CN117395725A - 一种异构网络融合终端的链路选择方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异构网络融合终端的链路选择方法，包括：当异构网络中各网络均处于接通状态时，基于网络数据包的TCP/IP承载信息确定待传输数据的名称和所需带宽，并获取各网络可用带宽信息；当仅有一个网络的可用带宽满足所需带宽时，选择该网络作为链路；当各网络可用带宽均满足所需带宽时，基于业务名称查找优选链路信息，当优选链路信息存在时，选择对应的网络作为链路；当优选链路信息不存在时，获取各网络的拓扑信息，基于拓扑信息计算延时最小的网络作为链路；当各网络的可用带宽均不满足所需带宽时，选择可用带宽与传输所需带宽差值最小的网络作为链路。实现了不同业务使用不同网络传输，实时更新网络状态与剩余带宽以选择网络。

Description

一种异构网络融合终端的链路选择方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种异构网络融合终端的链路选择方法和装置。

背景技术

异构网络是指两个或以上的无线通信系统采用了不同的接入技术，异构网络使用的终端能够灵活的应用这两种接入技术实现网络连接，称之为融合终端。当上层应用产生网络数据传输需求时，融合终端的融合适配层依据网络状态和优先级选择其中一个网络进行数据传输。

传统的链路选择方式虽然比较简单，但是缺陷也比较明显，例如当某个网络链路拥塞时，上层应用无法感知，也就无法启用另一个网络用于传输。同时，由于异构网络是不同的接入技术，其存在的目的不尽相同，在融合场景下，当两个网络都可用时，某些业务适合用其中一种网络进行传输，传统的链路选择方法单纯的以接入状态和带宽信息作为网络选择的依据则无法确保做出正确的选择。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种异构网络融合终端的链路选择装置，用以解决现有仅以接入状态和带宽信息作为网络选择的依据不能完全发挥融合网络的优势的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种异构网络的链路选择方法，当异构网络中各网络均处于接通状态时，执行下述步骤选择链路传输网络数据包：

基于所述网络数据包的TCP/IP承载信息确定待传输网络数据包的业务名称和传输业务所需带宽，并获取各所述网络的可用带宽信息；

当仅有一个网络的可用带宽满足所需带宽时，选择该网络作为链路；

当各所述网络的可用带宽均满足所需带宽时，基于业务名称查找传输业务的优选链路信息，当所述优选链路信息存在时，选择对应的网络作为链路；当所述优选链路信息不存在时，获取各所述网络的拓扑信息，基于所述拓扑信息计算延时最小的网络，选择该网络作为链路；

当各所述网络的可用带宽均不满足所需带宽时，选择可用带宽与传输所需带宽差值最小的网络作为链路。

进一步的，所述网络数据包的TCP/IP承载信息为五元组信息，其信息格式为：{源IP地址、目的IP地址、协议、源端口、目的端口}；

所述基于网络数据包的TCP/IP承载信息确定传输的业务名称和所需传输的带宽信息，包括：

基于所述五元组信息确定应用层传输的业务名称；

基于所述业务名称，根据配置信息的业务带宽信息得到传输所述业务类型需要的带宽信息；所述配置信息用于预先配置业务与传输该业务所需带宽信息。

进一步的，所述查找传输业务的优选链路信息，包括：

基于所述业务名称，根据配置信息的业务网络信息查找传输业务的优选链路信息；所述配置信息还用于预先配置业务与传输该业务的优先链路信息。

进一步的，所述配置信息的业务带宽信息的配置格式为：{业务名称、发送带宽、接收带宽}；

所述配置信息的业务网络信息的配置格式为：{业务名称、优先网络}。

进一步的，所述异构网络包括自组网和5G网。

进一步的，获取异构网络中各网络的网络状态，包括：

所述自组网的网络状态通过自组网的网络接入模块或者ping的方法获取；

所述5G网的网络状态通过公开的AT命令方式或者ping的方法获取。

进一步的，所述获取各所述网络的拓扑信息，包括：

通过自组网的网络接入模块获得所述自组网的拓扑信息；所述自组网的网络接入模块提供自组网链路，自动获得自组网的拓扑信息；

获得所述5G网络的拓扑信息为所有的5G已入网的终端均连接至5G基站。

进一步的，计算所述自组网的延时包括：依据自组网的拓扑信息得到的最优路径获得跳数，按照跳数*自组网每跳延时得到自组网的总时延；

计算所述5G网络的延时包括：根据所述五元组信息的目的IP地址获得5G网络跳数，按照跳数*5G网络每跳延时得到5G网络的总时延。

进一步的，所述获取各所述网络的可用带宽信息，包括：

获取各所述网络已经承载的数据业务带宽；

基于已知各所述网络能承载的最大带宽和已承载的所述数据业务带宽，通过减法计算得到各所述网络还能承载的带宽。

一种异构网络的链路选择装置，所述链路选择装置与上层应用模块和异构网络接入模块相连；包括：

信息综合与网络选择模块，用于获取相连模块的信息，当需要传输网络数据包时，依据所定选择策略选择异构网络中的接入模块承载所述网络数据包；其中，所述相连模块包括：网络状态管理模块、数据业务信息收集模块、配置模块、网络性能信息收集模块和网络拓扑信息收集模块；

网络状态管理模块，用于获取异构网络中各网络的网络状态；

数据业务信息收集模块与上层应用模块相连，用于获取网络数据包的TCP/IP承载信息得到传输的网络数据包的业务名称；

配置模块，用于配置业务带宽信息和业务网络信息；

网络性能信息收集模块，用于获取并计算异构网络中各网络的可用带宽信息；

网络拓扑信息收集模块，用于获取和同步异构网络中各网络的网络拓扑信息。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明在异构网络选择链路时结合上层应用模块传输的网络数据包的业务类别，通过预先设置的配置信息选择传输业务对应的优先传输网络，实现了不同的业务可以分别使用不同的网络传输，对不同业务的网络传输保障能力；

2、本发明在异构网络选择链路时结合网络拓扑信息和网络性能信息，在选择接入网络时参考并实时更新网络延时与网络剩余带宽，按照此策略选择合适的网络更能保障网络带宽满足数据业务需求，确保网络运行的通畅。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例中一种异构网络的链路选择流程示意图；

图2为本发明实施例中5G网络拓扑的结构示意图；

图3为本发明实施例中异构网络的链路选择装置所在网络结构示意图；

图4为本发明实施例中异构网络的链路选择装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个具体实施例，公开了一种异构网络的链路选择方法，示例性的，所述异构网络包括自组网和5G网。

具体的，自组网是一种无线网络中的自主通信网络，允许设备在没有中央控制的情况下自主地建立和维护网络连接。自组网的特点是具有自动配置、自组织和自修复的能力，能够适应网络拓扑的变化和设备的加入或离开。自组网的应用范围非常广泛，可以用于军事通信、紧急救援、智能交通等领域。5G网是第五代移动通信网络，具有高速率、超大连接、超低时延三大特性。

在进行链路选择时，需先获取异构网络中各网络的网络状态；具体的：

所述自组网的网络状态通过接入本系统的自组网网络接入模块或者ping的方法获取。

所述5G网的网络状态通过公开的AT命令方式或者ping的方法获取。

具体的，5G模块AT指令是一种用于与5G模块进行通信的命令集合。它们以"AT"开头，后面跟随特定的指令，用于控制和配置5G模块的各种功能。网络状态通过“AT”检测Module与串口是否连通，能否接收AT命令。当返回“OK”则表明通信正常，无返回则表明未连通。

当异构网络中的网络仅有一个网络处于接通状态时，选择该网络作为数据传输链路。

当异构网络中各网络均处于接通状态时，如图1所示，执行下述步骤S1-S4选择链路传输网络数据包，其中，网络数据包是一种由多层协议组成的电脑网络中的有效传输数据的媒介。通常是把文本、图像、可执行文件和其他数据等封装成能够在网络上以可靠和有效的方式传输的有组织的数据单位；数据包的格式是根据协议来指定的，例如网络层的IP协议、传输层的TCP协议或UDP协议等。一般由报头和报数据两部分组成；报头一般包括网络层协议、源IP、目的IP等信息；报数据包括被传输的实际数据。

步骤S1、基于所述网络数据包的TCP/IP承载信息确定待传输网络数据包的业务名称和传输业务所需带宽，并获取各所述网络的可用带宽信息；

步骤S2、当仅有一个网络的可用带宽满足传输所需带宽时，选择该网络作为链路；

步骤S3、当各所述网络的可用带宽均满足所需带宽时，基于业务名称查找传输业务的优选链路信息，当所述优选链路信息存在时，选择对应的网络作为链路；当所述优选链路信息不存在时，获取各所述网络的拓扑信息，基于所述拓扑信息计算延时最小的网络，选择该网络作为链路；

步骤S4、当各所述网络的可用带宽均不满足所需带宽时，选择可用带宽与传输所需带宽差值最小的网络作为链路。

具体的，当异构网络中各网络均处于接通状态时，确定所传输业务的所需带宽；具体包括：获取网络数据包的TCP/IP承载信息，示例性的，所述TCP/IP承载信息为五元组信息。

其中，网络五元组是指TCP/IP协议中的“五元”参数，使用tshark等方法即可提取网络数据包的传输层中的五元组信息；其信息格式为：{源IP地址、目的IP地址、传输层协议、源端口、目的端口}。这五个参数组合在一起唯一地标识了一条网络通信连接。网络五元组由于其重要性，在网络监控、防火墙、流量检测等领域具有广泛的应用。

进一步的，本实施例中，由于传输不同的业务使用不同的端口，各种业务有一些约定的固定端口，系统内各端口分别用于的业务类别和业务名称也是固定的。

因此，基于所述五元组信息能够确定传输的网络数据包的业务名称；优选的，以五元组信息{源IP地址A1，目的IP地址A2，传输层协议号A3，源端口A4，目的端口A5}指代业务A，或五元组的子集指代业务A。

进一步的，基于所述确定的传输的网络数据包的业务名称，即业务A，根据配置信息的业务带宽信息得到传输所述业务类型需要的带宽信息；所述配置信息用于预先配置业务与传输该业务所需带宽信息。

具体的，配置信息的业务带宽信息，格式为{业务名称、发送带宽、接收带宽}；

本实施例中，业务A的带宽信息可以表示为{业务A，100M，10M}；根据业务名称确定本次传输的发送带宽为100M，接收带宽为10M，以最大带宽100M作为本次业务传输所需带宽信息。

进一步的，获取异构网络中各网络的可用带宽信息，包括：获取各所述网络已经承载的数据业务带宽并已知各所述网络能承载的最大带宽，通过减法计算得到各所述网络还能承载的带宽。

具体的，各所述网络能承载的最大带宽为已知值。各所述网络已经承载的数据业务带宽可由网络带宽测试工具等服务周期性获取实际已经承载的带宽情况。包括使用SpeedTest网站、iperf3网络带宽测试工具、NetSpeedMonitor网络带宽监测工具以及CloudHarmony网络基准测试服务。

进一步的，由于不同的网络有不同的接入技术，其存在的目的也不尽相同。本实施例中，自组网虽然由于无线信道本身的物理特性决定了移动自组织网络的带宽比有线信道要低很多，但是自组网是高可靠性网络，而5G网则以高容量为优势，在融合场景下，当两个网络都可用且可用带宽均满足此次传输需求时，单纯的以可用带宽和网络优先级作为网络选择的依据不能完全发挥融合网络的优势。

具体的，基于所述业务名称，根据配置信息的业务网络信息查找传输业务的优选链路信息；所述配置信息还用于预先配置业务与传输该业务的优先链路信息。具体的，基于传输的业务，为其配置优先网络为自组网或5G网络。

示例性的，火车站无线数据传输系统如果采用普通无线网桥来传输信号，移动部分机车上的无线网桥与固定点位的无线网桥连接时就会出现延迟，这样导致信号不稳定，就会影响火车的稳定运营；因此，当业务为警队、消防、石油、水上及空中通信等应急类或处于基站覆盖不到的地方时，配置优先网络为自组网。

当业务为视频会议、物联网应用、AGV通信时，配置优先网络为5G网。

进一步的，配置信息的业务网络信息的配置格式为：{业务名称、优先网络}。本实施例中，当查找到业务A的业务网络信息的配置为{业务A，自组网}时，则选择自组网作为传输业务A的链路。

需要说明的是，并不是传输的业务均已预先配置有优先链路信息；一些业务并没有配置优选链路信息，此时，分别获取自组网和5G网的拓扑信息，基于所述拓扑信息计算延时最小的网络，选择该网络作为本次业务传输的链路；

具体的，网络拓扑决定了网络中不同节点如何互相连接以及之间如何通信，不同的拓扑结构适用于不同的场景，不同的网络拓扑可以影响网络的可靠性、性能、扩展性和管理难度，获取网络的拓扑结构，用于管理和控制网络的状态。

所述自组网的拓扑信息为通过接入本系统的自组网网络接入模块获得的。在移动自组织网络中，由于用户终端的随机移动、节点的随时开机和关机、无线发信装置发送功率的变化、无线信道间的相互干扰以及地形等综合因素的影响，移动终端间通过无线信道形成的网络拓扑结构随时可能发生变化，而且变化的方式和速度都是不可预测的。因此自组网的拓扑信息由网络接入模块定时获取或者拓扑信息有变化时获取。

所述5G网的拓扑结构如图2所示，所有的5G已入网的终端都是先到达5G基站，再由5G基站作为中继到达另一个5G终端。5G拓扑呈现星型网络，5G基站作为中央节点。

进一步的，拓扑结构决定了传输一条消息的跳数，跳数是指通过网络传输数据时,数据从源头到目的地经过的路由器数量，跳数越少数据传输速度越快。一个路由到直连网络的距离为1，到非直连网络的距离为所经过的路由数加1，依据所述拓扑信息计算延时使用“跳数*每跳延时”得到总时延。

进一步的，所述自组网通过获得的拓扑信息计算最优路径得到传输本次业务所需跳数，进而计算延时。计算最优路径，常用算法有Dijkstra算法、A*算法、Floyd-Warshall算法等多种算法；自组网的每跳的延时由接入自组网设备得到，自组网的网络接入模块根据连接到自组网的设备得到每跳的延时平均值。

进一步的，所述5G网依据所述五元组信息的目的IP地址获得5G网络传输本次业务所需跳数为一跳或两跳，进而计算延时。

其中，当五元组信息的目的IP地址为服务器IP地址时为经过5G基站传输至服务器终端，此时确定传输本次业务所需为一跳；当五元组信息的目的IP地址为非服务器IP时可以判定数据需先经过5G基站传输至服务器后再传输至目的终端，此时确定传输本次业务所需为两跳。5G网每跳的延时由传输的5G基站的性能决定，本实施例中，5G网每跳的延时为设备所在地5G基站传输延时平均值。

本发明的另一实施例，公开了一种异构网络的链路选择装置，如图3所示，所述异构网络的链路选择装置位于融合适配层中，与上层应用模块和异构网络接入模块相连，向上对接上层应用模块，为上层应用模块提供网络连接服务。向下对接网络1接入模块和网络2接入模块，管理网络1和网络2的接入状态。当上层应用模块产生网络数据传输需求时，异构网络的链路选择装置依据网络1和网络2的网络状态和优先级选择其中一个进行数据传输。

进一步的，所述异构网络的链路选择装置如图4所示结构，包括：

信息综合与网络选择模块，用于获取相连模块的信息，当需要传输网络数据时，依据所定选择策略选择异构网络中的接入模块承载所述网络数据包；其中，相连模块包括：网络状态管理模块、数据业务信息收集模块、配置模块、网络性能信息收集模块和网络拓扑信息收集模块。

网络状态管理模块，用于获取异构网络中各网络的网络状态。

具体的，网络状态管理模块通过周期性使用异构网络中自组网接入模块和异构网络中5G网接入模块分别获取网络中每一个终端的通联信息，并将通联结果报告给信息综合与网络选择模块。

需要说明的是，自组网进行判断时可以通过自组网的网络接入模块获取联通信息或者通过ping网络中每一个终端，通过ping的结果判断本终端与其他终端是否通联；5G网进行判断时可以通过公开的AT命令方式或者与通过ping网络中每一个终端，通过返回结果判断本终端与其他终端是否通联。

数据业务信息收集模块与上层应用模块相连，用于获取网络数据包的TCP/IP承载信息得到传输网络数据包的业务名称。

具体的，数据业务信息收集模块在上层应用产生网络数据时获取此次需要传输的网络数据的TCP/IP承载信息，根据既定规则，判断本次传输的业务名称并报告给信息综合与网络选择模块。

配置模块，用于配置业务带宽信息和业务网络信息。

具体的，配置模块可以配置业务与网络的绑定关系，其配置形式如{业务A，自组网}，表明业务A优先使用自组网传输，自组网不可用时则使用5G传输。

进一步的，配置模块还可以配置业务与带宽的绑定关系，其配置形式如{业务A，发送带宽，接收带宽}，表明传输业务A的带宽信息。

网络性能信息收集模块，用于获取并计算异构网络中各网络的可用带宽信息。

具体的，网络性能信息收集模块与每一个联网的终端进行信息的交互，获取自组网接入模块已经承载的数据业务带宽以及5G网接入模块已经承载的数据业务带宽，同时获得自组网接入模块能承载的最大带宽以及5G网接入模块能承载的最大带宽；通过减法计算出自组网接入模块和5G网接入模块各自还能承载多大带宽的业务，计算结果报告给信息综合与网络选择模块。

网络拓扑信息收集模块，用于获取和同步异构网络中各网络的网络拓扑信息，并将拓扑信息报告信息综合与网络选择模块。

具体的，由于自组网接入模块自身具有自组网拓扑信息，网络拓扑信息收集模块获取自组网的拓扑信息时，通过系统与自组网接入模块的接口自动获取自组网的拓扑信息以及同步获取自组网的拓扑信息更新。

进一步的，5G网根据所述TCP/IP承载信息的目的IP地址判断本次传输终端为服务器或其他终端，从而确定拓扑结构。

所定选择策略包括：当异构网络中各网络均处于接通状态时，基于传输的网络数据包的TCP/IP承载信息确定待传输网络数据包的业务名称和传输业务所需带宽，并获取各所述网络的可用带宽信息；当仅有一个网络的可用带宽满足所需带宽时，选择该网络作为链路；当各所述网络的可用带宽均满足所需带宽时，基于业务名称查找传输业务的优选链路信息，当所述优选链路信息存在时，选择对应的网络作为链路；当所述优选链路信息不存在时，获取各所述网络的拓扑信息，基于所述拓扑信息计算延时最小的网络，选择该网络作为链路；当各所述网络的可用带宽均不满足所需带宽时，选择可用带宽与传输所需带宽差值最小的网络作为链路。

本发明在异构网络选择链路时结合上层应用传输的网络数据包的业务类别，通过预先设置的配置信息选择传输业务对应的优先传输网络，实现了不同的业务可以分别使用不同的网络传输，对不同业务的网络传输保障能力；相对于传统链路仅按照带宽选择网络，本发明对网络的选择更加适配业务；同时，本发明结合网络拓扑信息和网络性能信息，在选择接入网络时参考并实时更新网络延时与网络剩余带宽，按照此策略选择合适的网络更能保障网络带宽满足数据业务需求，确保网络运行的通畅。

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 (10)

1.一种异构网络的链路选择方法，其特征在于，当异构网络中各网络均处于接通状态时，执行下述步骤选择链路传输网络数据包：

基于所述网络数据包的TCP/IP承载信息确定待传输网络数据包的业务名称和传输业务所需带宽，并获取各所述网络的可用带宽信息；

当仅有一个网络的可用带宽满足所需带宽时，选择该网络作为链路；

当各所述网络的可用带宽均满足所需带宽时，基于业务名称查找传输业务的优选链路信息，当所述优选链路信息存在时，选择对应的网络作为链路；当所述优选链路信息不存在时，获取各所述网络的拓扑信息，基于所述拓扑信息计算延时最小的网络，选择该网络作为链路；

当各所述网络的可用带宽均不满足所需带宽时，选择可用带宽与传输所需带宽差值最小的网络作为链路。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述网络数据包的TCP/IP承载信息为五元组信息，其信息格式为：{源IP地址、目的IP地址、协议、源端口、目的端口}；

所述基于网络数据包的TCP/IP承载信息确定传输的业务名称和所需传输的带宽信息，包括：

基于所述五元组信息确定应用层传输的业务名称；

基于所述业务名称，根据配置信息的业务带宽信息得到传输所述业务类型需要的带宽信息；所述配置信息用于预先配置业务与传输该业务所需带宽信息。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述查找传输业务的优选链路信息，包括：

基于所述业务名称，根据配置信息的业务网络信息查找传输业务的优选链路信息；所述配置信息还用于预先配置业务与传输该业务的优先链路信息。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述配置信息的业务带宽信息的配置格式为：{业务名称、发送带宽、接收带宽}；

所述配置信息的业务网络信息的配置格式为：{业务名称、优先网络}。

5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述异构网络包括自组网和5G网。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，获取异构网络中各网络的网络状态，包括：

所述自组网的网络状态通过自组网的网络接入模块或者ping的方法获取；

所述5G网的网络状态通过公开的AT命令方式或者ping的方法获取。

7.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述获取各所述网络的拓扑信息，包括：

通过自组网的网络接入模块获得所述自组网的拓扑信息；所述自组网的网络接入模块提供自组网链路，自动获得自组网的拓扑信息；

获得所述5G网络的拓扑信息为所有的5G已入网的终端均连接至5G基站。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，计算所述自组网的延时包括：依据自组网的拓扑信息得到的最优路径获得跳数，按照跳数*自组网每跳延时得到自组网的总时延；

计算所述5G网络的延时包括：根据所述五元组信息的目的IP地址获得5G网络跳数，按照跳数*5G网络每跳延时得到5G网络的总时延。

9.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述获取各所述网络的可用带宽信息，包括：

获取各所述网络已经承载的数据业务带宽；

基于已知各所述网络能承载的最大带宽和已承载的所述数据业务带宽，通过减法计算得到各所述网络还能承载的带宽。

10.一种异构网络的链路选择装置，其特征在于：所述链路选择装置与上层应用模块和异构网络接入模块相连；包括：

信息综合与网络选择模块，用于获取相连模块的信息，当需要传输网络数据包时，依据所定选择策略选择异构网络中的接入模块承载所述网络数据包；其中，所述相连模块包括：网络状态管理模块、数据业务信息收集模块、配置模块、网络性能信息收集模块和网络拓扑信息收集模块；

网络状态管理模块，用于获取异构网络中各网络的网络状态；

数据业务信息收集模块与上层应用模块相连，用于获取网络数据包的TCP/IP承载信息得到传输的网络数据包的业务名称；

配置模块，用于配置业务带宽信息和业务网络信息；

网络性能信息收集模块，用于获取并计算异构网络中各网络的可用带宽信息；

网络拓扑信息收集模块，用于获取和同步异构网络中各网络的网络拓扑信息。