[發明專利]分區優化的城市mesh網絡物聯網平臺

在審

• 申請號: 202110672035.X
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113596954A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 尹夢寒;吳熔冰
• 申請（專利權）人: 上海悟城智能系統集成有限公司
• 主分類號: H04W40/22
• 分類號: H04W40/22;H04W76/10;H04L12/709;H04L29/08;G16Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明利用路燈網絡設置邊緣計算機與通訊模塊，把路燈變成獨立的邊緣節點，構筑覆蓋市域的Mesh高速城市專網，并在周圍的建筑內設置路由器，通過中繼節點與邊緣節點做雙向連接，形成分布式的邊緣服務器。Mesh網絡產生的數據分散存儲到邊緣服務器中，用戶通過有線寬帶完成對城市專網的訪問，實現數據的分區優化與CDN加速。邊緣節點與邊緣服務器的架構，確保很高的計算效率與訪問速度，實現城市專網與物聯網應用的完美結合，是智慧城市聯網的理想解決方案。

(一)技術領域

本發明利用路燈網絡設置邊緣計算機與通訊模塊，把路燈變成獨立的邊緣節點，構筑覆蓋市域的Mesh高速城市專網，并通過中繼節點與建筑內的路由器及附屬電腦建立數據連接，形成自組織的邊緣算力與邊緣服務器網絡。進一步，本發明把大部分數據分散存儲到邊緣服務器中，用戶通過有線寬帶訪問邊緣服務器，快速調用城市專網的物聯網數據，實現數據的分區優化與CDN加速，實時響應，穩定可靠，為城市基礎設施的精細管理奠定技術基礎。

(二)背景技術

Mesh網絡即“無線網格網絡”，是一種“多跳(multi-hop)”網絡，網絡中的每個節點都兼做路由，并且以動態方式保持與其它節點的連接，設計目標是形成網絡設備和無線接入點的通訊網格。顯著優點為穩定性強，不依賴單個節點的性能；結構靈活，設備可以通過不同的節點同時連接到網絡；高帶寬，節點不僅能傳送和接收信息，還能充當路由器向附近節點轉發信息。由于多節點的相互連接，中繼通訊的可靠性很高，常用于室內wifi系統。

城市級的無線網絡，常規設計是Zigbee+4G的局域網和LoRa+4G的廣域網，這兩種網絡都存在帶寬低與延時大的缺點，不適合大數據流的應用。目前，國內電信運營商主推NB-IOT的基站模式，每個網絡設備與基站直連，不組成內部網絡，對基站密度要求高，且受制于運營商的基站設備更新，很難做到市域范圍的全覆蓋。在城區應用Mesh設備組網，能夠有效克服上述無線網絡的缺陷，達到很高的帶寬，同時確保通訊的可靠，建立綜合性的物聯網感知和邊緣計算管理平臺。

注意到上述問題，本發明提出基于路燈網絡的邊緣節點+邊緣存儲的物聯網平臺，在路燈上設置邊緣計算機與無線模塊，形成獨立的邊緣節點及各自的服務區，且節點間保持合理間距，構成覆蓋市域的無線專網。另外，在周圍的建筑內設置路由器，路燈上的邊緣節點通過中繼節點，與路由器做雙向連接。由此，本發明把大部分數據存儲在路由器及附屬電腦中，建立分布式的邊緣服務器。這些服務器都有固定IP地址，用戶通過有線寬帶直接訪問邊緣服務器，和訪問常規的TCP/IP互聯網一致。本發明建立城市級的Mesh網絡與邊緣服務器架構，為智慧城市建設提供了全新途徑。

(三)發明內容

現有技術中，無論Zigbee+4G的局域網、LoRa+4G的廣域網還是NB-IOT的基站模式，都存在對電信基站的依賴，數據最終要通過基站傳輸到云服務器，由云中心對邊緣事件實施管理。云計算模式的中心化取向，越來越難以適應物聯網時代的管理需求。云計算中，物聯網數據由邊緣設備生成，然后通過遠端計算處理，通訊延時大，可靠性差，很難做出實時決策。集中的城市大腦不僅投資巨大，還會消耗大量電力，是智慧城市建設的一大陷阱。

邊緣計算是在靠近數據源頭的網絡邊緣側，設置網絡、計算及存儲的綜合設備，就近提供計算/存儲服務，滿足實時、安全與隱私保護等方面的需求。邊緣計算可以充分利用邊緣節點(手機、路由器或邊緣計算機)就近處理，形成協同效應。邊緣計算與Mesh網絡具有天然的契合度，要求網絡設備具有獨立的數據處理能力，就近計算獲得結果，以便減少網絡間的無效數據量，適應各種高帶寬的應用，典型的就是視頻分析與圖像識別。

本發明首先在路燈上設置邊緣計算機和通訊組件，形成邊緣節點，每個邊緣節點包含處理器、存儲器及無線模塊，既能完成計算與存儲，又成為Mesh網絡的通訊節點。每個邊緣節點形成獨立的通訊服務區，服務半徑在25～400米，確保覆蓋整個街區，服務區內的所有網絡設備都連接該節點。邊緣節點的間距控制在50～800米，路燈間距可能不滿足邊緣節點的設計要求，可以另外立桿安裝。