分区优化的城市mesh网络物联网平台制造技术

本发明专利技术利用路灯网络设置边缘计算机与通讯模块，把路灯变成独立的边缘节点，构筑覆盖市域的Mesh高速城市专网，并在周围的建筑内设置路由器，通过中继节点与边缘节点做双向连接，形成分布式的边缘服务器。Mesh网络产生的数据分散存储到边缘服务器中，用户通过有线宽带完成对城市专网的访问，实现数据的分区优化与CDN加速。边缘节点与边缘服务器的架构，确保很高的计算效率与访问速度，实现城市专网与物联网应用的完美结合，是智慧城市联网的理想解决方案。决方案。决方案。

【技术实现步骤摘要】
分区优化的城市mesh网络物联网平台
(一)

[0001]本专利技术利用路灯网络设置边缘计算机与通讯模块，把路灯变成独立的边缘节点，构筑覆盖市域的Mesh高速城市专网，并通过中继节点与建筑内的路由器及附属电脑建立数据连接，形成自组织的边缘算力与边缘服务器网络。进一步，本专利技术把大部分数据分散存储到边缘服务器中，用户通过有线宽带访问边缘服务器，快速调用城市专网的物联网数据，实现数据的分区优化与CDN加速，实时响应，稳定可靠，为城市基础设施的精细管理奠定技术基础。
(二)
技术介绍

[0002]Mesh网络即“无线网格网络”，是一种“多跳(multi
‑
hop)”网络，网络中的每个节点都兼做路由，并且以动态方式保持与其它节点的连接，设计目标是形成网络设备和无线接入点的通讯网格。显著优点为稳定性强，不依赖单个节点的性能；结构灵活，设备可以通过不同的节点同时连接到网络；高带宽，节点不仅能传送和接收信息，还能充当路由器向附近节点转发信息。由于多节点的相互连接，中继通讯的可靠性很高，常用于室内wifi系统。
[0003]城市级的无线网络，常规设计是Zigbee+4G的局域网和LoRa+4G的广域网，这两种网络都存在带宽低与延时大的缺点，不适合大数据流的应用。目前，国内电信运营商主推NB
‑
IOT的基站模式，每个网络设备与基站直连，不组成内部网络，对基站密度要求高，且受制于运营商的基站设备更新，很难做到市域范围的全覆盖。在城区应用Mesh设备组网，能够有效克服上述无线网络的缺陷，达到很高的带宽，同时确保通讯的可靠，建立综合性的物联网感知和边缘计算管理平台。
[0004]注意到上述问题，本专利技术提出基于路灯网络的边缘节点+边缘存储的物联网平台，在路灯上设置边缘计算机与无线模块，形成独立的边缘节点及各自的服务区，且节点间保持合理间距，构成覆盖市域的无线专网。另外，在周围的建筑内设置路由器，路灯上的边缘节点通过中继节点，与路由器做双向连接。由此，本专利技术把大部分数据存储在路由器及附属电脑中，建立分布式的边缘服务器。这些服务器都有固定IP地址，用户通过有线宽带直接访问边缘服务器，和访问常规的TCP/IP互联网一致。本专利技术建立城市级的Mesh网络与边缘服务器架构，为智慧城市建设提供了全新途径。
(三)
技术实现思路

[0005]现有技术中，无论Zigbee+4G的局域网、LoRa+4G的广域网还是NB
‑
IOT的基站模式，都存在对电信基站的依赖，数据最终要通过基站传输到云服务器，由云中心对边缘事件实施管理。云计算模式的中心化取向，越来越难以适应物联网时代的管理需求。云计算中，物联网数据由边缘设备生成，然后通过远端计算处理，通讯延时大，可靠性差，很难做出实时决策。集中的城市大脑不仅投资巨大，还会消耗大量电力，是智慧城市建设的一大陷阱。
[0006]边缘计算是在靠近数据源头的网络边缘侧，设置网络、计算及存储的综合设备，就近提供计算/存储服务，满足实时、安全与隐私保护等方面的需求。边缘计算可以充分利用
边缘节点(手机、路由器或边缘计算机)就近处理，形成协同效应。边缘计算与Mesh网络具有天然的契合度，要求网络设备具有独立的数据处理能力，就近计算获得结果，以便减少网络间的无效数据量，适应各种高带宽的应用，典型的就是视频分析与图像识别。
[0007]本专利技术首先在路灯上设置边缘计算机和通讯组件，形成边缘节点，每个边缘节点包含处理器、存储器及无线模块，既能完成计算与存储，又成为Mesh网络的通讯节点。每个边缘节点形成独立的通讯服务区，服务半径在25～400米，确保覆盖整个街区，服务区内的所有网络设备都连接该节点。边缘节点的间距控制在50～800米，路灯间距可能不满足边缘节点的设计要求，可以另外立杆安装。
[0008]进一步，多个边缘节点互相连接，互为中继，无线模块有上行与下行两个链路，上行以专用信号连接其他节点(边缘/中继)，构成完整的Mesh网络，下行以公共频段信号(WIFI/Bluetooth/Zigbee
…
)连接服务区的网络设备，建立中继通讯，确保设备联网。
[0009]进一步，在路灯周围的建筑中设置路由器，每个路由器都包含处理器、存储器及通讯模块，如果算力与存储还不够，路由器连接建筑中的电脑，调用附属电脑补充不足，为保证通讯，在建筑的窗户或外墙设置中继节点，中继节点与边缘节点是无线连接，与路由器可为无线连接或有线连接，由此把路由器接入城市专网。
[0010]进一步，路由器及附属电脑组成分布式的边缘服务器，这些服务器都有固定IP地址，且通过有线宽带接入TCP/IP互联网，城市专网的大部分数据存储在边缘服务器中，用户直接访问边缘服务器，与访问常规网站没有区别，实现毫秒级的数据响应。由此，本专利技术不依赖基站的3G/4G/5G信号，通过有线宽带实现外网访问，且克服了天气因素对无线通讯的影响。
[0011]基于上述的边缘服务器，本专利技术把Mesh网络转化成常规网站，同样适用于CDN加速。为缩短用户访问的延迟，提高网站的响应速度，系统根据用户所在的地理位置，把某个边缘服务器的数据复制到就近的边缘服务器上，用户直接访问就近的边缘服务器，避开可能影响据传输速度和稳定性的瓶颈和环节，保证内容传输更快更稳定，这一点对于实时的视频分析与图像识别非常重要，由此，本专利技术既适用物联网设备的管理，又能快速响应视频分析的需求。
[0012](四)有益效果
[0013]本专利技术利用路灯安装边缘节点，建立城市级Mesh网络与多层次边缘算力，并在周围的建筑内设置路由器，中继节点与边缘节点做双向连接，形成分布式的边缘服务器。Mesh网络产生的数据分散存储到边缘服务器中，用户通过有线宽带完成对城市专网的访问。边缘节点与边缘服务器的架构，确保很高的计算效率与访问速度，实现城市专网与物联网应用的完美结合，是智慧城市联网的理想解决方案。
(五)附图说明
[0014]以下结合附图对本专利技术加以说明，图1是本专利技术的系统结构图，图2是本专利技术的路灯节点示意图。图3是本专利技术的网络示意图和街区访问CDN加速的实施例。
具体实施方式
[0015]图1说明系统如何搭建边缘节点与边缘服务器的Mesh网络。路灯1上安装边缘节点
2，每个边缘节点形成独立的通讯服务区，服务半径在25～400米，服务区内的所有网络设备都连接该节点。边缘节点2的间距控制在50～800米，路灯间距可能不满足边缘节点的设计要求，可以另外立杆安装。路灯周围的建筑3中设置路由器4，包含处理器、存储器及通讯模块，同样作为边缘节点使用，如果算力与存储还不够，路由器4连接建筑中的电脑，调用附属电脑补充不足。在建筑的窗户或外墙设置中继节点5，其与边缘节点2是无线连接，与路由器4可为无线连接或有线连接。由此，路由器4及附属电脑组成分布式的边缘服务器，这些服务器都有固定IP地址，且通过有线宽带接入TCP/IP互联网。城市专网的大部分数据存储在边缘服务器中，用户直接访问边缘服务器。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于路灯网络的边缘节点+边缘存储的物联网平台，构筑覆盖市域的Mesh高速城市专网，其特征是：在路灯上设置边缘计算机和通讯组件，形成边缘节点，每个边缘节点包含处理器、存储器及无线模块，既能完成计算与存储，又成为Mesh网络的通讯节点；在路灯周围的建筑中设置路由器，每个路由器都包含处理器、存储器及通讯模块，如果算力与存储还不够，路由器连接建筑中的电脑，调用附属电脑补充不足，为保证通讯，在建筑的窗户或外墙设置中继节点，中继节点与边缘节点是无线连接，与路由器可为无线连接或有线连接；路由器及附属电脑组成分布式的边缘服务器，这些服务器都有固定IP地址，且通过有线宽带接入TCP/IP互联网，城市专网的大部分数据存储在边缘服务器中，用户直接访问边缘服务器。2.根据权利要求1所述的物联网平台，其特征是路灯上安装边缘节点，每个边缘节点形成独立的通讯服务区，服务半径在25～400米，服务区内的所有网络设备都连接该节点。3.根据权利要求1所述的物联网平台，其特征是边缘节...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹梦寒，吴熔冰，
申请(专利权)人：上海悟城智能系统集成有限公司，
类型：发明
国别省市：