一种车载自组网网关设备的制作方法

本发明涉及网关领域，尤其涉及一种车载自组网网关设备。

背景技术：

目前，在高速移动的列车上，用户终端一般通过2G/3G/4G网络接入公网，然而对于单个运营商来说，通常一列列车处于单个小区的基站覆盖范围内，当用户数量较多时，容易出现群切换问题，这将给基站带来切换过程中大量的信令交互负载，导致服务中断的概率增大。对此，目前已有一些列车上内置了局域网，然而由于缺乏相应局域网与外部公网之间的桥接网关设备，局域网仅能满足车内通信，无法连接外部网络。

此外，个人携带的MIFI(便携式宽带无线)设备也能在高速列车上使用，用户通过WIFI或蓝牙接入到MIFI设备，MIFI设备再通过运营商的网络接入互联网，但现有的MIFI设备只能满足个人或小范围内少量用户的接入上网需求，而且若每个用户都使用MIFI设备，则仍然无法避免群切换问题，在这个问题上，使用MIFI设备与用户直接使用手机上网并没有本质的区别，因此对用户来说，无法提升终端的通信质量。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种车载自组网网关设备，以实现车内局域网与外部公网之间的桥接，同时避免群切换问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种车载自组网网关设备，包括依次串联于用户终端与LTE基站之间的无线路由器、无线接入设备及天线阵列，所述无线路由器包括依次串联的用户接入控制模块和无线路由模块，所述无线接入设备包括依次串联的以太网接口、数据流分配模块及LTE网络模块，其中，

所述LTE基站包括各运营商的基站；

所述LTE网络模块包括若干各运营商的SIM卡；

所述用户接入控制模块设置为限制接入用户终端的数量以及单个用户终端占用的带宽资源，并在用户终端的平均速率下降到预设的最低速率时禁止新的用户终端接入；

所述数据流分配模块设置为按预设的分配规则对数据流进行分配。

进一步地，所述分配规则包括：

当接入的用户终端少于一定数量时，使每个用户终端的收发数据包经全部SIM卡并行收发；

当根据行车经验数据已知某运营商基站当前的信号覆盖强度低于预设强度值或者负载大于预设负载值时，屏蔽该运营商的SIM卡或者限制经该运营商的SIM卡进行数据包收发的用户终端数量；

当接入的用户终端多于一定数量时，根据由行车经验数据获得的当前各运营商基站的信号覆盖强度和负载情况，分配各SIM卡收发的数据包的数量和业务类型。

优选地，所述天线阵列为自适应天线阵列。

进一步地，所述网关设备还包括与所述无线路由器和所述无线接入设备连接的控制管理平台。

进一步地，所述运营商包括移动、电信和联通。

本发明由于采用上述技术方案，带来了以下有益效果：通过用户接入控制模块可确保每个用户的用户体验，通过无线路由器可实现多个用户终端的同时无线接入，通过以太网接口可实现无线路由器与数据流分配模块之间的数据交互，通过数据流分配模块可控制不同场景下上网的流量通路与负载均衡，通过LTE网络模块可实现数据包在LTE频段的收发，通过天线阵列可实现LTE网络模块与LTE基站的数据交互，通过LTE基站可接入公网，从而实现车内局域网与外部公网之间的桥接。此外，由于采用本发明的网关设备后，用户终端先接入无线路由器而不是直接接入LTE基站，因而避免了用户数量较多时出现的群切换问题。

附图说明

图1为本发明车载自组网网关设备的结构框图；

图2为本发明中数据流分配模块第一种工作模式的示意图；

图3为本发明中数据流分配模块第一种工作模式的示意图；

图4为本发明中数据流分配模块第一种工作模式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。

如图1所示，本发明的车载自组网网关设备包括依次通信连接于用户终端1与LTE基站之间的无线路由器2、无线接入设备3及天线阵列4，无线路由器2包括依次串联的用户接入控制模块21和无线路由模块22，无线接入设备3包括依次串联的以太网接口31、数据流分配模块32及LTE网络模块33。其中，用户终端1包括手机、平板等；用户接入控制模块21用于限制接入用户终端的数量以及单个用户终端占用的带宽资源，并在用户终端的平均速率下降到预设的最低速率时禁止新的用户终端接入，从而保障每个用户的用户体验；无线路由模块22用于实现多个用户终端1的同时无线接入；以太网接口31用于实现无线路由模块22与数据流分配模块32之间的数据交互；数据流分配模块32用于为按预设的分配规则对数据流进行分配，从而实现不同场景下上网的流量通路与负载均衡；LTE网络模块33包括若干各运营商(例如移动、电信和联通)的SIM卡，用以实现用户数据包在LTE频段的收发；LTE基站包括移动基站51、电信基站52和联通基站53，用以将接收到的用户数据包传入公网，从而实现车内局域网与外部公网之间的桥接。由于用户终端1直接接入无线路由器2而不直接接入LTE基站，因而避免了用户数量较多时出现的群切换问题。

在本发明中，上述分配规则包括以下三种情况：

第一种情况，如图2所示，当接入的用户终端少于一定数量时，采用均分带宽的方式，使每个用户终端的收发数据包经全部SIM卡并行收发，即，对于各用户终端来说，采用并行收发的机制，对于单个SIM卡来说，对于不同用户采用时分的方式收发数据包。因此，在这个应用场景中，整合了三个运营商(即移动、联通和电信)的公网带宽资源，对于单个用户终端来说，用户数据包的收发速率将随着SIM卡数量呈倍数增长。从理论上来说，当SIM卡的数量大于等于用户终端的数量时，系统的传输速率以及吞吐量均可以获得提升。

第二种情况，如图3所示，根据行车经验数据可知移动基站、电信基站或联通基站当前的信号覆盖强度和负载情况，当某一运营商的信号覆盖强度低于预设强度值或者负载大于预设负载值，其能够提供的频带资源较少时，因而屏蔽该运营商的SIM卡或者限制经相应运营商的SIM卡进行数据包收发的用户终端数量，从而可以在整体上保证用户体验，确保频带资源的充分利用。

第三种情况，如图4所示，当接入的用户终端多于一定数量时，根据由行车经验数据获得的当前各运营商的信号覆盖强度和负载情况，分配各SIM卡收发的数据包的数量和业务类型，具体来说，根据数据包的业务类型，对每个业务类型的优先级分配不同的权重因子，利用业务权重因子进行加权计算，得到不同流的分配方式，最终将不同业务的数据包通过不同的业务流进行分配收发。

此外，区别于普通的网关设备，本发明网关设备的天线阵列4采用自适应天线阵列，其可以根据所经过路段的经验数据适时调整天线参数和数据流传输分配，实现数据传输的优化配置以及负载均衡，天线上配置相应运营商的增强型终端数据卡，并行地发送收到的用户数据包，提升数据传输速率。

在本实施例中，网关设备还包括与无线路由器2和无线接入设备3连接的控制管理平台6，用以对无线路由器2和无线接入设备3的运行情况进行实时的查看和分析，并能够选择不同的用户匹配策略调整设备的性能。

综上所述，只要在列车上配置了本发明的车载自组网网关设备，车内乘务员和乘客即可通过车内WIFI接入互联网，满足车内上网的需求。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。