一种应用于公交宽带接入的WiFi移动中继系统与方法与流程

本发明涉及一种公共交通移动通信系统，属于电子信息技术领域。

背景技术：
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随着移动互联网技术的飞速发展和智能手机的普及，接入移动互联网，尤其是接入宽带移动互联网已成为人们日常生活中不可缺少的组成部分。目前城市生活中，人们在城市公共交通包括公交车辆中的通勤时间较长，普遍存在着强烈的宽带移动互联接入的需求。

目前移动互联网接入技术主要有3G、4G、WIFI几种。3G/4G移动网络理论上支持高速移动中的通信，但目前一方面运营商并不能做到完善的覆盖，不但带宽非常有限，而且网络也非常不稳定，宽带数据接入的用户体验较差。另一方面，即使有些路段3G/4G网络覆盖完善，由于3G/4G流量比较昂贵，用户无法支付视频等宽带业务的消费，用户的负担较重。

而无线WIFI技术，虽然能够很好地支持宽带业务，而且费用也非常低廉，甚至免费，但是由于其不支持快速移动通信，同时覆盖的距离有限，因此该技术无法直接应用到公交车辆中，一般只用于城市热点覆盖或家庭内部的无线接入。

目前，为了解决公交车上乘客的WiFi宽带接入的问题，已有以下相关的技术出现：

【1】移动中继方式，也即在移动平台内实现的中继器系统，例如，利用MiFi技术在公交车上实现上网，，乘客的智能手机通过WiFi连接到安装在公交车上的MiFi装置上，通过该装置上的3G/4G卡，实现移动宽带接入。这种方式的缺点在于上网能力受到设备所连接的3G/4G网络的性能影响，服务的体验较差。

【2】通过路旁预先部署的专用设备上网，例如，公开专利“一种高速移动无线WIFI覆盖方法及传输设备”(专利号：CN201510073543.0)，公开了一种高速移动无线WIFI覆盖方法及传输设备，在道路上实现每隔一定的距离，部署无线接入ONU，将该ONU通过2芯光纤组成高速自愈环网，通过运营商高速有线宽带与互联网联接，在路上行使的车辆中配置高速移动接入终端，该终端通过无线与沿路的各个无线接入ONU进行宽带通信，完成与互联网的接入，该终端还具备无线WIFI功能，与车内的用户移动设备进行通信。但这种方法受限于路旁设备的部署密度，当用户离路边设备较近时，上网体验良好，但用户位于两个路边设备之间，特别是路旁设备的部署比较稀疏时，会出现掉线的现象。

【3】通过用户相互共享的方式实现上网，如公开专利“一种移动设备进行中继的方法和装置”(专利号：CN2015106404658)，公开了一种利用移动终端进行中继的方法，该方法通过在移动终端中的软件功能模块，使得移动终端可以成为中继，但由于移动终端的上网仍然是采用了3G/4G的连接，如果上网的用户较多时，即使共享也无法根本上改变上网用户体验较慢的缺点，同时，也要求每个用户必须安装专门的APP软件。

综上所述，已有的技术和方法还不能为公交车上的大量用户提供宽带WiFi接入能力。

发明目的：

本发明的目的是提供一种应用于公交宽带接入的WiFi移动中继系统及方法，可以有效地解决站点稀疏、3G/4G移动网络连接不稳定的缺点，为公交车辆上的大量用户提供WiFi接入能力，实现其智能设备与互联网连接，满足车上用户的宽带接入要求。

技术实现要素：
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本发明内容如下：

1.一种应用于公交宽带接入的WiFi移动中继系统，该系统包括安装在行驶中的公交车辆上的移动WiFi中继装置(简称“中继装置”)，安装在公交车站的WiFi中继基站(简称“中继基站”)，位于中心的路由服务器(简称“服务器”)。公交车上乘客的移动终端通过与移动中继装置的连接，实现宽带上网。

2.所述中继装置安装在公交车辆上，该中继装置由一个WiFi接入模块、一个路由控制模块、一个或多个无线中继通信模块、一个位置感知模块和一个路由更新通信模块组成。其中，WiFi接入模块负责接入该公交车或附件公交车上乘客的智能终端，或公交车附近包括公交车站上行人的移动终端；无线中继通信模块负责与中继基站或其他中继装置连接，为WiFi接入的用户提供互联网连接。路由控制模块负责与中心服务器通信，并在无线中继通信模块和WiFi接入模块之间建立路由。位置感知模块可以感知该公交车辆在预定行驶路线上的具体位置，路由更新通信模块负责路由相关的信息，包括该中继装置的位置信息、周围中继装置的发射功率、本中继装置的用户需求等信息，发送到中心服务器，也可接收中心服务的路由更新信息。

3.上述安装在多辆运行中的公交车辆上的中继装置，可以与本车周围的公交车站上的中继基站，包括前面的公交车站、后面的公交车站或者对面的公交车站上的中继基站建立中继连接。

4.上述安装在公交车辆上的中继装置，也可以与本车周围的公交车，包括前面的公交车、后面的公交车或者对面相向运行的公交车上的中继装置建立中继连接关系，然后，再按照前述的中继连接，连接到公交车站上的中继基站。

5.上述移动中继系统的路由建立的过程包括：【1】中心服务器中的路由信息表清零。【2】各辆运行中的公交车辆上的中继装置，从位置感知模块得到位置信息，从无线中继通信模块测量周围其他移动中继装置(位于周围公交车上)的发射功率，周围中继基站(位于周围公交车站上)的发射功率强度，以及本中继装置所收集到的用户所需要的流量需求，目前有效的路由表等测量信息，通过路由更新通信模块，发送“路由状态更新”到中心服务器中，更新中心服务器中各个移动中继装置的路由状态数据库。同时，各个公交车站的中继基站也收集上述测量信息，通过有线通信连接，发送到中心服务器的数据库中，实现各个中继基站的“路由状态更新”。【3】中心服务器根据所收集到的各个公交车上移动中继器的位置信息，周围中继装置或中继基站的发射功率信息，本装置的用户流量需求等路由测量信息，按照规则，更新中心服务器上的路由 信息表，并通过路由更新通信模块，发送“中继路由更新”指令给中继装置。【4】中继装置按照接收到的路由更新指令，通过无线中继通信模块，按照要求与指定的中继装置或中继基站发起“路由建立更新”的连接请求，如果连接成功，并收到“路由建立成功”回复，则建立此路由，如果多次连接请求均失败，则放弃该路由建立过程。【5】收到连接请求的中继装置或中继基站，如果满足路由建立条件，将回复“路由建立成功”，并建立此路由，路由建立条件包括通信余量，通信质量，与发起连接的中继器位置在一定范围之内等条件。【6】中继器完成本次“中继路由更新”指令后，该中继装置通过路由更新通信模块再次向中心服务器更新路由相关信息。【7】中继装置并回到前述步骤【2】测量相关信息，发送“路由状态更新”到中心服务器。

6.上述移动中继系统的路由更新的过程可以由中继装置自主发起，也可以由中继装置先向服务器发起申请，然后按照中心服务器的指令发起，也可由中心服务器主动向中继装置发出路由更新指令，直接更新中继器的路由。

7.上述中继装置中的无线中继通信模块与WiFi接入模块，可以采用WiFi不同频段的无线链路来实现，无线中继通信模块也可采用毫米波等其他无线连接方式。

8.上述中继装置中的路由更新通信模块，可以采用与无线中继模块模块不同的无线链路。

9.上述中继装置中的路由更新通信模块，当采用3G/4G通信模块实现时，该路由更新通信模块也可以为该中继装置提供备份的互联网连接。

有益效果：

本发明的优点是【1】利用多辆公交车上的移动中继装置，在周围运行中的公交车上之间建立中继连接，并尽快地连接到周围的公交车站上的中继基站，包括前、后两个公交车站或者马路对面的公交车站。该中继方式增加了公交车用户到互联网的连接链路，可以有效的提高链路流量。【2】在移动中继装置的路由更新时，采用了与无线中继通信模块不同的通信链路，直接与中心服务器建立连接，使得整个系统的数据面和控制面分离，可以提高无线中继系统的工作效率。【3】中心路由服务器在建立路由、更新路由时，可以充分利用移动中继装置收集到的位置信息、用户需求信息、周围中继装置的功率信息等，可以加快路由建立，切换和收敛的时间，并合理安排路由，提高用户体验。

本发明的实施无须对用户终端做任何修改和安装软件，即可实现公交车上大量用户的宽带接入需求，并提供良好的用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例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。

图1是本发明所涉及移动中继系统的组成结构与工作原理示意图；

图2是本发明中安装在公交车辆上的移动WiFi中继装置的组成结构图；

图3是本发明中安装在公交车站上的WiFi中继基站的组成结构图；

实施说明

下面结合实施例对本发明作详细说明：

1.一种应用于公交宽带接入的WiFi移动中继系统，该系统包括安装在行驶中的公交车辆10上的移动WiFi中继装置20(简称“中继装置”)，安装在公交车站的WiFi中继基站21(简称“中继基站”)，位于中心的路由算法控制服务器60(简称“服务器”)。公交车上乘客的移动终端40通过与移动中继装置20的连接，实现宽带上网，实现互联网访问。该系统的组成结构参见图1。

2.所述中继装置20安装在公交车辆10上，该中继装置20由一个WiFi接入模块203、一个路由控制模块204、一个或多个无线中继连接模块201、一个位置感知模块205和一个路由更新通信模块202组成，在本实施例中该路由更新通信模块由一个3G/4G通信模块来实现。其中，WiFi接入模块203负责接入该公交车10或附件公交车11、12上乘客的智能终端40，或公交车附近，包括公交车站上行人的移动终端41；无线中继通信模块201负责与中继基站50或其他中继装置连接，为WiFi接入的用户提供互联网连接。路由控制模块204负责控制所有的模块，并与中心服务器60通信，并在无线中继通信模块201和WiFi接入模块203之间建立路由。位置感知模块205可以感知该公交车辆在预定行驶路线上的具体位置，3G/4G通信连接模块可以在路由控制模块204的控制下，把该中继装置的路由相关信息通过无线通信链路90，连接到3G/4G移动基站50，并通过互联网，发送到中心服务器。也可为该中继装置提供备份的互联网连接。该中继装置20的框图参见图2。

3.在本实施例中，如图1所示，上述安装在公交车站31的中继基站21，其结构与前述中继装置20的结构类似，但增加了一个宽带网络接口模块206。该模块可以把接收到用户上网数据流量，通过有线的通信链路70，与互联网连接，实现宽带上网。前述位于公交车站31的中继基站21，其结构如图3所示。

4.在本实施例中，如图1所示，上述公交车站31的中继基站21所收集的用户上网数据，一方面来自于公交车辆11上的中继装置20所接收到用户终端40的上网应用数据，这些公交车上用户的数据并通过中继通信链路81，传送到公交车站31的中继基站21，该公交车站31安装的中继基站21，也可以接收公交车站站台上的行人用户终端41的上网数据，实现公交候车用户的宽带上网。

5.在本实施例中，如图1所示，上述安装在公交车站32和对面公交车站32的中继基站21，按照前述公交车站31的类似方式，可以实现公交车12上的用户终端40的宽带上网

6.在本实施例中，如图1所示，位于公交车辆10上的用户终端40与本车上中继装置20进行WiFi连接，而该车辆上的中继装置20，可以与本车周围的公交车上中继装置， 例如，与前面的公交车11上的中继装置20建立中继连接通信链路81，或者与对面相向运行的公交车12上的中继装置20建立中继通信链路82。从而实现公交车辆10上的用户终端40的宽带上网。

7.上述移动中继系统的路由建立的过程包括：【1】中心服务器中的路由信息表清零。【2】各辆运行中的公交车辆上的中继装置，从位置感知模块得到位置信息，从无线中继通信模块测量周围其他移动中继装置(位于周围公交车上)的发射功率，周围中继基站(位于周围公交车站上)的发射功率强度，以及本中继装置所收集到的用户所需要的流量需求，目前有效的路由表等测量信息，通过采用3G/4G模块实现的路由更新通信模块，发送“路由状态更新”到中心服务器中，更新中心服务器中各个移动中继装置的路由状态数据库。同时，各个公交车站的中继基站也收集上述测量信息，通过有线通信连接，发送到中心服务器的数据库中，实现各个中继基站的“路由状态更新”。【3】中心服务器根据所收集到的各个公交车上移动中继器的位置信息，周围中继装置或中继基站的发射功率信息，本装置的用户流量需求等路由测量信息，按照规则，更新中心服务器上的路由信息表，并通过3G/4G路由更新通信模块，发送“中继路由更新”指令给中继装置。【4】中继装置按照接收到的路由更新指令，通过无线中继通信模块，按照要求与指定的中继装置或中继基站发起“路由建立更新”的连接请求，如果连接成功，并收到“路由建立成功”回复，则建立此路由，如果多次连接请求均失败，则放弃该路由建立过程。【5】收到连接请求的中继装置或中继基站，如果满足路由建立条件，将回复“路由建立成功”，并建立此路由，路由建立条件包括通信余量，通信质量，与发起连接的中继器位置在一定范围之内等条件。【6】中继器完成本次“中继路由更新”指令后，该中继装置通过3G/4G路由更新通信模块再次向中心服务器更新路由相关信息。【7】中继装置回到前述步骤【2】测量相关信息，发送“路由状态更新”到中心服务器。

8.上述移动中继系统的路由更新的过程可以由中继装置自主发起，也可以由中继装置先向服务器发起申请，然后按照中心服务器的指令发起，也可由中心服务器主动向中继装置发出路由更新指令，直接更新中继器的路由。

9.上述中继装置中的无线中继通信模块与WiFi接入模块，可以采用WiFi不同频段的无线链路来实现，例如用户终端的接入采用2.4GWiFi，而无线通信链路采用5G WiFi，该无线中继模块也可采用毫米波等其他无线连接方式。

10.上述中继装置中的路由更新通信模块，可以采用与无线中继模块模块不同的无线链路。在本实施例中，采用3G/4G通信模块来实现。

11.上述中继装置中的路由更新通信模块，当采用3G/4G通信模块实现时，该路由更新通信模块也可以为该中继装置提供备份的互联网连接。