CN102595511B - 一种面向临近空间平台与卫星集成通信系统的呼叫允许方法 - Google Patents

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Abstract

一种面向临近空间平台与卫星集成通信系统的呼叫允许方法，采用剩余容量的动态呼叫允许控制方法，有效地平衡了上下链路利用率。加入呼叫允许策略后的临近空间平台与卫星集成通信系统，通过分析多媒体业务的QoS特点划分优先级，为各种业务分配网络带宽，改善上下行链路业务量的非对称性，从而达到增加网络资源利用率的目的。此集成地面-临近空间平台-卫星网络系统包括一颗卫星、4个临近空间平台和若干地面终端，其中每个临近空间平台覆盖范围内都有一个临近空间平台通道(H-GTW)和临近空间平台管理控制站（H-MCS），每个卫星覆盖范围内的地面上都有一个卫星管理控制站(S-MCS)管理整个网络，由H-MCS和S-MCS进行相关链路的呼叫允许控制。

Description

一种面向临近空间平台与卫星集成通信系统的呼叫允许方法
技术领域
本发明涉及一种面向临近空间平台与卫星集成通信系统的呼叫允许策略，具体是一种在地面-临近空间平台-卫星网络结构中面向多媒体应用的平衡资源分配技术，属于卫星通信技术领域。
背景技术
新一代的宽带卫星网络已在开发和部署，它们将提供高速的因特网和多媒体业务。宽带卫星网络通信的大覆盖和易于进行多点广播通信的特点，使卫星网络在全球信息基础网络结构中起到不可缺少的作用，卫星网络将会成为固定网络或地面移动网络的一部分，为用户提供各种通信业务。特别是卫星网络在自然灾害恢复和军事应用中有着不可估量的前景。
临近空间平台(HAP-high attitude platform)是目前国际上正处于研究阶段的新型通信装置，一般放置在离地面17-22km高度临近空间上，可以是人工操作或者是带有自动操作的飞机或者是航空器。临近空间平台可以在高空提供宽带通信服务，与卫星相比，临近空间平台传输距离较短、传输时延少、所需的发射功率低，有助于实现宽带传输和通信终端的小型化。
因此将卫星和临近空间平台结合起来能够综合卫星的大覆盖范围与临近空间平台的灵活等优点大大提高通信网络性能。
与此同时，随着多媒体业务的迅猛发展，为了能为地面终端用户提供高质量的服务，要求网络能同时承载语音、数据、视频等多类业务，这些业务具有不同的带宽需求和服务质量需求，例如在丢包程度、实时、费用、可靠性、优先级等方面的需求，且在传输方向上，多媒体业务将呈现非对称性，而集成临近空间平台(high attitude platform)-卫星通信系统为对称系统，因此系统中将存在分配而未被使用的资源，造成本来十分有限的无线资源被极大地浪费。
呼叫允许控制(call Admission control)是无线资源管理中的重要组成部分，是一种减少网络拥塞、保证服务质量和网络资源利用率的重要机制，用来决定是否承认一个新呼叫的接入。承认或拒绝一个新呼叫基于以下两点考虑：(1)新呼叫是否会影响已存呼叫用户的服务质量；(2)网络能否满足新呼叫的服务质量要求。如果网络不能满足呼叫用的请求，呼叫请求将被拒绝。
发明内容
技术问题：本发明提供了一种面向临近空间平台与卫星集成通信系统的呼叫允许方法，由于临近空间平台与卫星集成通信系统要面向一些占用带宽资源多、实时性要求高等特点的多媒体业务，会造成了上、下行链路业务量的非对称性，即大量的数据将在下行链路传输，而上行链路无数据或仅有少量数据传输。因此，有必要将呼叫允许策略引入地面-临近空间平台-卫星集成通信系统中，有效地减少网络拥塞，保证多媒体服务质量和提高网络资源利用率。
技术方案：临近空间平台与卫星集成通信系统的体系结构有三层：卫星层、临近空间平台层和地面终端层，地面终端层包括一些用户终端和管理站诸如临近空间平台管理控制站，卫星管理站等。
当某用户要进行通信链接时，就会向其所在范围内的临近空间平台管理站发出连接请求报文，临近空间平台管理站会查看此用户想要链接的目的端是否在同一临近空间平台覆盖范围下，如果在，则直接由临近空间平台转发；如果不在，则需按照链路状态路由算法计算出最佳路由之后进入呼叫允许控制阶段。
应用于此地面-临近空间平台-卫星集成通信系统呼叫允许控制是一种基于剩余容量的动态呼叫允许控制策略。其原理是，按照3GPP的标准和实际的业务模型，将地面-临近空间平台-卫星集成通信系统面向的多媒体业务分为4类：音、视频、交互类数据和背景类数据业务。语音和视频业务对延迟非常敏感，并且一旦语音包丢失就不可重传。当信道资源不足时，视频业务可丢掉一些不重要的信息，进行降级传输。数据业务可容忍一定的延迟，特别是背景类数据业务，可容忍比交互类数据业务更长的延迟，但二者均不能接受误码的发生，一旦发生错误，就要进行重传。基于上述特点，各类业务有各自不同的优先级和QoS要求。在进行呼叫允许控制时，高优先级的业务比低优先级的业务有更高的特权，会尽量满足高优先级业务的QoS要求。在某呼叫接入时，此呼叫允许控制策略会为高优先级的业务预留一部分资源，并在接入的过程中，当系统资源不足时，可剥夺低优先级业务的资源，以保证其QoS要求。
本发明面向临近空间平台与卫星集成通信系统的呼叫允许方法为：将基于剩余容量估计的呼叫允许控制策略运用于临近空间平台与卫星集成通信系统中，此系统包括一颗卫星4个临近空间平台和若干地面终端，其中每个临近空间平台覆盖范围内都有一个临近空间平台通道H-GTW和临近空间平台管理控制站H-MCS，每个卫星覆盖范围内的地面上都有一个卫星管理控制站S-MCS管理整个网络，由H-MCS和S-MCS进行相关链路的呼叫允许控制，解决对称性的网络架构与非对称性的通信业务之间如何平衡地利用网络资源，具体控制方法为：
当同一个临近空间平台覆盖范围内的某源端节点想要和其目的节点建立连接，要进行如下步骤：
步骤1.源端节点向同一临近空间平台覆盖范围下的H-MCS发送连接请求报文，
步骤2.H-MCS计算最佳路由，此时需判断：
(1)如果目的节点与源节点在同一临近空间平台覆盖下，则进入平台内路径inner-path计算，直接通过临近空间平台进行链接；
(2)如果目的节点与源节点不在同一临近空间平台覆盖范围下，则进入平台间路径outer-path计算；
步骤3.找到最佳路由后，进入呼叫允许控制阶段：按照上述呼叫允许控制算法，将所呼叫的业务归类，判断其优先级，并计算当前系统剩余信道资源，
1)如果当前剩余信道资源大于此呼叫业务类型资源利用最小阈值，则呼叫成功，
2)如果当前剩余信道资源小于此呼叫业务类型资源利用最小阈值，则抢占低优先级业务的资源，再次计算剩余信道，与最小阈值比较，直至大于信道剩余资源值此阈值为止，呼叫请求成功，
3)如果此业务优先级最低且当前系统信道资源不足，或者是被抢占了信道，则将其阻塞并放入缓冲区，设置计时器，如果计时器结束还无法呼叫，则一直阻塞下去，直至满足其最小阈值，允许其呼叫，
步骤4.连接成功，进行通信。
有益效果：本发明提出了一种新型的面向临近空间平台与卫星集成通信系统的呼叫允许策略，它将基于剩余容量的动态呼叫允许控制策略引入地面-临近空间平台-卫星集成通信系统中，有效地平衡了上下链路利用率，减少了网络拥塞，从而保证了多媒体服务质量。
由于集成地面-临近空间平台-卫星网络系统要面向一些占用带宽资源多、实时性要求高等特点的多媒体业务，必然会造成了上、下行链路业务量的非对称性，即大量的数据将在下行链路传输，而上行链路无数据或仅有少量数据传输。将呼叫允许控制策略运用于集成地面-临近空间平台-卫星网络的多媒体业务中，按照他们各自不同的带宽需求划分成不同的优先级别，按业务优先级和剩余信道量来分配信道，有效地增加了信道利用率。
附图说明
图1是根据本发明的临近空间平台与卫星集成通信系统的示意图，主要由带有片上处理功能的GEO卫星、临近空间平台和地面终端。临近空间平台覆盖范围内有临近空间平台管理站和用户终端，卫星覆盖范围内有卫星管理站。
图2是运用于本集成系统的呼叫允许控制策略中的信道分配图。
图3是基于地面-临近空间平台-卫星集成通信系统下的呼叫允许流程图。
具体实施方式
具体的呼叫允许控制过程是：假设正常情况下总的资源是1，根据上述QoS需求和优先级定义，系统可以分配给语音通信、视频通信、互动业务和数据业务的最大信道资源数分别是1、(1-a％)、(1-b％)、(1-c％)，且这四种通信业务需要利用的信道资源数阈值是0，a％，b％，c％，其中a、b、c会根据系统容量和流量负载尺度的要求动态的调整并且c≥b≥a。
当有新呼叫到达时，首先估计假设新呼叫被接受后的系统剩余容量，若该剩余容量大于其门限值，则接受该呼叫，否则剥夺部分已接入的低优先级业务的资源剥夺过程如下：对于语音业务，首先剥夺背景类数据业务，将其放入队列缓冲。若剩余资源仍不满足要求，则剥夺交互类数据业务的资源，中断其传输，再次估计剩余资源。若剩余资源不足，再剥夺视频业务的资源并令其进行降速率传输。若此时资源足够，则直接允许其接入，反之则拒绝其接入。对于视频和交互类数据业务，也进行相同的操作。放入的申请呼叫队列一旦放入缓冲就开始计时，对于背景类数据业务，当信道资源不足时，若在计时器结束前系统有足够的资源，则允许其接入，否则将起阻塞掉。
一、体系结构
基于本发明的临近空间平台与卫星集成通信系统是由地面层、临近空间平台层及卫星层三部分组成，如图1所示。
地面层：由所有的用户终端、管理机构以及控制站组成。控制站包括卫星管理站(S-MCS)，它负责管理控制整个系统。系统依据用户终端的移动特性、大小、功能以及传输率将其分类，每一个临近空间平台覆盖的范围类必须有临近空间平台通道(HAP-Gateway)和临近空间平台管理控制站(H-MCS)。
临近空间平台层：由多个临近空间平台组成，每个临近空间平台都具有路由寻找、切换以及流量管理功能，实现和地面层之间以及和高轨卫星之间的双向通信。
卫星层：使用高轨卫星并支持片上处理功能。
二、方法流程
当某源端节点想要和其目的节点建立连接，要进行如下步骤：
步骤1.源端节点向同一临近空间平台覆盖范围下的H-MCS发送连接请求报文。
步骤2.由H-MCS计算最佳路由，此时需判断：
(1)如果目的节点与源节点在同一临近空间平台覆盖下，则进入平台间路径(inner-path)计算；
(2)如果目的节点与源节点不在同一临近空间平台覆盖范围下，则进入平台间路径(outer-path)计算；
步骤3.找到最佳路由后，进入呼叫允许控制阶段。
呼叫允许控制阶段
按照上述呼叫允许控制算法，将所呼叫的业务归类，判断其优先级，并计算当前系统剩余信道资源。
(1)如果当前剩余信道资源大于此呼叫业务类型资源利用最小阈值，则呼叫成功。
(2)如果当前剩余信道资源小于此呼叫业务类型资源利用最小阈值，则抢占低优先级业务的资源，再次计算剩余信道，与最小阈值比较，直至大于信道剩余资源值此阈值为止，呼叫请求成功。
(3)如果此业务优先级最低且当前系统信道资源不足，或者是被抢占了信道，则将其阻塞并放入缓冲区，设置计时器，如果计时器结束还无法呼叫，则一直阻塞下去，直至满足其最小阈值，允许其呼叫。
步骤4.连接成功，进行通信。
为了方便描述，我们假定有如下应用实例，如图所示：系统包括一颗卫星4个临近空间平台和若干地面终端，其中每个临近空间平台覆盖范围内都有一个临近空间平台通道(H-GTW)和临近空间平台管理控制站，每个卫星覆盖范围内的地面上都有一个卫星管理控制站管理整个网络。
当一个临近空间平台覆盖范围内某源端节点想要和其目的节点建立连接，要进行如下步骤：
步骤1.源端节点向同一临近空间平台覆盖范围下的H-MCS发送连接请求报文
步骤2.H-MCS计算最佳路由，此时需判断：
(1)如果目的节点与源节点在同一临近空间平台覆盖下，则进入同平台路径计算(inner-path)，inner-path比较简单，可以直接通过临近空间平台进行链接。
(2)如果目的节点与源节点不在同一临近空间平台覆盖范围下，则进入平台间路径(outer-path)计算；
步骤3.找到最佳路由后，进入呼叫允许控制阶段：按照上述呼叫允许控制算法，将所呼叫的业务归类，判断其优先级，并计算当前系统剩余信道资源。
(1)如果当前剩余信道资源大于此呼叫业务类型资源利用最小阈值，则呼叫成功。
(2)如果当前剩余信道资源小于此呼叫业务类型资源利用最小阈值，则抢占低优先级业务的资源，再次计算剩余信道，与最小阈值比较，直至大于信道剩余资源值此阈值为止，呼叫请求成功。
(3)如果此业务优先级最低且当前系统信道资源不足，或者是被抢占了信道，则将其阻塞并放入缓冲区，设置计时器，如果计时器结束还无法呼叫，则一直阻塞下去，直至满足其最小阈值才允许其呼叫。
步骤4.连接成功，进行通信。
以下表1是根据3G标准和实际的流量模型建立的各种多媒体业务的优先级表。
类型 优先级 举例
1 语音业务 高 电话
2 视频业务 中等 视频电话
3 交互业务 低 因特网
4 背景业务 最低 邮件

Claims (1)

1. 一种面向临近空间平台与卫星集成通信系统的呼叫允许方法，其特征在于将基于剩余容量估计的呼叫允许控制策略运用于临近空间平台与卫星集成通信系统中，此系统包括一颗卫星4个临近空间平台和若干地面终端，其中每个临近空间平台覆盖范围内都有一个临近空间平台通道H-GTW和临近空间平台管理控制站H-MCS，每个卫星覆盖范围内的地面上都有一个卫星管理控制站S-MCS管理整个网络，由H-MCS和S-MCS进行相关链路的呼叫允许控制，解决对称性的网络架构与非对称性的通信业务之间如何平衡地利用网络资源，具体控制方法为：
    当同一个临近空间平台覆盖范围内的某源端节点想要和其目的节点建立连接，要进行如下步骤：
步骤1. 源端节点向同一临近空间平台覆盖范围下的H-MCS发送连接请求报文，
步骤2. H-MCS计算最佳路由，此时需判断：
（1）如果目的节点与源节点在同一临近空间平台覆盖下，则进入平台内路 径inner-path计算，直接通过临近空间平台进行链接；
（2）如果目的节点与源节点不在同一临近空间平台覆盖范围下，则进入平
台间路径outer-path计算；
步骤3.  找到最佳路由后，进入呼叫允许控制阶段：按照上述呼叫允许控制算法，将所呼叫的业务归类，判断其优先级，并计算当前系统剩余信道资源，
1）如果当前剩余信道资源大于此呼叫业务类型资源利用最小阈值，则呼叫成功，
2）如果当前剩余信道资源小于此呼叫业务类型资源利用最小阈值，则抢占低优先级业务的资源，再次计算剩余信道，与最小阈值比较，直至大于信道剩余资源值此阈值为止，呼叫请求成功，
3）如果此业务优先级最低且当前系统信道资源不足，或者是被抢占了信道，则将其阻塞并放入缓冲区，设置计时器，如果计时器结束还无法呼叫，则一直阻塞下去，直至满足其最小阈值，允许其呼叫，
步骤4. 连接成功，进行通信。
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Granted publication date: 20141119

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