CN113225670B - 一种基于分组交换的异构无线网络及其垂直切换方法 - Google Patents

一种基于分组交换的异构无线网络及其垂直切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于分组交换的异构无线网络，包括控制模块及外围电路、路由切换模块、时钟分发模块、定时电路、有线侧物理层、5G通道物理层、专网物理层、时钟分发模块、北斗RDSS模块，所述控制模块及外围电路通过PCIE总线与路由切换模块联接，路由切换模块通过地址数据总线与时钟分发模块联接，时钟分发模块通过SPI与定时电路联接，路由切换模块通过MDIO/MDC串行接口与有线侧物理层、5G通道物理层、专网物理层联接,控制模块通过异步串口与北斗RDSS模块联接。通过对称式布局、双向多重握手、智能历史记录学习功能，可延伸检测链路，大大减少工作链路在无线网络之间频繁切换，并达到高可靠性和实时性的要求，提升业务应用的有效性。

Description

一种基于分组交换的异构无线网络及其垂直切换方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种基于分组交换的异构无线网络及其垂直切换方法。
背景技术
宽带无线通信具有在大容量信息的传输过程中不需要媒介的优点，在航海、航空、轨道交通、工业控制等国民经济各领域已广泛应用。以5G网络为代表的公共移动网络具有便捷、低成本、高带宽、低时延等特点，正作为基础平台支撑各类军民用业务的应用。由于客观原因，部分丘陵、山区、沙漠、海洋等区域属于公共移动网络覆盖的盲区或者存在移动信号较弱、通信不畅通的问题，同时我国是一个自然地质灾害频发的国家，地震、泥石流、洪水等灾害的发生可能损毁基站等移动通信基础设施，造成公共移动网络的瘫痪。因此单一无线网络已不能满足现实，在一些公网信号盲区或对无线通信可靠性要求较高的应用中，会增加独立的无线宽带专网，因此衍生出5G公网与无线宽带专网融合应用的场景。针对此类场景，在移动公网和私有专网覆盖区域的交界处，由于公网信号覆盖有空缺或者信号强度较差，需要有一种方法进行异构无线网络的垂直切换，实现两种无线网络对业务的无缝、可靠承载。
现有异构无线网络垂直切换的方法，多有以下几个特点：
支持单一策略，基于网络信号强度，或误码率等因素触发切换，不能适应多种差异化场景的应用。易受网络振荡等负面因素影响，出现频繁切换的状况,造成业务可用性较差的情况。
采用非对称式布局，通过MAC地址、路由学习、物理链路检测等方式，在无线网络接入的边缘侧确定主用链路，实现业务联通。检测仅涉及前端链路状态，未覆盖全业务传输链路，业务数据的可达性欠佳。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种基于分组交换的异构无线网络及其垂直切换方法，通过对称式布局、双向多重握手、智能历史记录学习功能，可延伸检测链路，大大减少工作链路在无线网络之间频繁切换，并达到高可靠性和实时性的要求，提升业务应用的有效性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于分组交换的异构无线网络，包括控制模块及外围电路、路由切换模块、时钟分发模块、定时电路、有线侧物理层、5G通道物理层、专网物理层、时钟分发模块、北斗RDSS模块，所述控制模块及外围电路通过PCIE总线与路由切换模块联接，路由切换模块通过地址数据总线与时钟分发模块联接，时钟分发模块通过SPI与定时电路联接，路由切换模块通过MDIO/MDC串行接口与有线侧物理层、5G通道物理层、专网物理层联接,控制模块通过异步串口与北斗RDSS模块联接；路由切换模块通过156.25MHz时钟接口与定时电路联接，通过SGMII接口与有线侧物理层、5G通道物理层、专网物理层联接；时钟分发模块通过125MHz时钟与有线侧物理层、5G通道物理层、专网物理层联接。
一种基于分组交换的异构无线网络垂直切换方法，包括以下步骤：
(1)本端无线网络切换设备的控制模块通过带内网管或带外网管方式获取5G链路和无线宽带专线链路的信号强度、信号质量等链路状态信息；
(2)本端无线网络切换设备控制模块根据无线链路状态信息，生成带端口号和端口状态的检测报文，并启动路由切换模块承载协议栈的状态机，由路由切换模块将检测报文通过5G链路和无线宽带专线链路分别传递到对端无线网络切换设备；
(3)对端无线网络切换设备的路由切换模块定时接收步骤(2)中的检测报文，其控制模块根据检测报文和自身端口状态，识别检测报文中对端业务端口状态、时延和丢包率，判断链路状态，满足条件时(判断当前主用链路不可用)触发中断进行工作链路倒换；整个过程检测报文的发送和接收处理是双向的。
在上述技术方案中，所述无线网络切换功能通过专线1:1保护实现，5G链路与专网链路可灵活设置为工作链路和保护链路，共同实现1:1网络保护功能。
在上述技术方案中，控制模块检测到链路中断、启动切换时，设备记录链路切换时的位置信息。
在上述技术方案中，采用无线信号检测、有线网络链路层状态监测融合处理方式，OAM报文在链路层进行传输，OAM报文可以封装在IP包中通过各种透明传输网络进行传输，可延伸链路监测范围，直达业务接入终端。
本发明的有益效果是：
1、采用对称式布局、OAM报文监测+无线信道融合监测的方式，可跨网络监测，实现业务全链路的覆盖，提升链路的可用性。
2、灵活的模式设置，有效避免无线信号震荡带来的负面影响。随机模式，基于无线信号强度、信道误码率、链路握手状态、有效带宽等综合因素选定可用链路；固定模式，支持基于地理位置、区域对应链路自动学习功能，依据长期历史数据，在异构无线网络信号重叠的固定区域，优选长期可靠稳定的链路。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明的核心功能示意图。
图3本发明的OAM报文握手流程。
图4本发明的切换判断处理流程。
图5本发明的无线信号优劣判决策略。
图6本发明的无线网络切换设备应用示意。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示的一种基于分组交换的异构无线网络，包括控制模块及外围电路、路由切换模块、时钟分发模块、定时电路、有线侧物理层、5G通道物理层、专网物理层、时钟分发模块、北斗RDSS模块，所述控制模块及外围电路通过PCIE总线与路由切换模块联接，路由切换模块通过地址数据总线与时钟分发模块联接，时钟分发模块通过SPI与定时电路联接，路由切换模块通过MDIO/MDC串行接口与有线侧物理层、5G通道物理层、专网物理层联接,控制模块通过异步串口与北斗RDSS模块联接；路由切换模块通过156.25MHz时钟接口与定时电路联接，通过SGMII接口与有线侧物理层、5G通道物理层、专网物理层联接；时钟分发模块通过125MHz时钟与有线侧物理层、5G通道物理层、专网物理层联接。
控制模块实现各模块初始配置、无线链路监测、链路路由选择等功能；路由切换模块实现OAM握手报文提取、插入，业务数据转发等功能；时钟分发模块、定时电路实现时钟同步功能，提供系统工作所需156.25MHz、125MHz时钟；有线侧物理层、5G通道物理层、专网物理层实现接口的时钟恢复、编解码、连接处理等物理层功能；时钟分发模块输出多路同源时钟至其它模块；北斗RDSS模块实现北斗信号射频前端、中频处理、模数转换、基带处理等功能。
控制模块能够产生OAM检测报文(发送的周期可以根据需要进行设置)，路由切换模块能够在插入、提取OAM检测报文。主备链路的切换判决由控制模块实现，主备链路的切换动作由路由切换模块实现。
控制模块及外围电路采用龙芯中科LS2K1000、紫光国芯的SCB15H2G160AF-15HI和SCN01SA1T1AI7A、兆易创新的GD25Q32CSI；路由切换模块采用盛科的CTC5160；时钟分发模块采用高云的GW1N-LV4LQ144；定时电路采用奥拉的AU5315；有线侧物理层、5G通道物理层、专网物理层均采用裕太车通的YT8521；北斗RDSS模块采用航天时代的BMN1200S。
如图3所示，OAM检测报文的帧格式为以太网帧V2格式，帧长为64字节。其中，帧的源地址和目的地址均为特定地址：每个源地址为发送端口配置的MAC地址；目的地址为对端切换设备接收端口的MAC地址，OAM报文中包含配置的OAM报文间隔、接收到的时延、丢包率等信息。
一种基于分组交换的异构无线网络垂直切换方法，包括以下步骤：
(1)本端无线网络切换设备的控制模块通过带内网管或带外网管方式获取5G链路和无线宽带专线链路的信号强度、信号质量等链路状态信息；
(2)本端无线网络切换设备控制模块根据无线链路状态信息，生成带端口号和端口状态的检测报文，并启动路由切换模块承载协议栈的状态机，由路由切换模块将检测报文通过5G链路和无线宽带专线链路分别传递到对端无线网络切换设备；
(3)对端无线网络切换设备的路由切换模块定时接收步骤(2)中的检测报文，其控制模块根据检测报文和自身端口状态，识别检测报文中对端业务端口状态、时延和丢包率，判断链路状态，满足条件时(判断当前主用链路不可用)触发中断进行工作链路倒换；整个过程检测报文的发送和接收处理是双向的。
在上述技术方案中，所述无线网络切换功能通过专线1:1保护实现，5G链路与专网链路可灵活设置为工作链路和保护链路，共同实现1:1网络保护功能。业务从工作链路传送，当工作链路故障的时候，倒换到保护链路，业务单发单收。链路状态通过以太网OAM(Operation,Administration and Maintenance，操作、管理和维护)报文进行检测。专线业务建立后，两端的无线网络切换设备会以一定的时间间隔周期性发送OAM报文，用来检测链路的连接是否正常，如果在连接超时时间内未收到对端发来的报文，就认为此工作链路连接中断，两端设备根据协议状态、倒换状态以及综合判决策略，进行业务倒换。在OAM报文检测过程中，无线网络切换设备通过OAM报文获取对端以太网OAM配置信息，当两端OAM配置信息一致后，以太网OAM协议栈开始工作。
在上述技术方案中，控制模块检测到链路中断、启动切换时，设备记录链路切换时的位置信息。设备可实现基于历史数据的学习功能，在两种网络信号重叠的边缘地带，可根据位置信息、学习数据，优选根据历史记录预期的无线链路作为主用链路，减少频繁链路震荡带来的链路切换。
在上述技术方案中，采用无线信号检测、有线网络链路层状态监测融合处理方式，OAM报文在链路层进行传输，OAM报文可以封装在IP包中通过各种透明传输网络进行传输，可延伸链路监测范围，直达业务接入终端。
(1)主动模式OAM设备发送只有主动端OAM配置信息的OAM报文；
(2)被动模式OAM设备收到主控端的OAM报文后，解析报文内容后，与自己的配置进行比较；
(3)被动端发送保护本端和远端OAM配置、是否匹配对端配置的标记的OAM报文；
(4)主动端判断收到的OAM报文中携带的配置信息和本端的配置是否匹配，匹配进入探测状态。如果不匹配，继续从1开始发送协商报文或者直到本端OAM去使能；
(5)定时发送OAM通信报文维持连接；
(6)被动端进入探测状态，连接建立，双方发送OAM通信报文，维持连接。
如图4，在生成OAM检测报文之后，所述控制模块将其传送给路由切换模块。随后，所述路由切换模块把每个OAM检测报文从其相应的端口发送出去。
另一方面，路由切换模块接收进入本设备的OAM报文，并传送给所述控制模块进行检查。
控制模块对收到的OAM报文进行检查，通过检查报文的时延和丢包情况，判断这条工作链路的质量，是否要触发倒换中断。
触发中断后，设备会将中断进行记录，方便查询当前链路在一定时间内是否产生倒换中断。若是中断产生链路非当前工作链路，则工作链路不进行倒换；若中断产生链路为当前工作链路，准备将工作链路倒换到备用链路；同时设备会持续比较5G信号和无线专网的信号强度，如图5；若当前工作链路的信号强度比备用链路的信号强度低时，则检查备用链路一定时间T内(时间可设置)，是否产出过倒换中断，如果有则不进行工作链路倒换操作，确认备用链路在T时间内没有出现过倒换中断。同时，设备在固定模式可以通过北斗模块获取北斗坐标数据，通过同设定的北斗坐标数据进行比较，如果在设定的北斗坐标范围内，可指定倒换到对应的链路。
设备初始化后，启动轮询任务，以1秒(可调节)为间隔通过北斗读取位置信息；将读取到的位置信息与设定的区域坐标做比对，如果在设定区域，则使用指定的链路作为当前工作链路；如果不在区域内，则检测设定的工作模式。
在随机模式时，无线切换设备分别发送查询请求报文给5G CPE和无线专网设备，获取其各自的信号强度等信息，并结合链路连接状态、时延、误码率等进行综合研判，确定是否进行切换。
在固定模式时，设备工作在指定链路上，指定工作链路出现链路断路而备用链路正常时，当前工作链路会倒换到备用链路；当指定工作链路状态恢复时，设备检查指定工作链路一定时间T内(时间可设置)，是否产出过倒换中断，如果有则不倒换回指定工作链路，确认指定工作链路在T时间内没有出现过倒换中断，则倒换回指定工作链路。
如图6，进一步描述本发明提出的异构无线网络垂直切换方法的应用。
无线网络切换设备1和无线网络切换设备2分别通过5G公网和无线专网进行业务通信，当前工作链路时工作通道。两台设备通过业务端口分别周期性的发送OAM检测报文到对端设备，检测工作通道和保护通道是否有断路出现。检测报文可以覆盖两台切换设备间的整条有无线链路，因此无线网络切换设备不仅可部署于无线网络接入边缘，也可延伸部署于有线网络内部。同时无线切换设备获取5G CPE和无线专网设备状态时，可通过带内网管和带外网管两种方式。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于分组交换的异构无线网络垂直切换方法，其特征是：包括以下步骤：
（1）本端无线网络切换设备的控制模块通过带内网管或带外网管方式获取5G链路和无线宽带专线链路的信号强度、信号质量等链路状态信息；
（2）本端无线网络切换设备控制模块根据无线链路状态信息，生成带端口号和端口状态的检测报文，并启动路由切换模块承载协议栈的状态机，由路由切换模块将检测报文通过5G链路和无线宽带专线链路分别传递到对端无线网络切换设备，采用无线信号检测、有线网络链路层状态监测融合处理方式，OAM报文在链路层进行传输，OAM报文可以封装在IP包中通过各种透明传输网络进行传输，可延伸链路监测范围，直达业务接入终端；
（3）对端无线网络切换设备的路由切换模块定时接收步骤（2）中的检测报文，其控制模块根据检测报文和自身端口状态，识别检测报文中对端业务端口状态、时延和丢包率，判断链路状态，满足条件时触发中断进行工作链路倒换；整个过程检测报文的发送和接收处理是双向的。
2.根据权利要求1所述的一种基于分组交换的异构无线网络垂直切换方法，其特征是：所述无线网络切换功能通过专线1:1保护实现，5G链路与专网链路可灵活设置为工作链路和保护链路，共同实现1:1网络保护功能。
3.根据权利要求1所述的一种基于分组交换的异构无线网络垂直切换方法，其特征是：控制模块检测到链路中断、启动切换时，设备记录链路切换时的位置信息。
4. 根据权利要求1所述的基于分组交换的异构无线网络垂直切换方法，其特征是：运用的硬件包括：控制模块及外围电路、路由切换模块、时钟分发模块、定时电路、有线侧物理层、5G通道物理层、专网物理层、北斗RDSS模块，所述控制模块及外围电路通过PCIE总线与路由切换模块联接，路由切换模块通过地址数据总线与时钟分发模块联接，时钟分发模块通过SPI与定时电路联接，路由切换模块通过MDIO/MDC串行接口与有线侧物理层、5G通道物理层、专网物理层联接, 控制模块通过异步串口与北斗RDSS模块联接；路由切换模块通过156.25MHz时钟接口与定时电路联接，通过SGMII接口与有线侧物理层、5G通道物理层、专网物理层联接；时钟分发模块通过125MHz时钟与有线侧物理层、5G通道物理层、专网物理层联接。
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Inventor before: Hu Zanjun

Inventor before: Yuan Linfeng

Inventor before: Li Dan

Inventor before: Zhang Fengrui

Inventor before: Liu Chenglong

CB03 Change of inventor or designer information
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Address after: 430000, No.3 Canglong Avenue, Canglong Island Development Zone, Jiangxia District, Wuhan City, Hubei Province

Patentee after: Wuhan Ship Communication Research Institute (722 Research Institute of China Shipbuilding Corp.)

Country or region after: China

Patentee after: WUHAN MELIT COMMUNICATION Co.,Ltd.

Address before: 430205 No.3, zanglong Avenue, zanglong Island Development Zone, Jiangxia District, Wuhan City, Hubei Province

Patentee before: 722 RESEARCH INSTITUTE OF CHINA SHIPBUILDING INDUSTRY Corp.

Country or region before: China

Patentee before: WUHAN MELIT COMMUNICATION Co.,Ltd.

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