CN113766481B - 一种网络通信装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种网络通信装置及方法。本发明提供的一种网络通信装置，包括：移动通信设备、虚拟化网元、移动自组织网络基站以及主协调中心，所述移动通信设备与所述虚拟化网元通信连接，所述虚拟化网元与所述移动自组织网络基站通信连接；该网络通信装置及方法便于临时部署、对环境的适应性强，能够在城市环境中的紧急情况下管理无线通信的新方案，以满足大规模灾害等环境下的应急通信。

Description

一种网络通信装置及方法
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种网络通信装置及方法。
背景技术
在各种自然灾害、各种警情、医疗急救以及水、电、煤气事故等突发事件发生时，需要利用各类通信手段通报险情，实施紧急救助。一个快速响应、全面高效的应急通信系统是降低灾害损失的重要因素。但是，专用的应急通信网络投资高、使用效率低。无线通信网络的发展速度与应用领域已经超过了固定通信，成为一个无所不在的网络。如果无线通信网络具有应急通信保障能力，将大大提高应急通信的覆盖范围。然而，现有的网络通信方案往往适用于普通的技术环境，在一些突发的大规模灾害等环境下，一旦通信基础设施受损，则无法实现网络通信。因此，有必要提出一种便于临时部署、对环境的适应性强，能够在城市环境中的紧急情况下管理无线通信的新方案，以满足大规模灾害等环境下的应急通信。
发明内容
本发明提供一种网络通信装置及方法，以解决现有的技术在一些突发的大规模灾害等环境下，一旦通信基础设施受损，则无法实现网络通信，不便于临时部署、对环境的适应性差的问题。
第一方面，本发明提供一种网络通信装置，包括：移动通信设备、虚拟化网元、移动自组织网络基站以及主协调中心，所述移动通信设备与所述虚拟化网元通信连接，所述虚拟化网元与所述移动自组织网络基站通信连接，所述移动自组织网络基站与所述主协调中心通信连接；
所述移动通信设备，用于向所述虚拟化网元发送服务请求信号；
所述虚拟化网元，用于接收多个所述移动通信设备发送的服务请求信号，实时控制所述服务请求信号的功率和带宽，将所述服务请求信号传输至移动自组织网络基站；
所述移动自组织网络基站，用于接收所述虚拟化网元传输的服务请求信号，将所述服务请求信号传输至主协调中心；接收主协调中心反馈的服务资源，通过网络级优化算法将主协调中心的服务资源分配给不同的虚拟化网元；
所述主协调中心，用于接收来自不同移动自组织网络基站的服务请求信号，使用优先级算法确定所述服务请求信号的优先级，根据所述服务请求信号的优先级决定是否可以部署新服务、必须取消或修改其中的一些服务，以保证在部署任何优先级较低的服务之前，保证优先级较高的服务的服务质量。
进一步地，所述虚拟化网元，用于根据服务请求信号的误码率、信噪比以及每个时刻的可用资源和拥塞水平，实时控制服务请求信号的功率和带宽。
进一步地，所述虚拟化网元的频谱采用正交频率多址和时分多址技术。
进一步地，虚拟化网元和移动通信设备之间链路级的每一帧都通过卷积纠错代码进行保护，使用所述卷积纠错代码计算虚拟化网元和移动通信设备之间连接的误码率。
进一步地，所述虚拟化网元，还用于向移动自组织网络基站发送无线电拥塞报告。
第二方面，本发明提供一种网络通信方法，应用于以上所述的网络通信装置，包括：
移动通信设备向虚拟化网元发送服务请求信号；
虚拟化网元接收多个移动通信设备发送的服务请求信号，实时控制服务请求信号的功率和带宽，将服务请求信号传输至移动自组织网络基站；
移动自组织网络基站接收虚拟化网元传输的服务请求信号，将服务请求信号传输至主协调中心；接收主协调中心反馈的服务资源，通过网络级优化算法将主协调中心的服务资源分配给不同的虚拟化网元；
主协调中心接收来自不同移动自组织网络基站的服务请求信号，使用优先级算法确定服务请求信号的优先级，根据服务请求信号的优先级决定是否可以部署新服务、必须取消或修改其中的一些服务，以保证在部署任何优先级较低的服务之前，保证优先级较高的服务的服务质量。
进一步地，虚拟化网元根据服务请求信号的误码率、信噪比以及每个时刻的可用资源和拥塞水平，实时控制服务请求信号的功率和带宽。
进一步地，虚拟化网元的频谱采用正交频率多址和时分多址技术。
进一步地，虚拟化网元和移动通信设备之间链路级的每一帧都通过卷积纠错代码进行保护，使用所述卷积纠错代码计算虚拟化网元和移动通信设备之间连接的误码率。
进一步地，所述方法还包括：虚拟化网元向移动自组织网络基站发送无线电拥塞报告。
本发明的有益效果如下：本发明提供的一种网络通信装置及方法，可通过移动通信设备向虚拟化网元发送服务请求信号；虚拟化网元接收多个移动通信设备发送的服务请求信号，实时控制服务请求信号的功率和带宽，将服务请求信号传输至移动自组织网络基站；移动自组织网络基站接收虚拟化网元传输的服务请求信号，将服务请求信号传输至主协调中心；接收主协调中心反馈的服务资源，通过网络级优化算法将主协调中心的服务资源分配给不同的虚拟化网元；主协调中心接收来自不同移动自组织网络基站的服务请求信号，使用优先级算法确定服务请求信号的优先级，根据服务请求信号的优先级决定是否可以部署新服务、必须取消或修改其中的一些服务，以保证在部署任何优先级较低的服务之前，保证优先级较高的服务的服务质量，便于临时部署、对环境的适应性强，能够在城市环境中的紧急情况下管理无线通信的新方案，以满足大规模灾害等环境下的应急通信。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的网络通信装置示意图。
图2为本发明实施例提供的网络通信方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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做出创造性劳动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。以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
请参阅图1，本发明提供一种网络通信装置，包括：移动通信设备100、虚拟化网元200、移动自组织网络基站300以及主协调中心400，所述移动通信设备100与所述虚拟化网元200通信连接，所述虚拟化网元200与所述移动自组织网络基站300通信连接，所述移动自组织网络基站300与所述主协调中心400通信连接。主协调中心400接入全球网络500。
其中，所述移动通信设备，用于向所述虚拟化网元发送服务请求信号。移动通信设备可以是智能手机等智能设备。在发生大规模灾害时，需要主协调中心提供服务的人员，可通过移动通信设备发起服务请求信号。
所述虚拟化网元，用于接收多个所述移动通信设备发送的服务请求信号，实时控制所述服务请求信号的功率和带宽，将所述服务请求信号传输至移动自组织网络基站。虚拟化网元即虚拟网络功能(VNF)，VNF被看作是NFV的关键。通过将上层应用与硬件解耦，硬件设备虚拟化后衍生出的资源调用速率可由数天缩短至数分钟，具体到电信网络环境中，原有基于私有平台部署的网元是一个个封闭黑盒，硬件资源之间无法互通，要想扩容只能添加硬件，很容易造成过后闲置的状况。相比之下，NFV可将网元虚拟成独立应用，动态、灵活的部署增加了网络弹性。纵向来看，NFV自下而上可分为三层：基础设施层、虚拟网络层、运营支持层。顾名思义，基础设施层就是将不同地域的数据中心用高速网连接起来，把物理资源虚拟化为资源池；虚拟网络层直接与网络业务相关，可将物理网元映射为VNF，让IMS、EPC等网元逻辑实现；至于运营支持层，则是对虚拟化过程中的偏差进行校正，同时负责按需分配资源。其中，VNF承担着重要作用。VNF在基础设施层提供的服务是NFV的主要运营目标，这意味着前者左右着网络虚拟化的前景。在云计算时代，网络功能升级是由软件来实现的，对硬件的依赖度很低，而像微服务、容器、Devops这些新技术的赋能对象应该是VNF，不过要想真正发挥VNF的功力，还是要让其回归到运营者的手中，而不是受到管道商的把控。不同厂商开发的VNF软件在部署到不同基础设施时，也会受制于不同环境中的开发、对接、监控的流程标准，使得其对底层硬件的利用效率有所降低。例如，某些VNF的配置只能用于特定的NFV架构，并且需要手动安装，API接口权限没有完全开放，难以适应流量激增的应用需求。此外，不支持多租户也让VNF无法进行复用。考虑到VNF对基础设施的要求远高于传统IT平台，如何将其特性上升到云的层面至关重要，单纯的软件化没有意义。通过构建基于云的原生VNF，会打破原有的局限性，让其自身的扩展和适应能力有所增强。例如，VNF在云中可以自我修复和容错，对潜在风险进行监控和分析，自动升级补丁更新，解决了多云环境的共享问题。作为迈向5G的关键技术，NFV的成熟度无疑将受到VNF的影响。在软件驱动硬件的时代，为VNF注入云的基因会为网络虚拟化带来新的上升动力，而这离不开开发商之间的合作，以及运营方的开放态度。本发明可在要覆盖的整个地理区域周围部署支持不同服务的VNF，它们采用无线通信和独立电源。
所述移动自组织网络基站，用于接收所述虚拟化网元传输的服务请求信号，将所述服务请求信号传输至主协调中心；接收主协调中心反馈的服务资源，通过网络级优化算法将主协调中心的服务资源分配给不同的虚拟化网元。
移动自组织网络是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，是移动计算机网络的一种，用户终端可以在网内随意移动而保持通信。移动自组织网络在结构上具有以下一些主要特征：动态拓扑：即网络中的节点可以任意移动，因此，网络的拓扑结构也可能会变化；链路带宽受限、容量时变：由于拓扑动态变化导致每个节点转发的非自身作为目的地的业务量也随时间变化，因此与有线网络不同，它的链路容量表现出时变的特征；动力受限：由于网络节点的移动特征，其中大多数节点以电池为动力，因而，在进行系统设计时，节能就成为一个非常重要的指标；物理上安全有限：移动网络比固定网络(有线和无线)更易受到安全威胁。除了需要克服无线链路的安全弱点以外，还需要克服移动拓扑所带来的新的安全隐患。除了在结构上的特点外，移动自组织网络在技术上还具有或要求具有以下特征：完善而又可靠的路由和移动性管理算法：提高网络的可靠性和可用性，即降低任何网络部件与网络的其他部分分离的概率；自适应算法和协议：调整与适应无线传播环境、网络拓扑和业务条件频率的变化；低开销算法和协议：尽可能地节省无线通信资源。在移动自组织网络中节点或系统的资源比在有线网络中更加珍惜；多重路由：在源节点和目标节点之间最好能有多条不同的路由，以降低在某一些节点(特别是作为信息转发的瓶颈节点)中的拥塞，增加网络的可靠性和生存能力；可靠的网络结构：避免网络对某些链路失效或终端、拥塞、路由等过分敏感。移动自组织网络基站可部署在应急车上，其中包括通用计算平台，移动自组织网络基站可使用现有无线技术连接到虚拟化网元。在移动自组织网络基中进行VNF和业务的资源管理。
所述主协调中心，用于接收来自不同移动自组织网络基站的服务请求信号，使用优先级算法确定所述服务请求信号的优先级，根据所述服务请求信号的优先级决定是否可以部署新服务、必须取消或修改其中的一些服务，以保证在部署任何优先级较低的服务之前，保证优先级较高的服务的服务质量。
所有移动自组织网络基站都连接到一个主协调中心，全球服务管理位于该主协调中心并充当全球通信网络的网关，该主协调中心也部署在配备有通用计算设备的大型移动基础设施中。
在本实施例中，所述虚拟化网元，用于根据服务请求信号的误码率、信噪比以及每个时刻的可用资源和拥塞水平，实时控制服务请求信号的功率和带宽。所述虚拟化网元的频谱采用正交频率多址和时分多址技术。虚拟化网元和移动通信设备之间链路级的每一帧都通过卷积纠错代码进行保护，使用所述卷积纠错代码计算虚拟化网元和移动通信设备之间连接的误码率。所述虚拟化网元，还用于向移动自组织网络基站发送无线电拥塞报告。
本发明实施例提供的网络通信装置，可基于5G技术和网络物理系统在城市环境中临时应急无线通信。按照CPS范式定义和链接不同的反馈控制回路，在物理层面，频谱使用通过CPS控制回路进行监控，分析功率信号是否具有良好的质量。在网络层面，采用5G虚拟化技术动态管理网络配置和用户管理。最后，在服务级别，分析全局情况以决定可以部署目录中的哪些服务，并根据它们的优先级，包括分配的资源量。便于临时部署、对环境的适应性强，能够在城市环境中的紧急情况下管理无线通信的新方案，以满足大规模灾害等环境下的应急通信。
请参阅图2，本发明还提供一种网络通信方法，应用于上述网络通信装置，包括：
步骤S101，移动通信设备向虚拟化网元发送服务请求信号；
步骤S102，虚拟化网元接收多个移动通信设备发送的服务请求信号，实时控制服务请求信号的功率和带宽，将服务请求信号传输至移动自组织网络基站；
步骤S103，移动自组织网络基站接收虚拟化网元传输的服务请求信号，将服务请求信号传输至主协调中心；接收主协调中心反馈的服务资源，通过网络级优化算法将主协调中心的服务资源分配给不同的虚拟化网元；
步骤S104，主协调中心接收来自不同移动自组织网络基站的服务请求信号，使用优先级算法确定服务请求信号的优先级，根据服务请求信号的优先级决定是否可以部署新服务、必须取消或修改其中的一些服务，以保证在部署任何优先级较低的服务之前，保证优先级较高的服务的服务质量。
进一步地，虚拟化网元根据服务请求信号的误码率、信噪比以及每个时刻的可用资源和拥塞水平，实时控制服务请求信号的功率和带宽。虚拟化网元的频谱采用正交频率多址和时分多址技术。虚拟化网元和移动通信设备之间链路级的每一帧都通过卷积纠错代码进行保护，使用所述卷积纠错代码计算虚拟化网元和移动通信设备之间连接的误码率。该方法还包括：虚拟化网元向移动自组织网络基站发送无线电拥塞报告。
本发明实施例还提供一种存储介质，本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明提供的网络通信方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：Read-OnlyMemory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：RandomAccessMemory，简称：RAM)等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种网络通信装置，其特征在于，包括：移动通信设备、虚拟化网元、移动自组织网络基站以及主协调中心，所述移动通信设备与所述虚拟化网元通信连接，所述虚拟化网元与所述移动自组织网络基站通信连接，所述移动自组织网络基站与所述主协调中心通信连接；
所述移动通信设备，用于向所述虚拟化网元发送服务请求信号；
所述虚拟化网元，用于接收多个所述移动通信设备发送的服务请求信号，实时控制所述服务请求信号的功率和带宽，将所述服务请求信号传输至移动自组织网络基站；
所述移动自组织网络基站，用于接收所述虚拟化网元传输的服务请求信号，将所述服务请求信号传输至主协调中心；接收主协调中心反馈的服务资源，通过网络级优化算法将主协调中心的服务资源分配给不同的虚拟化网元；
所述主协调中心，用于接收来自不同移动自组织网络基站的服务请求信号，使用优先级算法确定所述服务请求信号的优先级，根据所述服务请求信号的优先级决定是否可以部署新服务、必须取消或修改其中的一些服务，以保证在部署任何优先级较低的服务之前，保证优先级较高的服务的服务质量。
2.如权利要求1所述的一种网络通信装置，其特征在于，所述虚拟化网元，用于根据服务请求信号的误码率、信噪比以及每个时刻的可用资源和拥塞水平，实时控制服务请求信号的功率和带宽。
3.如权利要求1所述的一种网络通信装置，其特征在于，所述虚拟化网元的频谱采用正交频率多址和时分多址技术。
4.如权利要求1所述的一种网络通信装置，其特征在于，虚拟化网元和移动通信设备之间链路级的每一帧都通过卷积纠错代码进行保护，使用所述卷积纠错代码计算虚拟化网元和移动通信设备之间连接的误码率。
5.如权利要求1所述的一种网络通信装置，所述虚拟化网元，还用于向移动自组织网络基站发送无线电拥塞报告。
6.一种网络通信方法，应用于权利要求1所述的网络通信装置，其特征在于，包括：
移动通信设备向虚拟化网元发送服务请求信号；
虚拟化网元接收多个移动通信设备发送的服务请求信号，实时控制服务请求信号的功率和带宽，将服务请求信号传输至移动自组织网络基站；
移动自组织网络基站接收虚拟化网元传输的服务请求信号，将服务请求信号传输至主协调中心；接收主协调中心反馈的服务资源，通过网络级优化算法将主协调中心的服务资源分配给不同的虚拟化网元；
主协调中心接收来自不同移动自组织网络基站的服务请求信号，使用优先级算法确定服务请求信号的优先级，根据服务请求信号的优先级决定是否可以部署新服务、必须取消或修改其中的一些服务，以保证在部署任何优先级较低的服务之前，保证优先级较高的服务的服务质量。
7.如权利要求6所述的一种网络通信方法，其特征在于，虚拟化网元根据服务请求信号的误码率、信噪比以及每个时刻的可用资源和拥塞水平，实时控制服务请求信号的功率和带宽。
8.如权利要求6所述的一种网络通信方法，其特征在于，虚拟化网元的频谱采用正交频率多址和时分多址技术。
9.如权利要求6所述的一种网络通信方法，其特征在于，虚拟化网元和移动通信设备之间链路级的每一帧都通过卷积纠错代码进行保护，使用所述卷积纠错代码计算虚拟化网元和移动通信设备之间连接的误码率。
10.如权利要求6所述的一种网络通信方法，还包括：虚拟化网元向移动自组织网络基站发送无线电拥塞报告。
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