可持续服务的列车wifi装置、扫描方法及缓存方法
【专利摘要】本发明提供一种可持续服务的列车WIFI装置、扫描方法及缓存方法，该装置包括信号接入模块、WIFI模块、位置感应模块、控制模块和缓存模块；信号接入模块实现3G/4G信号接入；WIFI模块实现WIFI信号的射频发射，并与控制模块的数据进行对接；位置感应模块提供GPS信号接收及其他传感器外挂接口；控制模块将信号接入模块接入的3G/4G信号输入的数据导入到WIFI模块中，并对输入信号进行扫描筛选出当前最佳信号作为主接入信号，在当前信号质量发生变化时，能实现接入信号的动态更换；缓存模块用于缓存页面资源。本发明通过快速有效信号智能扫描技术甄别出当前三个移动信号中的最强信号选择接入，运行中如果当前接入信号变弱时，系统会自动切换到另外一个新的最强信号上去。
【专利说明】
可持续服务的列车WIFI装置、扫描方法及缓存方法
技术领域
[0002] 本发明属于列车车载WIFI技术领域，更具体地，设及一种可持续服务的列车WIFI 装置、扫描方法及缓存方法。
【背景技术】
[0003] 随着智能终端的普及，无线网络正在成为信息基础设施，在城市热点区域，办公 室，在家里等场景通过无线网络接入互联网已成为人们获得上网权限的常见方式。火车或 高铁作为常年人口聚集、流动的公共场所，有大量旅客的需求量，长途旅行中的乘客对WIFI 服务有强劲的需求，WIFI系统有列车影院、旅客资讯、旅行指南等内容。既可W查看购票、列 车时刻表信息，也可W 了解沿途的城市景点、酒店预订、餐饮资讯等。为旅客出行带来便利 和舒适。同时列车上工作人员需要对列车进行各种巡检、服务、维护等工作，同样对其手持 设备存在可靠的联网需求。
[0004] 目前列车车载WIFI系统存在几个方面的技术难点。
[0005] (1)由于列车运行线路具有线长、点多、地势险等特点，通常是一些通信信号盲区、 隧道、山岭等偏远区域，因此运营商的信号覆盖通常都不佳。
[0006] (2)列车上相对人员比较集中，联网化率比较高，同时对网速的需求也较高，在并 发上网时对列车车载WIFI设备有支持高带宽能力的需求。
[0007] (3)要满足"车载"要求，在列车高速行进中能够良好运行，其中包括两个方面的因 素，在列车高速行进中，信号衰减非常大，首先是运营商的3/4G信号衰减对车载WIFI设备接 入带来挑战，另外一个是WIFI本身的信号衰减导致最终旅客智能终端接收时存在信号过弱 问题。
[000引受上述技术难点的影响，运营商所提供3G/4G信号的数据业务服务质量也较差，上 网的体验基本上是时断时续；目前列车车载WIFI实际应用更少。因此如何突破运些技术难 点，使得列车车载WIFI能进入规模商用是一件既有社会效益又有经济效益的事情。
【发明内容】
[0009] 针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种可持续服务的列车WIFI装置，其目的在 于通过快速的有效信号智能扫描技术甄别出当前=个移动信号中的最强信号选择接入，运 行中如果当前接入信号变弱时，系统会自动切换到另外一个新的最强信号上去。
[0010] 本发明重点解决当前关键的前两个技术难点，首先通过接入信号自动切换功能来 解决运营商信号覆盖不佳的问题，=家运营商在铁路沿线的信号覆盖范围较大，通过提升 基站数量的方式进行覆盖投入非常大，且短期内无法得到解决。但=家运营商在铁路沿线 的信号覆盖存在一定的互补性，比如某段中国移动的信号覆盖较好，下一段线路中国电信 的信号覆盖较好，再下一段可能中国联通的信号覆盖较好。
[0011] 具体地，本发明提供了一种可持续服务的列车WIFI装置，包括信号接入模块、WIFI 模块、位置感应模块、控制模块和缓存模块;所述信号接入模块用于实现3G/4G信号接入;所 述WIFI模块用于实现WIFI信号的射频发射，并与所述控制模块的数据进行对接;所述位置 感应模块用于提供GPS信号接收及其他传感器外挂接口；所述控制模块用于将所述信号接 入模块接入的所述3G/4G信号输入的数据导入到所述WIFI模块中，并对输入信号进行扫描 筛选出当前的最佳信号作为主接入信号，且在当前信号质量发生变化时，能够实现接入信 号的动态更换;所述缓存模块用于缓存页面资源。
[001。更进一步地，所述信号接入模块支持立种主要制式WCDMA/TD-LTE/CDMA。 更进一步地，所述WIFI模块包括2.4G监的WIFI单元和5.8G监的WIFI单元。
[0013] 更进一步地，所述列车WIFI装置还包括用于给上述各个模块提供工作电源的电源 模块。
[0014] 本发明还提供了一种基于上述的列车WIFI装置的扫描方法，包括下述步骤： (1) 实时轮询已装载运行3G/4G信号接入模块的接入信号，将捕捉到的基站信号强弱值 记录到信号选型表中； (2) 通过ICMP发起对运营商网络的PING测试，并记录每个模块的测试结果，根据PING的 返回值，判断从WIFI侧到运营商网络的连通性是否正常，并将结果记录到信号选型表中； (3) 根据所述信号选型表中信号强弱值和业务通路的连通性W及两者的权重值获得加 权值，并选择初期中加权值最高线路作为当前接入线路； (4) 当信号选型表中的当前接入线路信号的加权值变化至不是最佳选项时，进行输入 线路切换，并由所述控制模块完成已接入用户的上下文无感知切换。
[0015] 更进一步地，步骤(1)中，信号的强弱值根据读取得原始值转换成5档区间，质量从 高到低分别是5,4,3,2，1。
[0016] 更进一步地，步骤(2)中，按质量等级记录为5档，返回时延在200ms-150ms之内的 记录1，返回时延在ISOms-IOOms之内的记录2,返回时延在IOOms-SOms之内的记录3,返回时 延在SOms-I Oms之内的记录4,返回时延在IOms-Oms之内的记录5。
[0017] 更进一步地，信号的权重是3,业务通路的连通性权重是7。
[0018] 本发明还提供了一种基于上述的列车WIFI装置的缓存方法，包括下述步骤： (1) 当每个登录用户访问一个新的资源网站时，缓存模块将其添加到在线用户访问资 源列表中； (2) 在系统最大缓存能力范围内，将在线用户访问资源下载至本地，供用户浏览； (3) 智能缓存模块维护常见网站资源列表，并周期性更新资源到本地，当用户访问常见 资源时，将访问本地内容； (4) 对在线用户访问资源列表实施老化机制，老化时间可W配置，超过老化时间没有再 交互的资源，将从在线用户访问资源列表中移出。
[0019] 更进一步地，在步骤(3)中，周期设置为10分钟。
[0020] 通过本发明的智能扫描功能有效发挥了目前=大运营商的基站信号覆盖，在不增 加基站的前提下，使得列车车载WIFI可W动态获得最佳信号接入;通过智能缓存技术实现 在线用户访问资源的本地化，有效提升了带宽资源的利用率。通过本发明装置可实现向乘 客提供可持续的WIFI服务。
【附图说明】
[0021] 图I是本发明实施例提供的可持续服务的列车WIFI装置的模块结构示意图； 图2是本发明实施例提供的基于列车WIFI装置的扫描方法的实现流程图； 图3是本发明实施例提供的基于列车WIFI装置的缓存方法的实现流程图。
【具体实施方式】
[0022] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0023] 本发明针对车载WIFI设备支持高速上网的需求进行了创新设计，主要方法是智能 缓存技术。智能缓存可W在列车乘客输入相关访问域名后，列车车载WIFI会进行一个集中 统计，对本次列车上存在较多连接需求的网站，会将该网站内容缓存至本地，运样较大比例 的网页浏览将在本地进行，并设置老化机制。在车载WIFI设备中维护一个常见网站资源列 表，列车驶入信号较好区域时进行实时同步更新，减少车载WIFI设备上行带宽压力。
[0024] 一种可持续服务的列车WIFI装置是通过接入移动通信运营商的3G/4G信号，将其 中数据流量接入，并通过WIFI形式提供用户上网功能。系统共包括移动信号接入模块，WIFI 模块，位置及感应模块，中央智能控制模块，大容量内存五大部分。
[0025] 移动信号接入模块实现移动通信运营商的3G/4G信号接入，支持当前巧巾主要制式 WCDMA/TD-LTE/CDMA，数据卡可模块化装载进列车车载WIFI装置中，可根据需求应用场景进 行增减;WIFI模块负责WIFI信号的射频发射和与中央智能控制模块的数据对接，在本装置 中提供两个WIFI模块，一个2.4GHZ模块和一个5.8GHZ模块，用户可W根据带宽和覆盖范围 需求来配置模块的使用用途;位置及感应模块提供GPS信号接收及其他传感器外挂接口功 能；中央智能处理模块是整个系统的处理核屯、，在数据面处理方面，中央智能处理模块负责 将3G/4G信号输入的数据导入到WIFI模块，需要处理数据的路由，NAT，承担防火墙等功能， 在数据处理的控制面，该模块实现了对输入信号的智能扫描技术，通过实时的对3家运营商 的输入信号进行扫面，筛选出当前的最佳信号作为主接入信号，提供老化机制，在当前信号 质量发生变化时，能够实现接入信号的动态更换。该模块另外一个重要的功能，提供了智能 的缓存技术，该技术会收集当前活跃用户所访问的资源列表，并将资源下载至装置本地供 列车乘客用户访问，从而提升乘客用户访问速度。大容量缓存供智能缓存模块缓存页面资 源时使用。电源模块为上述各个模块进行供电，同时它也接受中央智能处理模块的管理。
[0026] 本发明中的智能扫描技术是解决列车车载WIFI可提供持续服务的关键。智能扫描 软件模块运行在中央智能处理模块，下面对其具体运行流程进行详细的阐述。智能扫描模 块运行两个高度实时线程，如智能扫描处理流程原理图所示， 详细步骤依次是： (1) 智能扫描软件功能开启后，首先检测出本装置已经运行的3G/4G模块包含哪些，并 记录如运行模块LIST,每个模块的制式、厂家信息、SIM卡信息等随同记录入信号选型表中。 (信号选型表如下表） (2) 初始化工作完成后，该软件模块进入实时扫描状态，扫描分两个层面进行，首先是 基站发射的射频信号，软件模块实时轮询已装载运行3G/4G模块的接入信号，即各个模块从 所捕捉到的基站信号强弱值，记录入信号选型表中，信号的强弱值根据读取得原始值转换 成5档区间，质量从高到低分别是5，4，3，2，I。
[0027] (3)扫描的第二个层次是扫描数据业务通路的通杨性，即网络连通性，由于列车移 动速度非常高，信号层面记录的信息可能已经陈旧，信号层面可W作为初步判断，直接作为 可W提供WIFI服务的判据是不可靠的，因此还需要测试从WIFI侧到运营商网络的连通性是 否正常。扫描模块通过ICMP发起对运营商网络的Ping测试，并记录每个模块的测试结果，根 据PING的返回值，按质量等级记录为5档，返回时延在200ms-150ms之内的记录1，返回时延 在ISOms-IOOms之内的记录2,返回时延在IOOms-SOms之内的记录3，返回时延在SOms-IOms 之内的记录4,返回时延在IOms-Oms之内的记录5。信息记录入信号选型表中。
[0028] (4)根据两个层次扫描结果，模块对信号选型表中两个参数计算一个加权值，其中 信号的权重是3,业务通路的连通性权重是7,系统根据计算出加权值，优先选择初期中加权 值最高线路作为当前接入线路。
[0029] 巧)模块对信号的扫描是实时的，并实时更新信号选型表。
[0030] (6)无感知切换，当信号选型表中的当前接入线路信号的加权值变化至不是最佳 选项时，模块会触发进行输入线路切换，同时通知中央智能处理模块完成已接入用户的上 下古手咸4n巧]拖_
[0031] ~信号选型表
本发明中的智能缓存技术重在提升乘客访问互联网的速度，由于3G或4G接入带宽有 限，而列车乘客上网的特点是同时在线并发送请求量较大，导致分配到每个乘客的可用带 宽较低，因此从上网用户的角度会感觉网速非常慢。由于接入带宽方面受限不能得到改进， 那么智能缓存技术就显得很有必要。
[0032] 智能缓存技术的处理步骤详解如下。
[0033] (1)当每个登录用户访问一个新的资源网站时，智能缓存模块会将其添加如在线 用户访问资源列表。
[0034] (2)在系统最大缓存能力范围内，将在线用户访问资源下载至本地，供用户浏览。
[0035] (3)智能缓存模块同时维护一个常见网站资源列表，并周期性更新资源到本地，周 期设置为10分钟，当用户访问常见资源时，将访问本地内容。
[0036] (4)对在线用户访问资源列表实施老化机制，老化时间可W配置，超过老化时间没 有再交互的资源，将从在线用户访问资源列表中移出。 通过智能的缓存技术，对列车用户访问互联网资源进行了归集，在保证资源新鲜的同 时，每个用户不用再占一份带宽去方位一个相同的网站资源，提升带宽利用率40%W上。
[0037] 通过本发明的智能扫描功能有效发挥了目前=大运营商的基站信号覆盖，在不增 加基站的前提下，使得列车车载WIFI可W动态获得最佳信号接入;通过智能缓存技术实现 在线用户访问资源的本地化，有效提升了带宽资源的利用率。通过本发明装置可实现向乘 客提供可持续的WIFI服务。
[0038] 本领域的技术人员容易理解，W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种可持续服务的列车WIFI装置，其特征在于，包括信号接入模块、WIFI模块、位置 感应模块、控制模块和缓存模块； 所述信号接入模块用于实现3G/4G信号接入； 所述WIFI模块用于实现WIFI信号的射频发射，并与所述控制模块的数据进行对接； 所述位置感应模块用于提供GPS信号接收及其他传感器外挂接口； 所述控制模块用于将所述信号接入模块接入的所述3G/4G信号输入的数据导入到所述 WIFI模块中，并对输入信号进行扫描筛选出当前的最佳信号作为主接入信号，且在当前信 号质量发生变化时，能够实现接入信号的动态更换； 所述缓存模块用于缓存页面资源。2. 如权利要求1所述的列车WIFI装置，其特征在于，所述信号接入模块支持三种主要制 式WCDMA/TD-LTE/CDMA。3. 如权利要求1或2所述的列车WIFI装置，其特征在于，所述WIFI模块包括2.4GHZ的 WIFI单元和5.8GHZ的WIFI单元。4. 如权利要求1所述的列车WIFI装置，其特征在于，所述列车WIFI装置还包括用于给上 述各个模块提供工作电源的电源模块。5. -种基于权利要求1所述的列车WIFI装置的扫描方法，其特征在于，包括下述步骤： (1) 实时轮询已装载运行3G/4G信号接入模块的接入信号，将捕捉到的基站信号强弱值 记录到信号选型表中； (2) 通过ICMP发起对运营商网络的PING测试，并记录每个模块的测试结果，根据PING的 返回值，判断从WIFI侧到运营商网络的连通性是否正常，并将结果记录到信号选型表中； (3) 根据所述信号选型表中信号强弱值和业务通路的连通性以及两者的权重值获得加 权值，并选择初期中加权值最高线路作为当前接入线路； (4) 当信号选型表中的当前接入线路信号的加权值变化至不是最佳选项时，进行输入 线路切换，并由所述控制模块完成已接入用户的上下文无感知切换。6. 如权利要求5所述的扫描方法，其特征在于，步骤（1)中，信号的强弱值根据读取得原 始值转换成5档区间，质量从高到低分别是5，4，3，2，1。7. 如权利要求6所述的扫描方法，其特征在于，步骤(2)中，按质量等级记录为5档，返回 时延在20〇1118-15〇1118之内的记录1，返回时延在15〇1118-10〇1118之内的记录2，返回时延在 100ms_50ms之内的记录3，返回时延在50ms_10ms之内的记录4，返回时延在10ms-〇ms之内的 记录5。8. 如权利要求6或7所述的扫描方法，其特征在于，信号的权重是3,业务通路的连通性 权重是7。9. 一种基于权利要求1所述的列车WIFI装置的缓存方法，其特征在于，包括下述步骤： (1) 当每个登录用户访问一个新的资源网站时，缓存模块将其添加到在线用户访问资 源列表中； (2) 在系统最大缓存能力范围内，将在线用户访问资源下载至本地，供用户浏览； (3) 智能缓存模块维护常见网站资源列表，并周期性更新资源到本地，当用户访问常见 资源时，将访问本地内容； (4) 对在线用户访问资源列表实施老化机制，老化时间可以配置，超过老化时间没有再 交互的资源，将从在线用户访问资源列表中移出。10.如权利要求9所述的缓存方法，其特征在于，在步骤(3)中，周期设置为10分钟。
【文档编号】H04W36/30GK105848232SQ201610159971
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】汪承研, 刘辉, 汪祖淳
【申请人】深圳启浩通信技术有限公司