CN110191036B - 基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统，该系统包括宽带接入服务器或全业务路由器、汇聚层交换设备、运营商基站、无线网关和用户终端，宽带接入服务器或全业务路由器分别光/电连接至汇聚层交换设备，汇聚层交换设备光/电连接至运营商基站，运营商基站无线连接至无线网关，无线网关无线/有线连接至用户终端。本发明以无线接入技术实现公网和专网在无线载体上融合共存、独立传输互不干扰，提供了从核心层、汇聚层到“最后一公里”的无线接入层的规划和部署，为未来智慧家庭、万物互联与Internet、IPTV、VPN等多种类型网络进行有机的融合与互通奠定了通过高速无线技术实现的实现基础。

Description

基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统
技术领域
本发明涉及网络架构领域，尤其涉及一种基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统。
背景技术
目前互联网宽带及IPTV的接入方式主要通过光纤线路及光猫(家庭光纤网关)进行最后一公里的入户接入(移动终端除外)，主要根据不同的覆盖程度称为“光纤到户(FTTH)”、“光纤到楼(FTTB)”等等。
光纤宽带网络的最后一公里接入方式FTTx中无论是FTTH、FTTB还是FTTO等，都不可避免的依赖光纤线路作为载体，存在对光纤线路工程的投资、施工、维护等成本和难度。
目前，还存在一种随身WIFI设备提供互联网(公网)的访问。设备上联通过无线LTE制式的4G流量卡与附近基站建立链接并传输公网数据。下联提供WIFI接口或RJ45接口满足终端设备的互联网(公网)应用需求。设备仅限互联网(公网)数据传输和应用，依赖于运营商现有对基站接入方式的互联网(公网)在汇聚层及核心层的网络部署，目前尚无实现可配置的互联网与专网数据的无线融合接入及传输。
传统无线(例如LTE)网络，由用户移动终端通过4G卡与运营商基站链接并传输互联网数据，基站(eNode)经过EPS系统处理后，直接与Internet链接，进行互联网的公网数据交换。
EPS(Evolved Packet System，演进的分组系统)是3GPP标准委员会在第4代移动通信中出现的概念。EPS系统包括UE(User Equipment，用户设备)、LTE(4G接入网部分)和EPC(Evolved Packet Core，演进的分组核心网)。
EPC主要由MME、SGW、PGW、PCRF等网元构成。其中：
MME：Mobility Management Entity，移动管理实体；
SGW：Serving Gateway，服务网关；
PGW：Public Data Network Gateway，公共数据网网关；
PCRF：Policy and Charging Rules Function，策略与计费规则功能单元；
归属签约用户服务器(Home Subscriber Server，HSS)
IPTV整个系统架构分别由“内容运营系统”、“业务运营系统”、“CDN(ContentDelivery Network，内容分发网络)分发网络”、“承载网络”、“家庭网络”等主要部分构成。目前，国家政策要求IPTV必须专网专用，各大运营商已经逐步建立了自有的IPTV专网部署。在“承载网络”部分，目前尚处于必须依赖有线(光纤)传输的阶段。至今尚无通过无线方式实现IPTV专网与互联网“最后一公里”的无线融合传输解决方案。
VPN专网业务，主要是为总部-分部远程连接内部局域网，提供了一个体系的解决方案。
传统IPTV及VPN业务的承载网络的整个网络数据传输载体为有线(铜缆或光纤)线路。在接入网环节，通常采用有线接入技术，例如ADSL、FTTH等技术，连接用户端。目前尚无实现“最后一公里”无线接入的整体网络规划和部署方案。
到目前为止，在无线接入方式下，主要是针对互联网的公网应用做了技术实现。例如小米机顶盒、爱奇艺、无线(4G上联)机顶盒等现有产品均是以互联网为平台的应用，所传输的均为公网数据(视频)，也就是OTT应用。在“最后一公里”无线接入方式下，至今没有真正实现互联网与IPTV专网及VPN专网的多网融合共存。
随着无线技术的发展，如何解决公网(例如互联网)、专网(例如IPTV、VPN)在“最后一公里”无线接入方式下共存并相互独立互不影响，至今尚无解决方案。
因此，提供一种基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统，解决了光纤网络最后一公里通过光纤线路接入存在的投资大、工程施工难、光纤线路入户难及光纤线路维护复杂等一系列问题。
根据本发明的一个方面，提供一种基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统，包括：
宽带接入服务器或全业务路由器，用于接收并对四级封装用户数据进行解封装，生成标识和区分后的一级封装用户数据请求和封装数据，并根据标识和区分后的一级封装用户数据请求从互联网或专网中生成请求应答数据；还用于根据封装数据对请求应答数据进行封装，生成封装请求应答数据，并转发至汇聚层交换设备；
汇聚层交换设备，用于接收并对三级封装用户数据请求进行四级封装，生成四级封装用户数据请求并发送至宽带接入服务器和全业务路由器；还用于接收并对封装请求应答数据进行三级解封装，生成三级解封装请求应答数据，发送至运营商基站；
运营商基站，用于接收并对二级封装用户数据请求进行三级封装，生成三级封装用户数据请求，并发送至汇聚层交换设备；还用于接收并对三级解封装请求应答数据进行二级解封装，生成二级解封装请求应答数据，发送至无线网关；
无线网关，用于接收并根据原始用户数据属于专网还是互联网对一级封装用户数据请求进行标识和区分，并对标识和区分后的一级封装用户数据请求进行二级封装，生成二级封装用户数据请求，并发送至运营商基站；还用于接收并对二级解封装请求应答数据进行一级解封装，生成一级解封装请求应答数据，以无线/有线方式发送至用户终端；
用户终端，用于对原始用户数据进行一级封装，以生成一级封装用户数据请求，以无线/有线方式向无线网关发送一级封装用户数据请求；还用于接收并对一级解封装请求应答数据进行原始数据解封装，生成原始应答数据发送给应用程序。
进一步地，宽带接入服务器或全业务路由器与运营商基站之间具备有效的实际链路，该实际链路纳入汇聚层交换设备或运营商基站的路由表中或核心网控制云中。
进一步地，宽带接入服务器或全业务路由器分别光/电连接至汇聚层交换设备，汇聚层交换设备光/电连接至运营商基站，运营商基站无线连接至无线网关，无线网关无线/有线连接至用户终端。
进一步地，运营商基站、无线网关和用户终端依次拨号连接，建立用于互联网和专网的多线程专属链路通道。
进一步地，无线网关包括：
光模块，用于接收二级封装用户数据请求光信号，并通过光通讯接口转发至运营商OLT；还用于接收并将二级解封装请求应答数据转发至路由模块；
调制解调器，用于接收二级封装用户数据请求，并将二级封装用户数据请求转换为光信号，发送至光模块；接收光模块发送的二级解封装请求应答数据，将二级解封装请求应答数据转换为电信号发送至路由模块；
无线模块，用于将二级封装用户数据请求转发至运营商基站；还用于接收并将二级解封装请求应答数据转发至路由模块；
路由模块，用于接收并对一级封装用户数据请求进行标识和区分，并对标识和区分后的一级封装用户数据请求进行二级封装，生成二级封装用户数据请求，发送至调制解调器和无线模块；接收并对二级解封装请求应答数据进行一级解封装，生成一级解封装请求应答数据，并转发至WIFI模块或RJ45接口；
WIFI模块，用于接收用户终端发送的一级封装用户数据请求，并转发至路由模块；接收并将一级解封装请求应答数据转发至用户终端；
多个RJ45接口，各RJ45接口分别用于接收用户终端发送的一级封装用户数据请求，并转发至路由模块；接收并将一级解封装请求应答数据转发至用户终端。
进一步地，运营商基站与无线网关通过无线连接，无线网关遵循无线通讯标准对请求数据进行封装以及对应答数据进行解封装。
进一步地，运营商基站与无线网关之间支持每个用户多个PVC通道、多标识及多协议标签交换协议。
进一步地，无线网关上还设置硬开关，用于切换三种选择：光模块单独工作、无线模块单独工作以及光模块和无线模块并行工作。
进一步地，无线网关上还设置硬开关切换控制模块，用于在无线模块内检测到无线通讯达到故障阈值或者光模块中检测到合格的光路信号时，控制硬开关从无线模块切换至光模块。
进一步地，无线网关上还设置无线信号指示灯，用于判断无线信号的状态。
本发明与现有技术相比具有以下的优点：
1.本发明的无线网关和基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统以无线接入技术实现公网例如互联网和专网例如IPTV专网和VPN专网在无线载体上融合共存、独立传输互不干扰，提供了从核心层、汇聚层到“最后一公里”的无线接入层的规划和部署，为未来智慧家庭、万物互联与Internet、IPTV、VPN等多种类型网络进行有机的融合与互通奠定了通过高速无线技术实现的实现基础；
2.本发明的无线网关替代现有以光缆线路作为载体(FTTx)的网络最后一公里接入方式(例如光纤到户)，利用运营商基站传输，只要有LTE、5G等无线信号即可，覆盖面得到了极大的扩广；节省对光缆工程的投资，大大降低网络开通的线路投资成本；用户无需敷设网络入户线路，极大地简化了用户的网络升级改造难度，降低了网络升级改造的线路预算费用；使得室内用户可自助灵活组网，网络设备位置灵活，彻底改变了由于现有光纤位置相对固定造成的组网单一现象；大大降低维护成本及难度，完全摆脱了对光缆线路的高昂、专业、复杂的维护及排障成本，时效性得到极大的提升；突破现有光缆对偏远山区、海河区域及高速运行环境的业务开通瓶颈，使得上述特殊环境中高速网络业务的快速开通成为可能；
3.本发明的无线网关兼容光模块和无线模块，使得在数据传输载体方面可进行无线上联或者光纤上联两种方式进行有效选择，对快速处理由于光纤线路造成安装、维护、排障等方面困难而造成的实效性得到大大的提高；
4.本发明的无线网关属于宽带及专网传输技术从光纤线路作为载体跨越提升到以高速(例如LTE、5G等)无线信号作为数据传输载体的关键设备，亦起到承上启下的过度作用。
附图说明
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统框图；
图2是本发明的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统的具体实施例；
图3是本发明的无线网关框图；
图4是本发明的运营商基站、运营商OLT与无线光猫之间的连接关系示意图；
图5是本发明的多个数据传输通道示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
图1是本发明的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统框图，参见图1，本发明提供的包括上述无线网关的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统，包括：
宽带接入服务器或全业务路由器，用于接收并对四级封装用户数据进行解封装，生成标识和区分后的一级封装用户数据请求和封装数据，并根据标识和区分后的一级封装用户数据请求从互联网或专网中生成请求应答数据；还用于根据封装数据对请求应答数据进行封装，生成封装请求应答数据，并转发至汇聚层交换设备；
汇聚层交换设备，用于接收并对三级封装用户数据请求进行四级封装，生成四级封装用户数据请求并发送至宽带接入服务器和全业务路由器；还用于接收并对封装请求应答数据进行三级解封装，生成三级解封装请求应答数据，发送至运营商基站；
运营商基站，用于接收并对二级封装用户数据请求进行三级封装，生成三级封装用户数据请求，并发送至汇聚层交换设备；还用于接收并对三级解封装请求应答数据进行二级解封装，生成二级解封装请求应答数据，发送至无线网关；
无线网关，用于接收并根据原始用户数据属于专网还是互联网对一级封装用户数据请求进行标识和区分，并对标识和区分后的一级封装用户数据请求进行二级封装，生成二级封装用户数据请求，并发送至运营商基站；还用于接收并对二级解封装请求应答数据进行一级解封装，生成一级解封装请求应答数据，以无线方式发送至用户终端；
用户终端，用于对原始用户数据进行一级封装，以生成一级封装用户数据请求，以无线或有线方式向无线网关发送一级封装用户数据请求；还用于接收并对一级解封装请求应答数据进行原始数据解封装，生成原始应答数据发送给应用程序。
根据网络部署结构的不同，在实际部署过程中可能会多于或少于四个级别的数据封装/解封装过程，本发明方案中上述四级表述仅限于技术举例说明且不受其所限。但其中，宽带接入服务器或全业务路由器与运营商基站之间具备有效可靠的实际链路，该链路并且已纳入汇聚层交换设备或运营商基站的路由表中或核心网控制云中，由核心网控制云对用户面转发资源进行全局调度，统一管理和统一认证，以确保数据的目标地址可达性。
其中，在用户终端、无线网关、运营商基站、汇聚层交换设备的封装过程中可以将各自的MAC地址或IP地址、标识ID等各种区分标识符作为封装数据进行数据封装，使得对封装数据进行解封装后能够生成从用户终端至宽带接入服务器或全业务路由器的数据传输链路，以按照原数据传输链路返回数据。本发明的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统中各个设备例如用户终端网络和汇聚层交换设备等的网络均可采用TCP/IP协议，数据可以是IP数据包，在进入无线传输接口前需要根据不同的无线技术(包括但不限于LTE、5G等)对IP数据包按照相关无线通信标准进行匹配的封装/解封装处理。数据的封装和解封装的具体实现手段，根据不同网络设备的品牌和实际部署而采用可能不同的参数和技术，以实际为准，本发明的实施方式仅用于示例，并不受示例所限制。
由于无线接入层、汇聚层网络及核心主干交换网络之间设计和部署的实际差异，本发明包括但不限于所列示例，相关IP数据处理及转发形式及相关涉及的设备功能要求，也依据实际现有网络进行调整和优化，只要最终实现上述功能为目的和效果，均为本发明所呈现形式。
本发明的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统的网络整体设计和部署的综合解决方案以无线接入技术实现公网例如互联网(公网)和专网例如IPTV专网和VPN专网等在同一无线载体上融合共存、独立传输互不干扰，提供了从核心层、汇聚层到“最后一公里”的无线接入层的规划和部署，为未来智慧家庭、万物互联与Internet、IPTV、VPN等多种类型网络进行有机的融合与互通奠定了通过高速无线技术实现的实现基础。本发明的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统包括但不限于上述示例涉及的具体参数和方法，只要最终实现上述无线功能为目的和效果，均为本发明所呈现形式。
在这里，“最后一公里”无线传输表示从运营商基站到无线网关以及从无线网关到用户终端的数据传输，从运营商基站到无线网关通过无线连接，以及从无线网关到用户终端的数据传输通过无线/有线连接。例如，运营商基站、无线网关和用户终端可以依次拨号连接，建立用于互联网和专网的多线程专属链路通道，无线网关或用户终端也可以通过DHCP协议获取基站上联的运营商服务器分配的动态/固定IP地址。具体地，互联网与专网通过无线方式实现融合且相对独立互不干扰的“最后一公里”的无线传输接入，其实现方法包括但不限于基于IP、PPPOE、IPOE等协议上进行拨号连接而建立的多线程的专属链路通道。
参见图1，在本发明中，多网(互联网+IPTV+VPN等)传输在接入网环节全部采用无线的技术手段实现。需要指出的是，这里所涉及到的无线技术的运用，必须建立在上层汇聚层网络做了相应的网络设备支持部署，同时用户端无线终端设备也具备多网融合传输的设计，因此，本发明所提供的不仅是一个网络整体设计和部署的解决方案，还提供了一种用户端无线无线网关的产品设计方案。同时，由于实际中的运营商网络存在千差万别，在现有网络上的改造和优化，当然各有不同，本发明所列各技术参数，仅做示例，包括但不限于此。只要最终实现上述功能为目的和效果，均为本发明所呈现形式。
该方案主要是借助现有互联网线路及设备作为载体，通过定义特定的虚拟“通道”，与互联网数据进行逻辑上的分离，从而形成具备特定的“专属逻辑通道”的“专网”。业务数据包从用户端出口端设备上进行了特殊的封装处理后，在互联网中进行“透传”，在数据包到达目的接口处的无线网关中进行解封装处理，还原成内部局域网的IP数据。VPN接入网的线路形态有多种，常见的有虚拟拨号接入(VPDN(VPDN英文为Virtual Private Dial－up Networks，又称为虚拟专用拨号网，是VPN业务的一种，是基于拨号用户的虚拟专用拨号网业务。))及分配固定IP的专线接入等。VPN专网业务广泛应用于各企业的内部局域网远程互通领域。
在SDN(Software Defined Network，软件定义网络)分发网络中，SR/BRAS集群根据数据包中封装的被定义的专网标识和区分信息，对应相应的路由路径进行数据的分组交换，也就是逻辑上的“专网通道”。SR/BRAS集群包括但不限于AAA(AAA是认证(Authentication)、授权(Authorization)和审计(Accounting)的简称)、RADIUS(RemoteAuthentication Dial In User Service，远程用户拨号认证系统)、DNS(Domain NameSystem，域名系统)、BOSS(Business&Operation Support System，业务运营支撑系统)等服务器功能设备。
参见图1，宽带接入服务器或全业务路由器分别光/电连接至汇聚层交换设备，汇聚层交换设备光/电连接至运营商基站，运营商基站无线连接至无线网关，无线网关无线/有线连接至用户终端，其中从运营商基站上联至汇聚层甚至核心层的各层设备间可以但不限于光/电有线连接，在特殊环境下也可以相互无线链接。/表示“或”的意思。
具体地，参见图1，本发明的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统包括多个宽带接入服务器、多个全业务路由器、多个汇聚层交换设备，多个运营商基站，多个无线网关，多个用户终端，其中，每一个宽带接入服务器均与专网云和公网云共享数据，每一个全业务路由器均与专网云和公网云共享数据，一个宽带接入服务器与多个汇聚层交换设备连接，一个全业务路由器与多个汇聚层交换设备连接，一个汇聚层交换设备与多个运营商基站连接，一个运营商基站与多个无线网关连接，一个无线网关与多个用户终端连接。
本发明从无线网关无线接入到运营商基站、汇聚层、核心层进行网络规划和部署，结合用户端家庭网关的设计，形成一个完整体系的设计，从而彻底解决该领域空白。
本发明基于现有技术中“宽带互联网与专网的共存，必须依赖光纤物理线路进行传输”的前提，通过对网络传输数据载体方式及基站上联运营商公网和专网规划部署的设计(上至运营商汇聚层网络设计部署，下至用户终端无线网关，均进行设计，实现一个完整体系的无线网络设计部署和无线“最后一公里”传输接入)，基于高速无线传输网络(包括但不限于LTE、5G)，对现有接入网通过光纤线路承载方式进行突破，彻底解决现有光纤接入网的“投资大”、“施工难”、“维护难”等的痛点，使得在数据传输载体方面可进行无线上联或者光纤上联两种方式进行有效选择，对快速处理由于光纤线路造成安装、维护、排障等方面困难而造成的实效性得到大大的提高，使得宽带互联网最后一公里接入为无线接入。
参见图2，本发明的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统实例具体如下：
IPTV业务平台及系统以及公司总部内网均与互联网通信，IPTV专网、VPN专网和互联网(公网)均与SR/BRAS集群通信，SR/BRAS集群通信通过EPS与汇聚交换机通信，汇聚交换机与基站通信，基站与无线网关通信，无线网关与用户终端通信，用户终端包括电脑、手机和液晶电视等。优选地，无线网关与用户终端无线通信。优选地，无线网关与基站无线通信，使得无线网关与汇聚交换机进行数据传输。但是，无线网关还能够根据实际需求与用户终端有线通信。同时，无线网关还能够根据实际需求与OLT有线通信，使得无线网关与汇聚交换机进行数据传输。
更进一步地，互联网作为核心层与汇聚层交换机之间部署SR/BRAS功能，以建立到专网(IPTV、VPN等)地路由链路，并对SDN分组交换网络在功能上地要求进行描述。对传输的IP数据进行必要的形式及功能上的描述(例如，对IP数据包的封装/解封装、传输处理上的“时分复用”、“分组交换”、“支持多VLAN标签通道”等各种技术手段的描述，仅作为示例进行举例，根据实际网络差异，包括但不限于上述技术限制)，并对传输设备的功能要求进行相应说明。还对用户端设备(例如无线网关)进行设计，并对各相应功能模块进行设计和描述。
图3是本发明的无线网关框图，参见图3，本发明提供的无线网关，该无线网关包括：
光模块，用于接收二级封装用户数据请求光信号，并通过光通讯接口转发至运营商OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)；还用于接收并将二级解封装请求应答数据转发至路由模块；
调制解调器，用于接收二级封装用户数据请求，并将二级封装用户数据请求转换为光信号，发送至光模块；接收光模块发送的二级解封装请求应答数据，将二级解封装请求应答数据转换为电信号发送至路由模块；
无线模块，用于将二级封装用户数据请求转发至运营商基站；还用于接收并将二级解封装请求应答数据转发至路由模块；
路由模块，用于接收并对一级封装用户数据请求进行标识和区分，并对标识和区分后的一级封装用户数据请求进行二级封装，生成二级封装用户数据请求，发送至调制解调器和无线模块；接收并对二级解封装请求应答数据进行一级解封装，生成一级解封装请求应答数据，并转发至WIFI模块或RJ45接口；
WIFI模块，用于接收用户终端发送的一级封装用户数据请求，并转发至路由模块；接收并将一级解封装请求应答数据转发至用户终端；
多个RJ45接口，各RJ45接口分别用于接收用户终端发送的一级封装用户数据请求，并转发至路由模块；接收并将一级解封装请求应答数据转发至用户终端。
参见图3，光模块电连接至调制解调器，无线模块和调制解调器均电连接至路由模块，路由模块电连接至WIFI模块。
无线网关上可以向下联提供多个以太网RJ45接口，各RJ45接口均与路由模块电连接，并且可以级联交换机组成局域网，使得无线网关上联无线信号传输中的数据既支持公网数据传输，又支持专网数据传输，具体地，无线网关对各类数据进行特殊处理(包括但不限于通过拨号连接建立多线程链路的专属传输通道、数据封装、多标签标识、时分复用处理等)后，通过无线上联功能模块以无线信号(例如LTE/5G)形式传输，支持多种网络通信协议。并且无线网关上联采用无线通讯信号传输形式时，下联既可以提供有线网络接口(例如LAN1、IPTV、VPN、LAN4及语音RJ11接口)又可以提供多个无线WIFI信号(例如SSID1、SSID2等)的设计方案，例如，参见图1，可以设置四个RJ45接口，LAN1网口、LAN2网口、LAN3网口、LAN4网口。无线网关通常指定LAN2网口作为IPTV业务的专网RJ45接口，承载运营商IPTV专网业务；LAN3网口作为VPN业务的专网RJ45接口，承载运营商VPN业务，也就是说，LAN2网口可以定义为IPTV专网接口，LAN3网口可以定义为VPN专网接口，其他2个RJ45接口LAN1网口、LAN4网口作为用户端局域网组网接口，以上各RJ45接口的功能分配，可进行配置；所有RJ45接口均与路由模块连接进行以太网IP数据包交换和传输。
本发明的无线网关采用无线(包括但不限于LTE/5G)接入方式与上联设备(例如运营商基站)进行互联网与专网等多网融合通信连接的产品设计方案，具体地，以无线接入技术实现公网例如互联网和专网例如IPTV专网和VPN专网在无线载体上融合共存、独立传输互不干扰，提供了从核心层、汇聚层到“最后一公里”的无线接入层的规划和部署，为未来智慧家庭、万物互联与Internet、IPTV、VPN等多种类型网络进行有机的融合与互通奠定了通过高速无线技术实现的实现基础。
本发明的无线网关替代现有以光缆线路作为载体(FTTx)的网络最后一公里接入方式(例如光纤到户)，利用运营商基站传输，只要有LTE、5G等无线信号即可，覆盖面得到了极大的扩广；节省对光缆工程的投资，大大降低网络开通的线路投资成本；用户无需敷设网络入户线路，极大地简化了用户的网络升级改造难度，降低了网络升级改造的线路预算费用；使得室内用户可自助灵活组网，网络设备位置灵活，彻底改变了由于现有光纤位置相对固定造成的组网单一现象；大大降低维护成本及难度，完全摆脱了对光缆线路的高昂、专业、复杂的维护及排障成本，时效性得到极大的提升；突破现有光缆对偏远山区、海河区域及高速运行环境的业务开通瓶颈，使得上述特殊环境中高速网络业务的快速开通成为可能。
本发明的无线网关兼容光模块和无线模块，使得在数据传输载体方面可进行无线上联或者光纤上联两种方式进行有效选择，对快速处理由于光纤线路造成安装、维护、排障等方面困难而造成的实效性得到大大的提高。
本发明的无线网关属于宽带及专网传输技术从光纤线路作为载体跨越提升到以高速(例如5G等)无线信号作为数据传输载体的关键设备，亦起到承上启下的过度作用。参见图3，当无线模块从下联路由模块处接收到的数据进行封装等处理时，无线模块以无线通讯信号(例如LTE、5G等)的形式(或光信号的形式)与上联运营商基站(或OLT)建立通讯连接和数据传输。
WIFI模块上联路由模块进行以太网IP数据分组交换，下联以WIFI无线信号(SSID)形式与移动终端建立连接、认证、IP数据交换。需要说明的是，WIFI模块也可通过定义的SSIDX无线信号与专网设备(例如IPTV机顶盒)建立无线连接，进行专网数据交换传输。
无线网关通过无线模块或光模块上联到运营商基站或OLT(optical lineterminal，光线路终端)，建立无线或光信号数据链接，具体地，无线网关中无线/光模块可以将各种IP数据依据无线(例如LTE、5G等)通讯标准进行封装处理，按照无线(例如LTE、5G等)通讯标准规范格式或机制与上联基站进行数据交换。无线网关中无线/光模块将从基站(或OLT)接收的数据按照无线/光通讯标准进行解封装后与下联接口进行交换传输。无线网关可采用时分复用技术(是采用同一物理连接的不同时段来传输不同标识的数据，也能达到多路传输的目的)和多协议标签交换(是一种在开放的通信网上利用标签引导数据高速、高效传输的新技术)区分不同的IP数据，以支持多种网络通信协议。
无线网关公网、专网IP转换NAT形式(LAN2/LAN3网口桥模式)如下：无线网关通过自身路由模块可以将上联生成的IP数据包进行NAT转换映射后向下联提供DHCP(DynamicHost Configuration Protocol，动态主机设置协议)服务；或向IPTV(LAN2网口)、VPN(LAN3网口)提供数据透传(桥)功能服务。具体地，路由模块通过协议(例如TCP/IP/PPPOE/IPOE/DHCP)从无线/光模块与公网(例如互联网)建立通讯连接生成IP(例如202.101.X.X/32)，同时路由模块将公网分配的IP地址在内部进行NAT转换映射成DHCP地址池(例如192.168.1.X/24)，向下分配给网络终端(例如LAN1、LAN4、SSID A)；路由模块通过协议(例如PPPOE/IPOE/DHCP)从无线/光模块与专网(IPTV/VPN)建立通讯连接而分配到IP地址(例如10.10.X.X/32或者192.168.X.X/32)，同时路由模块将专网IP在内部进行数据透传向下与网络终端(例如机顶盒)直接进行数据交换；在此可以根据特殊应用场景进行定制化配置，也可将专网IP进行NAT转换映射，向下分配给专网应用终端(例如LAN2、SSID B)。
到目前为止，所有通过无线LTE方式上联到互联网的设备中，传输的视频应用数据，都属于OTT。OTT和IPTV的区别如下：IPTV为从卫星接收下来的信号，经过视频压缩处理，然后把压缩后的报文经过IP流化，变成IP报文，通过IP网络传送到用户家里，因此可以充分利用IP网络的可达性以及IP网络传送效率的优越性。OTT TV是“Over The Top TV”的缩写，是指基于开放互联网的视频服务，意指在网络之上提供服务，强调服务与物理网络的无关性。通过互联网传输的视频节目。具体地，IPTV与OTT之间的区别是：
1)IPTV采用独立组网，而OTT建立于宽带互联网上；
2)IPTV有QoS(指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力,是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术)保障，而OTT无；
3)IPTV各地广电提供节目源，有电视直播，而OTT无。
针对IPTV的以上特征，在无线接入网络的设计和部署中，需要注意以下几个方面：
1)汇聚交换设备启用灵活QINQ(实现将用户私网VLAN标签封装在公网VLAN标签中，使报文带着两层VLAN标签穿越运营商的骨干网络(公网))；
2)根据内标签，选择外标签，聚合IPTV业务；
3)对外标签分流，启用QOS策略，确保数据传输质量，可以结合MPLS实现MPLSDiffserv机制(DiffServ从上层提供业务分类及保障服务质量，MPLS在下层将DiffServ中的行为聚合BA映射成不同的标签，利用MPLS的支持保证QoS的转发)；可使用组播VLAN和802.1p机制实现IPTV业务的QOS保障；
4)对IPTV业务需支持802.1p标签到DSCP(Differentiated Services CodePoint，差分服务代码点)标签的互换；
5)每用户启用多VLAN，VLAN标识和区分各业务；IPTV的单播业务和组播业务也可采用不同的VLAN；
6)需要对VLAN ID进行合理的规划，跨段灵活设置；
7)需要支持电信级别的网络配置和管理；
由于网络设备品牌和部署不同，实际中存在各种不同形式的部署和优化手段，包括但不限于上述内容，只要最终实现上述功能为目的和效果，均为本发明所呈现形式。
本发明通过对电信运营商汇聚层网络的部署设计，结合本发明中的用户端无线家庭网关的设计，成功实现了IPTV、VPN在无线(例如LTE、5G等)方式下的接入和传输突破，至此，彻底完成IPTV及VPN等专网业务的传输，从光纤传输到无线传输的跨越。
无线网关向下联提供多种WIFI信号例如SSID(Service Set Identifier，服务集标识和区分)1、SSID2等，向移动终端提供网络组网服务。
WIFI模块上联与路由模块进行数据交换，可以分别建立公网(例如互联网)数据传输逻辑通道，对应SSID A、专网(例如IPTV、VPN)数据传输逻辑通道，对应SSID B和SSID C。
WIFI模块下联可以分别提供SSID A和SSID B、SSID C信号与移动终端建立连接进行数据传输。
在路由模块中，可以将公网在内部划归同一个虚拟网段内(对应LAN1、LAN4、SSIDA)，将专网在内部划归另一个虚拟网段内(对应LAN2、SSID B或者LAN3、SSID C)。
无线网关同时可以提供多个RJ11语音接口承载语音业务(包括VoLTE、VONR语音技术在5G网络中的实现)。
本发明的无线网关解决了光纤网络最后一公里通过光纤线路接入存在的投资大、工程施工难、光纤线路入户难及光纤线路维护复杂等一系列问题以及本发明项作为未来高速互联网宽带从光纤线路向无线通讯例如LTE(Long Term Evolution，长期演进)/5G方向跨越的关键接入设备，起到承上启下的作用。
本发明的无线网关为无线接入型家庭无线网关，在本发明中的无线接入是一个广义概念，包括但不限于LTE通讯信号、5G通讯信号及未来更先进的各种无线通讯信号，泛指各种无线通讯信号。在此为了便于阐述，简称为“5G”，下同。
无线通讯信号的基站在网络架构中的接入网范畴中起到下联链接无线网关，上联连接运营商汇聚层交换设备，由汇聚层交换设备上联至SR(service router，全全业务路由器)/BRAS(Broadband Remote AccessServer，宽带接入服务器)等SDN服务群组，从而构成运营商网络(互联网、专网)的组成部分。本发明中涉及到的上联网络环境是指运营商网络部分，其中包括但不限于涵盖了公网云(例如互联网、城域网、教育网等)、专网云(例如IPTV、专网VPN、公安网等)、防火墙、BASE、AAA认证群、计费系统群、业务系统群、网络管理系统群及分组交换网络矩阵各组成部分之间的畅通稳定并符合无线通讯标准(包括但不限于LTE、5G等)。
本发明所涉及到的接入网原理主要由以下几个部分组成：
1.由运营商无线基站或OLT(optical line terminal，光线路终端)作为网络连接的数据发送/接收的传输节点；
2.无线信号(例如LTE、5G等数据传输信号)或光信号，作为通讯数据的传输载体，建立基站(或OLT)与无线网关之间的网络通讯传输通道，进行大带宽的数据传输；
3.无线网关作为最后一公里网络接入用户终端，上联无线通讯信号(或光信号)与运营商基站(或OLT)建立连接进行数据的封装传输，下联提供以太网网接口(RJ45)组成用户端局域网；无线网关同时通过提供WIFI接口(例如SSID1、SSID2等)与用户端移动通讯设备进行连接和数据传输。
4、无线网关在与运营商基站之间建立的无线链路上进行多类型、多通道的公网和专网封装后数据的融合传输，是本发明技术方案不可或缺的重要组成部分。
进一步地，无线网关上还设置硬开关例如按钮、拨片等，用于用于切换三种选择：光模块单独工作、无线模块单独工作以及光模块和无线模块并行工作。当光模块单独工作时，光模块以光通讯接口上联运营商OLT设备；当无线模块单独工作时，无线模块以无线空口上联运营商基站。
进一步地，无线网关上还设置硬开关切换控制模块，用于在无线模块内检测到无线通讯达到故障阈值或者光模块中检测到合格的光路信号时，控制硬开关从无线模块切换至光模块。
具体地，无线网关可以通过机制判断或人工选择采用无线(LTE/5G)传输模式或光传输模式的设计方案。
进一步地，无线网关上还设置无线信号指示灯，用于判断无线信号的状态。
具体地，无线信号指示灯可以通过定义指示灯颜色对应表示无线信号的多种不同状态。
运营商基站与无线网关可以通过无线连接，无线网关无线网关遵循无线通讯标准对请求数据进行封装以及对应答数据进行解封装，封装和解封装后数据与运营商基站之间进行双向无线信号交换传输。另外，如图4所示，运营商基站与无线网关通过无线连接，或运营商OLT与无线网关通过光纤线路连接，无线网关根据无线/光通讯标准对原始用户数据请求进行二级封装。
参见图5，运营商基站与无线网关之间支持每个用户多个PVC通道、多标识和区分(例如多VLAN标识和区分等)及多协议标签交换协议MPLS(Multi-Protocol LabelSwitching)等，包括但不限于上述各种有效区分方法。
在基站到汇聚层交换设备之间的网络设计中，需要完成各业务到CVLAN(customvlan，用户端vlan)的映射，也就是需要给各类业务数据的网络传输建立多种编号的VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)标识和区分，VLAN标识和区分要使设备能够分辨不同VLAN的报文，需要在报文中添加标识和区分VLAN信息的字段，其中，IEEE 802.1Q协议规定，在以太网数据帧的目的MAC地址和源MAC地址字段之后、协议类型字段之前加入4个字节的VLAN标签；在用户端无线终端设备与基站之间，需要支持每用户多个PVC(Permanent Virtual Circuit，永久虚电路)通道，为多种不同的应用数据分配多种不同的通道，这是各类网络在相同传输载体上相互逻辑独立和互不干扰的重要机制，本发明的技术方案包括但不限于上述列举机制，只要能进行有效、安全、可靠、高效的区分机制，均为本发明的呈现形式。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统，其特征在于，包括：
宽带接入服务器或全业务路由器，用于接收并对四级封装用户数据进行解封装，生成标识和区分后的一级封装用户数据请求和封装数据，并根据标识和区分后的一级封装用户数据请求从互联网或专网中生成请求应答数据；还用于根据封装数据对请求应答数据进行封装，生成封装请求应答数据，并转发至汇聚层交换设备；
汇聚层交换设备，用于接收并对三级封装用户数据请求进行四级封装，生成四级封装用户数据请求并发送至宽带接入服务器或全业务路由器；还用于接收并对封装请求应答数据进行三级解封装，生成三级解封装请求应答数据，发送至运营商基站；
运营商基站，用于接收并对二级封装用户数据请求进行三级封装，生成三级封装用户数据请求，并发送至汇聚层交换设备；还用于接收并对三级解封装请求应答数据进行二级解封装，生成二级解封装请求应答数据，发送至无线网关；
无线网关，用于接收并根据原始用户数据属于专网还是互联网对一级封装用户数据请求进行标识和区分，并对标识和区分后的一级封装用户数据请求进行二级封装，生成二级封装用户数据请求，并发送至运营商基站；还用于接收并对二级解封装请求应答数据进行三级解封装，生成一级解封装请求应答数据，以无线或有线方式发送至用户终端；
用户终端，用于对原始用户数据进行一级封装，以生成一级封装用户数据请求，以无线或有线方式向无线网关发送一级封装用户数据请求；还用于接收并对一级解封装请求应答数据，进行原始数据解封装，生成原始应答数据发送给应用程序；
无线网关包括：
光模块，用于接收二级封装用户数据请求光信号，并通过光通讯接口转发至运营商OLT；还用于接收并将二级解封装请求应答数据转发至调制解调器；
调制解调器，用于接收二级封装用户数据请求，并将二级封装用户数据请求转换为光信号，发送至光模块；接收光模块发送的二级解封装请求应答数据，将二级解封装请求应答数据转换为电信号发送至路由模块；
无线模块，用于将二级封装用户数据请求转发至运营商基站；还用于接收并将二级解封装请求应答数据转发至路由模块；
路由模块，用于接收并对一级封装用户数据请求进行标识和区分，并对标识和区分后的一级封装用户数据请求进行二级封装，生成二级封装用户数据请求，发送至调制解调器和无线模块；接收并对二级解封装请求应答数据进行一级解封装，生成一级解封装请求应答数据，并转发至WIFI模块或RJ45接口；
WIFI模块，用于接收用户终端发送的一级封装用户数据请求，并转发至路由模块；接收并将一级解封装请求应答数据转发至用户终端；
多个RJ45接口，各RJ45接口分别用于接收用户终端发送的一级封装用户数据请求，并转发至路由模块；接收并将一级解封装请求应答数据转发至用户终端。
2.根据权利要求1所述的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统，其特征在于，宽带接入服务器或全业务路由器与运营商基站之间具备有效的实际链路，该实际链路纳入汇聚层交换设备或运营商基站的路由表中或核心网控制云中。
3.根据权利要求2所述的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统，其特征在于，宽带接入服务器或全业务路由器分别光/电连接至汇聚层交换设备，汇聚层交换设备光/电连接至运营商基站，运营商基站无线连接至无线网关，无线网关无线/有线连接至用户终端。
4.根据权利要求3所述的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统，其特征在于，运营商基站、无线网关和用户终端依次拨号连接，建立用于互联网和专网的多线程专属链路通道。
5.根据权利要求4所述的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统，其特征在于，无线网关遵循无线通讯标准对请求数据进行封装以及对应答数据进行解封装。
6.根据权利要求5所述的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统，其特征在于，运营商基站与无线网关之间支持每个用户多个PVC通道、多标识和区分及多协议标签交换协议。
7.根据权利要求6所述的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统，其特征在于，无线网关上还设置硬开关，用于切换三种选择：光模块单独工作、无线模块单独工作以及光模块和无线模块并行工作。
8.根据权利要求7所述的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统，其特征在于，无线网关上还设置硬开关切换控制模块，用于在无线模块内检测到无线通讯达到故障阈值或者光模块中检测到合格的光路信号时，控制硬开关从无线模块切换至光模块。
9.根据权利要求8所述的基于无线接入方式的互联网与专网融合传输系统，其特征在于，无线网关上还设置无线信号指示灯，用于判断无线信号的状态。
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