CN116321344A - 混合自组网系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合自组网系统和方法，属于无线通信领域，包括多个5G通信终端，每一所述5G通信终端包括至少一5G通信单元和至少一WIFI6通信单元，所述5G通信单元用于提供5G链路，所述WIFI6通信单元用于基于判定原则与其他所述WIFI6通信单元进行对比，根据对比结果确定其中一所述WIFI6通信单元为主网关，形成自组网。本发明在5G通信终端中内置WIFI6通信单元，利用WIFI6通信单元自组网形成链路共享，在5G信号覆盖不全、覆盖弱等情况，使用WIFI6通信单元形成的自组网进行数据传输，保证了特殊场景下的数据传输可靠性需求。

Description

混合自组网系统和方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种混合自组网系统和方法。
背景技术
第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology，简称5G)是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，5G通讯设施是实现人机物互联的网络基础设施。用户体验速率达1Gbps，时延低至1ms，用户连接能力达100万连接/平方公里。
目前5G通信技术在特殊行业应用中存在一些问题，例如在电力、海事、森林防控等行业应用中存在5G信号覆盖不全、覆盖弱等情况，现有5G通信组网方案无法覆盖到一部分特殊客户的应用场景，无法保证特殊场景下的数据传输可靠性需求。
发明内容
本发明提供一种混合自组网系统和方法，用以解决现有技术中行业应用中存在5G信号覆盖不全、覆盖弱等情况，无法保证数据特殊场景下的传输可靠性需求的缺陷。
本发明提供一种混合自组网系统，包括多个5G通信终端，每一所述5G通信终端包括至少一5G通信单元和至少一WIFI6通信单元，所述5G通信单元用于提供5G链路，所述WIFI6通信单元用于基于判定原则与其他所述WIFI6通信单元进行对比，根据对比结果确定其中一所述WIFI6通信单元为主网关，形成自组网。
根据本发明提供的一种混合自组网系统，所述5G通信单元还用于获取所述5G通信单元的当前链路质量数据、所述WIFI6通信单元的当前位置信息和所述5G通信终端的性能信息；
所述WIFI6通信单元还用于基于预设的数据共享广播周期，对所述当前链路质量数据、所述当前位置信息和所述性能信息进行广播。
根据本发明提供的一种混合自组网系统，所述WIFI6通信单元还用于在广播之前为所述当前链路质量数据、所述当前位置信息和所述性能信息添加网关标识信息。
根据本发明提供的一种混合自组网系统，所述5G通信单元还用于在所述5G链路的信号不可用或信号强度低于预设值时，基于对应的所述WIFI6通信单元向所述主网关发起路径请求；
所述主网关还用于响应于所述路径请求，根据所述当前链路质量数据、所述当前位置信息和所述性能信息，确定优选路径，将所述优选路径反馈至发起所述路径请求的所述WIFI6通信单元。
根据本发明提供的一种混合自组网系统，在至少两个所述5G通信单元对应的所述5G链路的信号不可用或信号强度低于预设值的情况下，所述主网关还用于在确定优选路径之前，剔除至少两个所述5G通信单元对应的所述WIFI6通信单元。
根据本发明提供的一种混合自组网系统，所述5G通信单元还用于基于驻网检测算法判断所述5G链路的信号是否可用。
根据本发明提供的一种混合自组网系统，所述5G通信单元还用于基于链路信号强弱检测数据判断所述5G链路的信号强度是否低于预设值。
根据本发明提供的一种混合自组网系统，所述当前链路质量数据包括数据速率、时延、抖动、丢包率，所述当前位置信息包括经纬度，所述性能信息包括CPU使用率和内存。
根据本发明提供的一种混合自组网系统，所述WIFI6通信单元用于根据对比结果确定备网关，所述备网关用于在所述主网关的信号不可用时，升级为新的主网关。
本发明还提供了一种基于所述的混合自组网系统进行混合自组网的方法，包括：
在5G通信终端中设置至少一5G通信单元和至少一WIFI6通信单元；
基于判定原则对所有所述WIFI6通信单元进行对比，根据对比结果确定其中一所述WIFI6通信单元为主网关，形成自组网。
本发明提供的混合自组网系统和方法，在5G通信终端中内置WIFI6通信单元，利用WIFI6通信单元自组网形成链路共享，在5G信号覆盖不全、覆盖弱等情况，使用WIFI6通信单元形成的自组网进行数据传输，保证了特殊场景下的数据传输可靠性需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的混合自组网系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的WIFI6自组网网络的示意图；
图3是本发明实施例提供的混合自组网系统的网络拓扑示意图；
图4是本发明实施例提供的自组网节点示意图；
图5是本发明实施例提供的最佳路径选择示意图；
图6是本发明实施例提供的混合自组网方法的流程示意图。
图中：
100-5G通信终端；110-5G通信单元；120-WIFI6通信单元。
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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
图1是本发明实施例提供的混合自组网系统的结构示意图，如图1所示，本发明提供一种混合自组网系统，包括多个5G通信终端100，每一所述5G通信终端100包括至少一5G通信单元110和至少一WIFI6通信单元120，所述5G通信单元110用于提供5G链路，所述WIFI6通信单元120用于基于判定原则与其他所述WIFI6通信单元120进行对比，根据对比结果确定其中一所述WIFI6通信单元120为主网关，形成自组网。
无线自组网是由一组带有无线收发装置的可移动节点所组成的一个临时性多跳自治系统，它不依赖于预设的基础设施，具有可组网灵活，快速部署的特点，能够快速形成无中心网络拓扑，支持如点对多点、链状、网状、混合等任意网络拓扑结构。
MESH是一种新的局域网类型，MESH网络中的各个节点通过有线或无线相互连接，是一个动态的可以不断扩展的网络架构，具有动态自组织、自配置、自维护等突出特点。
图2是本发明实施例提供的WIFI6自组网网络的示意图，如图2所示，所有WIFI6设备之间通过WIFI6信号通道实现相互通信，形成无中心网络。
WIFI6作为致力提升无线使用效率和用户真实体验的标准，定义了很多和以往协议截然不同的技术规格。例如更高的调制阶数(1024-QAM)、更窄的子载波间隔、上下行OFDMA技术、上下行MU-MIMO技术(其中下行MU-MIMO在Wi-Fi 5时引入)、空间复用技术等。WIFI6在调制，编码，多用户并发等多方面技术的改进和优化，使得其速度得到较大提升，单流速率可达1.2Gbps，接近与目前5G的速率，使得其在应用中和5G的结合更为匹配紧密。
图3是本发明实施例提供的混合自组网系统的网络拓扑示意图，如图3所示，可选的，5G通信单元110负责5G链路/5G通道，WIFI6通信单元120又称作网关，形成自组网。正常情况下，5G通信终端100的业务数据通过5G通信单元110直接传输到云端。遇到没有5G信号或者信号弱等异常情况时，5G通信终端100的数据通路切换到WIFI6模组，通过WIFI6通信单元120自组网寻找优选路径到达其他5G通信终端100，通过该5G通信终端100的5G链路或者5G通道将数据传输到云端。
在WIFI6自组网场景中，通过判定原则对网关(网关具备WIFI-AP能力)进行逐个比较，综合优先级选举出主网关和备网关。主网关承担汇聚能力，从而形成一个WIFI6自组网网络。当主网关失联，备网关立即升级为主网关，继续承担汇聚能力，并同步选举新的备网关，全程终端无感知。主/备网关同时承担了接收广播数据并记录计算路径的能力。
可以理解的是，本发明提供在5G通信终端100中内置WIFI6通信单元120，利用WIFI6通信单元120自组网形成链路共享，在5G信号覆盖不全、覆盖弱等情况，使用WIFI6通信单元120形成的自组网进行数据传输，保证了特殊场景下的数据传输可靠性需求。
在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，所述5G通信单元110还用于获取所述5G通信单元110的当前链路质量数据、所述WIFI6通信单元120的当前位置信息和所述5G通信终端100的性能信息；
所述WIFI6通信单元120还用于基于预设的数据共享广播周期，对所述当前链路质量数据、所述当前位置信息和所述性能信息进行广播。
可选的，所述WIFI6通信单元120还用于在广播之前为所述当前链路质量数据、所述当前位置信息和所述性能信息添加网关标识信息。
可选的，5G通信单元110周期性检测当前5G链路质量数据(数据速率、时延、抖动、丢包率)、获取当前设备位置信息(经纬度)和当前设备性能信息(CPU、内存等)，同时添加网关标识信息，在WIFI6自组网内进行数据共享广播传输。
数据共享广播周期及可根据实际测试情况调整，WIFI6通信单元120监听WIFI6链路广播数据，主/备网关接收到广播的网络质量、位置信息、设备性能等资源数据后进行存储及记录，其余网关收到广播数据忽略，不做处理。
在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，所述5G通信单元110还用于在所述5G链路的信号不可用或信号强度低于预设值时，基于对应的所述WIFI6通信单元120向所述主网关发起路径请求；
所述主网关还用于响应于所述路径请求，根据所述当前链路质量数据、所述当前位置信息和所述性能信息，确定优选路径，将所述优选路径反馈至发起所述路径请求的所述WIFI6通信单元120。
图4是本发明实施例提供的自组网节点示意图，如图4所示，网络中有M个网络设备。设备的属性有：节点ID、网络质量、内存资源、存储资源、以及各资源占用率、位置资源。设备之间是全WIFI6连接的，设备之间通过WIFI6链路共享资源。
图5是本发明实施例提供的最佳路径选择示意图，如图5所示，当节点设备1(即5G通信终端100)的5G网络出现脱网掉网情况时，节点设备向主网关发起路径请求，主网关根据请求节点位置信息，结合当前存储的各网关节点的性能、网络质量、位置等资源信息，根据算法计算出一条精确的优选路径，并将优选路径返回给节点设备1，节点设备1根据优选路径进行路径切换，将数据倒换到WIFI6进行数据传输，按照既定优选路径进行数据传输，保证数据能够通过既定优选路径到最后的网关节点4，并经由网关节点4的5G链路进行数据传输。
在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，在至少两个所述5G通信单元110对应的所述5G链路的信号不可用或信号强度低于预设值的情况下，所述主网关还用于在确定优选路径之前，剔除至少两个所述5G通信单元110对应的所述WIFI6通信单元120。
在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，所述5G通信单元110还用于基于驻网检测算法判断所述5G链路的信号是否可用。可选的，所述5G通信单元110还用于基于链路信号强弱检测数据判断所述5G链路的信号强度是否低于预设值。
在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，所述当前链路质量数据包括数据速率、时延、抖动、丢包率，所述当前位置信息包括经纬度，所述性能信息包括CPU使用率和内存。
在上述实施例的基础上，作为一个可选的实施例，所述WIFI6通信单元120用于根据对比结果确定备网关，所述备网关用于在所述主网关的信号不可用时，升级为新的主网关。
下面结合一个实施例对本发明提供的网络数据出逃原理进行详细说明。
5G通信终端设备进行周期性网络探测，并将探测数据结合位置信息和设备性能数据进行通告；通告的方式采用WIFI6自组网内进行广播，WIFI6自组网内主网关接收到广播的网络数据及性能数据进行更新并保存。
当5G通信终端检测到自身5G网络不可用或者信号非常弱时，发起网络数据链路优选请求给WIFI6自组网内主网关设备，主网关设备接收到请求后，根据所携带的设备信息及位置信息，结合保存的其余设备的网络信息进行特定的算法计算，选择一条最优的路径返回给请求网关。
请求网关接收到最优路径后进行路径切换，将数据倒换到最优的WIFI6路径进行数据传输，并逐级跳转至优选的5G通信终端链路可用的网关，并经该网关的5G通道进行数据传输。
示例：WIFI自组网后网关2为主网关，网关4为备网关，以网关1作为故障设备。
单一5G通信终端脱网：
a)网关1检测到5G链路故障，脱网无法进行数据传输；
b)网关1在WIFI6自组网内发起网络数据优选路径请求至主网关2；
c)主网关2收到优选路径请求后，根据网关1的位置信息，结合所存储的其他网关网络质量、位置、性能等资源信息进行特定算法计算，选择一条最优的优选路径，例如选择网关3；网关2将出逃路径网关1->网关3的路径发送给网关1；
d)网关1接收到优选路径后发起链路切换，将数据通过WIFI6自组网送往网关3；
e)网关3收到数据后通过该智能终端的5G网络通道进行数据传输，完成了网关1数据的路径优选。
区域内5G通信终端集体脱网：
a)网关1、网关2、网关3所在的区域5G信号出现异常，导致网关1-网关3的5G链路均故障，无法正常通信。
b)网关1检测到5G网络链路故障后，通过WIFI6自组网发起网络数据优选路径请求至主网关2；
c)主网关2收到优选路径请求后，根据网关1的位置信息，结合所存储的其他网关网络质量、位置、性能等资源信息进行特定算法计算，形成一条最优的优选路径，此处主网关2探知自己和网关3的5G网络均异常，结合算法计算选择网关1-网关2-网关4的优选路径，并将出优选径返回给网关1；
d)网关1接收到出逃路径后，将数据传输链路进行切换，通过WIFI6自组网将数据传输给网关2设备；
e)网关2设备同样将数据继续通过WIFI6自组网传递到网关4设备；
a)网关4设备接收到数据后，通过该5G通信终端设备的5G链路完成数据传输，完成网关1设备的数据路径优选。
单一5G通信终端处于弱信号：优选路径确认流程同“单一5G通信终端脱网”，选择算法增加数据传输速率的优选算法。
区域内5G通信终端集体处于弱信号：优选路径确认流程同“区域内5G通信终端集体脱网”，选择算法增加数据传输速率和负载均衡的优选算法。
本发明能够在特殊行业应用中，在某一台5G通信终端掉网、弱信号下或者某区域内5G智能网关集体掉网、弱信号下的情况，快速通过内置的WIFI6模组形成的自组网络通路，结合网络质量信息(包括：数据速率、时延、抖动、丢包率)、位置信息(经纬度)、设备性能数据(CPU负载等)计算出一条最佳线路，完成数据的级联传输，保障业务数据的稳定和可靠传输，避免或减少因5G无线网络异常引起的故障损失。
下面对本发明提供的混合自组网方法进行描述，下文描述的混合自组网方法与上文描述的混合自组网系统可相互对应参照。
图6是本发明实施例提供的混合自组网方法的流程示意图，如图6所示，本发明还提供了一种基于所述的混合自组网系统进行混合自组网的方法，包括：
S610，在5G通信终端中设置至少一5G通信单元和至少一WIFI6通信单元；
S620，基于判定原则对所有所述WIFI6通信单元进行对比，根据对比结果确定其中一所述WIFI6通信单元为主网关，形成自组网。
作为一个实施例，所述5G通信单元还用于获取所述5G通信单元的当前链路质量数据、所述WIFI6通信单元的当前位置信息和所述5G通信终端的性能信息；
所述WIFI6通信单元还用于基于预设的数据共享广播周期，对所述当前链路质量数据、所述当前位置信息和所述性能信息进行广播。
作为一个实施例，所述WIFI6通信单元还用于在广播之前为所述当前链路质量数据、所述当前位置信息和所述性能信息添加网关标识信息。
作为一个实施例，所述5G通信单元还用于在所述5G链路的信号不可用或信号强度低于预设值时，基于对应的所述WIFI6通信单元向所述主网关发起路径请求；
所述主网关还用于响应于所述路径请求，根据所述当前链路质量数据、所述当前位置信息和所述性能信息，确定优选路径，将所述优选路径反馈至发起所述路径请求的所述WIFI6通信单元。
作为一个实施例，在至少两个所述5G通信单元对应的所述5G链路的信号不可用或信号强度低于预设值的情况下，所述主网关还用于在确定优选路径之前，剔除至少两个所述5G通信单元对应的所述WIFI6通信单元。
作为一个实施例，所述5G通信单元还用于基于驻网检测算法判断所述5G链路的信号是否可用。
作为一个实施例，所述5G通信单元还用于基于链路信号强弱检测数据判断所述5G链路的信号强度是否低于预设值。
作为一个实施例，所述当前链路质量数据包括数据速率、时延、抖动、丢包率，所述当前位置信息包括经纬度，所述性能信息包括CPU使用率和内存。
作为一个实施例，所述WIFI6通信单元用于根据对比结果确定备网关，所述备网关用于在所述主网关的信号不可用时，升级为新的主网关。
本发明提供的混合自组网系统和方法，在5G通信终端中内置WIFI6通信单元，利用WIFI6通信单元自组网形成链路共享，在5G信号覆盖不全、覆盖弱等情况，使用WIFI6通信单元形成的自组网进行数据传输，保证了特殊场景下的数据传输可靠性需求。
最后应说明的是：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 (10)

1.一种混合自组网系统，其特征在于，包括多个5G通信终端，每一所述5G通信终端包括至少一5G通信单元和至少一WIFI6通信单元，所述5G通信单元用于提供5G链路，所述WIFI6通信单元用于基于判定原则与其他所述WIFI6通信单元进行对比，根据对比结果确定其中一所述WIFI6通信单元为主网关，形成自组网。
2.根据权利要求1所述的混合自组网系统，其特征在于，所述5G通信单元还用于获取所述5G通信单元的当前链路质量数据、所述WIFI6通信单元的当前位置信息和所述5G通信终端的性能信息；
所述WIFI6通信单元还用于基于预设的数据共享广播周期，对所述当前链路质量数据、所述当前位置信息和所述性能信息进行广播。
3.根据权利要求2所述的混合自组网系统，其特征在于，所述WIFI6通信单元还用于在广播之前为所述当前链路质量数据、所述当前位置信息和所述性能信息添加网关标识信息。
4.根据权利要求2所述的混合自组网系统，其特征在于，所述5G通信单元还用于在所述5G链路的信号不可用或信号强度低于预设值时，基于对应的所述WIFI6通信单元向所述主网关发起路径请求；
所述主网关还用于响应于所述路径请求，根据所述当前链路质量数据、所述当前位置信息和所述性能信息，确定优选路径，将所述优选路径反馈至发起所述路径请求的所述WIFI6通信单元。
5.根据权利要求4所述的混合自组网系统，其特征在于，在至少两个所述5G通信单元对应的所述5G链路的信号不可用或信号强度低于预设值的情况下，所述主网关还用于在确定优选路径之前，剔除至少两个所述5G通信单元对应的所述WIFI6通信单元。
6.根据权利要求4所述的混合自组网系统，其特征在于，所述5G通信单元还用于基于驻网检测算法判断所述5G链路的信号是否可用。
7.根据权利要求4所述的混合自组网系统，其特征在于，所述5G通信单元还用于基于链路信号强弱检测数据判断所述5G链路的信号强度是否低于预设值。
8.根据权利要求2所述的混合自组网系统，其特征在于，所述当前链路质量数据包括数据速率、时延、抖动、丢包率，所述当前位置信息包括经纬度，所述性能信息包括CPU使用率和内存。
9.根据权利要求1所述的混合自组网系统，其特征在于，所述WIFI6通信单元用于根据对比结果确定备网关，所述备网关用于在所述主网关的信号不可用时，升级为新的主网关。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述的混合自组网系统进行混合自组网的方法，其特征在于，包括：
在5G通信终端中设置至少一5G通信单元和至少一WIFI6通信单元；
基于判定原则对所有所述WIFI6通信单元进行对比，根据对比结果确定其中一所述WIFI6通信单元为主网关，形成自组网。
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