CN112821931B - 一种自适应移动无线中继控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应无线移动中继控制系统和控制方法。在区域内设置固定无线路由器，外部数据网络与固定无线路由器连接，固定无线路由器向区域内发射无线信号，同时对移动无线终端的无线信号进行场强监测并定位。固定无线路由器实时监测分析判断传输效能状态，低效能状态时，固定无线路由器开启移动无线中继设备中继工能；移动无线中继设备自主规划路径与避障移动。本发明解决了移动无线终端在受限区域范围内移动过程中传输速率不稳定的问题，实现固定路由器控制移动中继接入与移动中继自适应移动，有效解决了移动无线终端在低场强区域或低传输速率区域内的数据传输效率问题。

Description

一种自适应移动无线中继控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及一种自适应移动无线中继控制系统和控制方法，特别是涉及向移动无线终端传输如音视频等实时性要求较高的大流量数据的无线中继时的自适应移动无线中继控制系统和控制方法。

背景技术

随着科技的快速发展，人们对无线通信的需求也随之激增，无线数据通讯质量的保障问题日益凸显。现实生活中，由于无线路由器覆盖范围有限以及无线信号衰减、被遮蔽、受到干扰等，使得环境内无线分布不均匀甚至出现盲区，进而导致数据传输慢、音视频卡顿等现象。

当前，针对以上现象的解决方案通常采用在区域范围内增加固定无线接入点，形成多接入点交叉覆盖整个区域，同时需要根据移动端对多固定接入点进行选择。但这种方法缺点也很明显，消耗功率大、空间辐射增强、闲置性强利用率低。专利CN 110708657A提出了一种用于移动无线终端的无线接入点连接方法和装置，该方法通过获取移动无线终端当前位置来选择无线接入点，能够避免对无线接入点列表的频繁扫描，可以在降低移动无线终端的功耗的情况下实现对无线接入点的自动连接，但其在信号差或无信号情况下并不适用；专利CN 111742611A提出了一种经由移动中继的无线通信方法，该方法通过移动中继实现信号增强；专利CN 111182466 A提出了一种主动式的无线中继系统及控制方法，该方法使用可控制运动的移动中继实现移动无线终端的信号增强，但是其中继运动只能在预设的若干行驶线运动，无法自主移动，且对于存在多次屏蔽信号的复杂环境无法有效解决问题。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种自适应无线移动中继控制系统和控制方法，能作为在受建筑结构等因素影响造成的区域信号分布不均匀的无线网络覆盖优化使用。该方法通过TDOA定位目标、信号强度侦测、自动避障、无线接力等手段实现移动无线终端的信号加强，且适用于多次屏蔽信号的复杂空间环境。本方法还应用了聚类算法计算移动无线终端的常处位置，保存移动中继的常用坐标，能够快速完成信号增强任务。

本系统和方法还具有场景化的常用位置热点分析能力，并能实现协同多台移动中继设备和多移动无线终端的混合接入。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

主要由具有外部数据接入的固定无线路由器、移动无线终端和具有三个以上天线的移动无线中继设备组成，三者相互之间以无线传输方式连接。

所述的移动无线中继设备具有数据缓存转发模块与自主移动的驱动装置；

固定无线路由器与移动无线中继设备之间构成一对一或一对多的控制结构，固定无线路由器通过无线信道发出无线操作信令C控制移动无线中继设备的功能状态；

移动无线中继设备通过无线场强探测并和固定无线路由器通讯，接收来自固定无线路由器的无线操作信令C，根据传输速率进行移动来增强移动无线终端的传输速率，在移动位置同时向多个移动无线终端提供网络数据中继的服务。

外部数据网络和固定无线路由器连接，移动无线终端经固定无线路由器和外部数据网络连接。

所述的移动无线终端为手机、平板等电子设备。

二、自适应移动无线中继控制系统的控制方法，该方法的步骤是：

步骤1)：

在区域内，选择位置固定安装固定无线路由器，将外部数据网络与固定无线路由器连接，固定无线路由器向区域内发射无线信号，固定无线路由器分别和移动无线中继设备、移动无线终端之间的信号场强通道始终保持无线连接；

设置固定无线路由器的无线网络名SSID，移动无线中继设备通过基础协议通道无线接入连接固定无线路由器；

设置移动无线中继设备的无线网络名与固定无线路由器的无线网络名相同，初始默认处于零发射状态，移动无线中继设备与固定无线路由器之间的网络应用数据通道不无线连接，不进行无线数据传输；

移动无线中继设备在区域内自主移动，移动过程中实时记录存储当前自身位置的坐标、当前自身位置的无线场强值与当前自身位置的传输速率，并利用各个位置的坐标、无线场强值与传输速率组成基础信息包Info(FAB)，并将结果经基础协议通道传输给固定无线路由器保存；

步骤2)：

移动无线终端通过无线网络名SSID通过基础协议通道无线接入固定无线路由器，移动无线终端经基础协议通道向固定无线路由器发送自身的用户名、物理地址或MAC地址，申请优先等级，固定无线路由器接收配置网络地址后形成移动无线终端信息Info(MTB)，固定无线路由器经基础协议通道将移动无线终端信息Info(MTB)发送给移动无线中继设备；

移动无线中继设备经基础协议通道接收移动无线终端信息Info(MTB)，进而对移动无线终端发出来的无线信号进行场强监测，采用TDOA定位方法确定移动无线终端的实时位置坐标，形成监测信息Info(MTM，t)，再将监测信息Info(MTM，t)经基础协议通道实时反馈发送至固定无线路由器；

步骤3)：

移动无线终端开启网络数据应用，经网络应用数据通道通过固定无线路由器与外部数据网络进行通信；

固定无线路由器识别移动无线终端的数据应用在无线通信传输中的应用协议与传输内容、侦测网络流量，并实时监测移动无线终端发出来的无线信号的无线场强值Q(MT，t)，将无线场强值Q(MT，t)结合移动无线中继设备发送过来的监测信息Info(MTM，t)及基础信息包Info(FAB)分析判断传输效能状态：当处于低效能状态时，固定无线路由器内开启数据应用的缓存，将外部网络数据下行接收的数据存储在缓存中，同时固定无线路由器经基础协议通道向移动无线中继设备发送无线操作信令C和传输所监测的移动无线终端的无线场强值Q(MT，t)，无线操作信令C遥控开启移动无线中继设备是否准备经网络数据通道分别和固定无线路由器、移动无线终端连接；

步骤4)：

移动无线中继设备依据基础信息包Info(FAB)中的位置坐标与移动无线终端的当前位置，自主规划路径与避障移动：

当移动无线中继设备探测到的移动无线终端所在位置的场强强度大于固定无线路由器探测到的移动无线终端所在位置的场强强度时，固定无线路由器主动短时关闭与移动无线终端基础协议通道，移动无线终端自身重新寻找无线网络接入，再按无线网络名SSID寻址经基础协议通道接入移动无线中继设备后，固定无线路由器将缓存中储存的应用数据与未加载数据同时经网络数据通道通过移动无线中继设备转发移动无线终端，此时移动无线中继设备提供中继转发；

当移动无线中继设备探测到的移动无线终端所在位置的场强强度小于等于固定无线路由器探测到的移动无线终端所在位置的场强强度时，固定无线路由器重新打开与移动无线终端基础协议通道，无线路由器关闭与无线中继设备网络数据通道的接入通道，移动无线终端重新按无线网络名SSID寻址重新经网络数据通道接入固定无线路由器。

在移动无线终端移动位置时，移动无线中继设备实施监测移动无线终端发出来的无线信号的场强变化与传输速率，预测移动无线终端的移动方向，同时移动无线中继设备按照预测的移动方向自主移动位置以保持移动无线终端的传输速率不下降。

所述区域内存在多个移动无线终端，多个移动无线终端超范围向固定无线路由器请求数据传输时，固定无线路由器向移动无线中继设备发送无线操作信令C，控制移动无线中继设备开启转发功能，并根据在固定无线路由器内注册的预制优先等级计算移动中继设备的移动位置，初始默认值为相同等级；移动无线中继设备根据同一时刻的不同场强差值进行位置移动，同一时刻的不同场强差值是指移动无线中继设备实施监测多个移动无线终端发出来的无线信号的场强之间差值，直至多个移动无线终端发出来的无线信号的场强接近均值，同时侦测各移动无线终端数据应用的传输速率。

所述区域内存在多个移动无线中继设备，由固定无线路由器按就近原则将多个移动无线终端进行分组，形成分组信息info[MTG]，并将分组信息info[MTG]传输给各移动无线中继设备，再由单个移动无线中继设备根据划分单个组中的所有移动无线终端进行移动并经网络数据通道接入，或由多个移动无线中继设备根据分组信息info[MTG]的分组进行无线接力经网络数据通道向移动无线终端提供数据转发。

根据监测记录的移动无线终端所在位置与移动无线中继设备提供中继转发时所处位置的历史数据，采用聚类分析方法计算获得移动无线终端的常处位置与对应的移动无线中继设备的最佳中继转发所处位置，作为下一次移动无线中继设备提供中继转发时的移动优先目的位置。

所述步骤1)中，

所述的基础信息包Info(FAB)由固定无线路由器的无线网络名、固定无线路由器的固定位置、固定无线路由器外接外部数据网络的接入数据带宽B、数据传输速率、基础场强与移动无线中继设备位置关联矩阵SP(FAB)构成，移动无线中继设备位置关联矩阵SP(FAB)表示如下：

SP(FAB)＝{Q，S，R，β}

式中，R为以固定无线路由器为原点的极坐标距离；β为以固定无线路由器为原点的极坐标角度；S为极坐标点(R,β)的传输速率值，Q为极坐标点(R,β)的无线场强值。

所述的固定无线路由器内置有传输测试数据包TestData，通过移动无线中继设备的多接收天线同时监测固定无线路由器的发射场强，同时接收预存于固定无线路由器的传输测试数据包，统计单位时间收到值作为数据传输速率：

S＝f(Data,Δt)

式中，Data为从固定无线路由器发送到移动无线中继设备的数据，Δt为单位时间，f()表示单位时间内接收到的数据传输速率的计算函数。

移动无线中继设备通过多天线接收移动无线终端发出来的无线信号，通过到达自身不同天线的时间差，采用TDOA定位方法计算得出移动无线终端的极坐标位置：

L_MR(R，θ)＝TDOA(T_Qf1，T_Qf2，T_Qf3，……，B)

式中，L_MR(R，θ)表示移动无线终端的极坐标位置，R为移动无线中继设备到固定无线路由器的距离；θ为以移动无线中继设备为原点的极坐标角度；B为移动无线中继设备的天线参数，T_Qf1，T_Qf2，T_Qf3，……分别为电场场强信号从固定无线路由器到达移动无线中继设备不同天线的时间值；TDOA()表示利用无线电到达时间差计算位置的函数；

然后按照以下公式将以移动无线中继设备为原点的极坐标角度转换为以固定无线路由器为原点的极坐标角度：

β＝T(θ)

式中，β为以固定无线路由器为原点的极坐标角度，T()表示极坐标角度转换函数。

所述步骤2)中，由固定无线路由器向移动无线中继设备发送的移动无线终端信息Info(MTB)，采用移动无线终端用户名+物理地址或MAC地址+网络地址+优先等级组成，均采用字符串或数字格式构成。

所述步骤2)中，由移动无线中继设备形成的监测信息包Info(MTM，t)，采用移动无线终端用户名+物理地址或MAC地址+移动无线终端移动无线终端移动无线终端的场强Qmt+移动无线终端的位置Lmt+测量时刻t构成，描述均采用字符串或数字格式构成。

L’_mt(R’，θ)＝TDOA(T_Qm1，T_Qm2，T_Qm3，……，B)

式中，L’_mt(R’，θ)表示以移动中继设备位置为原点的移动终端的极坐标位置，R’为移动无线中继设备到移动无线终端的距离；θ为以无线中继设备为原点的极坐标角度；B为移动无线中继设备的天线参数，T_Qm1，T_Qm2，T_Qm3，……分别为移动无线终端发出的无线信号从移动无线终端到达移动无线中继设备不同天线的时间值；

然后按照以下公式将以移动无线中继设备为原点的极坐标位置转换为以固定无线路由器为原点的极坐标位置：

Lmt(R,β)＝T’[L’_mt(R’，θ)]

其中，T’[]表示坐标转换函数，Lmt()表示以固定无线路由器为原点的极坐标位置。

所述步骤3)中，固定无线路由器向移动无线中继设备发送的无线操作信令C，采用移动无线中继设备编码D+遥控命令P+Q(MT，t)构成，描述均采用字符串或数字格式构成，遥控命令P用于开启移动无线中继设备是否经网络数据通道分别和固定无线路由器、移动无线终端连接。

所述步骤3)中，将无线场强值Q(MT，t)结合移动无线中继设备发送过来的监测信息Info(MTM，t)及基础信息包Info(FAB)分析处理后获得移动无线终端的传输速率占据最大传输速率的比值，若移动无线终端的传输速率低于最大传输速率的低效能预设速率比值A，则认为是低效能状态。

所述步骤4)中，高有效覆盖范围是指对根据无线场强值Q(MT，t)结合移动无线中继设备发送过来的监测信息Info(MTM，t)和基础信息包Info(FAB)分析处理后获得的移动无线终端的传输速率占据最大传输速率的比值进行判断，若移动无线终端的传输速率高于最大传输速率的高有效覆盖预设速率比值B，则认为发生高有效覆盖范围。

本发明的硬件系统是由有线网络接入的固定无线路由器、具有3个以上天线的移动无线中继设备和移动无线终端组成，三者之间以无线传输方式连接；在一定区域内固定无线路由器与移动无线中继设备之间构成一对一或一对多的传输信道，固定无线路由器能够通过无线信道发出操作信令控制移动无线中继设备的功能状态；移动无线中继设备能根据无线场强与传输数据流量速率进行自主移动，能向多个移动无线终端提供转发服务。

本发明解决了移动无线终端在受限区域范围内移动过程中传输速率不稳定的问题，通过动态感知传输流量速率和所处位置，实现固定路由器控制移动中继接入与移动中继自适应移动的方法，和多移动无线端接入区域无线网络时移动中继设备的移动优先策略，有效解决了移动无线终端在低场强区域或低传输速率区域内的数据传输效率问题。

本发明具有的有益效果是：

1)解决了无线网络分布不均致使的移动设备使用无线网络速率不稳定的问题。

2)采用移动中继系统，大大降低固定天线的覆盖密度，降低空间辐射，节省能源消耗，且能有效避免固定设置的信道相互干扰。

3)移动中继具有自主侦测与自主移动能力，省略中央调度平台，节省资源。

4)解决了多次屏蔽无线信号的复杂环境下的无线信号增强问题，使用户无需移动位置即可正常连接无线信号。

5)通过聚类算法得出常用位置改善了移动中继响应速度的问题，实现移动中继快速到达指定位置。

本发明可以使用在需要保障无线通信质量的环境中，如公司、工厂、家庭等。

附图说明

图1是本发明系统的传输模式图。

图2是本发明系统的连接示意图

图3是本发明实现方法的流程图。

图中：1、固定无线路由器，2、移动无线中继设备，3、移动无线终端。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明主要由具有外部数据接入的布置在无线空间中的固定无线路由器1、移动无线终端3和具有三个以上天线的移动无线中继设备2组成，三者相互之间以无线传输方式连接。

如图1所示，该系统是由固定无线路由器1、移动无线中继设备2和移动无线终端3三者之间以无线传输方式连接；固定无线路由器1和移动无线中继设备2之间构成一对一或一对多的控制结构；固定无线路由器1能够通过无线信道发出操作信令C控制移动无线中继设备2的功能状态；在发送信令时采用反馈确认结合时隙信息重发的机制，在固定无线路由器1发出操作信令C后一定时间后(默认设置100ms)未收到从移动无线中继设备2发回的反馈信令，则固定无线路由器1自动重发无线操作信令C，不断重复该过程，直至收到反馈信令为止。

移动无线中继设备2具有数据缓存转发模块与自主移动的驱动装置；数据缓存转发模块用于接收来自固定无线路由器1发送过来的外部网络数据并进行缓存；

固定无线路由器1与移动无线中继设备2之间构成一对一或一对多的控制结构，固定无线路由器1通过无线信道发出无线操作信令C控制移动无线中继设备2的功能状态；

移动无线中继设备2通过无线场强探测并和固定无线路由器1通讯，接收来自固定无线路由器1的无线操作信令C，根据传输速率进行自主移动来增强移动无线终端3的传输速率，在移动位置同时向多个移动无线终端3提供网络数据中继的服务。

移动无线中继设备2能够移动，且能够通过自身的多天线探测任一目标所在的场强。

移动无线中继设备2可以安装在能移动的平台上或者自身带有能移动的机构进而实现移动，例如安装在扫地机器人上。

本发明的场强均是指无线信号的磁场场强。

外部数据网络和固定无线路由器1连接，移动无线终端3经固定无线路由器1和外部数据网络连接。

移动无线终端3为手机、平板等电子设备。

本发明中，固定无线路由器1位置固定，移动无线终端3随人手持移动，移动无线中继设备2根据固定无线路由器1和移动无线终端3之间通信情况而调整移动。

如图1、图2、图3所示，本发明自适应移动无线中继控制系统的控制实施例及其实施工作过程如下：

步骤1)：

在区域内，选择位置固定安装固定无线路由器1，将外部数据网络与固定无线路由器1连接，固定无线路由器1向区域内发射无线信号，固定无线路由器1分别和移动无线中继设备2、移动无线终端3之间的物理层的信号场强通道始终保持无线连接；

设置固定无线路由器1的无线网络名SSID，多天线的移动无线中继设备2通过基础协议通道无线接入连接固定无线路由器1；

设置移动无线中继设备2的无线网络名与固定无线路由器1的无线网络名相同，初始默认处于零发射状态，移动无线中继设备2与固定无线路由器1之间的网络应用数据通道不无线连接，不进行无线数据传输；

移动无线中继设备2在区域内自主遍历移动，移动过程中实时记录存储当前自身位置的坐标、当前自身位置的无线场强值与当前自身位置的传输速率，无线场强值与传输速率均是固定无线路由器1所发射无线信号的值，并利用各个位置的坐标、无线场强值与传输速率组成基础信息包Info(FAB)，并将结果经基础协议通道传输给固定无线路由器1保存。

基础信息包Info(FAB)由固定无线路由器1的无线网络名、固定无线路由器1的固定位置、固定无线路由器1外接外部数据网络的接入数据带宽B、数据传输速率、基础场强与移动无线中继设备位置关联矩阵SP(FAB)构成，移动无线中继设备位置关联矩阵SP(FAB)表示如下：

SP(FAB)＝{Q，S，R，β}

式中，R为以固定无线路由器1为原点的极坐标距离；β为以固定无线路由器1为原点的极坐标角度；S为极坐标点(R,β)的传输速率值，Q为极坐标点(R,β)的无线场强值。

基础场强是指移动无线中继设备2绕固定无线路由器1进行测量的获得场强。

固定无线路由器1内置有传输测试数据包TestData，作为传输负荷，通过移动无线中继设备2的多接收天线同时监测固定无线路由器1的发射场强，同时接收预存于固定无线路由器1的传输测试数据包，统计单位时间收到值作为数据传输速率：

S＝f(Data,Δt)

式中，Data为从固定无线路由器1发送到移动无线中继设备2的数据，Δt为单位时间，f()表示单位时间内接收到的数据传输速率的计算函数。

移动无线中继设备2通过多天线接收移动无线终端3发出来的无线信号，通过到达自身不同天线的时间差，采用TDOA(Time Difference of Arrival到达时间差)定位方法计算得出移动无线终端3的极坐标位置：

L_MR(R，θ)＝TDOA(T_Qf1，T_Qf2，T_Qf3，……，B)

式中，L_MR(R，θ)表示移动无线终端3的极坐标位置，R为移动无线中继设备2到固定无线路由器1的距离；θ为以移动无线中继设备2为原点的极坐标角度；B为移动无线中继设备2的天线参数，T_Qf1，T_Qf2，T_Qf3，……分别为电场场强信号从固定无线路由器1到达移动无线中继设备2不同天线的时间值；TDOA()表示利用无线电到达时间差计算位置的函数；

然后按照以下公式将以移动无线中继设备2为原点的极坐标角度转换为以固定无线路由器1为原点的极坐标角度：

β＝T(θ)

式中，β为以固定无线路由器1为原点的极坐标角度，T()表示极坐标角度转换函数。

上述极坐标角度转换实现以固定无线路由器1为原点的极坐标处理。

步骤2)：

移动无线终端3通过无线网络名SSID通过基础协议通道无线接入固定无线路由器1，移动无线终端3经基础协议通道向固定无线路由器1发送自身的用户名、物理地址或MAC地址，申请优先等级，固定无线路由器1接收配置网络地址后形成移动无线终端信息Info(MTB)，固定无线路由器1经基础协议通道将移动无线终端信息Info(MTB)发送给移动无线中继设备2；

移动无线中继设备2经基础协议通道接收移动无线终端信息Info(MTB)，进而对移动无线终端3发出来的无线信号进行场强监测，采用TDOA定位方法确定移动无线终端3的实时位置坐标，形成监测信息Info(MTM，t)，再将监测信息Info(MTM，t)经基础协议通道实时反馈发送至固定无线路由器1；

步骤3)：

移动无线终端3开启视频、音频或文件下载等网络数据应用，经网络应用数据通道通过固定无线路由器1与外部数据网络进行通信下载；

固定无线路由器1识别移动无线终端3的数据应用在无线通信传输中的应用协议与传输内容、侦测网络流量，并实时监测移动无线终端3发出来的无线信号的无线场强值Q(MT，t)，将无线场强值Q(MT，t)结合移动无线中继设备2发送过来的监测信息Info(MTM，t)及基础信息包Info(FAB)分析判断传输效能状态：当处于低效能状态时，固定无线路由器1内开启数据应用的缓存，将外部网络数据下行接收的数据存储在缓存中，同时固定无线路由器1经基础协议通道向移动无线中继设备2发送无线操作信令C和传输所监测的移动无线终端3的无线场强值Q(MT，t)，无线操作信令C遥控开启移动无线中继设备2是否准备经网络数据通道分别和固定无线路由器1、移动无线终端3连接；

识别传输协议主要是指识别数据流是否是视音频、文件下载等大容量数据；网络流量指的就是传输速率。传输效能状态，就是依据这个传输内容类别与传输速率进行判定的。

无线操作信令C只是命令移动中继设备开始对外发射场强，准备接受移动终端接入，实际上还没接入，是个装备状态。要等到移动中继向移动终端位置靠拢后，通过场强的强弱比值来确定是否由移动中继接管，

移动终端的移动靠拢策略是依据基础信息包Info(FAB)中记录的靠近当前移动终端的，且信号场强较好的位置进行移动的。

步骤2)中，由固定无线路由器1向移动无线中继设备2发送的移动无线终端信息Info(MTB)，采用移动无线终端3用户名+物理地址或MAC地址+网络地址+优先等级组成，均采用字符串或数字格式构成。

步骤2)中，

由移动无线中继设备2形成的监测信息包Info(MTM，t)，采用移动无线终端3用户名+物理地址或MAC地址+移动无线终端3移动无线终端3移动无线终端3的场强Qmt+移动无线终端3的位置Lmt+测量时刻t构成，描述均采用字符串或数字格式构成。

L’_mt(R’，θ)＝TDOA(T_Qm1，T_Qm2，T_Qm3，……，B)

式中，L’_mt(R’，θ)表示以移动中继设备2位置为原点的移动终端3的极坐标位置，R’为移动无线中继设备2到移动无线终端3的距离；θ为以无线中继设备2为原点的极坐标角度；B为移动无线中继设备2的天线参数，T_Qm1，T_Qm2，T_Qm3，……分别为移动无线终端3发出的无线信号从移动无线终端3到达移动无线中继设备2不同天线的时间值；

然后按照以下公式将以移动无线中继设备2为原点的极坐标位置转换为以固定无线路由器1为原点的极坐标位置：

Lmt(R,β)＝T’[L’_mt(R’，θ)]

其中，T’[]表示坐标转换函数，Lmt()表示以固定无线路由器1为原点的极坐标位置。

通过距离与角转换，统一到以固定无线路由器1为原点的极坐标。

步骤3)中，将无线场强值Q(MT，t)结合移动无线中继设备2发送过来的监测信息Info(MTM，t)及基础信息包Info(FAB)分析处理后获得移动无线终端3的传输速率占据最大传输速率的比值，若移动无线终端3的传输速率低于最大传输速率的低效能预设速率比值A，具体实施的低效能预设速率比值A设置为20％，则认为是低效能状态。

步骤3)中，固定无线路由器1向移动无线中继设备2发送的无线操作信令C，采用移动无线中继设备编码D+遥控命令P+Q(MT，t)构成，描述均采用字符串或数字格式构成，遥控命令P用于开启移动无线中继设备2是否经网络数据通道分别和固定无线路由器1、移动无线终端3连接。

分组信息info[MTG]，采用组号、设备编码D和移动无线终端名+物理地址或MAC地址的矩阵方法，描述均采用字符串或数字格式构成。

步骤4)：

移动无线中继设备2依据基础信息包Info(FAB)中的位置坐标与移动无线终端3的当前位置，移动无线终端3的当前位置是通过移动无线中继设备2对移动无线终端3的无线信号进行监测后分析处理获得，自主规划路径与避障移动：

当移动无线中继设备2探测到的移动无线终端3所在位置的场强强度大于固定无线路由器1探测到的移动无线终端3所在位置的场强强度时，

固定无线路由器1主动短时关闭与移动无线终端3基础协议通道，移动无线终端3自身重新寻找无线网络接入，再按无线网络名SSID寻址经基础协议通道接入移动无线中继设备2后，固定无线路由器1将缓存中储存的应用数据与未加载数据同时经网络数据通道通过移动无线中继设备2转发移动无线终端3，此时移动无线中继设备2提供中继转发；

当移动无线中继设备2探测到的移动无线终端3所在位置的场强强度小于等于固定无线路由器1探测到的移动无线终端3所在位置的场强强度时，即移动无线终端3移动重新进入固定无线路由器1高有效覆盖范围内，固定无线路由器1重新打开与移动无线终端3基础协议通道，无线路由器1关闭与无线中继设备2网络数据通道的接入通道，移动无线终端3重新按无线网络名SSID寻址重新经网络数据通道接入固定无线路由器1。

高有效覆盖范围是指对根据无线场强值Q(MT，t)结合移动无线中继设备2发送过来的监测信息Info(MTM，t)和基础信息包Info(FAB)分析处理后获得的移动无线终端3的传输速率占据最大传输速率的比值进行判断，若移动无线终端3的传输速率高于最大传输速率的高有效覆盖预设速率比值B，具体实施的高有效覆盖预设速率比值设置为20％，则认为发生高有效覆盖范围。

低效能预设速率比值A小于高有效覆盖预设速率比值B。

在移动无线终端3移动位置时，移动无线中继设备2实施监测移动无线终端3发出来的无线信号的场强变化与传输速率，预测移动无线终端3的移动方向，同时移动无线中继设备2按照预测的移动方向自主移动位置以保持移动无线终端3的传输速率不下降。

区域内存在多个移动无线终端3，多个移动无线终端3超范围向固定无线路由器1请求数据传输时，固定无线路由器1向移动无线中继设备2发送无线操作信令C，控制移动无线中继设备2开启转发功能，并根据在固定无线路由器1内注册的预制优先等级计算移动中继设备2的移动位置，初始默认值为相同等级；移动无线中继设备2根据同一时刻的不同场强差值进行位置移动，同一时刻的不同场强差值是指移动无线中继设备2实施监测多个移动无线终端3发出来的无线信号的场强之间差值，直至多个移动无线终端3发出来的无线信号的场强接近均值，同时侦测各移动无线终端3数据应用的传输速率。

前面移动终端向固定路由注册的时候，有个优先等级。当移动中继不能同等满足区域内多个移动终端的高转发速率时，按照优先等级，先保障优先级高的终端的速率。默认所有终端优先级相同，则按平均速率与以保障。

侦测移动端传输速率，是为保障按等级传输效果，在差不多场强值得情况下，要保证传输速率也相近。有时，因为采用不同技术的移动终端对无线信号处理方式不同，在相同场强条件下会存在传输速率不一致的情况。

区域内存在多个移动无线中继设备2，由固定无线路由器1按就近原则将多个移动无线终端3进行分组，形成分组信息info[MTG]，并将分组信息info[MTG]传输给各移动无线中继设备2，再由单个移动无线中继设备2根据划分单个组中的所有移动无线终端3进行移动并经网络数据通道接入，或由多个移动无线中继设备2根据分组信息info[MTG]的分组进行无线接力经网络数据通道向移动无线终端3提供数据转发，无线接力是指固定无线路由器1经连续依次连接的多个移动无线中继设备2后和移动无线终端3连接通讯。

根据监测记录的移动无线终端3所在位置与移动无线中继设备2提供中继转发时所处位置的历史数据，采用聚类分析方法计算获得移动无线终端3的常处位置与对应的移动无线中继设备2的最佳中继转发所处位置，作为下一次移动无线中继设备2提供中继转发时的移动优先目的位置。

固定无线路由器1、移动无线中继设备2、移动无线终端3相互之间存在物理层、协议层、网络层的三层通信关系和控制。在本发明的两种工作状态情况下，三层通信关系和控制具体如下：

A、初始状态(即通过固定无线路由器1直接给移动无线终端3发送外部网络数据，移动无线中继设备2并未中继工作情况下)：

固定无线路由器1分别和移动无线中继设备2、移动无线终端3之间的物理层的信号场强通道无线连接，移动无线中继设备2和移动无线终端3之间的物理层的信号场强通道不进行无线连接；

移动无线中继设备2不和移动无线终端3的物理通道连接，则移动无线中继设备2不向移动无线终端3发射场强，一方面是不会在移动无线终端3处造成多场强干扰，另一方面还是减少空间电磁场辐射能量。

固定无线路由器1分别和移动无线中继设备2、移动无线终端3之间的协议层的基础协议通道无线连接，移动无线中继设备2和移动无线终端3之间的协议层的基础协议通道不无线连接；

移动无线中继设备2分别和固定无线路由器1、移动无线终端3之间的网络层的网络数据通道不无线连接，固定无线路由器1和移动无线终端3之间的网络层的网络数据通道无线连接；

B、转发状态(即通过固定无线路由器1经移动无线中继设备2给移动无线终端3发送外部网络数据，移动无线中继设备2中继工作情况下)：

固定无线路由器1分别和移动无线中继设备2、移动无线终端3之间的物理层的信号场强通道无线连接，移动无线中继设备2和移动无线终端3之间的物理层的信号场强通道无线连接；

移动无线中继设备2分别和固定无线路由器1、移动无线终端3之间的协议层的基础协议通道无线连接，固定无线路由器1和移动无线终端3之间的协议层的基础协议通道不无线连接；

移动无线中继设备2分别和固定无线路由器1、移动无线终端3之间的网络层的网络数据通道无线连接，固定无线路由器1和移动无线终端3之间的网络层的网络数据通道不无线连接。

Claims (7)

1.一种自适应移动无线中继控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法采用自适应移动无线中继控制系统，所述控制系统主要由具有外部数据接入的固定无线路由器(1)、移动无线终端(3)和具有三个以上天线的移动无线中继设备(2)组成，三者相互之间以无线传输方式连接；所述的移动无线中继设备(2)具有数据缓存转发模块与自主移动的驱动装置；固定无线路由器(1)与移动无线中继设备(2)之间构成一对一或一对多的控制结构，固定无线路由器(1)通过无线信道发出无线操作信令C控制移动无线中继设备(2)的功能状态；移动无线中继设备(2)通过无线场强探测并和固定无线路由器(1)通讯，接收来自固定无线路由器(1)的无线操作信令C，根据传输速率进行移动来增强移动无线终端(3)的传输速率，在移动位置同时向多个移动无线终端(3)提供网络数据中继的服务；外部数据网络和固定无线路由器(1)连接，移动无线终端(3)经固定无线路由器(1)和外部数据网络连接；

该方法的步骤是：

步骤1)：

在区域内，选择位置固定安装固定无线路由器(1)，将外部数据网络与固定无线路由器(1)连接，固定无线路由器(1)向区域内发射无线信号，固定无线路由器(1)分别和移动无线中继设备(2)、移动无线终端(3)之间的信号场强通道始终保持无线连接；

设置固定无线路由器(1)的无线网络名SSID，移动无线中继设备(2)通过基础协议通道无线接入连接固定无线路由器(1)；

设置移动无线中继设备(2)的无线网络名与固定无线路由器(1)的无线网络名相同，初始默认处于零发射状态，移动无线中继设备(2)与固定无线路由器(1)之间的网络应用数据通道不无线连接，不进行无线数据传输；

移动无线中继设备(2)在区域内自主移动，移动过程中实时记录存储当前自身位置的坐标、当前自身位置的无线场强值与当前自身位置的传输速率，并利用各个位置的坐标、无线场强值与传输速率组成基础信息包Info(FAB)，并将结果经基础协议通道传输给固定无线路由器(1)保存；

步骤2)：

移动无线终端(3)通过无线网络名SSID通过基础协议通道无线接入固定无线路由器(1)，移动无线终端(3)经基础协议通道向固定无线路由器(1)发送自身的用户名、物理地址或MAC地址，申请优先等级，固定无线路由器(1)接收配置网络地址后形成移动无线终端信息Info(MTB)，固定无线路由器(1)经基础协议通道将移动无线终端信息Info(MTB)发送给移动无线中继设备(2)；

移动无线中继设备(2)经基础协议通道接收移动无线终端信息Info(MTB)，进而对移动无线终端(3)发出来的无线信号进行场强监测，采用TDOA定位方法确定移动无线终端(3)的实时位置坐标，形成监测信息Info(MTM，t)，再将监测信息Info(MTM，t)经基础协议通道实时反馈发送至固定无线路由器(1)；

步骤3)：

移动无线终端(3)开启网络数据应用，经网络应用数据通道通过固定无线路由器(1)与外部数据网络进行通信；

固定无线路由器(1)识别移动无线终端(3)的数据应用在无线通信传输中的应用协议与传输内容、侦测网络流量，并实时监测移动无线终端(3)发出来的无线信号的无线场强值Q(MT，t)，将无线场强值Q(MT，t)结合移动无线中继设备(2)发送过来的监测信息Info(MTM，t)及基础信息包Info(FAB)分析判断传输效能状态：当处于低效能状态时，固定无线路由器(1)内开启数据应用的缓存，将外部网络数据下行接收的数据存储在缓存中，同时固定无线路由器(1)经基础协议通道向移动无线中继设备(2)发送无线操作信令C和传输所监测的移动无线终端(3)的无线场强值Q(MT，t)，无线操作信令C遥控开启移动无线中继设备(2)是否准备经网络数据通道分别和固定无线路由器(1)、移动无线终端(3)连接；

步骤4)：

移动无线中继设备(2)依据基础信息包Info(FAB)中的位置坐标与移动无线终端(3)的当前位置，自主规划路径与避障移动：

当移动无线中继设备(2)探测到的移动无线终端(3)所在位置的场强强度大于固定无线路由器(1)探测到的移动无线终端(3)所在位置的场强强度时，固定无线路由器(1)主动短时关闭与移动无线终端(3)基础协议通道，移动无线终端(3)自身重新寻找无线网络接入，再按无线网络名SSID寻址经基础协议通道接入移动无线中继设备(2)后，固定无线路由器(1)将缓存中储存的应用数据与未加载数据同时经网络数据通道通过移动无线中继设备(2)转发移动无线终端(3)，此时移动无线中继设备(2)提供中继转发；

当移动无线中继设备(2)探测到的移动无线终端(3)所在位置的场强强度小于等于固定无线路由器(1)探测到的移动无线终端(3)所在位置的场强强度时，固定无线路由器(1)重新打开与移动无线终端(3)基础协议通道，固定无线路由器(1)关闭与无线中继设备(2)网络数据通道的接入通道，移动无线终端(3)重新按无线网络名SSID寻址重新经网络数据通道接入固定无线路由器(1)。

2.根据权利要求1所述的一种自适应移动无线中继控制系统的控制方法，其特征在于：在移动无线终端(3)移动位置时，移动无线中继设备(2)实施监测移动无线终端(3)发出来的无线信号的场强变化与传输速率，预测移动无线终端(3)的移动方向，同时移动无线中继设备(2)按照预测的移动方向自主移动位置以保持移动无线终端(3)的传输速率不下降。

3.根据权利要求1所述的一种自适应移动无线中继控制系统的控制方法，其特征在于：所述区域内存在多个移动无线终端(3)，多个移动无线终端(3)超范围向固定无线路由器(1)请求数据传输时，固定无线路由器(1)向移动无线中继设备(2)发送无线操作信令C，控制移动无线中继设备(2)开启转发功能，并根据在固定无线路由器(1)内注册的预置优先等级计算移动中继设备(2)的移动位置，初始默认值为相同等级；移动无线中继设备(2)根据同一时刻的不同场强差值进行位置移动，同一时刻的不同场强差值是指移动无线中继设备(2)实施监测多个移动无线终端(3)发出来的无线信号的场强之间差值，直至多个移动无线终端(3)发出来的无线信号的场强接近均值，同时侦测各移动无线终端(3)数据应用的传输速率。

4.根据权利要求1所述的一种自适应移动无线中继控制系统的控制方法，其特征在于：所述区域内存在多个移动无线中继设备(2)，由固定无线路由器(1)按就近原则将多个移动无线终端(3)进行分组，形成分组信息info[MTG]，并将分组信息info[MTG]传输给各移动无线中继设备(2)，再由单个移动无线中继设备(2)根据划分单个组中的所有移动无线终端(3)进行移动并经网络数据通道接入，或由多个移动无线中继设备(2)根据分组信息info[MTG]的分组进行无线接力经网络数据通道向移动无线终端(3)提供数据转发。

5.根据权利要求1所述的一种自适应移动无线中继控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，

所述的基础信息包Info(FAB)由固定无线路由器(1)的无线网络名、固定无线路由器(1)的固定位置、固定无线路由器(1)外接外部数据网络的接入数据带宽B、数据传输速率、基础场强与移动无线中继设备位置关联矩阵SP(FAB)构成，移动无线中继设备位置关联矩阵SP(FAB)表示如下：

SP(FAB)＝{Q，S，R，β}

式中，R为以固定无线路由器(1)为原点的极坐标距离；β为以固定无线路由器(1)为原点的极坐标角度；S为极坐标点(R,β)的传输速率值，Q为极坐标点(R,β)的无线场强值。

6.根据权利要求1所述的一种自适应移动无线中继控制系统的控制方法，其特征在于：所述的固定无线路由器(1)内置有传输测试数据包TestData，通过移动无线中继设备(2)的多接收天线同时监测固定无线路由器(1)的发射场强，同时接收预存于固定无线路由器(1)的传输测试数据包，统计单位时间收到值作为数据传输速率：

S＝f(Data,Δt)

式中，Data为从固定无线路由器(1)发送到移动无线中继设备(2)的数据，Δt为单位时间，f()表示单位时间内接收到的数据传输速率的计算函数。

7.根据权利要求1所述的一种自适应移动无线中继控制系统的控制方法，其特征在于：

移动无线中继设备(2)通过多天线接收移动无线终端(3)发出来的无线信号，通过到达自身不同天线的时间差，采用TDOA定位方法计算得出移动无线终端(3)的极坐标位置：

L_MR(R，θ)＝TDOA(T_Qf1，T_Qf2，T_Qf3，……，B)

式中，L_MR(R，θ)表示移动无线终端(3)的极坐标位置，R为移动无线中继设备(2)到固定无线路由器(1)的距离；θ为以移动无线中继设备(2)为原点的极坐标角度；B为移动无线中继设备(2)的天线参数，T_Qf1，T_Qf2，T_Qf3，……分别为电场场强信号从固定无线路由器(1)到达移动无线中继设备(2)不同天线的时间值；TDOA()表示利用无线电到达时间差计算位置的函数；

然后按照以下公式将以移动无线中继设备(2)为原点的极坐标角度转换为以固定无线路由器(1)为原点的极坐标角度：

β＝T(θ)

式中，β为以固定无线路由器(1)为原点的极坐标角度，T()表示极坐标角度转换函数。

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