一种用于布控球的网络切换方法及系统与流程

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：

1、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。

2、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。

技术实现思路

1、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；

2、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，

3、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。

4、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。

5、所述当前网络的发展预测p(t)表达式为：

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8、所述备选网络的发展预测p'(t)表达式为：

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12、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。

13、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：

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15、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。

16、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。

17、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：

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19、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。

20、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。

21、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。

22、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：

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24、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。

25、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。

26、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。

27、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。

28、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。

29、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。

30、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。

31、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。

32、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。

33、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。

34、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；

35、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。

36、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。

37、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。

38、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。

39、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。

40、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。

41、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。

42、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。