CN110087335B - 一种聚合多种无线链路的数据传输系统及方法 - Google Patents

一种聚合多种无线链路的数据传输系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种聚合多种无线链路的数据传输协议及方法，包括：两个通信设备；多条无线链路，设置于两个通信设备之间；每个通信设备包括：一发送单元，用以周期性地向对端的通信设备发送探测包；一计算单元，连接发送单元，用以计算每条无线链路的丢包率；一判断单元，连接计算单元，用以根据每条无线链路的丢包率判断当前每一条条无线链路的链路情况，并根据链路情况以给多条无线链路分配相应的发包比重。有益效果：适用于多种无线网络的动态链路聚合且兼容动态IP网络的应用场景，适用性更强；用户终端无需切换IP即可在各个网络中进行包级无缝切换漫游，切换网络的速度更快且稳定性更高；提高了应急通信网络的可靠性。

Description

一种聚合多种无线链路的数据传输系统及方法
技术领域
本发明涉及无线网络协议的设计技术领域，尤其涉及一种聚合多种无线链路的数据传输系统及数据传输方法。
背景技术
应急通信网络由公共LTE网络、专用LTE网络和Mesh网络三个无线网络组成，三个网络优缺点互补，共同完成网络覆盖。公共LTE网络覆盖范围广可跨地区，跨地域进行数据传输；专用LTE网络应用于公共LTE网络的边缘或者特殊的情况；Mesh网络应用于楼宇无线覆盖或者其他场景。三个网络可以互相叠加，也可以互相延伸。应急通信设备就是工作在这样的应急通信网络中，通信设备挂载有公网LTE模块，专网LTE模块和Mesh模块，通信设备可通过链路聚合协议同时接入三个网络，最终实现将一端的通信设备的数据通过应急通信网络中的任意网络传输到对端的通信设备。
目前，现有技术的链路聚合协议还存在一些问题，例如，现有的L1ACP协议(Link1Aggreg1Ation Control Protocol，链路汇聚控制协议)只支持实际的网路接口，不支持虚拟网络接口，并且L1ACP协议不适用于网络带宽变化的场景和动态IP的网络场景，通信设备在传输数据的过程中在三个网络中移动，就会存在网络漫游和网络切换问题。因此，现需一种稳定性更高的链路聚合协议来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种聚合多种无线链路的数据传输系统及方法。
具体技术方案如下：
本发明包括一种聚合多种无线链路的数据传输系统，所述数据传输系统应用于由多条不同种类的无线链路组成的应急通信网络，所述数据传输系统包括：
两个通信设备；
多条无线链路，设置于两个所述通信设备之间，多条所述无线链路包括一第一无线链路、一第二无线链路及一第三无线链路；
每个所述通信设备包括：
一发送单元，用以周期性地向对端的所述通信设备发送探测包；
一计算单元，连接所述发送单元，用以计算每条所述无线链路的丢包率；
一判断单元，连接所述计算单元，用以根据每条所述无线链路的丢包率判断当前每一条条所述无线链路的链路情况，并根据所述链路情况以给多条所述无线链路分配相应的发包比重。
优选的，所述发送单元包括：
一第一网络端口，所述第一网络端口通过所述第一无线链路与对端的所述第一网络端口进行数据传输；
一第二网络端口，所述第二网络端口通过所述第二无线链路与对端的所述第二网络端口进行数据传输；
一第三网络端口，所述第三网络端口通过所述第三无线链路与对端的所述第三网络端口进行数据传输。
优选的，所述计算单元包括一虚拟网络端口，分别连接多条所述无线链路，用以汇集多条所述无线链路接收到的数据包，并根据每条所述无线链路接收到的数据包计算每条所述无线链路的丢包率。
优选的，所述判断单元包括一定时器，用以定期获取每一条所述无线链路的丢包率，定期获取每一条所述无线链路的丢包率，对任意两条所述无线链路的丢包率进行比较，将丢包率高的所述无线链路的发包比重转分配给丢包率低的所述无线链路。
优选的，所述数据传输系统运行于数据链路层上。
优选的，所述数据传输方法包括以下步骤：
步骤S1，提供两个通信设备，每个所述通信设备分别通过多条不同的无线链路周期性地向对端的所述通信设备发送探测包；
步骤S2，每个所述通信设备接收到所述探测包后，分别计算每条所述无线链路的丢包率；
步骤S3，根据每条所述无线链路的丢包率的大小来判断当前每条所述无线链路的链路情况，并根据所述链路情况以给多条所述无线链路分配相应的发包比重。
优选的，所述步骤S2具体包括：
步骤S21，每个所述通信设备根据所述探测包的序列号分别记录收包数和丢包数；
步骤S22，每个所述通信设备定期读取当前的所述收包数和所述丢包数，
步骤S23，将当前的所述收包数减去上一个周期的所述收包数，将当前的所述丢包数减去上一个周期的所述丢包数，以计算出每一条所述无线链路的丢包率。
优选的，所述步骤S3具体包括：
步骤S31，定期获取每一条所述无线链路的丢包率；
步骤S32，对任意两条所述无线链路的丢包率进行比较；
步骤S33，将丢包率高的所述无线链路的发包比重转分配给丢包率低的所述无线链路。
优选的，所述步骤S23通过下述计算公式计算得到当前周期的丢包率：
P_now＝(D_now-D_old)/(R_now-R_old)
其中，
P_now为当前周期的丢包率
D_now为当前周期的丢包数；
D_old为上一周期的丢包数；
R_now为当前周期的收包数；
R_old为上一周期的收包数。
优选的，于所述步骤S3中采用均值法计算丢包率，具体采用下述计算公式计算得出：
P＝(P_now+P_old*(N-1))/N
其中，
P为丢包率；
P_now为当前周期的丢包率；
P_old为上一周期的丢包率；
N为周期的数量。
本发明技术方案的有益效果在于：
(1)适用于多种无线网络的动态链路聚合且兼容动态IP网络的应用场景，适用性更强；
(2)用户终端无需切换IP即可在各个网络中进行包级无缝切换漫游，切换网络的速度更快且稳定性更高；
(3)可以处理带宽不稳定情况下的链路聚合，提高了应急通信网络的可靠性。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明实施例中的通信设备的结构示意图；
图2为本发明实施例中的数据传输系统的系统组网图；
图3为本发明实施例中的数据传输方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明包括一种聚合多种无线链路的数据传输系统，数据传输系统应用于由多条不同种类的无线链路组成的应急通信网络，如图1所示，数据传输系统包括：
两个通信设备；
多条无线链路，设置于两个通信设备之间，多条无线链路包括一第一无线链路、一第二无线链路及一第三无线链路；
每个通信设备1包括：
一发送单元10，用以周期性地向对端的通信设备发送探测包；
一计算单元11，连接发送单元，用以计算每条无线链路的丢包率；
一判断单元12，连接计算单元，用以根据每条无线链路的丢包率判断当前每一条条无线链路的链路情况，并根据链路情况以给多条无线链路分配相应的发包比重；
如图2所示，发送单元10包括：
一第一网络端口lte0，第一网络端口通过第一无线链路与对端的第一网络端口进行数据传输；
一第二网络端口lte1，第二网络端口通过第二无线链路与对端的第二网络端口进行数据传输；
一第三网络端口eth1，第三网络端口通过第三无线链路与对端的第三网络端口进行数据传输；
计算单元11包括一虚拟网络端口JK0，分别连接多条无线链路，用以汇集多条无线链路接收到的数据包，并根据每条无线链路接收到的数据包计算每条无线链路的丢包率；
判断单元12包括一定时器，用以定期获取每一条无线链路的丢包率，定期获取每一条无线链路的丢包率，对任意两条无线链路的丢包率进行比较，将丢包率高的无线链路的发包比重转分配给丢包率低的无线链路。
具体地，通过上述技术方案，本发明实施例中的应急通信网络由公共LTE网络、专用LTE网络和Mesh网络组成，两个通信设备分别为应急通信设备和后台数据中心。应急通信设备可同时接入三个网络，通过三条不同的无线链路传输数据，最终实现经过应急通信网络中的任意网络将数据传输到后台数据中心。图1中通信设备1A代表应急通信设备，通信设备1B代表后台数据中心，以方便描述本协议的设计和应用。
具体地，通信设备1A和通信设备1B都可以同时接入公共LTE网络、专用LTE网络和可移动的Mesh网络，三个网络都是采用无线传输技术，随着通信设备的地理位置变换，三个网路的信号质量和带宽都会呈现无规律的变化，可能出现断开和重新接入的情况。如表1所示，为了便于理解将三个网络的IP规划如下：
公共LTE 专用LTE Mesh网络 通信设备L1AN
IP网段\掩码 10.0.0.0\8 192.168.1.0\24 192.168.2.0\24 172.16.0.0\16
设备网络接口名称 lte0 lte1 eth1 eth0
表1
具体地，通信设备1A和通信设备1B通过公共LTE网络和专用LTE网络进行数据传输时，第一网络端口lte0和第二网络端口lte1的IP都是基站随机分配的，并且采用N1AT(Network 1Address Tr1Ansl1Ation，网络地址转换)模式，Mesh网络为二层网络可配置静态IP或者配置成DHCP(Dyn1Amic Host Configur1Ation Protocol，动态主机设置协议)的server+client(服务端对客户端)模式。
具体地，首先将本发明实施例的数据传输系统预先设置于数据链路层上，通过控制数据链路层的数据包的转发来完成网络的切换，而网络层的数据包感知不到网络的切换，进一步地，通过负载均衡使三个网络可以同时传输数据包，以达到带宽叠加的效果。
具体地，由于公共LTE网络和专用LTE网络都是三层网路，无法直接使用本实施例的数据传输系统，因此，在通信设备1A和通信设备1B的第一网络端口lte0之间搭建第一无线链路作为公共LTE网络的数据传输通道，在通信设备1A和通信设备1B的第二网络端口lte1之间搭建第二无线链路作为专用LTE网络的数据传输通道，第一无线链路和第二无线链路均为vxl1An(Virtu1Al Extensi1Ble L1AN，网络虚似化技术)隧道，vxl1An可以基于已有的服务提供商或企业IP网络，为分散的物理站点提供二层互联，并能够为不同的租户提供业务隔离。进一步地，使用穿越N1AT的vxl1An隧道将三层网路转变成二层网络，这样本实施例中的数据传输系统即可运行。
作为优选的实施例，每个通信设备还包括一局域网接口eth0，局域网接口的一端连接至少一个用户终端，且局域网接口的另一端通过一桥接接口Br-lan连接虚拟网络接口JK0。
具体地，如图2所示可以看到，vxl1An0和vxl1An1分别连接lte0和lte1，vxl1An0和vxl1An1分别用于搭建第一无线链路和第二无线链路，vxl1An0和lte0可视为同一网络端口，均用于公用LTE网络的数据传输；vxl1An1和lte1可视为同一网络端口，均用于专用LTE网络的数据传输。通信设备1A和通信设备1B可以通过vxl1An0，vxl1An1和eth1三个网络接口分别与对端进行二层的数据交互。Jk0接口为本协议的虚拟网络接口，本协议的设计最终实现将lte0(vxl1An0)，lte1(vxl1An1)和eth1接收到的数据包汇聚到Jk0，通过Jk0发出的数据包动态分配给lte0(vxl1An0)，lte1(vxl1An1)和eth1发出，同时实现三个网络端口收发包的动态均衡，理想情况下达到Jk0的传输速率等于三个网络端口的传输速率的总和。
进一步地，根据三条无线链路的链路情况对lte0(vxl1An0)、lte1(vxl1An1)和eth1三个网络传输通道的发包比重进行分配，让链路情况最好的网络传输通道承担更多的发包比重，以保证数据传输的稳定性，降低丢包率。
本发明还包括一种数据传输方法，如图3所示，数据传输方法包括以下步骤：
步骤S1，提供两个通信设备，每个通信设备分别通过多条不同的无线链路周期性地向对端的通信设备发送探测包；
步骤S2，每个通信设备接收到探测包后，分别计算每条无线链路的丢包率；
步骤S3，根据每条无线链路的丢包率的大小来判断当前每条无线链路的链路情况，并根据链路情况以给多条无线链路分配相应的发包比重。
具体地，计算丢包率的流程如下：首先每个通信设备都会周期性地向对端发送探测包，探测包中含有SN(Seri1Al Num1Ber，序列号)字段，此SN字段依次加一，对端接收到探测包后分别记录收包数和丢包数，然后定期读取当前的收包数和丢包数，减去上一个周期的收包数和丢包数，根据该方法计算出每一条无线链路的丢包率，然后选择丢包率最少的一条无线链路来发送数据报文。
在一种较优的实施例中，步骤S2具体包括：
步骤S21，每个通信设备根据探测包的序列号分别记录收包数和丢包数；
步骤S22，每个通信设备定期读取当前的收包数和丢包数；
步骤S23，将当前的收包数减去上一个周期的收包数，将当前的丢包数减去上一个周期的丢包数，以计算出每一条无线链路的丢包率。
具体地，步骤S23通过下述计算公式计算得到当前周期的丢包率：
P_now＝(D_now-D_old)/(R_now-R_old)
其中，
P_now为当前周期的丢包率
D_now为当前周期的丢包数；
D_old为上一周期的丢包数；
R_now为当前周期的收包数；
R_old为上一周期的收包数。
进一步地，由于根据上述方法计算出来的丢包率是当前周期的瞬时丢包率，存在很大的波动，因此，为了避免丢包率波动幅度过大，采用均值法得到一个丢包率的平均值，具体采用下述计算公式得到丢包率：
P＝(P_now+P_old*(N-1))/N
其中，
P为丢包率；
P_now为当前周期的丢包率；
P_old为上一周期的丢包率；
N为周期的数量。
通过上述均值法计算得出的丢包率，波动幅度更小，可避免因丢包率的波动幅度过大导致网络频繁切换，进一步地提高网络的稳定性。
在一种较优的实施例中，步骤S3具体包括：
步骤S31，定期获取每一条无线链路的丢包率；
步骤S32，对任意两条无线链路的丢包率进行比较；
步骤S33，将丢包率高的无线链路的发包比重转分配给丢包率低的无线链路。
具体地，在获取到丢包率之后，就可以根据丢包率的大小来判断当前多条无线链路的链路情况，然后选择丢包率低的无线链路以分配更多的发包比重，丢包率高的无线链路减少发包比重。具体实现流程如图3所示，系统默认有100发包比重，初始状态下每一条无线链路的发包比重初始为0；定时器定期获取每一条无线链路的丢包率，然后比较任意两条无线链路的丢包率，丢包率高的无线链路将自己的发包比重分给丢包率低的无线链路，如果丢包率高的无线链路的发包比重降为0，则从系统默认发包比重里拿出1给丢包率低的无线链路，如果系统的比重为0，则不再分配发包比重；如果某条无线链路连续多个周期没有收到探测包，判定此条无线链路已经断开，此条无线链路的发包比重将被系统回收，最后分配给其他的无线链路。
本发明技术方案的有益效果在于：
(1)适用于多种无线网络的动态链路聚合且兼容动态IP网络的应用场景，适用性更强；
(2)用户终端无需切换IP即可在各个网络中进行包级无缝切换漫游，切换网络的速度更快且稳定性更高；
(3)可以处理带宽不稳定情况下的链路聚合，提高了应急通信网络的可靠性。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种数据传输方法，其特征在于，所述数据传输方法包括以下步骤：
步骤S1，提供两个通信设备，每个所述通信设备分别通过多条不同的无线链路周期性地向对端的所述通信设备发送探测包；
步骤S2，每个所述通信设备接收到所述探测包后，分别计算每条所述无线链路的丢包率；
步骤S3，根据每条所述无线链路的丢包率的大小来判断当前每条所述无线链路的链路情况，并根据所述链路情况以给多条所述无线链路分配相应的发包比重；
所述步骤S3具体包括：
步骤S31，定期获取每一条所述无线链路的丢包率；
步骤S32，对任意两条所述无线链路的丢包率进行比较；
步骤S33，将丢包率高的所述无线链路的发包比重转分配给丢包率低的所述无线链路；
系统默认的发包比重为100，初始状态下每一条所述无线链路的发包比重被设定为0；
执行所述步骤S33时：
如果丢包率高的所述无线链路的发包比重降为0，则从系统默认的所述发包比重中拿出1给丢包率低的所述无线链路；
如果系统默认的所述发包比重为0，则不再分配发包比重；
如果某条所述无线链路连续多个周期没有收到所述探测包，则判定此条所述无线链路已经断开，此条所述无线链路的所述发包比重被系统回收，最后分配给其他的所述无线链路。
2.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
步骤S21，每个所述通信设备根据所述探测包的序列号分别记录收包数和丢包数；
步骤S22，每个所述通信设备定期读取当前的所述收包数和所述丢包数，
步骤S23，将当前的所述收包数减去上一个周期的所述收包数，将当前的所述丢包数减去上一个周期的所述丢包数，以计算出每一条所述无线链路的丢包率。
3.根据权利要求2所述的数据传输方法，其特征在于，所述步骤S23通过下述计算公式计算得到当前周期的丢包率：
P_now＝(D_now-D_old)/(R_now-R_old)
其中，
P_now为当前周期的丢包率
D_now为当前周期的丢包数；
D_old为上一周期的丢包数；
R_now为当前周期的收包数；
R_old为上一周期的收包数。
4.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，于所述步骤S3中采用均值法计算丢包率，具体采用下述计算公式计算得出：
P＝(P_now+P_old*(N-1))/N
其中，
P为丢包率；
P_now为当前周期的丢包率；
P_old为上一周期的丢包率；
N为周期的数量。
5.一种聚合多种无线链路的数据传输系统，所述数据传输系统应用于由多条不同种类的无线链路组成的应急通信网络，其特征在于，应用如权利要求1-4中任意一项所述的数据传输方法，所述数据传输系统包括：
两个通信设备；
多条无线链路，设置于两个所述通信设备之间，多条所述无线链路包括一第一无线链路、一第二无线链路及一第三无线链路；
每个所述通信设备包括：
一发送单元，用以周期性地向对端的所述通信设备发送探测包；
一计算单元，连接所述发送单元，用以计算每条所述无线链路的丢包率；
一判断单元，连接所述计算单元，用以根据每条所述无线链路的丢包率判断当前每一条所述无线链路的链路情况，并根据所述链路情况以给多条所述无线链路分配相应的发包比重。
6.根据权利要求5所述的数据传输系统，其特征在于，所述发送单元包括：
一第一网络端口，所述第一网络端口通过所述第一无线链路与对端的所述第一网络端口进行数据传输；
一第二网络端口，所述第二网络端口通过所述第二无线链路与对端的所述第二网络端口进行数据传输；
一第三网络端口，所述第三网络端口通过所述第三无线链路与对端的所述第三网络端口进行数据传输。
7.根据权利要求5所述的数据传输系统，其特征在于，所述计算单元包括一虚拟网络端口，分别连接多条所述无线链路，用以汇集多条所述无线链路接收到的数据包，并根据每条所述无线链路接收到的数据包计算每条所述无线链路的丢包率。
8.根据权利要求5所述的数据传输系统，其特征在于，所述判断单元包括一定时器，用以定期获取每一条所述无线链路的丢包率，对任意两条所述无线链路的丢包率进行比较，将丢包率高的所述无线链路的发包比重转分配给丢包率低的所述无线链路。
9.根据权利要求5所述的数据传输系统，其特征在于，所述数据传输系统运行于数据链路层上。
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