[发明专利]分区优化的城市mesh网络物联网平台

说明书

本发明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。

(一)技术领域

本发明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，本发明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)背景技术

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。

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。

注意到上述问题，本发明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，本发明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。本发明建立城市级的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)发明内容

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。

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。

本发明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。