一種衛星通信系統反饋型QoS保障系統及保障方法

2023-05-31 22:12:16 4

專利名稱：一種衛星通信系統反饋型QoS保障系統及保障方法
技術領域：
本發明涉及一種衛星通信系統反饋型QoS保障系統及保障方法，應用在衛星通信系統中。
背景技術：
隨著全球網絡化、信息化需求的不斷發展，地面通信網絡已經不能滿足人們日益增長的多媒體通信需求，利用通信衛星進行數據的高效傳輸成為重要的解決方法，尤其是寬帶多媒體通信衛星技術的迅猛發展，使得衛星通信系統可以承載多種多媒體業務，如視頻會議、VoIP、視頻通話、Web瀏覽、FTP下載等。為了使用戶獲得良好的端到端業務體驗，需要系統提供一個合理的QoS保障方案。由於衛星通信資源有限，有時會突發無線信道短暫性質量下降、網絡中突發流量激增等情況，使業務傳輸的實時性受到影響。針對此情況需要為衛星通信的QoS保障方案提供一個反饋機制，使系統具有一定抵禦上述突發情況的能力。目前的衛星通信QoS保障技術一般不具有策略反饋功能，對於包括此功能的，主要是在查詢到隊列中緩存的業務包數超過閾值時，產生一個QoS信令發送至業務發送端，降低業務發送速率。此方法在衛星通信系統中不能及時應對資源受限情況，產生的處理延時是衛星通信所不能容忍的。所以需要一個能夠及時解決短暫性資源受限問題的反饋型QoS系統。本方法是在專利一種衛星通信系統端到端服務質量保障方法的基礎上提出的。在端到端服務質量保障方法中增加策略反饋模塊，周期性查看資源佔用情況與緩衝區隊列長度，當突發資源受限，則將觸發策略生成模塊實施兩級保障方法。當突發資源不足情況解除後，業務恢復原先的QoS策略配置目前尚無本發明所述的衛星通信系統反饋型QoS保障方法。

發明內容
本發明的技術解決問題是針對衛星通信系統無線資源有限，且衛星網絡易受突發流量影響的問題，提供一種衛星通信系統反饋型QoS保障系統及方法，此系統及方法可通過兩級反饋方法抵抗無線資源不足、網絡流量激增、信道質量下降所帶來的影響，同時符合衛星通信系統QoS保障的要求。本發明技術解決方案如下一種衛星通信系統端到端服務質量保障系統，包括主站業務識別模塊(I)、主站策略生成模塊(2)、主站策略實施模塊(3)、主站QoS信令發送模塊(4)、小站QoS信令接收模塊(5)、小站策略實施模塊(6)和主站策略反饋模塊(7);其中主站業務識別模塊(I)，獲取並識別業務申請信令與業務數據，通過解析業務申請信令獲取業務特性信息，向主站策略生成模塊(2)傳遞此業務特性信息，並將業務數據映射至主站策略實施模塊(3);所述業務特性信息包括會話ID參數、業務類型參數、業務發送埠與IP位址參數、業務發送速率參數、控制信令帶寬參數、業務編碼方式參數；所述業務申請信令為SIP信令，在SIP信令中需要識別INVITE信令、200 OK信令、BYE信令，其中識別INVITE信令和200 OK信令用於生成業務特性信息，識別BYE信令用於向主站策略生成模塊(2)提供業務承載釋放信息；主站策略生成模塊(2)，接收主站業務識別模塊⑴傳遞的業務特性信息，依據業務特性信息，決定是否準入申請業務，如果準入則通過策略生成算法生成策略控制規則表，並向主站策略實施模塊(3)傳遞策略控制規則表，向主站QoS信令發送模塊(4)傳遞QoS 標識參數；所述策略控制規則表包括會話ID參數、業務類型參數、QoS標識參數、最大比特速率參數、保障比特速率參數，及保持與釋放優先級參數；若主站策略生成模塊(2)接收到主站業務識別模塊(I)傳遞的業務承載釋放信息，則查找相應策略控制規則表，將找到的策略控制規則表釋放並指示主站策略實施模塊(3)撤銷相應QoS配置；若主站策略生成模塊(2)接收到主站策略反饋模塊(7)傳遞的反饋信息，主站策略生成模塊(2)按照反饋信息修改策略控制規則表；主站策略實施模塊(3)，接收主站策略生成模塊(2)傳遞的策略控制規則表，依照策略控制規則表生成業務流模板、配置包過濾器與動態隊列，並向主站策略生成模塊(2)提供策略實施確認信息，向主站QoS信令發送模塊(4)傳遞業務流模板信息；所述業務流模板與包過濾器包括源業務終端IP位址和埠號、目的業務終端IP位址和埠號，及會話ID信息；所述動態隊列用於承載主站業務識別模塊(I)識別出的業務數據，動態隊列的配置包括獲取隊列長度、隊列控制參數、隊列ID、隊列優先級及令牌桶速率配置，主站策略實施模塊(3)若收到撤銷QoS配置指示信息，則釋放相應QoS配置並向主站QoS信令發送模塊(4)提供撤銷信息； 主站QoS信令發送模塊(4)，獲取主站策略生成模塊(2)傳遞來的QoS標識參數及主站策略實施模塊(3)傳遞來的業務流模板信息後，生成QoS信令，並向小站QoS信令接收模塊(5)發送生成的QoS信令，如果從主站策略實施模塊(3)獲取撤銷信息，則生成撤銷信令，並將撤銷信令發送至小站QoS信令接收模塊(5)；小站QoS信令接收模塊(5)，從接收到的QoS信令中解析QoS參數，並向小站策略實施模塊(6)傳遞此QoS參數；所述QoS參數分為QoS配置參數和配置撤銷參數；QoS配置參數包括QqS標識參數及業務流模板信息；小站策略實施模塊(6)，依據從小站QoS信令接收模塊(5)接收到的QoS參數，對小站進行QoS配置或配置撤銷操作。主站策略反饋模塊(7)周期性查詢策略實施模塊(3)中的資源佔用情況、無線信道質量以及MAC層緩衝區，策略實施模塊(3)將MAC層調度緩衝區業務隊列長度參數及資源佔用大小參數傳遞給主站策略反饋模塊(7)，如果主站策略反饋模塊(7)發現MAC層調度緩衝區業務隊列長度參數超過提前設定的閾值、資源佔用大小參數大於系統帶寬資源，則主站策略反饋模塊(7)觸發反饋算法並生成反饋信息，主站策略反饋模塊(7)將反饋信息傳遞給策略生成模塊(2)，策略生成模塊(2)依據反饋信息生成修改的策略控制規則表並將策略控制規則表傳遞給策略實施模塊(3)，使系統承載的各種業務在資源受限的情況下獲得合理的QoS保障，同時主站策略實施模塊將觸發主站QoS信令發送模塊(4)向小站QoS信令接收模塊(5)發送QoS修改信令，QoS修改信令包括修改的QoS參數，即修改的QoS標識參數和業務流模板信息，促使小站策略實施模塊(6)完成QoS配置修改；主站資源反饋模塊(7)實時查看資源佔用情況及MAC層調度緩衝區業務隊列長度，判斷突發資源受限情況是否徹底恢復，如果資源受限情況消失，則恢復主站策略實施模塊(3)和小站策略實施模塊(6)中原有業務QoS配置策略。
一種衛星通信系統端到端服務質量保障方法，實現步驟如下步驟1，主站業務識別獲取並識別業務申請信令與業務數據，通過解析業務申請信令獲取業務特性信息，將所述業務特性信息送至步驟2，並將業務數據映射至步驟3 ;所述業務特性信息包括會話ID參數、業務類型參數、業務發送埠與IP位址參數、業務發送速率參數、控制信令帶寬參數、業務編碼方式參數；所述業務申請信令為SIP信令，在SIP信令中需要識別INVITE信令、200 OK信令、BYE信令，其中識別INVITE信令和200 OK信令用於生成業務特性信息，識別BYE信令送至步驟2，用於提供業務承載釋放信息；步驟2，主站策略生成接收業務特性信息，依據業務特性信息決定是否準入申請業務，如果準入則通過策略生成算法生成策略控制規則表，並將策略控制規則表傳遞至步驟3，將QoS標識參數送遞至步驟4 ;所述策略控制規則表包括會話ID參數、業務類型參數、QoS標識參數、最大比特速率參數、保障比特速率參數,及保持與釋放優先級參數；若接收到步驟I傳遞的業務承載釋放信息，則查找相應策略控制規則表，將找到的策略控制規則表釋放並執行步驟3撤銷相應QoS配置；若接收到步驟7傳遞的反饋信息，則依據反饋信息生成修改的策略控制規則表並將此修改的策略控制規則表傳遞給步驟3，使系統承載的各種業務在資源受限的情況下獲得合理QoS保障；步驟3，主站策略實施接收步驟2傳遞的策略控制規則表，依照策略控制規則表生成業務流模板、配置包過濾器與動態隊列，並反饋策略實施確認信息，向步驟4傳遞業務流模板信息；所述業務流模板與包過濾器包括源業務終端IP位址和埠號、目的業務終端IP位址和埠號，及會話ID信息；所述動態隊列用於承載步驟I識別出的業務數據，動態隊列的配置包括獲取隊列長度、隊列控制參數、隊列ID、隊列優先級及令牌桶速率配置，在此步驟3中若收到撤銷QoS配置指示信息，則釋放相應QoS配置並向步驟4提供撤銷信息，若收到修改的策略控制規則表則將觸發步驟4發送QoS修改信令，QoS修改信令包括修改的QoS參數，既修改QoS標識參數和業務流模板信息，促使步驟6完成QoS配置修改；步驟4，主站QoS信令發送獲取步驟2傳遞來的QoS標識參數及步驟3傳遞來的業務流模板信息後，生成QoS信令，並向步驟5發送生成的QoS信令，如果從步驟3獲取撤銷信息，則生成撤銷信令，並將撤銷信令發送至步驟5 ；步驟5，小站QoS信令接收從接收到的QoS信令中解析QoS參數，並向步驟6傳遞此QoS參數；所述QoS參數分為QoS配置參數和配置撤銷參數；QoS配置參數包括QoS標識參數及業務流模板信息；步驟6，小站策略實施依據從步驟5接收到的QoS參數，對小站進行QoS配置或配置撤銷操作。步驟7，主站策略反饋周期性查詢系統中的資源佔用情況、無線信道質量以及MAC層緩衝區，判斷MAC層調度緩衝區業務隊列長度參數是否超過提前設定的閾值、資源佔用大小參數是否大於系統帶寬資源，如大於則觸發反饋算法並生成反饋信息，將反饋信息傳遞給步驟2，在此步驟中實時查看資源佔用情況及MAC層調度緩衝區業務隊列長度，判斷突發資源受限情況是否徹底恢復，如果資源受限情況消失，則恢復原有業務QoS配置策略。
所述策略生成算法包括QoS標識生成算法、業務帶寬獲取算法、保持與釋放優先級獲取算法，其中QoS標識生成算法生成針對申請業務的QoS標識，此申請業務的QoS標識與一組QoS保障特性相對應；業務帶寬獲取算法用於生成此申請業務在衛星通信系統中獲得的帶寬保障參數；保持與釋放優先級獲取算法生成保持與釋放優先級參數，此保持與釋放優先級參數用於在資源受限情況下對承載業務的臨時性釋放提供優先級順序；最後將QoS標識生成算法QoS標識參數、業務帶寬獲取算法所獲得的帶寬保障參數、保持與釋放優先級獲取算法所獲得的保持與釋放優先級參數寫入策略控制規則表。所述QoS標識生成算法實現如下(I)從步驟I獲取業務類型參數，若此時衛星通信系統已運行一段時間，衛星通信系統中已存在策略控制規則表則轉入(2);若此時衛星通信系統為初始狀態，衛星通信系統內尚無策略控制規則表生成則轉入(3)；(2)查詢此業務類型參數的策略控制規則表是否已經存在，若存在對應策略控制規則表則直接分配此業務對應的QoS標識，否則進入(3)；(3)判斷業務是否為RTCP (實時傳輸控制協議)業務，並識別是RTCP中的audio、video、application、control、data業務中的哪一種，之後依照不同的業務類型為QoS標識參數進行賦值，其中data業務需依照用戶等級的不同分別進行賦值。所述業務帶寬獲取算法(I)從步驟I獲取業務申請信令中的帶寬參數，之後查詢申請業務信令是否為RTCP(實時傳輸控制協議)業務，如果不是，查看業務申請信令中的帶寬信息中是否含有業務速率信息b，若無則帶寬值賦為0，如果是，則帶寬值為b ~k 1000 ；(2)若申請業務為RTCP業務，查看RTCP中的RR(接收報告)帶寬與SR(發送報告)帶寬是否同時存在，如同時存在則帶寬值為RR速率與SR速率之和；在RTCP業務情況下，若RR與SR不同時存在且無業務速率信息b，則帶寬值賦值為保障比特速率； (3)在RTCP業務情況下，若僅有RS帶寬與業務速率信息b，則帶寬賦值為Max [O. 05 * 1000 * b，RS];在RTCP業務情況下，若僅有RR帶寬和業務速率信息b，則帶寬賦值為Max
;在RTCP業務情況下，若僅有業務速率信息b，則帶寬賦值為 Max [O. 05 * 1000 * b]。所述保持與釋放優先級獲取算法首先從步驟I獲取業務類型參數，其中業務類型參數為audio、viedo、application、control、data,根據不同業務類型參數為保持與釋放優先級賦值，取值範圍為1_4。所述反饋算法實現如下反饋算法採用速率降級和按優先級釋放兩種方法，當反饋算法在步驟7中被觸發時，將首先採用速率降級策略，若速率降級策略失效則採用按優先級釋放策略；若啟動速率降級策略，步驟7獲取所有正在連接業務的策略控制規則表，查詢其中的業務ID參數、QoS標識參數與保障比特速率參數，將QoS標識最低的業務，即實時性較差的端到端業務進行速率降級處理，計算如果此業務採用保障比特速率進行QoS配置，是否可解決資源受限問題，如可以解決則完成反饋算法，將反饋信息傳遞給步驟2，此時反饋信息包括需要進行速率降級的業務ID號。如不可解決資源受限問題，則觸發按優先級釋放方法；若啟動優先級釋放方法策略，則查找步驟2的策略控制規則表中的釋放與保持優先級參數，比較獲取的各業務的釋放與保持優先級參數，並在主站策略實施模塊中將此優先級參數最小的業務暫時釋放，完成反饋算法。本發明與現有技術相比的有益效果是(I)反饋處理更及時、處理時延短在端到端服務質量保障方法中增加策略反饋模塊，周期性查看資源佔用情況與緩衝區隊列長度，當突發資源受限時，將觸發策略生成模塊實施兩級保障方法。當突發資源不足情況解除後，業務恢復原先的QoS策略配置。通過策略反饋模塊探測資源佔用情況以及物理信道質量情況，將反饋信息直接遞交給策略生成模塊進行處理，而非傳送到業務終端進行調節，可極大降低系統的處理延時。同時通過預先 在策略生成模塊中分配的釋放保持優先級參數，使業務釋放處理更加迅速，保證策略更新的時效性，有效降低系統反饋處理時間。(2)更適合短暫性可恢復的鏈路資源受限情況此方法將更適合衛星通信系統。衛星通信資源有限，對於網絡突發流量激增情況缺乏抵抗性，而且衛星信道容易受天氣等影響，會出現突發的信道質量下降。但以上兩種情況均有短暫性特點，即在一段時間內，系統資源受限的情況將有所改善，所以反饋策略也應該具有這種暫時性特點。當資源恢復後，應重新實施被暫時放棄的業務QoS配置，使系統對極端狀態的處理具有可恢復性，提高系統抵禦極端情況的能力。(3)具有兩級保障模式通過速率降級與按優先級釋放兩級保障模式，可以在資源受限不嚴重的情況下，通過降低業務在主站中的速率配置與業務調度配置，而不用斷開業務連接，來緩解資源緊張情況。如資源受限嚴重，則選擇斷開實時性較低的業務，為更高實時性的業務爭取更多的資源。通過這種方式，可針對實際資源受限情況，按照不同的方式進行處理，可使端到端業務在極端情況下得到最好的服務質量保障。(4)本發明對業務的實時性保障更為嚴格QoS保障通過與SIP信令相結合，可以獲得業務種類、業務速率、編碼方式、業務IP位址及埠號等有關申請業務的詳細參數信息，依據獲取的業務參數信息通過策略生成算法生成控制規則表，為策略實施模塊提供策略保障方案。此方法可以更加細緻的區分實時性業務的類型與帶寬保障要求，可以使策略實施模塊根據不同的終端、不同的業務類型、不同的用戶要求為實時性業務提供差異細緻可靠的服務質量保障，使得QoS保障更為嚴格，業務傳輸可靠性更高。另外，通過與SIP信令結合，可使QoS策略在會話連接建立之前生效，使會話建立與QoS保障建立相融合，降低QoS處理時延。(5)本發明網絡資源佔用率低本發明採用QoS標識作為主站與小站之間傳遞的QoS參數。由主站的策略生成算法為QoS標識參數賦值，一個QoS標識值對應一組QoS特性，如業務類型、優先級、數據包時延和數據包丟失率。QoS標識值與QoS特性的對應表提前配置在主站與小站中，小站在接收到QoS信令後獲得QoS標識值參數，查找對照表配置隊列。通過此方法可簡化QoS信令中複雜的QoS參數，進而降低衛星通信系統資源的佔用率。(6)本發明可在衛星通信系統中提供動態端到端的服務質量保障本發明可識別網絡中的不同業務終端，使得地面網絡中對終端業務的保障延續到衛星通信中，使業務從源終端發出到目的終端接收的整個過程中獲得一致性的服務質量保障，在地面網絡與衛星網絡之間不用提供任何轉換設備。同時主站中的承載隊列均是依據策略控制規則表動態建立的，當業務中斷時，可及時撤銷策略並銷毀隊列及相關配置，這種動態處理方式可以節約系統內存開銷，使業務的保障更加可靠精確。


圖1為本發明中衛星通信系統反饋型QoS保障系統的QoS組成框圖；圖2為本發明中衛星通信系統反饋型QoS保障方法的實現流程圖；圖3為本發明反饋型QoS信令處理流程圖；圖4為本發明中QoS標識生成算法實現流程圖；圖5為本發明中業務帶寬獲取算法實現流程圖；圖6為包過濾器與專用隊列結構圖；圖7為QoS信令結構圖；圖8為本發明反饋算法流程圖。具體的實施方式如圖I所示，本發明的衛星通信系統反饋型QoS保障系統由以下幾個模塊組成主站業務識別模塊I、主站策略生成模塊2、主站策略實施模塊3、主站QoS信令發送模塊4、小站QoS信令接收模塊5、小站策略實施模塊6和主站策略反饋模塊7。主站業務識別模塊1，獲取並識別業務申請信令與業務數據，通過解析業務申請信令獲取業務特性信息，向主站策略生成模塊2傳遞此業務特性信息，並將業務數據映射至主站策略實施模塊3 ;所述業務特性信息包括會話ID參數、業務類型參數、業務發送埠與IP位址參數、業務發送速率參數、控制信令帶寬參數、業務編碼方式參數；所述業務申請信令為SIP信令，在SIP信令中需要識別INVITE信令、200 OK信令、BYE信令，其中識別INVITE信令和200 OK信令用於生成業務特性信息，識別BYE信令用於向主站策略生成模塊2提供業務承載釋放信息；主站策略生成模塊2，接收主站業務識別模塊I傳遞的業務特性信息，依據業務特性信息，決定是否準入申請業務，如果準入則通過策略生成算法生成策略控制規則表，並向主站策略實施模塊3傳遞策略控制規則表，向主站QoS信令發送模塊4傳遞QoS標識參數；所述策略控制規則表包括會話ID參數、業務類型參數、QoS標識參數、最大比特速率參數、保障比特速率參數，及保持與釋放優先級參數；若主站策略生成模塊2接收到主站業務識別模塊I傳遞的業務承載釋放信息，則查找相應策略控制規則表，將找到的策略控制規則表釋放並指示主站策略實施模塊3撤銷相應QoS配置；若主站策略生成模塊2接收到主站策略反饋模塊7傳遞的反饋信息，主站策略生成模塊2按照反饋信息修改策略控制規則表;主站策略實施模塊3，接收主站策略生成模塊2傳遞的策略控制規則表，依照策略控制規則表生成業務流模板、配置包過濾器與動態隊列，並向主站策略生成模塊2提供策略實施確認信息，向主站QoS信令發送模塊4傳遞業務流模板信息；所述業務流模板與包過濾器包括源業務終端IP位址和埠號、目的業務終端IP位址和埠號，及會話ID信息；所述動態隊列用於承載主站業務識別模塊I識別出的業務數據，動態隊列的配置包括獲取隊列長度、隊列控制參數、隊列ID、隊列優先級及令牌桶速率配置，主站策略實施模塊3若收到撤銷QoS配置指示信息，則釋放相應QoS配置並向主站QoS信令發送模塊4提供撤銷信息；主站QoS信令發送模塊4，獲取主站策略生成模塊2傳遞來的QoS標識參數及主站策略實施模塊3傳遞來的業務流模板信息後，生成QoS信令，並向小站QoS信令接收模塊5發送生成的QoS信令，如果從主站策略實施模塊3獲取撤銷信息，則生成撤銷信令，並將撤銷信令發送至小站QoS信令接收模塊5 ;小站QoS信令接收模塊5，從接收到的QoS信令中解析QoS參數,並向小站策略實施模塊6傳遞此QoS參數；所述QoS參數分為QoS配置參數和配置撤銷參數；QoS配置參數包括QoS標識參數及業務流模板信息；小站策略實施模塊6,依據從小站QoS信令接收模塊5接收到的QoS參數，對小站進行QoS配置或配置撤銷操作；
主站策略反饋模塊7周期性查詢策略實施模塊3中的資源佔用情況、無線信道質量以及MAC層緩衝區，策略實施模塊3將MAC層調度緩衝區業務隊列長度參數及資源佔用大小參數傳遞給主站策略反饋模塊7，如果主站策略反饋模塊7發現MAC層調度緩衝區業務隊列長度參數超過提前設定的閾值、資源佔用大小參數大於系統帶寬資源，則主站策略反饋模塊7觸發反饋算法並生成反饋信息，主站策略反饋模塊7將反饋信息傳遞給策略生成模塊2，策略生成模塊2依據反饋信息生成修改的策略控制規則表並將策略控制規則表傳遞給策略實施模塊3，使系統承載的各種業務在資源受限的情況下獲得合理的QoS保障，同時主站策略實施模塊將觸發主站QoS信令發送模塊4向小站QoS信令接收模塊5發送QoS修改信令，QoS修改信令包括修改的QoS參數，即修改的QoS標識參數和業務流模板信息，促使小站策略實施模塊6完成QoS配置修改；主站資源反饋模塊7實時查看資源佔用情況及MAC層調度緩衝區業務隊列長度，判斷突發資源受限情況是否徹底恢復，如果資源受限情況消失，則恢復主站策略實施模塊3和小站策略實施模塊6中原有業務QoS配置策略。圖2為衛星通信系統反饋型QoS保障方法的實現流程圖，從圖2中可以看出此衛星通信系統端到端服務質量保障方法的完整實施過程。圖3為衛星通信系統反饋型QoS保障的信令流程，從圖3中可以看出QoS策略的生成和實施融合於會話初始化信令的交互過程中，即在會話連接建立之前，完成主站與小站的QoS配置，降低QoS處理對業務傳輸的時延，提高系統效率。下面結合圖1、2、3、4、5、6、7、8對本發明各部分進行詳細說明。I、業務信息識別通過接收SIP協議INVITE信令，獲取信令中以下欄位內容從Call-ID欄位中獲得會話ID,用以唯一標識一次會話；從111欄位中獲取業務類型(audio, video, data,application, control)和業務發送埠號；從c欄位中獲取發送業務終端的IP位址；從b欄位獲取業務發送速率，對於有些業務申請還帶有RTCP協議所需的帶寬信息；從a欄位獲取業務編碼方式等。將獲取的業務信息存入結構體中,傳入主站策略生成模塊2。2、生成策略控制規則表主站策略生成模塊2接收到業務特性信息,依據業務特性信息，決定是否準入申請業務，如果準入則通過策略生成算法生成策略控制規則表，策略控制規則表用於為主站策略生成模塊2配置策略提供依據；所述策略控制規則表包括會話ID參數、業務類型參數、QoS標識參數、最大比特速率參數、保障比特速率參數,及保持與釋放優先級參數。圖4為本發明中QoS標識生成算法實現流程圖，其算法流程如下從主站業務識別模塊I獲取業務類型參數，若此時衛星通信系統已運行一段時間，衛星通信系統中已存在策略控制規則表，則查詢此業務類型參數的策略控制規則表是否已經存在，若存在對應策略控制規則表則直接分配此業務對應的QoS標識；若此時衛星通信系統為初始狀態，衛星通信系統內尚無策略控制規則表，則查看申請業務類型及是否為RTCP業務，如果為RTCP及audio業務，則QoS標識值為I ;如果為RTCP及video業務，則QoS標識值為2 ;如果僅為audio業務,則QoS標識值為3 ;如果僅為video業務,則QoS標識值為4 ;如果為application業務,則QoS標識值為I ;如果為control業務,則QoS標識值為5 ;如果為data業務則根據不同用戶等級分別將標識值賦值為6、7、8 ;若是其它業務類型，則QoS標識賦值為9。圖5為本發明中業務帶寬獲取算法實現流程圖，其算法流程如下從主站業務識別模塊I獲取業務申請信令中的帶寬參數，之後查詢申請業務信令是否為RTCP(實時傳輸控制協議)業務，如果不是，查看業務申請信令中的帶寬信息中是否含有業務速率信息b，若無則帶寬值賦為0，如果是，則帶寬值為b * 1000 ;若申請業務為RTCP業務，查看RTCP中的RR(接收報告)帶寬與SR(發送報告)帶寬是否同時存在，如同時存在則帶寬值為RR速率與SR速率之和；在RTCP業務情況下，若RR與SR不同時存在且無業務速率信息b，則帶寬值賦值為保障比特速率；在RTCP業務情況下，若僅有RS帶寬與業務速率信息b，則帶寬賦值為Max [O. 05 * 1000 * b，RS];在RTCP業務情況下，若僅有RR帶寬和業務速率信息b，則帶寬賦值為Max [O. 05 * 1000 * b，RR];在RTCP業務情況下，若僅有業務速率信息b，則帶寬賦值為 Max [O. 05 * 1000 * b]。如下表I所示，QoS標識參數對應一組QoS特性，即資源類型、業務優先級、數據包延時和數據包丟失率。此對應關係以一張表的形式被提前配置到主站與小站中，主站策略實施模塊3和小站策略實施模塊6接收到QoS標識之後，通過查表即可獲知需要為對應業務提供何種級別的服務保障。策略控制規則表以鍊表的形式存儲在主站中，其中會話ID欄位用以標識不同業務連接的策略控制規則表。每生成一個新的規則表，將其插在鍊表中的第一個位置。3、策略實施主站策略實施模塊3獲得策略控制規則表，通過其中的業務類型、源目的IP位址和源目的埠號參數生成包過濾器，包過濾器負責對業務數據的篩選。在每個包過濾器之後動態生成一個數組循環隊列，此隊列長度、隊列控制參數、隊列ID、隊列優先級信息保存在隊列頭部中，隊列的相關參數由策略控制規則表中的QoS標識參數、業務速率參數以及QoS標識與QoS特性對應表提供，在每一個循環隊列之後配置令牌桶以調節業務發送速率，令牌速率嚴格按照策略控制規則表參數中的業務發送速率配置。圖6所示為包過濾器與專用隊列結構示意圖。4、QoS信令的發送與接收在主站生成策略控制規則表並完成QoS策略配置後，主站生成QoS信令發送給小站，QoS信令包含兩個部分，一個是由主站策略生成模塊2生成的QoS標識參數，一個是主站策略實施模塊3生成的業務流模板信息，業務流模板信息包括包過濾器更新信息。小站接收到QoS信令後，獲取業務流模板，更新小站中的包過濾器配置，並獲得QoS標識參數，查找提前配置在小站中的QoS信令與QoS特性對應表獲得配置參數，之後配置隊列與令牌桶參數，完成業務承載的建立。圖7所示為QoS信令結構示意圖。5、策略的釋放
當主站業務識別模塊I收到SIP協議的BYE信令後，將獲取其中的會話ID信息，並在主站策略生成模塊2中查找並刪除相應的策略控制規則表，在主站策略實施模塊3中撤銷包過濾器和與之對應的循環隊列。同時小站策略實施模塊6在收到撤銷信息後完成循環隊列與包過濾器的撤銷。6、業務過濾與映射主站策略實施模塊3中的隊列是依據策略控制規則表動態建立的，用於承載實時性的業務，可以為實時性業務提供嚴格的低延時與低丟包保障，每一個隊列都是一個具有特定QoS保障的IP承載。對於到達的業務數據，首先在主站業務識別模塊I完成業務識別 功能，將業務區分為音頻、視頻、HTTP、FTP、TELNET等不同業務。區分的業務需要經過包過濾器進行篩選，業務數據按照一定的優先級經過包過濾器，符合某一包過濾器的業務數據被映射至與過濾器相對應的動態隊列中，若無一包過濾器與之對應則丟棄業務數據包，衛星通信系統將不對此類業務進行處理。本發明可為目前衛星通信系統的業務傳輸提供可靠的服務質量保障，可識別更為詳細的業務信息，能夠為不同終端的各種實時性業務提供嚴格的帶寬與延時保障，依靠在主站與小站之間傳遞的QoS標識參數極大的簡化了 QoS信令的複雜度，業務承載的建立及其QoS配置動態化。表I為QoS標識與QoS特性對應表；
qUj 速率數據包時延數據包丟失率典型業務舉例
1600msIO'2會話語音
2650ms__IT__多媒體會話信令_
3保障速 700ms__lT__會話視頻(直播流媒體)
— 4 率 ^700^^ 10_6 一非會話視頻(緩衝流媒體)
L0076」-----
5800ms1(Γ6實時式遊戲
61000msIO-3交互式遊戲
7
——-不保障 ιηηηιη-6視頻(緩衝流)、實時文字聊天、
-J-速率 1CKK)mS10某些TCP業務等
97、QoS策略反饋主站策略反饋模塊7周期性查看主站策略實施模塊3中的資源佔用情況和調度緩衝區隊列長度，若出現資源受限情況則向主站策略生成模塊2傳遞反饋信息。主站策略反饋模塊7調出系統承載的所有業務的策略控制規則表，從中獲取業務ID參數、QoS標識參數與保障比特速率參數。查找QoS標識最低的業務，計算若此業務採用保障比特速率在主站策略實施模塊3中進行QoS配置，是否可以緩解資源受限，若可以則改變此業務的QoS配置，將令牌桶的速率規劃參數賦值為保障比特速率。若不能緩解資源受限，則繼續查找QoS標識相同或次低的業務，計算若此業務也採用保障比特速率進行配置，是否可以緩解資源受限情況，若不能則繼續查找直到所有業務速率降級，如果仍不能滿足資源要求，則放棄速率降級方法，採用按優先級釋放方法。如果速率降級不能滿足當前資源受限情況，將採用按優先級釋放的方法。主站策略反饋模塊7查看主站策略生成模塊2中的策略控制規則表的釋放保持優先級參數，在系 統所承載的所有業務中查找優先級最低的業務，其代表此業務的實時性與其他業務相比略 低，在主站策略實施模塊3中將此業務的包過濾器與專用隊列暫時撤銷，釋放此業務的承 載，用以緩解資源受限情況。此方法以犧牲實時性較差業務的連續性為代價，在極端情況下 保障高實時性業務的可靠性。這種釋放僅是暫時性的，被釋放業務的QoS配置被保存在主 站策略實施模塊3中，當無線資源恢復正常後，重新承載此業務。按優先級釋放採用暫時性 的應急處理方式。
權利要求
1.一種衛星通信系統反饋型Q0S保障系統，其特徵在於包括主站業務識別模塊(I)、主站策略生成模塊(2)、主站策略實施模塊(3)、主站QoS信令發送模塊(4)、小站QoS信令接收模塊(5)、小站策略實施模塊(6)和主站策略反饋模塊(7);其中 主站業務識別模塊(I)，獲取並識別業務申請信令與業務數據，通過解析業務申請信令獲取業務特性信息，向主站策略生成模塊(2)傳遞此業務特性信息，並將業務數據映射至主站策略實施模塊(3);所述業務特性信息包括會話ID參數、業務類型參數、業務發送埠與IP位址參數、業務發送速率參數、控制信令帶寬參數、業務編碼方式參數；所述業務申請信令為SIP信令，在SIP信令中需要識別INVITE信令、200 OK信令、BYE信令，其中識別INVITE信令和200 OK信令用於生成業務特性信息，識別BYE信令用於向主站策略生成模塊(2)提供業務承載釋放信息； 主站策略生成模塊(2)，接收主站業務識別模塊(I)傳遞的業務特性信息，依據業務特性信息，決定是否準入申請業務，如果準入則通過策略生成算法生成策略控制規則表，並向主站策略實施模塊(3)傳遞策略控制規則表，向主站QoS信令發送模塊(4)傳遞QoS標識參數；所述策略控制規則表包括會話ID參數、業務類型參數、QoS標識參數、最大比特速率參數、保障比特速率參數，及保持與釋放優先級參數；若主站策略生成模塊(2)接收到主站業務識別模塊(I)傳遞的業務承載釋放信息，則查找相應策略控制規則表，將找到的策略控制規則表釋放並指示主站策略實施模塊(3)撤銷相應QoS配置；若主站策略生成模塊(2)接收到主站策略反饋模塊(7)傳遞的反饋信息，主站策略生成模塊(2)依據反饋信息生成修改的策略控制規則表並將此修改的策略控制規則表傳遞給策略實施模塊(3)，使系統承載的各種業務在資源受限的情況下獲得合理QoS保障； 主站策略實施模塊(3)，接收主站策略生成模塊(2)傳遞的策略控制規則表，依照策略控制規則表生成業務流模板、配置包過濾器與動態隊列，並向主站策略生成模塊(2)提供策略實施確認信息，向主站QoS信令發送模塊(4)傳遞業務流模板信息；所述業務流模板與包過濾器包括源業務終端IP位址和埠號、目的業務終端IP位址和埠號，及會話ID信息；所述動態隊列用於承載主站業務識別模塊(I)識別出的業務數據，動態隊列的配置包括獲取隊列長度、隊列控制參數、隊列ID、隊列優先級及令牌桶速率配置，主站策略實施模塊(3)若收到撤銷QoS配置指示信息，則釋放相應QoS配置並向主站QoS信令發送模塊(4)提供撤銷信息，若主站策略實施模塊(3)收到修改的策略控制規則表則將觸發主站QoS信令發送模塊(4)向小站QoS信令接收模塊(5)發送QoS修改信令，QoS修改信令包括修改的QoS參數，既修改QoS標識參數和業務流模板信息，促使小站策略實施模塊(6)完成QoS配置修改； 主站QoS信令發送模塊(4)，獲取主站策略生成模塊(2)傳遞來的QoS標識參數及主站策略實施模塊(3)傳遞來的業務流模板信息後，生成QoS信令，並向小站QoS信令接收模塊(5)發送生成的QoS信令，如果從主站策略實施模塊(3)獲取撤銷信息，則生成撤銷信令，並將撤銷信令發送至小站QoS信令接收模塊(5)； 小站QoS信令接收模塊(5)，從接收到的QoS信令中解析QoS參數，並向小站策略實施模塊(6)傳遞此QoS參數；所述QoS參數分為QoS配置參數和配置撤銷參數；QoS配置參數包括QqS標識參數及業務流模板信息； 小站策略實施模塊￠)，依據從小站QoS信令接收模塊(5)接收到的QoS參數，對小站進行QoS配置或配置撤銷操作；主站策略反饋模塊(7)，周期性查詢策略實施模塊(3)中的資源佔用情況、無線信道質量以及MAC層緩衝區，並接收策略實施模塊(3)的MAC層調度緩衝區業務隊列長度參數及資源佔用大小參數，如果發現MAC層調度緩衝區業務隊列長度參數超過提前設定的閾值、資源佔用大小參數大於系統帶寬資源，則觸發反饋算法並生成反饋信息，然後將反饋信息傳遞給策略生成模塊(2)，主站資源反饋模塊(7)實時查看資源佔用情況及MAC層調度緩衝區業務隊列長度，判斷突發資源受限情況是否徹底恢復，如果資源受限情況消失，則恢復主站策略實施模塊(3)和小站策略實施模塊(6)中原有業務QoS配置策略。
2.根據權利要求I所述一種衛星通信系統反饋型QoS保障系統，其特徵在於所述策略生成算法包括QoS標識生成算法、業務帶寬獲取算法、保持與釋放優先級獲取算法，其中QoS標識生成算法生成針對申請業務的QoS標識，此申請業務的QoS標識與一組QoS保障特性相對應；業務帶寬獲取算法用於生成此申請業務在衛星通信系統中獲得的帶寬保障參數；保持與釋放優先級獲取算法生成保持與釋放優先級參數，此保持與釋放優先級參數用於在資源受限情況下對承載業務的臨時性釋放提供優先級順序；最後將QoS標識生成算法QoS標識參數、業務帶寬獲取算法所獲得的帶寬保障參數、保持與釋放優先級獲取算法所獲得的保持與釋放優先級參數寫入策略控制規則表。
3.根據權利要求I所述一種衛星通信系統反饋型QoS保障系統，其特徵在於所述反饋算法實現如下採用速率降級和按優先級釋放兩種方法結合，當反饋算法在主站策略反饋模塊(7)中被觸發時，將首先採用速率降級策略，若速率降級策略失效則採用按優先級釋放策略； 若啟動速率降級策略，主站策略生成模塊(7)獲取所有正在連接業務的策略控制規則表，查詢其中的業務ID參數、QoS標識參數與保障比特速率參數,將QoS標識最低的業務，即實時性較差的端到端業務進行速率降級處理，所述實時性較差指業務的端到端時延大於此類業務在系統中的最大容忍延時，計算如果此業務採用保障比特速率進行QoS配置，是否可解決資源受限問題，如可以解決則完成反饋算法，將反饋信息傳遞給主站策略生成模塊(2)，此時反饋信息包括需要進行速率降級的業務ID號，如不可解決資源受限問題，則觸發按優先級釋放方法； 若啟動優先級釋放方法策略，則查找主站策略生成模塊(2)策略控制規則表中的釋放與保持優先級參數，比較獲取的各業務的釋放與保持優先級參數，並在主站策略實施模塊中將此優先級參數最小的業務暫時釋放，完成反饋算法。
4.根據權利要求2所述一種衛星通信系統反饋型QoS保障系統，其特徵在於所述QoS標識生成算法實現如下 (1)從主站業務識別模塊(I)獲取業務類型參數，若此時衛星通信系統已運行一段時間，衛星通信系統中已存在策略控制規則表則轉入(2);若此時衛星通信系統為初始狀態，衛星通信系統內尚無策略控制規則表生成則轉入(3)； (2)查詢此業務類型參數的策略控制規則表是否已經存在，若存在對應策略控制規則表則直接分配此業務對應的QoS標識，否則進入(3)； (3)判斷業務是否為RTCP(實時傳輸控制協議)業務，並識別是RTCP中的audio、video、application、control、data業務中的哪一種，之後依照不同的業務類型為QoS標識參數進行賦值，其中data業務需依照用戶等級的不同分別進行賦值。
5.根據權利要求2所述一種衛星通信系統反饋型QoS保障系統，其特徵在於所述業務帶寬獲取算法 (1)從主站業務識別模塊(I)獲取業務申請信令中的帶寬參數，之後查詢申請業務信令是否為RTCP(實時傳輸控制協議)業務，如果不是，查看業務申請信令中的帶寬信息中是否含有業務速率信息b，若無則帶寬值賦為0，如果是，則帶寬值為b * 1000 ； (2)若申請業務為RTCP業務，查看RTCP中的RR(接收報告)帶寬與SR(發送報告)帶寬是否同時存在，如同時存在則帶寬值為RR速率與SR速率之和；在RTCP業務情況下，若RR與SR不同時存在且無業務速率信息b，則帶寬值賦值為保障比特速率； (3)在RTCP業務情況下，若僅有RS帶寬與業務速率信息b，則帶寬賦值為Max
;在RTCP業務情況下，若僅有RR帶寬和業務速率信息b，則帶寬賦值為Max[O. 05 * 1000 * b，RR];在RTCP業務情況下，若僅有業務速率信息b，則帶寬賦值為Max[O. 05 * 1000 * b]。
6.根據權利要求2所述一種衛星通信系統反饋型QoS保障系統，其特徵在於所述保持與釋放優先級獲取算法首先從主站業務識別模塊(I)獲取業務類型參數，其中業務類型參數為audio、viedo、application、control、data,根據不同業務類型參數為保持與釋放優先級賦值，取值範圍為1_4。
7.—種衛星通信系統反饋型QoS保障方法，其特徵在於實現步驟如下 步驟1，主站業務識別獲取並識別業務申請信令與業務數據，通過解析業務申請信令獲取業務特性信息，將所述業務特性信息送至步驟2，並將業務數據映射至步驟3 ;所述業務特性信息包括會話ID參數、業務類型參數、業務發送埠與IP位址參數、業務發送速率參數、控制信令帶寬參數、業務編碼方式參數；所述業務申請信令為SIP信令,在SIP信令中需要識別INVITE信令、200 OK信令、BYE信令，其中識別INVITE信令和200 OK信令用於生成業務特性信息，識別BYE信令送至步驟2，用於提供業務承載釋放信息； 步驟2，主站策略生成接收業務特性信息，依據業務特性信息決定是否準入申請業務，如果準入則通過策略生成算法生成策略控制規則表，並將策略控制規則表傳遞至步驟3,將QoS標識參數送遞至步驟4 ;所述策略控制規則表包括會話ID參數、業務類型參數、QoS標識參數、最大比特速率參數、保障比特速率參數,及保持與釋放優先級參數；若接收到步驟I傳遞的業務承載釋放信息，則查找相應策略控制規則表，將找到的策略控制規則表釋放並執行步驟3撤銷相應QoS配置；若接收到步驟7傳遞的反饋信息，則依據反饋信息生成修改的策略控制規則表並將此修改的策略控制規則表傳遞給步驟3，使系統承載的各種業務在資源受限的情況下獲得合理QoS保障； 步驟3，主站策略實施接收步驟2傳遞的策略控制規則表，依照策略控制規則表生成業務流模板、配置包過濾器與動態隊列，並反饋策略實施確認信息，向步驟4傳遞業務流模板信息；所述業務流模板與包過濾器包括源業務終端IP位址和埠號、目的業務終端IP位址和埠號，及會話ID信息；所述動態隊列用於承載步驟I識別出的業務數據，動態隊列的配置包括獲取隊列長度、隊列控制參數、隊列ID、隊列優先級及令牌桶速率配置，在此步驟3中若收到撤銷QoS配置指示信息，則釋放相應QoS配置並向步驟4提供撤銷信息，若收到修改的策略控制規則表則將觸發步驟4發送QoS修改信令，QoS修改信令包括修改的QoS參數，既修改QoS標識參數和業務流模板信息，促使步驟6完成QoS配置修改； 步驟4，主站QoS信令發送獲取步驟2傳遞來的QoS標識參數及步驟3傳遞來的業務流模板信息後，生成QoS信令，並向步驟5發送生成的QoS信令，如果從步驟3獲取撤銷信息，則生成撤銷信令，並將撤銷信令發送至步驟5 ； 步驟5，小站QoS信令接收從接收到的QoS信令中解析QoS參數，並向步驟6傳遞此QoS參數；所述QoS參數分為QoS配置參數和配置撤銷參數；QoS配置參數包括QoS標識參數及業務流模板信息； 步驟6，小站策略實施依據從步驟5接收到的QoS參數，對小站進行QoS配置或配置撤銷操作。
步驟7，主站策略反饋周期性查詢系統中的資源佔用情況、無線信道質量以及MAC層緩衝區，判斷MAC層調度緩衝區業務隊列長度參數是否超過提前設定的閾值、資源佔用大小參數是否大於系統帶寬資源，如大於則觸發反饋算法並生成反饋信息，將反饋信息傳遞給步驟2，在此步驟中實時查看資源佔用情況及MAC層調度緩衝區業務隊列長度，判斷突發資源受限情況是否徹底恢復，如果資源受限情況消失，則恢復原有業務QoS配置策略。
8.根據權利要求7所述一種衛星通信系統反饋型QoS保障方法，其特徵在於所述策略生成算法包括QoS標識生成算法、業務帶寬獲取算法、保持與釋放優先級獲取算法，其中QoS標識生成算法生成針對申請業務的QoS標識，此申請業務的QoS標識與一組QoS保障特性相對應；業務帶寬獲取算法用於生成此申請業務在衛星通信系統中獲得的帶寬保障參數；保持與釋放優先級獲取算法生成保持與釋放優先級參數，此保持與釋放優先級參數用於在資源受限情況下對承載業務的臨時性釋放提供優先級順序；最後將QoS標識生成算法QoS標識參數、業務帶寬獲取算法所獲得的帶寬保障參數、保持與釋放優先級獲取算法所獲得的保持與釋放優先級參數寫入策略控制規則表。
9.根據權利要求7所述一種衛星通信系統反饋型QoS保障方法，其特徵在於所述反饋算法實現如下反饋算法採用速率降級和按優先級釋放兩種方法，當反饋算法在步驟7中被觸發時，將首先採用速率降級策略，若速率降級策略失效則採用按優先級釋放策略； 若啟動速率降級策略，步驟7獲取所有正在連接業務的策略控制規則表，查詢其中的業務ID參數、QoS標識參數與保障比特速率參數，將QoS標識最低的業務，即實時性較差的端到端業務進行速率降級處理，計算如果此業務採用保障比特速率進行QoS配置，是否可解決資源受限問題，如可以解決則完成反饋算法，將反饋信息傳遞給步驟2，此時反饋信息包括需要進行速率降級的業務ID號。如不可解決資源受限問題，則觸發按優先級釋放方法; 若啟動優先級釋放方法策略，則查找步驟2的策略控制規則表中的釋放與保持優先級參數，比較獲取的各業務的釋放與保持優先級參數，並在主站策略實施模塊中將此優先級參數最小的業務暫時釋放，完成反饋算法。
10.根據權利要求7所述一種衛星通信系統反饋型QoS保障方法，其特徵在於所述QoS標識生成算法實現如下 (I)從步驟I獲取業務類型參數，若此時衛星通信系統已運行一段時間，衛星通信系統中已存在策略控制規則表則轉入(2);若此時衛星通信系統為初始狀態，衛星通信系統內尚無策略控制規則表生成則轉入(3)；(2)查詢此業務類型參數的策略控制規則表是否已經存在，若存在對應策略控制規則表則直接分配此業務對應的QoS標識，否則進入(3)； (3)判斷業務是否為RTCP(實時傳輸控制協議)業務，並識別是RTCP中的audio、video、application、control、data業務中的哪一種，之後依照不同的業務類型為QoS標識參數進行賦值，其中data業務需依照用戶等級的不同分別進行賦值。
11.根據權利要求7所述一種衛星通信系統反饋型QoS保障方法，其特徵在於所述業務帶寬獲取算法 (1)從步驟I獲取業務申請信令中的帶寬參數，之後查詢申請業務信令是否為RTCP(實時傳輸控制協議)業務，如果不是，查看業務申請信令中的帶寬信息中是否含有業務速率信息b，若無則帶寬值賦為0，如果是，則帶寬值為b ~k 1000 ； (2)若申請業務為RTCP業務，查看RTCP中的RR(接收報告)帶寬與SR(發送報告)帶寬是否同時存在，如同時存在則帶寬值為RR速率與SR速率之和；在RTCP業務情況下，若RR與SR不同時存在且無業務速率信息b，則帶寬值賦值為保障比特速率； (3)在RTCP業務情況下，若僅有RS帶寬與業務速率信息b，則帶寬賦值為Max[O. 05*1000 b，RS];在RTCP業務情況下，若僅有RR帶寬和業務速率信息b，則帶寬賦值為Max [O. 05 * 1000 * b，RR];在RTCP業務情況下，若僅有業務速率信息b，則帶寬賦值為Max
。
12.根據權利要求7所述一種衛星通信系統端到端服務質量保障方法，其特徵在於所述保持與釋放優先級獲取算法首先從步驟獲取業務類型參數，其中業務類型參數為audio、viedo、appl icat ion、control、data,根據不同業務類型參數為保持與釋放優先級賦值，取值範圍為1-4。
全文摘要
一種衛星通信系統反饋型QoS保障系統及保障方法包括主站業務識別模塊、主站策略生成模塊、主站策略實施模塊、主站QoS信令發送模塊、小站QoS信令接收模塊、小站策略實施模塊和主站策略反饋模塊；本發明針對衛星通信系統無線資源有限，且衛星網絡易受突發流量影響的問題，提供一種衛星通信系統反饋型QoS保障系統及方法，可通過兩級反饋方法抵抗無線資源不足、網絡流量激增、信道質量下降所帶來的影響，同時符合衛星通信系統QoS保障的要求。
文檔編號H04L29/08GK102624631SQ201210098408
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月6日 優先權日2012年4月6日
發明者劉海客, 張華健, 王海濤, 鄒光南 申請人:航天恆星科技有限公司