[发明专利]一种基于GPS的高铁网络动态负载均衡方法

说明书

本发明涉及通信网络，具体涉及一种基于GPS的高铁网络动态负载均衡算法，根据列车运行路线，结合GPS信息，获取运行路线全路段各运营商的上下行网络最大吞吐率，根据带宽权重计算周期T，计算出GPS定位点与各运营商之间的带宽权重映射表，并预置于列车上，根据实时GPS定位值，查找带宽权重映射表中最近的GPS定位点，并结合各运营商的当前网络状态，计算网络带宽分配比例，根据计算出的网络带宽分配比例将网络流量分配到不同网卡上；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的高铁运行过程中网络带宽利用率较低、用户体验感较差的缺陷。

技术领域

本发明涉及通信网络，具体涉及一种基于GPS的高铁网络动态负载均衡方法。

背景技术

中国“复兴号”高铁的运行速度可达350km/h，大约5~10s就能穿越一个常规无线蜂窝小区，高速下无线信号的多普勒频偏效应明显，小区切换频繁，4G或5G无线通信的上下行带宽波动非常大，常规拥塞控制和负载均衡方法在这种场景下基本失效。基于模组信号预测带宽难度太大，需要在模组基带处理上做修改，而且信号质量和实际可承载的网络能力，因为公网基站调度原因，不一定能够完全匹配。高铁运行范围非常广泛，跨越省、市，甚至是东西南北地域，各运营商基站和信号覆盖的差异度较大，目前高铁上车地通信为了尽可能保证网络覆盖和通信质量，一般会使用多模组、多运营商接入的组网方式。

当前，高铁上车地通信网络，一般是基于等价路由，并配合Netfilter中的NTH模块平分链接或者数据包到各个网卡上；或者配置等价路由后，再基于目的地址或者源地址，选择固定路由出网等常规负载均衡方法。

NTH方式，可以让网络业务平均负载在各个运营商上，但是实际情况是各运营商的网络质量不同，而且同一运营商不同地点的网络质量也不相同，简单的均分负载会导致网络利用率降低，用户体验感非常差。同样，绑定目的地址或者源地址的方式不能发挥多模组、多运营商的优势，无法有效提升用户体验。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于GPS的高铁网络动态负载均衡方法，能够有效克服现有技术所存在的高铁运行过程中网络带宽利用率较低、用户体验感较差的缺陷。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于GPS的高铁网络动态负载均衡方法，包括以下步骤：

S1、根据列车运行路线，结合GPS信息，获取运行路线全路段各运营商的上下行网络最大吞吐率；

S2、根据带宽权重计算周期T，计算出GPS定位点与各运营商之间的带宽权重映射表，并预置于列车上；

S3、根据实时GPS定位值，查找带宽权重映射表中最近的GPS定位点，并结合各运营商的当前网络状态，计算网络带宽分配比例；

S4、根据计算出的网络带宽分配比例将网络流量分配到不同网卡上。

优选地，S1中获取运行路线全路段各运营商的上下行网络最大吞吐率，可以通过iperf3网络测速软件进行检测。

优选地，S2中根据带宽权重计算周期T，计算出GPS定位点与各运营商带宽权重映射表，包括：

基于列车运行速度，选择合适负载均衡调度周期，并以负载均衡调度周期作为带宽权重计算周期T，采用下式计算网络带宽权重：

其中，为当前GPS定位点的网络带宽权重，为当前GPS定位点的网络带宽，为下一个GPS定位点的网络带宽，一般按照列车穿越一个蜂窝小区的时间作为带宽权重计算周期T。

优选地，S3中结合各运营商的当前网络状态，计算网络带宽分配比例，采用下式计算：