CN110602719A - 一种机器间通信网关自适应接入网络选择实现装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器间通信网关自适应接入网络选择实现装置，属于物联网领域，包括：网络监测模块、通信模块、协议处理模块、数据聚合模块、业务特性分析模块、信息智能管理模块和网络选择模块；网络监测模块监测可用的接入网络状态信息，并将所收集的网络状态信息传送至信息智能管理模块；业务特性分析模块分析业务数据包获取业务特性，并将所收集的网络状态信息传送至信息智能管理模块；信息智能管理模块对网络特性和业务特性进行预处理并确定候选接入网络和业务特性优先级；网络选择模块根据信息智能管理模块的预处理信息确定最优接入网。本发明支持M2M场景下的网关到异构接入网的最佳选择，可实现网络整体性能及业务服务质量的提升。

Description

一种机器间通信网关自适应接入网络选择实现装置

技术领域

本发明属于物联网领域，涉及一种机器间通信网关自适应接入网络选择实现装置。

背景技术

未来的通信网络将会是各种不同接入技术之间共存且无法相互替代的异构融合网络。各种不同网络接入技术如IEEE 802.11、IEEE 802.16、3GPP及3GPP2，甚至包括卫星网络及MANET(Mobile Ad Hoc Networks)等其他无线网络均可以实现基于IP的语音、数据及多媒体业务互联互通的无缝融合。

物联网通过信息技术将各种物体连接成网络，以帮助我们获取这些物体的信息，目前物联网已被广泛应用到智能物流，智能交通，金融管理等各个领域。而在物联网系统中，物联网网关可以实现多种传感器网络与异构融合网络之间的协议转换和数据转发。物联网网关作为连接感知网络(设备)和异构融合网络的桥梁，将分散在不同地域，不同应用的感知网络的信息孤岛通过网络连接在一起，实现了异构网络间的信息交换和通信，是推动物联网规模应用，实现可运营，可管理的物联网的关键网元设备。

在多网络融合场景下，物联网网关应能够根据各接入网络特性、用户终端特性及业务需求，优化选择最佳接入网络。由于各接入网络的异构性，用户业务特性的复杂性及用户网络选择倾向的各异性，如何有效实现各类复杂因素的综合折中，智能地、自适应地为业务选择最优接入网络具有重要理论及工程意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机器间通信网关自适应接入网络选择实现装置，在满足业务QoS要求下，确定候选网络集，根据业务QoS要求优先级确定最佳接入网选择，实现为业务提供最佳QoS的同时最大化网络整体效率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种机器间通信网关自适应接入网络选择实现装置，包括

网络监测模块：监测可用的接入网络状态信息，并将所收集的网络状态信息传送至信息智能管理模块；

通信模块：接收来自机器类通信设备(Machine Type Communication Device,MTCD)的数据并发送到协议处理模块，接收来自协议处理模块的数据并发送到接入网络；

协议处理模块：接收通信模块发送的数据，进行协议解析之后，发送到业务特性分析和数据聚合模块，接收数据聚合模块发送的聚合数据包，进行协议封装后发送到通信模块；

数据聚合模块：接收来自协议处理模块的用户数据，根据网络选择模块的判决信息生成聚合数据包，发送至协议处理模块；

业务特性分析模块：接收协议处理模块发送的MTCD数据包，获取业务特性，确定服务质量(Quality of Service，QoS)特性参量，包括带宽要求、连接时延、网络费用和网络安全性等，分析确定业务特性对接入网络性能的要求，将所述业务特性分析结果发送至信息智能管理模块；

信息智能管理模块：收集来自业务特性分析模块和网络监测模块的信息，根据MTCD业务特性需求，确定各QoS特性参量对应权值，根据网络特性及用户业务特性确定候选网络；

网络选择模块：接收信息智能管理模块的信息，对用户的业务特性、候选网络的状态信息进行评估，选择接入模式及最佳网络，将网络选择策略发送至数据聚合模块和通信模块。

进一步，所述网络监测模块周期性收集网络状态信息，网络i的网络状态信息包括接收信号强度R_i、可用带宽B_i、连接时延D_i、服务费用F_i，负载率L_i及安全性S_i。

进一步，所述通信模块与MTCD之间能够采用多种接入协议进行信息交互，包括Zigbee、蓝牙、无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)等；通信模块根据网络选择模块确定的网络接入策略，与相应网络进行关联，发送数据包至相应网络。

进一步，所述数据聚合模块根据数据包业务特性，将满足要求的多个数据包进行聚合，生成聚合数据包，当有新的业务数据到达时，判断所述业务数据时延敏感性，数据量大小；若非时延敏感且数据量较小，则根据网络选择模块确定的网络接入策略，将所述业务数据发送至对应聚合小组进行数据聚合；若不满足数据聚合条件，则直接将所述业务数据及所述数据的接入网判决发送至协议处理模块。

进一步，所述协议处理模块的协议解析过程包括：协议处理模块接收通信模块发送的MTCD数据包，获取协议标识，确定协议标识对应的协议类型；根据协议类型，提取数据包中有效信息；协议封装过程，协议处理模块将接收到的MTCD数据包或聚合数据包，按照对应的接入网协议封装要求进行协议类型封装。

进一步，所述业务特性分析模块分析获取MTCD数据包业务特性，确定数据包业务类型；令第k类业务的最小要求接收信号强度为最小要求带宽为最大可容许时延为最高允许费用单价为最大容许网络负载率为最低网络安全性要求为将所述业务类型所对应各项QoS特性参量要求值发送至信息智能管理模块。

进一步，所述信息智能管理模块对用户侧以及网络侧的信息进行预处理，根据MTCD业务特性需求，确定各QoS特性参量对应权值及业务k的候选接入网；令W_j,k表示第k类业务第j个QoS特性参量的权值，其中，j＝1,2，...6分别为第k类业务对应QoS特性参量接受信号强度、可用带宽、连接时延、服务费用、网络负载率、网络安全性的权值，对于候选接入网选择，若则该接入网为候选网络。

进一步，所述网络选择模块令候选网络集中网络数目为M，若M＞1，根据信息智能管理模块发来的的预处理信息，调用

其中R^max＝max{R_i}，B^max＝max{B_i},S^max＝max{S_i}，评估各候选网络性能，选择最小Q_k,j对应的网络作为目标接入网络；若M＝1，则接入该网络；若M＝0，则此次通信请求失败。

本发明的有益效果在于：本发明在满足业务QoS要求下，确定候选网络集，根据业务QoS要求优先级确定最佳接入网选择，实现为业务提供最佳QoS的同时最大化网络整体效率。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明所述机器间通信网关自适应接入网络选择实现装置示意图；

图2为本发明所述网络选择的流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，一种机器间通信网关自适应接入网络选择实现装置，包括管理平面、数据处理平面和交互平面，其中：

交互平面包括：

网络监测模块：监测可用的接入网络状态信息，并将所收集的网络状态信息传送至信息智能管理模块；

通信模块：接收来自机器类通信设备(Machine Type Communication Device,MTCD)的数据并发送到协议处理模块，接收来自协议处理模块的数据并发送到接入网络；

数据处理平面包括：

协议处理模块：接收通信模块发送的数据，进行协议解析之后，发送到业务特性分析和数据聚合模块，接收数据聚合模块发送的聚合数据包，进行协议封装后发送到通信模块；

数据聚合模块：接收来自协议处理模块的用户数据，根据网络选择模块的判决信息生成聚合数据包，发送至协议处理模块；

业务特性分析模块：接收协议处理模块发送的MTCD数据包，获取业务特性，确定服务质量(Quality of Service，QoS)特性参量，包括带宽要求、连接时延、网络费用和网络安全性等，分析确定业务特性对接入网络性能的要求，将所述业务特性分析结果发送至信息智能管理模块；

管理平面包括：

信息智能管理模块：收集来自业务特性分析模块和网络监测模块的信息，根据MTCD业务特性需求，确定各QoS特性参量对应权值，根据网络特性及用户业务特性确定候选网络；

网络选择模块：接收信息智能管理模块的信息，对用户的业务特性、候选网络的状态信息进行评估，选择接入模式及最佳网络，将网络选择策略发送至数据聚合模块和通信模块。

网络监测模块周期性收集网络状态信息，网络i的网络状态信息包括接收信号强度R_i、可用带宽B_i、连接时延D_i、服务费用F_i，负载率L_i及安全性S_i。

通信模块与MTCD之间能够采用多种接入协议进行信息交互，包括Zigbee、蓝牙、无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)等；通信模块根据网络选择模块确定的网络接入策略，与相应网络进行关联，发送数据包至相应网络。

数据聚合模块根据数据包业务特性，将满足要求的多个数据包进行聚合，生成聚合数据包，当有新的业务数据到达时，判断所述业务数据时延敏感性，数据量大小；若非时延敏感且数据量较小，则根据网络选择模块确定的网络接入策略，将所述业务数据发送至对应聚合小组进行数据聚合；若不满足数据聚合条件，则直接将所述业务数据及所述数据的接入网判决发送至协议处理模块。

协议处理模块的协议解析过程包括：协议处理模块接收通信模块发送的MTCD数据包，获取协议标识，确定协议标识对应的协议类型；根据协议类型，提取数据包中有效信息；协议封装过程，协议处理模块将接收到的MTCD数据包或聚合数据包，按照对应的接入网协议封装要求进行协议类型封装。

业务特性分析模块分析获取MTCD数据包业务特性，确定数据包业务类型；令第k类业务的最小要求接收信号强度为最小要求带宽为最大可容许时延为最高允许费用单价为最大容许网络负载率为最低网络安全性要求为将所述业务类型所对应各项QoS特性参量要求值发送至信息智能管理模块。

信息智能管理模块对用户侧以及网络侧的信息进行预处理，根据MTCD业务特性需求，确定各QoS特性参量对应权值及业务k的候选接入网；令W_j,k表示第k类业务第j个QoS特性参量的权值，其中，j＝1,2，...6分别为第k类业务对应QoS特性参量接受信号强度、可用带宽、连接时延、服务费用、网络负载率、网络安全性的权值，对于候选接入网选择，若 则该接入网为候选网络。

如图2所示为本发明所述网络选择的流程示意图，网络选择模块令候选网络集中网络数目为M，若M＞1，根据信息智能管理模块发来的的预处理信息，调用

其中R^max＝max{R_i}，B^max＝max{B_i},S^max＝max{S_i}，评估各候选网络性能，选择最小Q_k,j对应的网络作为目标接入网络；若M＝1，则接入该网络；若M＝0，则此次通信请求失败。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种机器间通信网关自适应接入网络选择实现装置，其特征在于：包括

网络监测模块：监测可用的接入网络状态信息，并将所收集的网络状态信息传送至信息智能管理模块；

通信模块：接收来自机器类通信设备MTCD的数据并发送到协议处理模块，接收来自协议处理模块的数据并发送到接入网络；

协议处理模块：接收通信模块发送的数据，进行协议解析之后，发送到业务特性分析和数据聚合模块，接收数据聚合模块发送的聚合数据包，进行协议封装后发送到通信模块；

数据聚合模块：接收来自协议处理模块的用户数据，根据网络选择模块的判决信息生成聚合数据包，发送至协议处理模块；

业务特性分析模块：接收协议处理模块发送的MTCD数据包，获取业务特性，确定服务质量QoS特性参量，包括带宽要求、连接时延、网络费用和网络安全性，分析确定业务特性对接入网络性能的要求，将所述业务特性分析结果发送至信息智能管理模块；

信息智能管理模块：收集来自业务特性分析模块和网络监测模块的信息，根据MTCD业务特性需求，确定各QoS特性参量对应权值，根据网络特性及用户业务特性确定候选网络；

网络选择模块：接收信息智能管理模块的信息，对用户的业务特性、候选网络的状态信息进行评估，选择接入模式及最佳网络，将网络选择策略发送至数据聚合模块和通信模块。

2.根据权利要求1所述的机器间通信网关自适应接入网络选择实现装置，其特征在于：所述网络监测模块周期性收集网络状态信息，网络i的网络状态信息包括接收信号强度R_i、可用带宽B_i、连接时延D_i、服务费用F_i，负载率L_i及安全性S_i。

3.据权利要求1所述的机器间通信网关自适应接入网络选择实现装置，其特征在于：所述通信模块与MTCD之间能够采用多种接入协议进行信息交互，包括Zigbee、蓝牙、无线局域网WLAN；通信模块根据网络选择模块确定的网络接入策略，与相应网络进行关联，发送数据包至相应网络。

4.据权利要求1所述的机器间通信网关自适应接入网络选择实现装置，其特征在于：所述数据聚合模块根据数据包业务特性，将满足要求的多个数据包进行聚合，生成聚合数据包，当有新的业务数据到达时，判断所述业务数据时延敏感性，数据量大小；若非时延敏感且数据量较小，则根据网络选择模块确定的网络接入策略，将所述业务数据发送至对应聚合小组进行数据聚合；若不满足数据聚合条件，则直接将所述业务数据及所述数据的接入网判决发送至协议处理模块。

5.据权利要求1所述的机器间通信网关自适应接入网络选择实现装置，其特征在于：所述协议处理模块的协议解析过程包括：协议处理模块接收通信模块发送的MTCD数据包，获取协议标识，确定协议标识对应的协议类型；根据协议类型，提取数据包中有效信息；协议封装过程，协议处理模块将接收到的MTCD数据包或聚合数据包，按照对应的接入网协议封装要求进行协议类型封装。

6.据权利要求1所述的机器间通信网关自适应接入网络选择实现装置，其特征在于：所述业务特性分析模块分析获取MTCD数据包业务特性，确定数据包业务类型；令第k类业务的最小要求接收信号强度为最小要求带宽为最大可容许时延为最高允许费用单价为最大容许网络负载率为最低网络安全性要求为将所述业务类型所对应各项QoS特性参量要求值发送至信息智能管理模块。

7.据权利要求1所述的机器间通信网关自适应接入网络选择实现装置，其特征在于：所述信息智能管理模块对用户侧以及网络侧的信息进行预处理，根据MTCD业务特性需求，确定各QoS特性参量对应权值及业务k的候选接入网；令W_j,k表示第k类业务第j个QoS特性参量的权值，其中，j＝1,2，...6分别为第k类业务对应QoS特性参量接受信号强度、可用带宽、连接时延、服务费用、网络负载率、网络安全性的权值，对于候选接入网选择，若 则该接入网为候选网络。

8.据权利要求1所述的机器间通信网关自适应接入网络选择实现装置，其特征在于：所述网络选择模块令候选网络集中网络数目为M，若M＞1，根据信息智能管理模块发来的的预处理信息，调用

其中R^max＝max{R_i}，B^max＝max{B_i},S^max＝max{S_i}，评估各候选网络性能，选择最小Q_k,j对应的网络作为目标接入网络；若M＝1，则接入该网络；若M＝0，则此次通信请求失败。