CN118612806A - 一种用于布控球的网络切换方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于布控球领域，本发明所述方法包括，包括通过在布控球上安装支持多运营商网络的通信卡，监测和比较网络信号强度，选择最优网络作为备选，并定期检测信号状态进行有效切换并记录，最后评估反馈以优化切换策略；本发明通过一张支持移动、联通和电信三大运营商网络的通信卡，实现在单一网络信号不稳定时自动切换到其他网络，保障视频监控连续性和清晰度，可以适用于电力作业点多、面广的场景，实现远程视频监控确保作业安全，使用一张通信卡减少管理复杂性和成本，同时提升切换便捷性，多网合一技术提供稳定高效的网络连接，保证视频监控流畅清晰，提升用户体验。
Description
技术领域
本发明属于布控球领域，尤其涉及一种用于布控球的网络切换方法及系统。
背景技术
在电力作业领域，随着作业的日益复杂化和广泛分布，作业安全的保障需求变得愈发紧迫。电力作业涉及高压设备、危险环境等潜在风险，因此对作业现场进行及时有效地监控和安全管理至关重要。布控球作为一种远程监控设备，在电力作业现场的应用具有重要意义，可以通过联网后实时监控作业场景，发现并处理潜在的安全隐患，从而提升安全性、降低风险，同时，还能够减少人为误操作、人为疏忽等情况的发生，为电力作业提供更加可靠的安全保障措施。
目前市面上的布控球产品普遍采用单一网络的设计，通常只支持一种特定运营商的网络，存在以下问题：1、电力作业地点，由于单一运营商网络覆盖不全，会导致无信号的情况发生，因为电力作业地点通常位于郊区或山区，如输电铁塔、变电站、流换站等，这些地区可能存在单一运营商信号覆盖不到位的问题，而传统施工单位通常选择流量便宜的运营商，但这可能无法满足偏远地区的信号需求，可能存在盲区。2、在电力作业场景下，信号的稳定性也是一个问题，即使有信号覆盖，也可能受到信号覆盖强度、干扰等因素的影响，导致信号不稳定，这会导致后台监控画面卡顿、不清晰，影响布控球的监控效果。3、要实现多网切换，传统方法需要准备多张流量卡，这不仅费用高，而且切换不方便，同时，还要求布控球支持全网通，以适应不同运营商的网络。
发明内容
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。本发明旨在解决单一网络覆盖不够、信息不稳定的问题；采用定制卡，避免同时购买4张运营商网络卡；为作业单位降低流量费用，通过公用流量支持3大运营商的流量；
为解决上述技术问题，提出了一种用于布控球的网络切换方法，包括，
将支持移动、联通和电信网络的定制通信卡安装到布控球中，不断监测当前网络信号的强度、波动、稳定性参数，并采集周围环境数据，根据采集的数据和历史参数预测波动值；针对当前网络信号和预测波动值进行判断是否需要进行网络切换，扫描周围可用网络获取不同运营商网络的信号强度和质量信息选择最优备选网络；检测当前网络信号状态，根据信号状态的变化进行网络切换，记录网络切换的细节，进行网络切换后评估切换效果并进行反馈，优化网络切换策略。
作为本发明所述的一种用于布控球的网络切换方法的一种优选方案，其中：所述预测波动值包括在布控球上设置监测器，不断监测获取当前网络信号的强度、波动及稳定性参数，并将参数记录在历史数据中，通过历史数据以及实时参数通过预测模型进行当前网络的发展预测和备选网络的发展预测。
所述当前网络的发展预测P(t)表达式为：
所述备选网络的发展预测P'(t)表达式为：
其中，P(t)为时间t时当前网络的预测发展值，t0是历史数据的起始时间，f1是当前网络信号强度S的函数，S0是参考信号强度，a是衰减系数，g1是信号强度变化率ΔS/Δt和时间间隔Δt的函数，Δt0是参考时间间隔，b是监测器开始监测的时间点，P'(t)为时间t时备选网络的预测发展值，di第i个备选网络的权重，h2是一个归一化函数标准化信号强度比例，f2是关于第i个备选网络信号强度Si的函数，Sref参考信号强度，Stotal是所有备选网络信号强度的总和，n是备选网络的数量，bi是第i个备选网络开始监测的时间点。
作为本发明所述的一种用于布控球的网络切换方法的一种优选方案，其中：所述判断是否需要进行网络切换包括根据所述当前网络的发展预测和所述备选网络的发展预测进行比较：
当(P,P')＝1时，表示当前网络和备选网络的信号强度和稳定性相当，根据网络拥堵程度判断是否进行切换，若当前网络拥堵则切换网络，若备选网络拥堵则保持不变，当(P,P')>1时，表示当前网络的信号强度和稳定性优于备选网络，网络保持不变，当(P,P')≤1时，表示备选网络的信号强度和稳定性优于当前网络，则进行平滑过渡后切换网络，其中，f(s)是信号波动和稳定性参数的函数，ei是历史数据中不同时间点的信号稳定性参数的加权和，N是将信号强度比值的对数归一化。
作为本发明所述的一种用于布控球的网络切换方法的一种优选方案，其中：所述定制通信卡包括通过定制通信卡利用网络切片技术，目标网络分配定制化的网络资源和路径。
分析布控球的应用场景和性能要求包括带宽、延迟、可靠性、安全性的关键指标；评估现有网络基础设施的资源状况包括无线频谱、基站容量、传输链路，确保有足够的资源来支持新的网络切片；根据需求分析和资源评估的结果，设计网络切片的参数包括网络容量、服务质量、网络隔离程度、优先级：
根据资源评估为每个网络切片分配物理网络资源，根据布控球的移动特性和网络拓扑，为每个网络切片规划数据传输的路径，在网络切片部署后，持续监控性能指标，并根据实际情况进行调整优化，在网络切片或链路发生故障时，立即启动备用网络切片。
其中，B(x)表示为位置x的带宽需求数，L(x)表示为位置x的延迟需求数，R(x)表示为位置x的可靠性需求数，K(x)表示为位置x的安全性需求数，C(n表示为网络切片n的网络容量数，Q(n)表示为网络切片n的服务质量数，I(n表示为网络切片n的网络隔离程度数，J(n)表示为网络切片n的网络切片的优先级数，f(x,n)表示为位置x和网络切片n的数据传输路径规划数，Y是网络资源分配优化的目标函数值，x0和xf分别表示布控球移动路径的起始和终止位置，k1、k2、k3是调整系数控制指数函数的形状，L0、R0、S0分别是延迟、可靠性和安全性的阈值，M是网络切片的总数。
作为本发明所述的一种用于布控球的网络切换方法的一种优选方案，其中：所述切换网络包括当备选网络的信号强度和稳定性优于当前网络或当前网络和备选网络的信号强度和稳定性相当但当前网络拥堵时，进行网络切换。
网络节点之间通过虚拟突触连接，其中，虚拟突触代表节点之间的通信路径，当一个节点需要切换网络时，向周围节点发送信息，询问其他节点的网络状态，收到信息的节点会根据神经网络对备选网络进行评估排序，选择备选网络中最优网络，决策过程中，节点考虑自身的网络状态以及其他节点的网络状态，实现全局最优目标：
根据决策结果，节点通过虚拟突触通知其他节点它即将切换节点，其他节点增强信号并准备接收切换节点的流量以支持切换，执行网络切换操作，切换过程中，节点之间通过虚拟突触传递信息，协同完成切换在多个节点的协同工作下平滑进行，完成网络切换。
其中，Dopt(i,t)是时间t时节点i的全局最优网络切换决策值，maxj∈N表示从所有备选网络中选择评估排序值最高的网络，Cj(τ)是备选网络j在时间τ的拥堵程度，κ是归一化函数的参数考虑网络的拥堵情况，Rnet是时间t时节点i对备选网络j的评估排序值。
作为本发明所述的一种用于布控球的网络切换方法的一种优选方案，其中：所述选择最优备选网络包括扫描周围可用网络的时间段和频率，并获取运营商网络的信号强度和质量信息，对扫描到的运营商网络进行信号强度、稳定性进行评估，选取信号质量最优的网络作为备选网络，不断扫描网络，实时更新最优备选网络。
当最优备选的持续时间≥U时，最优备选网络与当前网络建立双向预连接机制，建立目标网络连接，若当前网络预测需要切换网络时，直接进行平滑切换，不需要等待连接。
当V＜最优备选的持续时间大于＜S，最优备选网络与当前网络建立最优备选网络的单向预连接机制，辅助当前网络保证视频监控流畅清晰。
当最优备选的持续时间≤V，建立多网络接口连接当前网络实施多网络并行，且在当前网络信号不佳时，通过多路径传输数据，提高数据传输速度并继续监测当前网络的质量和稳定性，寻找符合持续时间的最优备选。
作为本发明所述的一种用于布控球的网络切换方法的一种优选方案，其中：所述优化网络切换策略包括增加定期检测的频率和时间间隔，及时发现信号异常并做出处理，根据当前网络信号状态的变化，当信号强度剧烈下降或稳定性较差时，进行网络切换措施，记录网络切换的发生时间、原因及切换前后的网络信息细节，在记录中还包括手动干预的情况、原因和结果。
所述原因包括信号剧烈下降和网络不稳定，所述切换前后的网络信息细节则包括切换前后的网络类型、速度和延迟。
本发明的另外一个目的是提供了一种用于布控球的网络切换系统，本发明确保布控球在不同的网络环境中保持最佳的通信状态，减少因网络问题导致的通信中断，提高网络的稳定性和可靠性。
作为本发明所述的一种用于布控球的网络切换系统的一种优选方案，其特征在于，包括信号监测模块、数据分析与决策模块、网络切换执行模块、网络切片管理模块、协同控制模块以及优化反馈模块。
所述信号监测模块，负责实时监测网络信号的强度、波动和稳定性参数，并采集周围环境数据，还根据历史数据和实时参数预测网络信号的未来波动；
所述数据分析与决策模块，使用监测模块提供的数据来评估当前网络状况，并决定是否需要进行网络切换，还会扫描并评估周围网络的信号强度和质量，选择最优的备选网络。
所述网络切换执行模块，当决策模块确定需要进行网络切换时，执行模块负责实际的网络切换操作，还包括记录网络切换的细节，并在切换后评估切换效果。
所述网络切片管理模块，负责利用网络切片技术为布控球分配定制化的网络资源和路径，分析应用场景和性能要求，评估网络基础设施的资源状况，并设计网络切片的参数。
所述协同控制模块，在多节点网络环境中负责节点间的协同工作包括信息交换、网络状态评估排序和网络切换的协同执行。
所述优化反馈模块，负责根据网络切换的效果和历史数据优化网络切换策略，增加定期检测的频率和时间间隔，以及记录网络切换的发生时间、原因及切换前后的网络信息细节。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种用于布控球的网络切换所述的方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现一种用于布控球的网络切换所述的方法的步骤。
本发明的有益效果：通过一张通信卡同时支持三大运营商的网络，实现在单一网络信号不稳定或无信号时自动切换到其他运营商网络，确保信号覆盖范围广泛、稳定性高，从而保证视频监控的连续性和清晰度；适用于电力作业点多、面广的场景，可以实现对移动作业现场的远程视频监控，及时发现并处理安全隐患，提高现场作业的安全性和管控效率；采用一张通信卡支持多运营商网络，避免了使用多张流量卡带来的管理复杂性和成本增加，同时提升了切换的便捷性和灵活性，节约运营成本；通过多网合一技术，用户可以获得更加稳定、高效的网络连接，保证视频监控画面的流畅性和清晰度，提升用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1为本发明一个实施例提供的一种用于布控球的网络切换方法的总体流程图。
图2为本发明一个实施例提供的一种用于布控球的网络切换方法的数据图。
图3为本发明一个实施例提供的一种用于布控球的网络切换系统的系统功能架构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独地或选择性地与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种用于布控球的网络切换方法，包括：
S1：将支持移动、联通和电信网络的定制通信卡安装到布控球中，不断监测当前网络信号的强度、波动、稳定性参数，并采集周围环境数据，根据采集的数据和历史参数预测波动值。
更进一步地，在布控球上设置监测器，不断监测获取当前网络信号的强度、波动及稳定性参数，并将参数记录在历史数据中，通过历史数据以及实时参数通过预测模型进行当前网络的发展预测和备选网络的发展预测；
所述当前网络的发展预测P(t)表达式为：
所述备选网络的发展预测P'(t)表达式为：
其中，P(t)为时间t时当前网络的预测发展值，t0是历史数据的起始时间，f1是当前网络信号强度S的函数，S0是参考信号强度，a是衰减系数，g1是信号强度变化率ΔS/Δt和时间间隔Δt的函数，Δt0是参考时间间隔，b是监测器开始监测的时间点，P'(t)为时间t时备选网络的预测发展值，di第i个备选网络的权重，h2是一个归一化函数标准化信号强度比例，f2是关于第i个备选网络信号强度Si的函数，Sref参考信号强度，Stotal是所有备选网络信号强度的总和，n是备选网络的数量，bi是第i个备选网络开始监测的时间点。
应说明的是，根据所述当前网络的发展预测和所述备选网络的发展预测进行比较：
当(P,P')＝1时，表示当前网络和备选网络的信号强度和稳定性相当，根据网络拥堵程度判断是否进行切换，若当前网络拥堵则切换网络，若备选网络拥堵则保持不变，当(P,P')>1时，表示当前网络的信号强度和稳定性优于备选网络，网络保持不变，当(P,P')≤1时，表示备选网络的信号强度和稳定性优于当前网络，则进行平滑过渡后切换网络，其中，f(s)是信号波动和稳定性参数的函数，ei是历史数据中不同时间点的信号稳定性参数的加权和，N是将信号强度比值的对数归一化。
通过设置监测器件或软件，布控球每隔一定时间，如每秒或每分钟获取当前网络信号的强度及稳定性参数，包括RSSI、丢包率、延迟等，并将这些参数记录在历史数据中，这样可以实时监测网络信号的质量变化，为后续网络切换提供准确判断，确保布控球始终连接到最佳网络，以保障监控系统运行的连续性和稳定性。
S2：针对当前网络信号和预测波动值进行判断是否需要进行网络切换，扫描周围可用网络获取不同运营商网络的信号强度和质量信息选择最优备选网络。
更进一步地，控布控球需要高带宽和低延迟，而巡检布控球更注重网络的可靠性和覆盖范围。
还应说明的是，通过定制通信卡利用网络切片技术，目标网络分配定制化的网络资源和路径。
分析布控球的应用场景和性能要求包括带宽、延迟、可靠性、安全性的关键指标；评估现有网络基础设施的资源状况包括无线频谱、基站容量、传输链路，确保有足够的资源来支持新的网络切片；根据需求分析和资源评估的结果，设计网络切片的参数包括网络容量、服务质量、网络隔离程度、优先级：
在网络切片设计中定义的资源需求基础上，通过网络管理控制系统为每个网络切片分配物理网络资源包括为每个切片分配特定的频段、基站功率、传输容量；根据布控球的移动特性和网络拓扑，为每个网络切片规划数据传输的路径，这些路径满足切片的特定性能要求，并且考虑到网络拥塞和故障情况下的自动切换，在网络切片部署后，持续监控其性能指标，并根据实际情况进行调整优化，在网络切片或链路发生故障时，立即启动备用网络切片。
其中，B(x)表示为位置x的带宽需求数，L(x)表示为位置x的延迟需求数，R(x)表示为位置x的可靠性需求数，K(x)表示为位置x的安全性需求数，C(n表示为网络切片n的网络容量数，Q(n)表示为网络切片n的服务质量数，I(n表示为网络切片n的网络隔离程度数，J(n)表示为网络切片n的网络切片的优先级数，f(x,n)表示为位置x和网络切片n的数据传输路径规划数，Y是网络资源分配优化的目标函数值，x0和xf分别表示布控球移动路径的起始和终止位置，k1、k2、k3是调整系数控制指数函数的形状，L0、R0、S0分别是延迟、可靠性和安全性的阈值，M是网络切片的总数。
在比较当前网络信号强度与预设阈值后，触发扫描周围可用网络的操作，获取移动、联通和电信运营商网络的信号强度和质量信息，通过增加扫描周围可用网络的时间段和频率，可以获取更全面的网络信息，包括各个运营商的网络信号强度、质量、频段等参数，并将这些信息进行记录，这样能够为布控球在做出网络切换决策时提供更准确的数据支持，确保选择最优网络，提高监控系统的稳定性和连续性。
应说明的是，当备选网络的信号强度和稳定性优于当前网络或当前网络和备选网络的信号强度和稳定性相当但当前网络拥堵时，进行网络切换。
网络节点之间通过虚拟突触连接，其中，虚拟突触代表节点之间的通信路径，当一个节点需要切换网络时，向周围节点发送信息，询问其他节点的网络状态，收到信息的节点会根据神经网络对备选网络进行评估排序，选择备选网络中最优网络，决策过程中，节点考虑自身的网络状态以及其他节点的网络状态，实现全局最优目标：
根据决策结果，节点通过虚拟突触通知其他节点它即将切换节点，其他节点增强信号并准备接收切换节点的流量以支持切换，执行网络切换操作，切换过程中，节点之间通过虚拟突触传递信息，协同完成切换在多个节点的协同工作下平滑进行，完成网络切换。
其中，Dopt(i,t)是时间t时节点i的全局最优网络切换决策值，maxj∈N表示从所有备选网络中选择评估排序值最高的网络，Cj(τ)是备选网络j在时间τ的拥堵程度，κ是归一化函数的参数考虑网络的拥堵情况，Rnet是时间t时节点i对备选网络j的评估排序值。
Rnet(i,t)值越接近1，表示备选网络相对于当前网络的优越性越高，其中，wij(t)是节点i和网络j之间的权重根据网络状态的差异动态调整，Sj(t)和S(t)分别是备选网络和当前网络的信号强度，Uj(τ)和Ui(τ)分别是备选网络和当前网络在时间τ的稳定性指标，σU是信息过滤函数的参数。
还应说明的是，扫描周围可用网络的时间段和频率，并获取运营商网络的信号强度和质量信息，对扫描到的运营商网络进行信号强度、稳定性进行评估，选取信号质量最优的网络作为备选网络，不断扫描网络，实时更新最优备选网络。
Nopt(t)＝argmaxj∈A(Fj(t)(λ·Ij(t)+(1-λ)·Qj(t)))
其中，Nopt(t)是时间t时最优备选网络的索引，A是可用网络的集合，Fj(t)是网络j在时间t的信号频率响应函数，Ij(t)是网络j在时间t的信号强度，Qj(t)是网络j在时间t的信号质量，λ是信号强度和信号质量之间的权衡系数。
当最优备选的持续时间≥U时，最优备选网络与当前网络建立双向预连接机制，建立目标网络连接，若当前网络预测需要切换网络时，直接进行平滑切换，不需要等待连接。
当V＜最优备选的持续时间大于＜S，最优备选网络与当前网络建立最优备选网络的单向预连接机制，辅助当前网络保证视频监控流畅清晰。
当最优备选的持续时间≤V，建立多网络接口连接当前网络实施多网络并行，且在当前网络信号不佳时，通过多路径传输数据，提高数据传输速度并继续监测当前网络的质量和稳定性，寻找符合持续时间的最优备选。
所述预连接为一旦确定最优备选网络，系统将开始建立与该网络的预连接，预连接包括获取IP地址、完成DHCP过程、建立VPN隧道，为了确保快速切换，预连接还包括预认证过程，如预输入网络密码或使用预存储的证书。
双向预连接在建立预连接后，系统会进行双向通信测试，确保数据可以在当前网络和最优备选网络之间顺利传输，测试包括发送测试数据包、检测延迟和丢包率等，系统将持续监控当前网络的状态和最优备选网络的状态，如果当前网络的质量下降到规定值以下，系统会触发切换过程，同时，系统也会定期更新预连接，以保持与最优备选网络的连接是最新的。
当系统检测到当前网络不再适合使用，如信号强度过低、网络拥塞，它会触发切换过程，切换过程会利用已经建立的双向预连接，快速将网络连接从当前网络切换到最优备选网络，切换完成后，系统会确认新网络的连接状态，并更新所有相关配置，同时，系统会断开与原网络的连接，以避免多网络干扰。
S3：检测当前网络信号状态，根据信号状态的变化进行网络切换，记录网络切换的细节，进行网络切换后评估切换效果并进行反馈，优化网络切换策略。
更进一步地，增加定期检测的频率和时间间隔，及时发现信号异常并做出处理，根据当前网络信号状态的变化，当信号强度剧烈下降或稳定性较差时，进行网络切换措施，记录网络切换的发生时间、原因及切换前后的网络信息细节，在记录中还包括手动干预的情况、原因和结果。
所述原因包括信号剧烈下降和网络不稳定，所述切换前后的网络信息细节则包括切换前后的网络类型、速度和延迟。
优选的，
当F(S,T,f)值较高时，表示网络切换策略评分高，即在网络信号状态变化时能够有效且及时地切换网络。
当F(S,T,f)值较低时，表示网络切换策略评分低，网络切换可能不及时或切换效果不佳。
其中，F(S,T,f)为网络切换策略函数，表示在时间T内，基于信号强度S和手动干预函数f的优化网络切换策略的综合评分，n为网络类型的数量，Si(t)为在时间t第i个网络的信号强度状态，P(Si(t))为信号状态Si(t)的概率密度函数，反映信号状态的分布，Sopt为最优信号状态的参考值，D为信号状态Si(t)与最优信号状态Sopt之间的距离函数，可以是欧氏距离或其他适宜的距离度量，λ为归一化常数，确保函数值在合理范围内，h为手动干预影响函数，表示在时间t手动干预对网络切换策略的影响权重，f(t)为时间t的手动干预情况，例如干预频率、干预原因等。
通过增加定期检测的频率和时间间隔，确保及时发现信号异常并做出处理，其次，根据当前网络信号状态的变化，当信号强度剧烈下降或稳定性较差时，进行网络切换措施，在进行网络切换时，需要记录网络切换的发生时间、原因以及切换前后的网络信息细节，其中，切换的原因包括信号剧烈下降和网络不稳定，而切换前后的网络信息细节包括切换前后的网络类型、速度和延迟等参数，通过记录网络切换的细节，可以及时发现网络问题并了解网络性能的变化情况，这些记录还应包括手动干预的情况，即出于特定原因进行人工干预的情况，记录干预的原因和结果，这样可以为后续的网络优化和故障排查提供重要参考，确保布控球始终使用最佳网络，保障监控系统的稳定和可靠性。
应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
实施例2
参照图2，本发明的一个实施例，提供了一种用于布控球的网络切换方法，为了验证本发明的有益效果，通过实验进行科学论证。
本次试验旨在验证发明的网络切换方法在提高布控球网络连接稳定性方面的有效性。为此，我们选择了一个典型的城市监控环境，其中布控球需要在不同建筑间移动，这可能导致网络信号的不稳定。实验中，我们将对比传统的网络切换方法与发明中提出的改进方法。
首先，我们在布控球中安装了支持移动、联通和电信网络的定制通信卡。然后，布控球被放置在一个模拟城市环境中，该环境具有不同的建筑和障碍物。我们不断监测当前网络信号的强度、波动和稳定性参数，并采集周围环境数据。这些数据被用于预测未来网络信号的波动。
接下来，我们开发了一个决策算法，用于判断是否需要进行网络切换。该算法会扫描周围可用网络，并获取不同运营商网络的信号强度和质量信息，以选择最优备选网络。在网络切换后，我们记录了网络切换的细节，并评估了切换效果。
同时布置不同的布控球：
表1
从数据中可以看出，布控球B的网络切换次数最多，达到了5次，而其他布控球的切换次数相对较少。这可能是因为布控球B初始网络环境较差，导致需要频繁切换以保持稳定的网络连接。相比之下，其他布控球在新型网络切换方法下能够更快地找到并切换到更稳定的网络，减少了不必要的切换。
布控球D的平均切换时间最短，仅为2.2秒。这表明新型网络切换方法能够快速响应网络变化，并迅速完成切换，从而减少了因网络切换而产生的中断时间。
所有布控球的数据传输成功率都很高，其中布控球D的成功率最高，达到了99.1％。这说明新型网络切换方法能够有效提高数据传输的稳定性，特别是在网络环境变化较大的情况下。
布控球D在视频流畅度方面也表现出色，评分为4.8。这进一步证明了新型网络切换方法在保持网络连接稳定性和视频传输质量方面的优势。
为了测试发明的有效性，我们模拟了多种网络状况，包括信号强度变化、网络拥堵和信号不稳定等情况。每次模拟后，我们都记录了网络切换的细节，并进行了效果评估。
表2
通过对比表格中的数据，我们可以明显看出发明方法在减少网络切换次数、提高切换后信号强度和网络稳定性方面相较于传统方法具有显著优势。尤其是在网络稳定性方面，发明方法提供了高达90％的稳定性，而传统方法仅为70％。这表明发明中的网络切换策略能够更有效地应对信号波动和网络拥堵，从而提供更稳定的网络连接。
此外，发明方法在网络切换时间上也表现出优势，平均切换时间从5秒减少到3秒。这意味着在需要切换网络时，发明方法能够更快地完成切换，从而减少了对监控活动的影响。
应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
实施例3
本发明第三个实施例，其不同于前两个实施例的是：
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术作出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)、便携式计算机盘盒(磁装置)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤装置以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
实施例4
参照图3，为本发明的第四个实施例，该实施例提供了一种用于布控球的网络切换系统，包括信号监测模块、数据分析与决策模块、网络切换执行模块、网络切片管理模块、协同控制模块以及优化反馈模块。
信号监测模块负责实时监测网络信号的强度、波动和稳定性参数，并采集周围环境数据，还根据历史数据和实时参数预测网络信号的未来波动；
数据分析与决策模块，使用监测模块提供的数据来评估当前网络状况，并决定是否需要进行网络切换，还会扫描并评估周围网络的信号强度和质量，选择最优的备选网络。
网络切换执行模块当决策模块确定需要进行网络切换时，执行模块负责实际的网络切换操作，还包括记录网络切换的细节，并在切换后评估切换效果。
网络切片管理模块负责利用网络切片技术为布控球分配定制化的网络资源和路径，分析应用场景和性能要求，评估网络基础设施的资源状况，并设计网络切片的参数。
协同控制模块在多节点网络环境中负责节点间的协同工作包括信息交换、网络状态评估排序和网络切换的协同执行。
模块间通过数据流和控制信号进行；信号监测模块不断向数据分析与决策模块提供实时数据，数据分析与决策模块根据这些数据做出是否切换网络的决策，并指令网络切换执行模块进行操作。同时，网络切片管理模块会根据数据分析与决策模块的反馈调整网络资源。协同控制模块则负责在网络切换时协调不同节点间的动作。优化反馈模块则在整个过程中收集数据，用于不断优化网络切换策略。
应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种用于布控球的网络切换方法，其特征在于：包括，
将支持移动、联通和电信网络的定制通信卡安装到布控球中，不断监测当前网络信号的强度、波动、稳定性参数，并采集周围环境数据，根据采集的数据和历史参数预测波动值；
针对当前网络信号和预测波动值进行判断是否需要进行网络切换，扫描周围可用网络获取不同运营商网络的信号强度和质量信息选择最优备选网络；
检测当前网络信号状态，根据信号状态的变化进行网络切换，记录网络切换的细节，进行网络切换后评估切换效果并进行反馈，优化网络切换策略。
2.如权利要求1所述的一种用于布控球的网络切换方法，其特征在于：所述预测波动值包括在布控球上设置监测器，不断监测获取当前网络信号的强度、波动及稳定性参数，并将参数记录在历史数据中，通过历史数据以及实时参数通过预测模型进行当前网络的发展预测和备选网络的发展预测；
所述当前网络的发展预测P(t)表达式为：
所述备选网络的发展预测P'(t)表达式为：
其中，P(t)为时间t时当前网络的预测发展值，t0是历史数据的起始时间，f1是当前网络信号强度S的函数，S0是参考信号强度，a是衰减系数，g1是信号强度变化率ΔS/Δt和时间间隔Δt的函数，Δt0是参考时间间隔，b是监测器开始监测的时间点，P'(t)为时间t时备选网络的预测发展值，di第i个备选网络的权重，h2是一个归一化函数标准化信号强度比例，f2是关于第i个备选网络信号强度Si的函数，Sref参考信号强度，Stotal是所有备选网络信号强度的总和，n是备选网络的数量，bi是第i个备选网络开始监测的时间点。
3.如权利要求2所述的一种用于布控球的网络切换方法，其特征在于：所述判断是否需要进行网络切换包括根据所述当前网络的发展预测和所述备选网络的发展预测进行比较：
当(P,P')＝1时，表示当前网络和备选网络的信号强度和稳定性相当，根据网络拥堵程度判断是否进行切换，若当前网络拥堵则切换网络，若备选网络拥堵则保持不变，当(P,P')>1时，表示当前网络的信号强度和稳定性优于备选网络，网络保持不变，当(P,P')≤1时，表示备选网络的信号强度和稳定性优于当前网络，则进行平滑过渡后切换网络，其中，f(s)是信号波动和稳定性参数的函数，ei是历史数据中不同时间点的信号稳定性参数的加权和，N是将信号强度比值的对数归一化。
4.如权利要求3所述的一种用于布控球的网络切换方法，其特征在于：所述定制通信卡包括通过定制通信卡利用网络切片技术，目标网络分配定制化的网络资源和路径；
分析布控球的应用场景和性能要求包括带宽、延迟、可靠性、安全性的关键指标；评估现有网络基础设施的资源状况包括无线频谱、基站容量、传输链路，确保有足够的资源来支持新的网络切片；根据需求分析和资源评估的结果，设计网络切片的参数包括网络容量、服务质量、网络隔离程度、优先级：
根据资源评估为每个网络切片分配物理网络资源，根据布控球的移动特性和网络拓扑，为每个网络切片规划数据传输的路径，在网络切片部署后，持续监控性能指标，并根据实际情况进行调整优化，在网络切片或链路发生故障时，立即启动备用网络切片；
其中，B(x)表示为位置x的带宽需求数，L(x)表示为位置x的延迟需求数，R(x)表示为位置x的可靠性需求数，K(x)表示为位置x的安全性需求数，C(n)表示为网络切片n的网络容量数，Q(n)表示为网络切片n的服务质量数，I(n)表示为网络切片n的网络隔离程度数，J(n)表示为网络切片n的网络切片的优先级数，f(x,n)表示为位置x和网络切片n的数据传输路径规划数，Y是网络资源分配优化的目标函数值，x0和xf分别表示布控球移动路径的起始和终止位置，k1、k2、k3是调整系数控制指数函数的形状，L0、R0、S0分别是延迟、可靠性和安全性的阈值，M是网络切片的总数。
5.如权利要求4所述的一种用于布控球的网络切换方法，其特征在于：所述切换网络包括当备选网络的信号强度和稳定性优于当前网络或当前网络和备选网络的信号强度和稳定性相当但当前网络拥堵时，进行网络切换；
网络节点之间通过虚拟突触连接，其中，虚拟突触代表节点之间的通信路径，当一个节点需要切换网络时，向周围节点发送信息，询问其他节点的网络状态，收到信息的节点会根据神经网络对备选网络进行评估排序，选择备选网络中最优网络，决策过程中，节点考虑自身的网络状态以及其他节点的网络状态，实现全局最优目标：
根据决策结果，节点通过虚拟突触通知其他节点它即将切换节点，其他节点增强信号并准备接收切换节点的流量以支持切换，执行网络切换操作，切换过程中，节点之间通过虚拟突触传递信息，协同完成切换在多个节点的协同工作下平滑进行，完成网络切换；
其中，Dopt(i,t)是时间t时节点i的全局最优网络切换决策值，maxj∈N表示从所有备选网络中选择评估排序值最高的网络，Cj(τ)是备选网络j在时间τ的拥堵程度，κ是归一化函数的参数考虑网络的拥堵情况，Rnet是时间t时节点i对备选网络j的评估排序值。
6.如权利要求5所述的一种用于布控球的网络切换方法，其特征在于：所述选择最优备选网络包括扫描周围可用网络的时间段和频率，并获取运营商网络的信号强度和质量信息，对扫描到的运营商网络进行信号强度、稳定性进行评估，选取信号质量最优的网络作为备选网络，不断扫描网络，实时更新最优备选网络；
当最优备选的持续时间≥U时，最优备选网络与当前网络建立双向预连接机制，建立目标网络连接，若当前网络预测需要切换网络时，直接进行平滑切换，不需要等待连接；
当V＜最优备选的持续时间大于＜S，最优备选网络与当前网络建立最优备选网络的单向预连接机制，辅助当前网络保证视频监控流畅清晰；
当最优备选的持续时间≤V，建立多网络接口连接当前网络实施多网络并行，且在当前网络信号不佳时，通过多路径传输数据，提高数据传输速度并继续监测当前网络的质量和稳定性，寻找符合持续时间的最优备选。
7.如权利要求6所述的一种用于布控球的网络切换方法，其特征在于：所述优化网络切换策略包括增加定期检测的频率和时间间隔，及时发现信号异常并做出处理，根据当前网络信号状态的变化，当信号强度剧烈下降或稳定性较差时，进行网络切换措施，记录网络切换的发生时间、原因及切换前后的网络信息细节，在记录中还包括手动干预的情况、原因和结果；
所述原因包括信号剧烈下降和网络不稳定，所述切换前后的网络信息细节则包括切换前后的网络类型、速度和延迟。
8.一种采用如权利要求1～7任一所述的一种用于布控球的网络切换方法的系统，其特征在于，包括信号监测模块、数据分析与决策模块、网络切换执行模块、网络切片管理模块、协同控制模块以及优化反馈模块；
所述信号监测模块，负责实时监测网络信号的强度、波动和稳定性参数，并采集周围环境数据，还根据历史数据和实时参数预测网络信号的未来波动；
所述数据分析与决策模块，使用监测模块提供的数据来评估当前网络状况，并决定是否需要进行网络切换，还会扫描并评估周围网络的信号强度和质量，选择最优的备选网络；
所述网络切换执行模块，当决策模块确定需要进行网络切换时，执行模块负责实际的网络切换操作，还包括记录网络切换的细节，并在切换后评估切换效果；
所述网络切片管理模块，负责利用网络切片技术为布控球分配定制化的网络资源和路径，分析应用场景和性能要求，评估网络基础设施的资源状况，并设计网络切片的参数；
所述协同控制模块，在多节点网络环境中负责节点间的协同工作包括信息交换、网络状态评估排序和网络切换的协同执行；
所述优化反馈模块，负责根据网络切换的效果和历史数据优化网络切换策略，增加定期检测的频率和时间间隔，以及记录网络切换的发生时间、原因及切换前后的网络信息细节。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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| CN202410539599.XA CN118612806A (zh) | 2024-04-30 | 2024-04-30 | 一种用于布控球的网络切换方法及系统 |
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|---|---|---|---|---|
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| CN119212021A (zh) * | 2024-11-26 | 2024-12-27 | 深圳市小镜科技有限公司 | 一种使用深度学习网络的LTE和WiFi切换方法 |
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2024
- 2024-04-30 CN CN202410539599.XA patent/CN118612806A/zh active Pending
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