修改失败，舍弃该链路。