一种无线备份的4G接入设备、系统及其方法与流程

本发明涉及通信技术，特别是涉及一种无线备份的4g接入设备、系统及其方法。

背景技术：

专网作为一种覆盖特定区域、为特性对象服务的通信网络，因其可满足一些行业、部门或单位内部进行组织管理、安全生产、调度指挥等通信而受到广泛的部署和使用。目前，现有已部署的专网通常是将终端与区域汇聚网关路由器连接通信，终端传送的信号经由区域汇聚路由器和专网平台传送到专网服务器，再通过与专网平台连接的网管平台对各个设备进行监测。

为提高链路的可靠性及灾难承受能力，需要在现有已部署的专网上增加链路备份方案，在通信领域，传统的链路备份方案通常有以下两种：

1、增加一条新的有线链路。这种方式不仅需要耗费大量的资金成本，而且增设有线线路时还会受资源、环境等限制，施工，维护也都很困难。另外，采用双条有线线路容易因相关故障特性而同时出现故障的情况，提高链路的可靠性的效果不佳。

2、增加三层组网的4g路由器作线路备份。这种方式是上行通过有线线路与专网通信，而下行是提供网络接入功能，通过三层路由方式为终端提供与专网的通信功能。由于很多专网项目，前期网络部署对终端采用二层gpon网络直接进入区域汇聚交换机，如果增加三层组网的4g路由器作线路，需要将前端二层网络改造为三层网络，同时需要重新进行ip地址规划，并完成所有终端的配置修改，工作量及成本均非常巨大。另外，在进行网络整体改造期间，重新配置ip时，无法进行按需部署，那么在进行网络改造期间，同一区域汇聚交换机下接的所有终端都无法正常使用。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的在于，提供一种无线备份的4g接入设备，其具有无需改造现有的专网网络，无需改动终端配置，投入资金少，建设和维护工作量少，有效保证了数据的安全和可靠性的优点。

一种无线备份的4g接入设备，包括二层交换单元、有线链路检测单元、链路切换单元和网管告警单元；

所述二层交换单元，用于接入终端与区域汇聚路由器之间，实现依次从终端、二层交换单元、区域汇聚路由器、专网平台至专网服务器的有线链路连接；

所述有线链路检测单元，用于检测有线链路是否发生故障，若发生故障，则发送故障信号到所述链路切换单元和网管告警单元；

所述链路切换单元，用于接收所述有线链路检测单元发送的故障信号，并将终端与专网服务器之间的有线链路隔离，且启用4g网络，与连接专网服务器的连接设备建立虚拟专用网络，以使终端与专网服务器通过该虚拟专用网络实现通信数据的交互；

所述网管告警单元，用于通过该虚拟专用网络向网管平台传送告警信号；

在检测有线链路是否发生故障时，所述有线链路检测单元具体用于分别获取终端和区域汇聚路由器的ip-mac，并模仿终端的ip-mac构建特定的icmp报文，且根据acl规则将该特定的icmp报文经由区域汇聚路由器和专网平台发送到专网服务器；所述有线链路检测单元还用于接收专网服务器反馈的响应报文，且在超时未接收到专网服务器发送的响应报文时，将故障信号发送到所述链路切换单元和网管告警单元。

相比于现有技术，本发明通过在终端与区域汇聚路由器之间接入4g接入设备，通过该4g接入设备确保终端与专网平台之间有线链路的通信数据的二层交换，且通过在终端和专网平台之间传送特定的icmp检测包，以准确检测有线链路是否发生故障，并在有线链路发生故障时，通过4g接入设备建立虚拟专用网络实现终端与专网平台的无线备份，无需改造现有的专网网络，就可以实现无线备份，且投入资金少，建设和维护工作量少，有效保证了数据的安全和可靠性。

进一步地，所述有线链路检测单元还用于检测有线链路故障是否修复，若有线链路故障修复，则发送修复信号到所述链路切换单元；所述链路切换单元还用于接收所述有线链路检测单元发送的修复信号，并断开虚拟专用网络和4g网络，且恢复从终端、4g接入设备、区域汇聚路由器、专网平台至专网服务器的有线链路连接；

在检测有线链路故障是否修复时，所述有线链路检测单元具体用于通过原线链路向专网服务器发送特定的icmp报文，并接收专网服务器反馈的响应报文；所述有线链路检测单元在接收到分别经由有线链路或虚拟专用网络传送的专网服务器的响应报文时，发送修复信号到所述链路切换单元。

进一步地，在断开虚拟专用网络和4g网络，恢复有线链路连接时，所述链路切换单元具体用于先删除连接终端网口上用于与连接设备连接的ip地址，进而断开虚拟专用网络；在连接设备根据断开的虚拟专用网络，用ospf协议向专网推送路由，删除终端走无线的路由时，所述链路切换单元还用于断开4g网络，接通从终端、4g接入设备、区域汇聚路由器、专网平台至专网服务器的有线链路连接。

本发明还提供一种无线备份系统，包括终端、区域汇聚路由器、专网平台、网管平台和专网服务器；终端与区域汇聚路由器连接；区域汇聚路由器与所述专网平台的下行连接，所述网管平台和专网服务器分别与所述专网平台的上行连接，还包括4g接入设备和连接设备；

所述4g接入设备接于所述终端与区域汇聚路由器之间，实现依次从终端、二层交换单元、区域汇聚路由器、专网平台至专网服务器的有线链路连接；所述连接设备连接专网平台和4g无线网络；

所述4g接入设备检测该有线链路是否发生故障，若发生故障，则所述4g接入设备将终端与专网服务器之间的有线链路隔离，并启用4g网络，在4g接入设备与连接专网服务器的连接设备之间建立虚拟专用网络，以使终端与专网服务器通过该虚拟专用网络实现通信数据的交互，且所述4g接入设备通过该虚拟专用网络向网管平台传送告警信号；

在检测有线链路是否发生故障时，所述4g接入设备分别获取终端和区域汇聚路由器的ip-mac，并模仿终端的ip-mac构建特定的icmp报文，且根据acl规则将该特定的icmp报文经由所述区域汇聚路由器和专网平台发送到专网服务器；所述4g接入设备还接收专网服务器反馈的响应报文，且在超时未接收到专网服务器发送的响应报文时，判定发生故障。

进一步地，所述4g接入设备还用于检测有线链路故障是否修复，若有线链路故障修复，则断开虚拟专用网络和4g网络，并恢复从终端、4g接入设备、区域汇聚路由器、专网平台至专网服务器的有线链路连接；

其中，在检测有线链路故障是否修复时，所述4g接入设备具体用于通过原有线链路向专网服务器发送特定的icmp报文，并接收专网服务器反馈的响应报文；若接收到分别经由有线链路或虚拟专用网络传送的专网服务器的响应报文，则所述4g接入设备判定有线链路故障修复；否则，判定有线链路故障未修复。

本发明还提供一种无线备份方法，包括如下步骤：

步骤1：在终端与区域汇聚路由器之间接入一4g接入设备，通过该4g接入设备实现依次从终端、4g接入设备、区域汇聚路由器、专网平台至专网服务器的有线链路连接；

步骤2：4g接入设备检测有线链路是否发生故障，若发生故障，则跳到步骤3；

步骤3：4g接入设备将终端与专网服务器之间的有线链路隔离，且启用4g网络，在4g接入设备与连接专网服务器的连接设备之间建立虚拟专用网络，以使终端与专网服务器通过该虚拟专用网络实现通信数据的交互；

步骤4：4g接入设备通过该虚拟专用网络向网管平台传送告警信号；

所述步骤2中，4g接入设备检测有线链路是否发生故障的方式包括：

步骤21：4g接入设备分别获取终端和区域汇聚路由器的ip-mac；

步骤22：4g接入设备模仿终端的ip-mac构建特定的icmp报文，并根据acl规则将该特定的icmp报文经由区域汇聚路由器和专网平台发送到专网服务器；

步骤23：4g接入设备接收专网服务器反馈的响应报文，若超时未接收到专网服务器发送的响应报文时，则4g接入设备判定该有线链路发生故障。

进一步地，还包括以下步骤：

步骤5：4g接入设备检测有线链路故障是否修复，若修复，则跳到步骤6；

步骤6：4g接入设备检测到有线链路故障修复时，断开虚拟专用网络和4g网络，并恢复从终端、4g接入设备、区域汇聚路由器、专网平台至专网服务器的有线链路连接；

在所述步骤5中，4g接入设备检测有线链路故障是否修复的方式包括：

步骤51：4g接入设备通过原有线链路向专网服务器发送特定的icmp报文；

步骤52：4g接入设备接收专网服务器反馈的响应报文，若接收到分别经由有线链路或虚拟专用网络传送的专网服务器的响应报文，则4g接入设备判定有线链路故障修复。

相比于现有技术，本发明通过在终端与区域汇聚路由器之间接入4g接入设备，通过该4g接入设备确保终端与专网平台之间有线链路的通信数据的二层交换，且通过在终端和专网平台之间传送特定的icmp检测包，以准确检测有线链路是否发生故障，并在有线链路发生故障时，通过4g接入设备建立虚拟专用网络实现终端与专网平台的无线备份，无需改造现有的专网网络，就可以实现无线备份，且投入资金少，建设和维护工作量少，有效保证了数据的安全和可靠性。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明实施例1中无线备份系统的原理图；

图2为本发明实施例2中无线备份系统的流程图；

图3为图2中步骤2的具体流程图；

图4为图3中步骤5的具体流程图；

图5为实施例3中4g接入设备的结构示意图；

图6为实施例3中4g接入设备的电路原理图。

具体实施方式

实施例1

请参阅图1，其为本发明实施例1中无线备份系统的原理图。该无线备份系统，包括终端1、区域汇聚路由器2、专网平台3、网管平台4、专网服务器5、4g接入设备6和连接设备7。终端1与区域汇聚路由器2连接；区域汇聚路由器2与所述专网平台3的下行连接，所述网管平台4和专网服务器5分别与所述专网平台3的上行连接。所述4g接入设备6接于所述终端1与区域汇聚路由器2之间，实现依次从终端1、二层交换单元、区域汇聚路由器2、专网平台3至专网服务器5的有线链路连接；所述连接设备7连接专网平台3和4g无线网络8。

在一个实施例中，所述连接设备7为无线网接入汇聚路由器。

所述4g接入设备6还用于检测该有线链路是否发生故障，若发生故障，则所述4g接入设备6将终端1与专网服务器5之间的有线链路隔离，并启用4g网络，在4g接入设备6与连接专网服务器5的连接设备7之间建立虚拟专用网络，以使终端1与专网服务器5通过该虚拟专用网络实现通信数据的交互，且所述4g接入设备6还用于通过该虚拟专用网络向网管平台4传送告警信号。

在检测有线链路是否发生故障时，所述4g接入设备6具体用于分别获取终端1和区域汇聚路由器2的ip-mac；所述4g接入设备6还具体用于模仿终端1的ip-mac构建特定的icmp报文，并根据acl规则将该特定的icmp报文经由区域汇聚路由器2和专网平台3发送到专网服务器5，且接收专网服务器5反馈的响应报文；若超时未接收到专网服务器5发送的响应报文时，则所述4g接入设备6判定该有线链路发生故障。

获取终端1和区域汇聚路由器2的ip-mac的具体方式为：所述4g接入设备6先分别向终端1和区域汇聚路由器2发送源ip为0.0.0.0的arp请求包，并分别接收终端1和区域汇聚路由器2反馈的arp响应报文，再根据该arp响应报文分别获取终端1和区域汇聚路由器2的ip-mac。

在一个实施例中，所述4g接入设备6还用于检测有线链路故障是否修复，若故障修复，则断开虚拟专用网络和4g网络，并恢复从终端1、4g接入设备6、区域汇聚路由器2、专网平台3至专网服务器5的有线链路连接；

其中，在检测有线链路故障是否修复时，所述4g接入设备6具体用于通过原有线链路向专网服务器5发送特定的icmp报文，并接收专网服务器5反馈的响应报文；若接收到分别经由有线链路或虚拟专用网络传送的专网服务器5的响应报文，则所述4g接入设备6判定有线链路故障修复；否则，判定有线链路故障未修复。

在通过4g接入设备6断开虚拟专用网络和4g网络的具体方式为：4g接入设备6删除连接终端1网口上用于与连接设备7连接的ip地址，进而断开虚拟专用网络；连接设备7根据断开的虚拟专用网络，用ospf协议向专网推送路由，删除终端1走无线的路由；接着，4g接入设备6断开4g网络，接通从终端1、4g接入设备6、区域汇聚路由器2、专网平台3至专网服务器5的有线链路连接。

相比于现有技术，本发明通过在终端与区域汇聚路由器之间接入4g接入设备，通过该4g接入设备确保终端与专网平台之间有线链路的通信数据的二层交换，且通过在终端和专网平台之间传送特定的icmp检测包，以准确检测有线链路是否发生故障，并在有线链路发生故障时，通过4g接入设备建立虚拟专用网络实现终端与专网平台的无线备份，无需改造现有的专网网络，就可以实现无线备份，且投入资金少，建设和维护工作量少，有效保证了数据的安全和可靠性。

实施例2

请参阅图2，其为本发明实施例2中无线备份系统的流程图。本发明还提供一种无线备份方法，包括如下步骤：

步骤1：在终端与区域汇聚路由器之间接入一4g接入设备，通过该4g接入设备实现依次从终端、4g接入设备、区域汇聚路由器、专网平台至专网服务器的有线链路连接。

在将4g接入设备接入终端与区域汇聚路由器之前，预先设置该4g接入设备的4g配置、vpn配置、以及终端和区域汇聚路由器的地址配置，进而无需改变现有的专网连接便可接入4g接入设备，实现无线备份。

在4g接入设备接入终端与区域汇聚路由器后，该4g接入设备将终端与区域汇聚路由器划分至同一vlan，使终端与专网服务器直接进行二层交换。

步骤2：4g接入设备检测有线链路是否发生故障，若发生故障，则跳到步骤3。

在一个实施例中，若4g接入设备检测有线链路未发生故障，则终端与专网服务器之间还是采用有线链路进行通信。

请参阅图3，其为图2中步骤2的具体流程图。

所述步骤2中，4g接入设备检测有线链路是否发生故障的方式包括：

步骤21：4g接入设备分别获取终端和区域汇聚路由器的ip-mac。

获取终端和区域汇聚路由器的ip-mac的方式包括：4g接入设备分别向终端和区域汇聚路由器发送源ip为0.0.0.0的arp请求包；终端和区域汇聚路由器分别接收该arp请求包，并分别向4g接入设备反馈arp响应报文；4g接入设备根据该arp响应报文分别获取终端和区域汇聚路由器的ip-mac。

步骤22：4g接入设备模仿终端的ip-mac构建特定的icmp报文，并根据acl规则将该特定的icmp报文经由区域汇聚路由器和专网平台发送到专网服务器。

在一个实施例中，在icmp报文的identifier字段填充特定的标识进而形成特定的icmp报文。

步骤23：4g接入设备接收专网服务器反馈的响应报文，若超时未接收到专网服务器发送的响应报文时，则4g接入设备判定该有线链路发生故障。

当4g接入设备超时未接收到专网服务器发送的响应报文时，说明4g接入设备与区域汇聚路由器之间的链路连接，或者区域汇聚路由器与专网平台之间的链路连接断开了，即终端至专网服务器之间的有线链路发生故障。

步骤3：4g接入设备将终端与专网服务器之间的有线链路隔离，且启用4g网络，在4g接入设备与连接专网服务器的连接设备之间建立虚拟专用网络，以使终端与专网服务器通过该虚拟专用网络实现通信数据的交互。

在一个实施例中，连接设备为一汇聚路由器。在4g接入设备上将连接终端的网口上生效汇聚路由器的ip地址，在启动4g拨号后，4g接入设备便与汇聚路由器建立了所述虚拟专用网络。连接设备对虚拟专用网络的反向路由通过ospf协议向专网平台推送路由。

步骤4：4g接入设备通过该虚拟专用网络向网管平台传送告警信号。

步骤5：4g接入设备检测有线链路故障是否修复，若修复，则跳到步骤6。

在一个实施例中，若有线链路故障未修复，则终端与专网服务器之间仍采用虚拟专用网络交互。

请参阅图4，其为图3中步骤5的具体流程图。

在所述步骤5中，4g接入设备检测有线链路故障是否修复的方式包括：

步骤51：4g接入设备通过原有线链路向专网服务器发送特定的icmp报文；

步骤52：4g接入设备接收专网服务器反馈的响应报文，若接收到分别经由有线链路或虚拟专用网络传送的专网服务器的响应报文，则4g接入设备判定有线链路故障修复。

步骤6：4g接入设备检测到有线链路故障修复时，断开虚拟专用网络和4g网络，并恢复从终端、4g接入设备、区域汇聚路由器、专网平台至专网服务器的有线链路连接。

所述步骤6中，通过4g接入设备断开虚拟专用网络和4g网络的方式包括：4g接入设备删除连接终端网口上用于与连接设备连接的ip地址，进而断开虚拟专用网络；连接设备根据断开的虚拟专用网络，用ospf协议向专网推送路由，删除终端走无线的路由；接着，4g接入设备断开4g网络，接通从终端、4g接入设备、区域汇聚路由器、专网平台至专网服务器的有线链路连接。

相比于现有技术，本发明通过在终端与区域汇聚路由器之间接入4g接入设备，通过该4g接入设备确保终端与专网平台之间有线链路的通信数据的二层交换，且通过在终端和专网平台之间传送特定的icmp检测包，以准确检测有线链路是否发生故障，并在有线链路发生故障时，通过4g接入设备建立虚拟专用网络实现终端与专网平台的无线备份，无需改造现有的专网网络，就可以实现无线备份，且投入资金少，建设和维护工作量少，有效保证了数据的安全和可靠性。

实施例3

请参阅图5，其为实施例3中4g接入设备的结构示意图。本发明还提供一种无线备份的4g接入设备包括二层交换单元01、有线链路检测单元02、链路切换单元03和网管告警单元04。

所述二层交换单元01，用于接入终端与区域汇聚路由器之间，实现依次从终端、二层交换单元、区域汇聚路由器、专网平台至专网服务器的有线链路连接。

所述有线链路检测单元02，用于检测有线链路是否发生故障，若发生故障，则发送故障信号到所述链路切换单元03和网管告警单元04。

在检测有线链路是否发生故障时，所述有线链路检测单元02具体用于分别获取终端和区域汇聚路由器的ip-mac。

所述链路切换单元03，用于接收所述有线链路检测单元02发送的故障信号，并将终端与专网服务器之间的有线链路隔离，且启用4g网络，在4g接入设备与连接专网服务器的连接设备之间建立虚拟专用网络，以使终端与专网服务器通过该虚拟专用网络实现通信数据的交互。

所述网管告警单元04，用于通过该虚拟专用网络向网管平台09传送告警信号。所述网管告警单元采用snmptrap协议向网管平台发送告警信号，网管平台则通过自动派障功能向网管人员发送故障通知。

其中，在检测有线链路是否发生故障时，所述有线链路检测单元02具体用于分别获取终端和区域汇聚路由器的ip-mac，并模仿终端的ip-mac构建特定的icmp报文，且根据acl规则将该特定的icmp报文经由区域汇聚路由器和专网平台发送到专网服务器；所述有线链路检测单元02还用于接收专网服务器反馈的响应报文，且在超时未接收到专网服务器发送的响应报文时，将故障信号发送到所述链路切换单元和03和网管告警单元04。

获取终端和区域汇聚路由器的ip-mac的方式为：所述有线链路检测单元02先分别向终端和区域汇聚路由器发送源ip为0.0.0.0的arp请求包，再分别接收终端和区域汇聚路由器反馈的arp响应报文，最后根据该arp响应报文分别获取终端和区域汇聚路由器的ip-mac。

在一个实施例中，所述有线链路检测单元02还用于检测有线链路故障是否修复，若故障修复，则发送修复信号到所述链路切换单元03。其中，在检测有线链路故障是否修复时，所述有线链路检测单元02具体用于通过原有线链路向专网服务器发送特定的icmp报文，并接收专网服务器反馈的响应报文；所述有线链路检测单元02在接收到分别经由有线链路或虚拟专用网络传送的专网服务器的响应报文时，发送修复信号到所述链路切换单元03。

所述链路切换单元03还用于接收所述有线链路检测单元02发送的修复信号，断开虚拟专用网络和4g网络，并恢复从终端、4g接入设备、区域汇聚路由器、专网平台至专网服务器的有线链路连接。

其中，断开虚拟专用网络和4g网络的方式为，所述链路切换单元03先删除连接终端网口上用于与连接设备连接的ip地址，进而断开虚拟专用网络；在连接设备根据断开的虚拟专用网络，用ospf协议向专网推送路由，删除终端走无线的路由时，所述链路切换单元03再断开4g网络，接通从终端、4g接入设备、区域汇聚路由器、专网平台至专网服务器的有线链路连接。

请参阅图6，其为实施例3中4g接入设备的电路原理图。

在一个实施例中，所述二层交换单元01为一交换芯片，其型号为ar8337；有线链路检测单元02、链路切换单元03和网管告警单元04集成于中央处理器内，其型号为ar9344；其中交换芯片的p1端口与区域汇聚路由器连接，交换芯片的p2-p5端口分别连接终端，交换芯片的p6端口连接sfp接口器件；交换芯片的p0端口与中央处理器连接，中央处理器通过mdio接口配置交换芯片。中央处理器的usb接口连接一4g模块，并通过该4g模块分别连接sim卡、4g天线和gps天线；中央处理器的rf2g接口连接wifi天线；中央处理器还连接norflash模块、ddr2模块、电源模块、复位模块等外围设备。

相比于现有技术，本发明通过在终端与区域汇聚路由器之间接入4g接入设备，通过该4g接入设备确保终端与专网平台之间有线链路的通信数据的二层交换，且通过在终端和专网平台之间传送特定的icmp检测包，以准确检测有线链路是否发生故障，并在有线链路发生故障时，通过4g接入设备建立虚拟专用网络实现终端与专网平台的无线备份，无需改造现有的专网网络，就可以实现无线备份，且投入资金少，建设和维护工作量少，有效保证了数据的安全和可靠性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。