CN101309103B - 一种适用于宽带卫星通信系统的拥塞管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于宽带卫星通信系统的拥塞管理方法，它涉及通信领域中的宽带卫星通信系统中的拥塞管理技术。本发明针对宽带卫星通信系统的应用和技术特点，从星地拥塞管理功能分配、带宽资源分配方式、优先级设计、拥塞控制措施等方面进行了系统拥塞管理功能的方案设计，并给出了星载设备缓存容量的配置要求。本发明以预先的带宽资源规划和分配为主，采用星载设备配置大容量缓存的方式简化星地设备之间的拥塞控制措施，有效地解决了系统的业务服务质量与带宽资源利用率两者之间的设计矛盾。本发明具有简化星载设备复杂程度、增强系统运行稳定性、提高系统业务服务质量和带宽资源利用率等特点。特别适用于面向节点互连的宽带卫星通信系统。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域中的一种适用于宽带卫星通信系统的拥塞管理方法，特别适用于面向节点互连的宽带卫星通信系统的拥塞管理。
背景技术
对于宽带卫星通信系统而言，由于传输速率较高、传输时延较大，系统必需具备相应的拥塞管理功能以保证网络可靠稳定运行和保障用户业务的QoS要求。虽然在总体要求上，基于星上交换的宽带卫星通信系统的拥塞管理功能与地面系统是相同的，但由于受星载环境、传输时延等因素的影响，在地面系统中行之有效的拥塞管理措施并不适用于宽带卫星通信系统，因此有效地解决整个系统的拥塞管理问题，尤其是星地之间的拥塞管理问题，对提高系统业务服务质量(QoS)、带宽资源利用率具有十分重要的作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种针对宽带卫星通信系统的应用和技术特点，通过采用星地拥塞管理功能分配、带宽资源分配、优先级设计、星载设备配置大容量缓存等方面的一系列技术措施和手段，实现宽带卫星通信系统的拥塞管理方法。本发明具有简化星载设备复杂程度、增强系统运行稳定性、提高系统业务服务质量(QoS)和带宽资源利用率等特点。
本发明所要解决的技术问题由以下技术方案实现：
本发明是由星载ATM交换机、卫星终端、网络管理控制中心三部分的拥塞管理功能所组成的系统拥塞管理技术：
所述的星载ATM交换机的拥塞管理包括步骤：
①实时监测星载ATM交换机各输出端口缓存中的信元队列长度；
②实时向地面广播星载ATM交换机各输出端口缓存中的信元队列长度信息；
③当星载ATM交换机发生拥塞时，根据信元优先级及丢弃标识进行信元丢弃处理，获得高优先级业务的服务质量；
④根据宽带卫星通信系统支持面向节点或面向宽带用户数据传输的使用方式、上下行链路的多址方式以及星载ATM交换机的存储容量、处理速率，星载ATM交换机可按用户的业务带宽需求进行输入/输出带宽资源的动态分配；
所述的卫星终端的拥塞管理包括步骤：
⑤卫星终端根据所分配的带宽，进行接入业务的流量控制；
⑥当卫星终端发生拥塞时，将对CLP＝1的信元进行丢弃，同时将拥塞信息发送给网络管理控制中心进行拥塞处理，式中CLP为信元丢失优先级；
⑦卫星终端接收星载ATM交换机广播的输出缓存中的信元队列长度信息，将该信息发送给网络管理控制中心进行监测处理；
⑧卫星终端监测接入业务流量，将该业务流量作为网络管理控制中心、星载ATM交换机进行带宽资源分配和调整的依据；
所述的网络管理控制中心的拥塞管理包括步骤：
⑨网络管理控制中心集中分配、调整卫星通信系统网络的带宽资源；
⑩实时监测卫星通信系统网络的带宽资源使用，当卫星通信系统网络出现拥塞时，依据连接的优先级、分配的带宽，有选择地拆除造成拥塞的连接，解除拥塞状态；
完成宽带卫星通信系统的拥塞管理。
本发明第①步中所述的星载ATM交换机各输出端口缓存中的信元队列长度，其缓存容量不小于5000个信元，其中各输出端口独立占用的缓存容量不小于100个信元，剩余的缓存容量可采用各输出端口共享占用或独立占用方式。
本发明第②步中所述的实时向地面广播星载ATM交换机各输出端口缓存中的信元队列长度，其广播速率应不小于9.6kbps。
本发明第③步中所述的信元优先级，其优先级不少于8级。
本发明第⑨步中所述的带宽资源，其带宽资源按VP/VC进行分配及调整，式中VP为虚通路，VC为虚信道。
本发明第⑩步中所述的卫星通信系统网络出现拥塞，其判据为星载ATM交换机的任意输出端口缓存中的信元队列长度大于1000个信元。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1.本发明的网络管理控制中心(NOCC)拥塞管理功能的设计，它是针对宽带卫星通信系统的应用和技术特点，以预先带宽资源规划和分配为主，并根据网络拥塞状况结合业务优先级设计进行系统拥塞控制，以提高系统业务服务质量(QoS)和带宽资源利用率。
2.本发明的星载ATM交换机拥塞管理功能的设计，它是充分考虑了星上器件选型及环境的限制，采用星载设备配置大容量缓存、实时监测并广播各端口缓存状况的方式简化星地设备之间的拥塞控制措施和星载设备的设计复杂度。
3.本发明的卫星终端拥塞管理功能的设计，它是利用地面设备的处理能力，完成系统的大部分拥塞管理功能，如接入业务的流量控制和拥塞控制功能。
4.本发明具有简化星载设备复杂程度、增强系统运行稳定性、提高系统业务服务质量(QoS)和带宽资源利用率等特点。
附图说明
图1是本发明的星载ATM交换机、卫星终端、网络管理控制中心(NOCC)三部分的拥塞管理功能的组成示意图。图1中：1为星载ATM交换机、2-1、2-2为卫星终端、3为网络管理控制中心(NOCC)。
具体实施方式
参照图1，本发明是由星载ATM交换机1、卫星终端2-1、2-2、网络管理控制中心3三部分的拥塞管理功能所组成的宽带卫星通信系统拥塞管理方案。
对于宽带卫星通信系统而言，由于传输速率较高、传输时延较大，系统必需具备相应的拥塞管理功能以保证网络可靠稳定运行和保障用户业务的QoS要求。根据ITU-T建议，地面的宽带通信系统的拥塞管理功能可分成两个层次：第一层是预防措施，称为流量控制，是为防止网络出现拥塞而采取的一系列措施，包括流量整形、带宽管理、使用参数控制(UPC)以及优先级控制等；第二层是反应性措施，称为拥塞控制，是当网络出现拥塞后将拥塞的强度、影响范围、持续时间减少到最小而采取的一系列措施，如信元选择性丢弃或拥塞指示等。虽然在总体要求上，基于星上交换的宽带卫星通信系统的拥塞管理功能与地面系统是相同的，但由于受星载环境、传输时延等因素的影响，在地面系统中行之有效的拥塞管理措施并不适用于宽带卫星通信系统，本发明针对宽带卫星通信系统特点，对其拥塞管理措施需进行针对性的设计和优化，提出了适用于宽带卫星通信系统的拥塞管理方案。
实施例本发明的方案设计针对宽带卫星通信系统的系统构成及技术特点，将系统的拥塞管理功能划分为三个部分来实现，如图1所示，图1是本发明的星载ATM交换机1、卫星终端2、网络管理控制中心(NOCC)3三部分的拥塞管理功能的组成示意图。
所述的星载ATM交换机的拥塞管理包括步骤：
①实时监测星载ATM交换机1各输出端口缓存中的信元队列长度。
本发明星载ATM交换机1各输出端口缓存容量不小于5000个信元，其中各输出端口独立占用的缓存容量不小于100个信元，剩余的缓存容量可采用各输出端口共享占用或独立占用方式。实施例第①步中星载ATM交换机1各输出端口缓存采用端口缓存共享的方式，减少星载设备硬件规模。但需保证各输出端口缓存最小容量不小于100个信元时采用独立占用，实施例独立占用的缓存最小容量采用150个信元。系统在非拥塞状态下，星载ATM交换机1输出端口配置一定的输出缓存容量(几百个信元)便可达到较高的系统带宽利用率(90％以上)；在拥塞状态下，星载ATM交换机输出端口配置较大的缓存则有利于地面采取拥塞控制措施，在输出缓存队列发生溢出前就解除设备的拥塞状态，从而保证业务服务质量。实施例设备配置的缓存容量为6000个信元。
②实时向地面广播星载ATM交换机1各输出端口缓存中的信元队列长度信息。本发明实时向地面广播其速率应不小于9.6kbps。实施例第②步中星载ATM交换机1可采用特殊信元的方式由业务信道进行实时广播，按每秒广播30个信元计算，每个信元53个字节，净荷48字节(384bit)，则广播速率为11.52bps。
③当星载ATM交换机1发生拥塞时，根据信元优先级及丢弃标识进行信元丢弃处理，获得高优先级业务的服务质量。本发明信元优先级不少于8级。实施例第③步中要求用户业务在接入宽带卫星通信系统时应当指明需要得到的服务等级，以便系统对其区别处理。对于不同业务QoS的要求，其信元传输的优先级是不同的，其中高优先级用于话音、视频、管理信息的传输，而低优先级通常用于数据业务传送。根据目前地面网络的优先级设计及用户应用情况，整个宽带卫星通信系统需支持8级优先级，以保证不同业务的QoS要求，因此星载ATM交换机、卫星终端需支持8级的信元优先级处理。
④根据宽带卫星通信系统支持面向节点或面向宽带用户数据传输的使用方式、上下行链路的多址方式以及星载ATM交换机的存储容量、处理速率，星载ATM交换机可按用户的业务带宽需求进行输入/输出带宽资源的动态分配。实施例中，系统以支持地面网络节点间的互联业务为主，上下行多址方式采用FDMA方式，且星载ATM交换机的软件不具备信令处理功能，则星载ATM交换机不具备带宽资源的按需动态分配功能。
所述的卫星终端的拥塞管理包括步骤：
⑤卫星终端2根据所分配的带宽，进行接入业务的流量控制。实施例当接入的业务流量平均值超过所分配的带宽时，卫星终端能够对流量进行限制。
⑥当卫星终端2发生拥塞时，将对CLP＝1的信元进行丢弃，同时将拥塞信息发送给网络管理控制中心进行拥塞处理，式中CLP为信元丢失优先级。实施例第⑥步中CLP＝1为低优先级的信元，当拥塞时可以进行优先 丢弃。
⑦卫星终端2接收星载ATM交换机1广播的输出缓存中的信元队列长度信息，将该信息发送给网络管理控制中心进行监测处理。实施例中，网络管理控制中心配置在某一卫星终端侧，由该卫星终端将接收到的星载ATM交换机输出缓存中的信元队列长度通过内部专用协议直接发送给网络管理控制中心。
⑧卫星终端2监测接入业务流量，该业务流量作为网络管理控制中心、星载ATM交换机1进行带宽资源分配和调整的依据。实施例中，卫星终端监测接入业务流量的平均值和最大值，由网络管理控制中心根据卫星终端的接入业务流量进行带宽资源分配和调整的依据。
所述的网络管理控制中心的拥塞管理包括步骤：
⑨网络管理控制中心3集中分配、调整卫星通信系统网络的带宽资源。本发明其带宽资源按VP/VC进行分配及调整，式中VP为虚通路，VC为虚信道。实施例第⑨步中网络管理控制中心是按VP/VC进行带宽资源分配和调整的，全网带宽资源的预分配应遵循以下原则：a)两个地球站间可配置多条VP连接，并可进一步进行VP下的VC连接的配置；b)带宽按照多级优先级进行管理和分配；c)地球站上行链路的所有VP连接带宽(峰值)之和可以超过上行载波速率，但任一优先级的VP连接带宽(峰值)之和须小于上行载波速率；d)若每一波束的下行链路的所有VP连接带宽(峰值)之和小于下行载波速率，则星载ATM交换单元的相应输出端口将不会发生拥塞而造成数据丢失，但此时系统带宽利用率较低。系统实际运行时，可使下行链路的所有VP连接带宽(峰值)之和大于下行载波速率，以提高系统带宽利用率。因此，网络管理控制中心进行全网带宽资源的规划时，在系统服务质量(QoS)、带宽利用率之间存在着折衷，并主要取决于下列参数的选取：a)每个地球站上行链路的所有VP连接的带宽和；b)每个地球站上行链路的各优先级VP连接的带宽和；c)每一波束的下行链路的所有VP连接的带宽和。这些参数的选取一方面通过用户需求进行初步确定，另一方面可由中心对全网运行状态进行监测，根据各地球站业务的流量统计情况，调整全网带宽资源相关的分配参数，使系统处于最佳运行状态。
⑩实时监测卫星通信系统网络的带宽资源使用，当卫星通信系统网络出现拥塞时，依据连接的优先级、分配的带宽，有选择地拆除造成拥塞的连接，解除拥塞状态。第⑩步中所述的网络出现拥塞，其判据为星载ATM交换机的任意输出端口缓存中的信元队列长度大于1000个信元。实施例当网络管理控制中心监测到某一输出端口缓存中的信元队列长度为1001个信元时，将最低优先级的业务链接拆除，从而解除拥塞状态。
完成宽带卫星通信系统拥塞管理方法的设计。
Claims (6)
1.一种适用于宽带卫星通信系统的拥塞管理方法，它是由星载ATM交换机、卫星终端、网络管理控制中心三部分的拥塞管理功能所组成的系统拥塞管理技术，其特征在于：
所述的星载ATM交换机的拥塞管理包括步骤：
①实时监测星载ATM交换机各输出端口缓存中的信元队列长度；
②实时向地面广播星载ATM交换机各输出端口缓存中的信元队列长度信息；
③当星载ATM交换机发生拥塞时，根据信元优先级及丢弃标识进行信元丢弃处理，获得高优先级业务的服务质量；
④根据宽带卫星通信系统支持面向节点或面向宽带用户数据传输的使用方式、上下行链路的多址方式以及星载ATM交换机的存储容量、处理速率，星载ATM交换机可按用户的业务带宽需求进行输入/输出带宽资源的动态分配；
所述的卫星终端的拥塞管理包括步骤：
⑤卫星终端根据所分配的带宽，进行接入业务的流量控制；
⑥当卫星终端发生拥塞时，将对CLP＝1的信元进行丢弃，同时将拥塞信息发送给网络管理控制中心进行拥塞处理，式中CLP为信元丢失优先级；
⑦卫星终端接收星载ATM交换机广播的输出缓存中的信元队列长度信息，将该信息发送给网络管理控制中心进行监测处理；
⑧卫星终端监测接入业务流量，将该业务流量作为网络管理控制中心、星载ATM交换机进行带宽资源分配和调整的依据；
所述的网络管理控制中心的拥塞管理包括步骤：
⑨网络管理控制中心集中分配、调整卫星通信系统网络的带宽资源；
⑩实时监测卫星通信系统网络的带宽资源使用，当卫星通信系统网络出现拥塞时，依据连接的优先级、分配的带宽，有选择地拆除造成拥塞的连接，解除拥塞状态；
完成宽带卫星通信系统的拥塞管理。
2.根据权利要求1所述的一种适用于宽带卫星通信系统的拥塞管理方法，其特征在于：第①步中所述的星载ATM交换机各输出端口缓存中的信元队列长度，其缓存容量不小于5000个信元，其中各输出端口独立占用的缓存容量不小于100个信元，剩余的缓存容量可采用各输出端口共享占用或独立占用方式。
3.根据权利要求1所述的一种适用于宽带卫星通信系统的拥塞管理方法，其特征在于：第②步中所述的实时向地面广播星载ATM交换机各输出端口缓存中的信元队列长度，其广播速率应不小于9.6kbps。
4.根据权利要求1所述的一种适用于宽带卫星通信系统的拥塞管理方法，其特征在于：第③步中所述的信元优先级，其优先级不少于8级。
5.根据权利要求1所述的一种适用于宽带卫星通信系统的拥塞管理方法，其特征在于：第⑨步中所述的带宽资源，其带宽资源按VP/VC进行分配及调整，式中VP为虚通路，VC为虚信道。
6.根据权利要求1所述的一种适用于宽带卫星通信系统的拥塞管理方法，其特征在于：第⑩步中所述的卫星通信系统网络出现拥塞，其判据为星载ATM交换机的任意输出端口缓存中的信元队列长度大于1000个信元。
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