CN102624631B - 一种卫星通信系统反馈型QoS保障系统及保障方法 - Google Patents

Abstract

一种卫星通信系统反馈型QoS保障系统及保障方法包括：主站业务识别模块、主站策略生成模块、主站策略实施模块、主站QoS信令发送模块、小站QoS信令接收模块、小站策略实施模块和主站策略反馈模块；本发明针对卫星通信系统无线资源有限，且卫星网络易受突发流量影响的问题，提供一种卫星通信系统反馈型QoS保障系统及方法，可通过两级反馈方法抵抗无线资源不足、网络流量激增、信道质量下降所带来的影响，同时符合卫星通信系统QoS保障的要求。

Description

一种卫星通信系统反馈型QoS保障系统及保障方法

技术领域

本发明涉及一种卫星通信系统反馈型QoS保障系统及保障方法，应用在卫星通信系统中。

背景技术

随着全球网络化、信息化需求的不断发展，地面通信网络已经不能满足人们日益增长的多媒体通信需求，利用通信卫星进行数据的高效传输成为重要的解决方法，尤其是宽带多媒体通信卫星技术的迅猛发展，使得卫星通信系统可以承载多种多媒体业务，如视频会议、VoIP、视频通话、Web浏览、FTP下载等。为了使用户获得良好的端到端业务体验，需要系统提供一个合理的QoS保障方案。由于卫星通信资源有限，有时会突发无线信道短暂性质量下降、网络中突发流量激增等情况，使业务传输的实时性受到影响。针对此情况需要为卫星通信的QoS保障方案提供一个反馈机制，使系统具有一定抵御上述突发情况的能力。

目前的卫星通信QoS保障技术一般不具有策略反馈功能，对于包括此功能的，主要是在查询到队列中缓存的业务包数超过阈值时，产生一个QoS信令发送至业务发送端，降低业务发送速率。此方法在卫星通信系统中不能及时应对资源受限情况，产生的处理延时是卫星通信所不能容忍的。所以需要一个能够及时解决短暂性资源受限问题的反馈型QoS系统。

本方法是在专利一种卫星通信系统端到端服务质量保障方法的基础上提出的。在端到端服务质量保障方法中增加策略反馈模块，周期性查看资源占用情况与缓冲区队列长度，当突发资源受限，则将触发策略生成模块实施两级保障方法。当突发资源不足情况解除后，业务恢复原先的QoS策略配置

目前尚无本发明所述的卫星通信系统反馈型QoS保障方法。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对卫星通信系统无线资源有限，且卫星网络易受突发流量影响的问题，提供一种卫星通信系统反馈型QoS保障系统及方法，此系统及方法可通过两级反馈方法抵抗无线资源不足、网络流量激增、信道质量下降所带来的影响，同时符合卫星通信系统QoS保障的要求。

本发明技术解决方案如下：一种卫星通信系统端到端服务质量保障系统，包括：主站业务识别模块(1)、主站策略生成模块(2)、主站策略实施模块(3)、主站QoS信令发送模块(4)、小站QoS信令接收模块(5)、小站策略实施模块(6)和主站策略反馈模块(7)；其中：

主站业务识别模块(1)，获取并识别业务申请信令与业务数据，通过解析业务申请信令获取业务特性信息，向主站策略生成模块(2)传递此业务特性信息，并将业务数据映射至主站策略实施模块(3)；所述业务特性信息包括会话ID参数、业务类型参数、业务发送端口与IP地址参数、业务发送速率参数、控制信令带宽参数、业务编码方式参数；所述业务申请信令为SIP信令，在SIP信令中需要识别INVITE信令、200 OK信令、BYE信令，其中识别INVITE信令和200 OK信令用于生成业务特性信息，识别BYE信令用于向主站策略生成模块(2)提供业务承载释放信息；

主站策略生成模块(2)，接收主站业务识别模块(1)传递的业务特性信息，依据业务特性信息，决定是否准入申请业务，如果准入则通过策略生成算法生成策略控制规则表，并向主站策略实施模块(3)传递策略控制规则表，向主站QoS信令发送模块(4)传递QoS标识参数；所述策略控制规则表包括：会话ID参数、业务类型参数、QoS标识参数、最大比特速率参数、保障比特速率参数，及保持与释放优先级参数；若主站策略生成模块(2)接收到主站业务识别模块(1)传递的业务承载释放信息，则查找相应策略控制规则表，将找到的策略控制规则表释放并指示主站策略实施模块(3)撤销相应QoS配置；若主站策略生成模块(2)接收到主站策略反馈模块(7)传递的反馈信息，主站策略生成模块(2)按照反馈信息修改策略控制规则表；

主站策略实施模块(3)，接收主站策略生成模块(2)传递的策略控制规则表，依照策略控制规则表生成业务流模板、配置包过滤器与动态队列，并向主站策略生成模块(2)提供策略实施确认信息，向主站QoS信令发送模块(4)传递业务流模板信息；所述业务流模板与包过滤器包括源业务终端IP地址和端口号、目的业务终端IP地址和端口号，及会话ID信息；所述动态队列用于承载主站业务识别模块(1)识别出的业务数据，动态队列的配置包括获取队列长度、队列控制参数、队列ID、队列优先级及令牌桶速率配置，主站策略实施模块(3)若收到撤销QoS配置指示信息，则释放相应QoS配置并向主站QoS信令发送模块(4)提供撤销信息；

主站QoS信令发送模块(4)，获取主站策略生成模块(2)传递来的QoS标识参数及主站策略实施模块(3)传递来的业务流模板信息后，生成QoS信令，并向小站QoS信令接收模块(5)发送生成的QoS信令，如果从主站策略实施模块(3)获取撤销信息，则生成撤销信令，并将撤销信令发送至小站QoS信令接收模块(5)；

小站QoS信令接收模块(5)，从接收到的QoS信令中解析QoS参数，并向小站策略实施模块(6)传递此QoS参数；所述QoS参数分为QoS配置参数和配置撤销参数；QoS配置参数包括QoS标识参数及业务流模板信息；

小站策略实施模块(6)，依据从小站QoS信令接收模块(5)接收到的QoS参数，对小站进行QoS配置或配置撤销操作。

主站策略反馈模块(7)周期性查询策略实施模块(3)中的资源占用情况、无线信道质量以及MAC层缓冲区，策略实施模块(3)将MAC层调度缓冲区业务队列长度参数及资源占用大小参数传递给主站策略反馈模块(7)，如果主站策略反馈模块(7)发现MAC层调度缓冲区业务队列长度参数超过提前设定的阈值、资源占用大小参数大于系统带宽资源，则主站策略反馈模块(7)触发反馈算法并生成反馈信息，主站策略反馈模块(7)将反馈信息传递给策略生成模块(2)，策略生成模块(2)依据反馈信息生成修改的策略控制规则表并将策略控制规则表传递给策略实施模块(3)，使系统承载的各种业务在资源受限的情况下获得合理的QoS保障，同时主站策略实施模块将触发主站QoS信令发送模块(4)向小站QoS信令接收模块(5)发送QoS修改信令，QoS修改信令包括修改的QoS参数，即修改的QoS标识参数和业务流模板信息，促使小站策略实施模块(6)完成QoS配置修改；主站资源反馈模块(7)实时查看资源占用情况及MAC层调度缓冲区业务队列长度，判断突发资源受限情况是否彻底恢复，如果资源受限情况消失，则恢复主站策略实施模块(3)和小站策略实施模块(6)中原有业务QoS配置策略。

一种卫星通信系统端到端服务质量保障方法，实现步骤如下：

步骤1，主站业务识别：获取并识别业务申请信令与业务数据，通过解析业务申请信令获取业务特性信息，将所述业务特性信息送至步骤2，并将业务数据映射至步骤3；所述业务特性信息包括会话ID参数、业务类型参数、业务发送端口与IP地址参数、业务发送速率参数、控制信令带宽参数、业务编码方式参数；所述业务申请信令为SIP信令，在SIP信令中需要识别INVITE信令、200 OK信令、BYE信令，其中识别INVITE信令和200 OK信令用于生成业务特性信息，识别BYE信令送至步骤2，用于提供业务承载释放信息；

步骤2，主站策略生成：接收业务特性信息，依据业务特性信息决定是否准入申请业务，如果准入则通过策略生成算法生成策略控制规则表，并将策略控制规则表传递至步骤3，将QoS标识参数送递至步骤4；所述策略控制规则表包括：会话ID参数、业务类型参数、QoS标识参数、最大比特速率参数、保障比特速率参数，及保持与释放优先级参数；若接收到步骤1传递的业务承载释放信息，则查找相应策略控制规则表，将找到的策略控制规则表释放并执行步骤3撤销相应QoS配置；若接收到步骤7传递的反馈信息，则依据反馈信息生成修改的策略控制规则表并将此修改的策略控制规则表传递给步骤3，使系统承载的各种业务在资源受限的情况下获得合理QoS保障；

步骤3，主站策略实施：接收步骤2传递的策略控制规则表，依照策略控制规则表生成业务流模板、配置包过滤器与动态队列，并反馈策略实施确认信息，向步骤4传递业务流模板信息；所述业务流模板与包过滤器包括源业务终端IP地址和端口号、目的业务终端IP地址和端口号，及会话ID信息；所述动态队列用于承载步骤1识别出的业务数据，动态队列的配置包括获取队列长度、队列控制参数、队列ID、队列优先级及令牌桶速率配置，在此步骤3中若收到撤销QoS配置指示信息，则释放相应QoS配置并向步骤4提供撤销信息，若收到修改的策略控制规则表则将触发步骤4发送QoS修改信令，QoS修改信令包括修改的QoS参数，既修改QoS标识参数和业务流模板信息，促使步骤6完成QoS配置修改；

步骤4，主站QoS信令发送：获取步骤2传递来的QoS标识参数及步骤3传递来的业务流模板信息后，生成QoS信令，并向步骤5发送生成的QoS信令，如果从步骤3获取撤销信息，则生成撤销信令，并将撤销信令发送至步骤5；

步骤5，小站QoS信令接收：从接收到的QoS信令中解析QoS参数，并向步骤6传递此QoS参数；所述QoS参数分为QoS配置参数和配置撤销参数；QoS配置参数包括QoS标识参数及业务流模板信息；

步骤6，小站策略实施：依据从步骤5接收到的QoS参数，对小站进行QoS配置或配置撤销操作。

步骤7，主站策略反馈：周期性查询系统中的资源占用情况、无线信道质量以及MAC层缓冲区，判断MAC层调度缓冲区业务队列长度参数是否超过提前设定的阈值、资源占用大小参数是否大于系统带宽资源，如大于则触发反馈算法并生成反馈信息，将反馈信息传递给步骤2，在此步骤中实时查看资源占用情况及MAC层调度缓冲区业务队列长度，判断突发资源受限情况是否彻底恢复，如果资源受限情况消失，则恢复原有业务QoS配置策略。

所述策略生成算法包括QoS标识生成算法、业务带宽获取算法、保持与释放优先级获取算法，其中QoS标识生成算法生成针对申请业务的QoS标识，此申请业务的QoS标识与一组QoS保障特性相对应；业务带宽获取算法用于生成此申请业务在卫星通信系统中获得的带宽保障参数；保持与释放优先级获取算法生成保持与释放优先级参数，此保持与释放优先级参数用于在资源受限情况下对承载业务的临时性释放提供优先级顺序；最后将QoS标识生成算法QoS标识参数、业务带宽获取算法所获得的带宽保障参数、保持与释放优先级获取算法所获得的保持与释放优先级参数写入策略控制规则表。

所述QoS标识生成算法实现如下：

(1)从步骤1获取业务类型参数，若此时卫星通信系统已运行一段时间，卫星通信系统中已存在策略控制规则表则转入(2)；若此时卫星通信系统为初始状态，卫星通信系统内尚无策略控制规则表生成则转入(3)；

(2)查询此业务类型参数的策略控制规则表是否已经存在，若存在对应策略控制规则表则直接分配此业务对应的QoS标识，否则进入(3)；

(3)判断业务是否为RTCP(实时传输控制协议)业务，并识别是RTCP中的audio、video、application、control、data业务中的哪一种，之后依照不同的业务类型为QoS标识参数进行赋值，其中data业务需依照用户等级的不同分别进行赋值。

所述业务带宽获取算法：

(1)从步骤1获取业务申请信令中的带宽参数，之后查询申请业务信令是否为RTCP(实时传输控制协议)业务，如果不是，查看业务申请信令中的带宽信息中是否含有业务速率信息b，若无则带宽值赋为0，如果是，则带宽值为b＊1000；

(2)若申请业务为RTCP业务，查看RTCP中的RR(接收报告)带宽与SR(发送报告)带宽是否同时存在，如同时存在则带宽值为RR速率与SR速率之和；在RTCP业务情况下，若RR与SR不同时存在且无业务速率信息b，则带宽值赋值为保障比特速率；

(3)在RTCP业务情况下，若仅有RS带宽与业务速率信息b，则带宽赋值为Max[0.05＊1000＊b，RS]；在RTCP业务情况下，若仅有RR带宽和业务速率信息b，则带宽赋值为Max[0.05＊1000＊b，RR]；在RTCP业务情况下，若仅有业务速率信息b，则带宽赋值为Max[0.05＊1000＊b]。

所述保持与释放优先级获取算法：首先从步骤1获取业务类型参数，其中业务类型参数为audio、viedo、application、control、data，根据不同业务类型参数为保持与释放优先级赋值，取值范围为1-4。

所述反馈算法实现如下：反馈算法采用速率降级和按优先级释放两种方法，当反馈算法在步骤7中被触发时，将首先采用速率降级策略，若速率降级策略失效则采用按优先级释放策略；

若启动速率降级策略，步骤7获取所有正在连接业务的策略控制规则表，查询其中的业务ID参数、QoS标识参数与保障比特速率参数，将QoS标识最低的业务，即实时性较差的端到端业务进行速率降级处理，计算如果此业务采用保障比特速率进行QoS配置，是否可解决资源受限问题，如可以解决则完成反馈算法，将反馈信息传递给步骤2，此时反馈信息包括需要进行速率降级的业务ID号。如不可解决资源受限问题，则触发按优先级释放方法；

若启动优先级释放方法策略，则查找步骤2的策略控制规则表中的释放与保持优先级参数，比较获取的各业务的释放与保持优先级参数，并在主站策略实施模块中将此优先级参数最小的业务暂时释放，完成反馈算法。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)反馈处理更及时、处理时延短：在端到端服务质量保障方法中增加策略反馈模块，周期性查看资源占用情况与缓冲区队列长度，当突发资源受限时，将触发策略生成模块实施两级保障方法。当突发资源不足情况解除后，业务恢复原先的QoS策略配置。通过策略反馈模块探测资源占用情况以及物理信道质量情况，将反馈信息直接递交给策略生成模块进行处理，而非传送到业务终端进行调节，可极大降低系统的处理延时。同时通过预先在策略生成模块中分配的释放保持优先级参数，使业务释放处理更加迅速，保证策略更新的时效性，有效降低系统反馈处理时间。

(2)更适合短暂性可恢复的链路资源受限情况：此方法将更适合卫星通信系统。卫星通信资源有限，对于网络突发流量激增情况缺乏抵抗性，而且卫星信道容易受天气等影响，会出现突发的信道质量下降。但以上两种情况均有短暂性特点，即在一段时间内，系统资源受限的情况将有所改善，所以反馈策略也应该具有这种暂时性特点。当资源恢复后，应重新实施被暂时放弃的业务QoS配置，使系统对极端状态的处理具有可恢复性，提高系统抵御极端情况的能力。

(3)具有两级保障模式：通过速率降级与按优先级释放两级保障模式，可以在资源受限不严重的情况下，通过降低业务在主站中的速率配置与业务调度配置，而不用断开业务连接，来缓解资源紧张情况。如资源受限严重，则选择断开实时性较低的业务，为更高实时性的业务争取更多的资源。通过这种方式，可针对实际资源受限情况，按照不同的方式进行处理，可使端到端业务在极端情况下得到最好的服务质量保障。

(4)本发明对业务的实时性保障更为严格：QoS保障通过与SIP信令相结合，可以获得业务种类、业务速率、编码方式、业务IP地址及端口号等有关申请业务的详细参数信息，依据获取的业务参数信息通过策略生成算法生成控制规则表，为策略实施模块提供策略保障方案。此方法可以更加细致的区分实时性业务的类型与带宽保障要求，可以使策略实施模块根据不同的终端、不同的业务类型、不同的用户要求为实时性业务提供差异细致可靠的服务质量保障，使得QoS保障更为严格，业务传输可靠性更高。另外，通过与SIP信令结合，可使QoS策略在会话连接建立之前生效，使会话建立与QoS保障建立相融合，降低QoS处理时延。

(5)本发明网络资源占用率低：本发明采用QoS标识作为主站与小站之间传递的QoS参数。由主站的策略生成算法为QoS标识参数赋值，一个QoS标识值对应一组QoS特性，如业务类型、优先级、数据包时延和数据包丢失率。QoS标识值与QoS特性的对应表提前配置在主站与小站中，小站在接收到QoS信令后获得QoS标识值参数，查找对照表配置队列。通过此方法可简化QoS信令中复杂的QoS参数，进而降低卫星通信系统资源的占用率。

(6)本发明可在卫星通信系统中提供动态端到端的服务质量保障：本发明可识别网络中的不同业务终端，使得地面网络中对终端业务的保障延续到卫星通信中，使业务从源终端发出到目的终端接收的整个过程中获得一致性的服务质量保障，在地面网络与卫星网络之间不用提供任何转换设备。同时主站中的承载队列均是依据策略控制规则表动态建立的，当业务中断时，可及时撤销策略并销毁队列及相关配置，这种动态处理方式可以节约系统内存开销，使业务的保障更加可靠精确。

附图说明

图1为本发明中卫星通信系统反馈型QoS保障系统的QoS组成框图；

图2为本发明中卫星通信系统反馈型QoS保障方法的实现流程图；

图3为本发明反馈型QoS信令处理流程图；

图4为本发明中QoS标识生成算法实现流程图；

图5为本发明中业务带宽获取算法实现流程图；

图6为包过滤器与专用队列结构图；

图7为QoS信令结构图；

图8为本发明反馈算法流程图。

具体的实施方式

如图1所示，本发明的卫星通信系统反馈型QoS保障系统由以下几个模块组成：主站业务识别模块1、主站策略生成模块2、主站策略实施模块3、主站QoS信令发送模块4、小站QoS信令接收模块5、小站策略实施模块6和主站策略反馈模块7。主站业务识别模块1，获取并识别业务申请信令与业务数据，通过解析业务申请信令获取业务特性信息，向主站策略生成模块2传递此业务特性信息，并将业务数据映射至主站策略实施模块3；所述业务特性信息包括会话ID参数、业务类型参数、业务发送端口与IP地址参数、业务发送速率参数、控制信令带宽参数、业务编码方式参数；所述业务申请信令为SIP信令，在SIP信令中需要识别INVITE信令、200 OK信令、BYE信令，其中识别INVITE信令和200 OK信令用于生成业务特性信息，识别BYE信令用于向主站策略生成模块2提供业务承载释放信息；

主站策略生成模块2，接收主站业务识别模块1传递的业务特性信息，依据业务特性信息，决定是否准入申请业务，如果准入则通过策略生成算法生成策略控制规则表，并向主站策略实施模块3传递策略控制规则表，向主站QoS信令发送模块4传递QoS标识参数；所述策略控制规则表包括：会话ID参数、业务类型参数、QoS标识参数、最大比特速率参数、保障比特速率参数，及保持与释放优先级参数；若主站策略生成模块2接收到主站业务识别模块1传递的业务承载释放信息，则查找相应策略控制规则表，将找到的策略控制规则表释放并指示主站策略实施模块3撤销相应QoS配置；若主站策略生成模块2接收到主站策略反馈模块7传递的反馈信息，主站策略生成模块2按照反馈信息修改策略控制规则表；

主站策略实施模块3，接收主站策略生成模块2传递的策略控制规则表，依照策略控制规则表生成业务流模板、配置包过滤器与动态队列，并向主站策略生成模块2提供策略实施确认信息，向主站QoS信令发送模块4传递业务流模板信息；所述业务流模板与包过滤器包括源业务终端IP地址和端口号、目的业务终端IP地址和端口号，及会话ID信息；所述动态队列用于承载主站业务识别模块1识别出的业务数据，动态队列的配置包括获取队列长度、队列控制参数、队列ID、队列优先级及令牌桶速率配置，主站策略实施模块3若收到撤销QoS配置指示信息，则释放相应QoS配置并向主站QoS信令发送模块4提供撤销信息；主站QoS信令发送模块4，获取主站策略生成模块2传递来的QoS标识参数及主站策略实施模块3传递来的业务流模板信息后，生成QoS信令，并向小站QoS信令接收模块5发送生成的QoS信令，如果从主站策略实施模块3获取撤销信息，则生成撤销信令，并将撤销信令发送至小站QoS信令接收模块5；小站QoS信令接收模块5，从接收到的QoS信令中解析QoS参数，并向小站策略实施模块6传递此QoS参数；所述QoS参数分为QoS配置参数和配置撤销参数；QoS配置参数包括QoS标识参数及业务流模板信息；小站策略实施模块6，依据从小站QoS信令接收模块5接收到的QoS参数，对小站进行QoS配置或配置撤销操作；

主站策略反馈模块7周期性查询策略实施模块3中的资源占用情况、无线信道质量以及MAC层缓冲区，策略实施模块3将MAC层调度缓冲区业务队列长度参数及资源占用大小参数传递给主站策略反馈模块7，如果主站策略反馈模块7发现MAC层调度缓冲区业务队列长度参数超过提前设定的阈值、资源占用大小参数大于系统带宽资源，则主站策略反馈模块7触发反馈算法并生成反馈信息，主站策略反馈模块7将反馈信息传递给策略生成模块2，策略生成模块2依据反馈信息生成修改的策略控制规则表并将策略控制规则表传递给策略实施模块3，使系统承载的各种业务在资源受限的情况下获得合理的QoS保障，同时主站策略实施模块将触发主站QoS信令发送模块4向小站QoS信令接收模块5发送QoS修改信令，QoS修改信令包括修改的QoS参数，即修改的QoS标识参数和业务流模板信息，促使小站策略实施模块6完成QoS配置修改；主站资源反馈模块7实时查看资源占用情况及MAC层调度缓冲区业务队列长度，判断突发资源受限情况是否彻底恢复，如果资源受限情况消失，则恢复主站策略实施模块3和小站策略实施模块6中原有业务QoS配置策略。

图2为卫星通信系统反馈型QoS保障方法的实现流程图，从图2中可以看出此卫星通信系统端到端服务质量保障方法的完整实施过程。图3为卫星通信系统反馈型QoS保障的信令流程，从图3中可以看出QoS策略的生成和实施融合于会话初始化信令的交互过程中，即在会话连接建立之前，完成主站与小站的QoS配置，降低QoS处理对业务传输的时延，提高系统效率。

下面结合图1、2、3、4、5、6、7、8对本发明各部分进行详细说明。

1、业务信息识别

通过接收SIP协议INVITE信令，获取信令中以下字段内容：从Call-ID字段中获得会话ID，用以唯一标识一次会话；从m字段中获取业务类型(audio，video，data，application，control)和业务发送端口号；从c字段中获取发送业务终端的IP地址；从b字段获取业务发送速率，对于有些业务申请还带有RTCP协议所需的带宽信息；从a字段获取业务编码方式等。将获取的业务信息存入结构体中，传入主站策略生成模块2。

2、生成策略控制规则表

主站策略生成模块2接收到业务特性信息，依据业务特性信息，决定是否准入申请业务，如果准入则通过策略生成算法生成策略控制规则表，策略控制规则表用于为主站策略生成模块2配置策略提供依据；所述策略控制规则表包括：会话ID参数、业务类型参数、QoS标识参数、最大比特速率参数、保障比特速率参数，及保持与释放优先级参数。

图4为本发明中QoS标识生成算法实现流程图，其算法流程如下：从主站业务识别模块1获取业务类型参数，若此时卫星通信系统已运行一段时间，卫星通信系统中已存在策略控制规则表，则查询此业务类型参数的策略控制规则表是否已经存在，若存在对应策略控制规则表则直接分配此业务对应的QoS标识；若此时卫星通信系统为初始状态，卫星通信系统内尚无策略控制规则表，则查看申请业务类型及是否为RTCP业务，如果为RTCP及audio业务，则QoS标识值为1；如果为RTCP及video业务，则QoS标识值为2；如果仅为audio业务，则QoS标识值为3；如果仅为video业务，则QoS标识值为4；如果为application业务，则QoS标识值为1；如果为control业务，则QoS标识值为5；如果为data业务则根据不同用户等级分别将标识值赋值为6、7、8；若是其它业务类型，则QoS标识赋值为9。

图5为本发明中业务带宽获取算法实现流程图，其算法流程如下：从主站业务识别模块1获取业务申请信令中的带宽参数，之后查询申请业务信令是否为RTCP(实时传输控制协议)业务，如果不是，查看业务申请信令中的带宽信息中是否含有业务速率信息b，若无则带宽值赋为0，如果是，则带宽值为b＊1000；若申请业务为RTCP业务，查看RTCP中的RR(接收报告)带宽与SR(发送报告)带宽是否同时存在，如同时存在则带宽值为RR速率与SR速率之和；在RTCP业务情况下，若RR与SR不同时存在且无业务速率信息b，则带宽值赋值为保障比特速率；在RTCP业务情况下，若仅有RS带宽与业务速率信息b，则带宽赋值为Max[0.05＊1000＊b，RS]；在RTCP业务情况下，若仅有RR带宽和业务速率信息b，则带宽赋值为Max[0.05＊1000＊b，RR]；在RTCP业务情况下，若仅有业务速率信息b，则带宽赋值为Max[0.05＊1000＊b]。

如下表1所示，QoS标识参数对应一组QoS特性，即资源类型、业务优先级、数据包延时和数据包丢失率。此对应关系以一张表的形式被提前配置到主站与小站中，主站策略实施模块3和小站策略实施模块6接收到QoS标识之后，通过查表即可获知需要为对应业务提供何种级别的服务保障。

策略控制规则表以链表的形式存储在主站中，其中会话ID字段用以标识不同业务连接的策略控制规则表。每生成一个新的规则表，将其插在链表中的第一个位置。

3、策略实施

主站策略实施模块3获得策略控制规则表，通过其中的业务类型、源目的IP地址和源目的端口号参数生成包过滤器，包过滤器负责对业务数据的筛选。在每个包过滤器之后动态生成一个数组循环队列，此队列长度、队列控制参数、队列ID、队列优先级信息保存在队列头部中，队列的相关参数由策略控制规则表中的QoS标识参数、业务速率参数以及QoS标识与QoS特性对应表提供，在每一个循环队列之后配置令牌桶以调节业务发送速率，令牌速率严格按照策略控制规则表参数中的业务发送速率配置。图6所示为包过滤器与专用队列结构示意图。

4、QoS信令的发送与接收

在主站生成策略控制规则表并完成QoS策略配置后，主站生成QoS信令发送给小站，QoS信令包含两个部分，一个是由主站策略生成模块2生成的QoS标识参数，一个是主站策略实施模块3生成的业务流模板信息，业务流模板信息包括包过滤器更新信息。小站接收到QoS信令后，获取业务流模板，更新小站中的包过滤器配置，并获得QoS标识参数，查找提前配置在小站中的QoS信令与QoS特性对应表获得配置参数，之后配置队列与令牌桶参数，完成业务承载的建立。图7所示为QoS信令结构示意图。

5、策略的释放

当主站业务识别模块1收到SIP协议的BYE信令后，将获取其中的会话ID信息，并在主站策略生成模块2中查找并删除相应的策略控制规则表，在主站策略实施模块3中撤销包过滤器和与之对应的循环队列。同时小站策略实施模块6在收到撤销信息后完成循环队列与包过滤器的撤销。

6、业务过滤与映射

主站策略实施模块3中的队列是依据策略控制规则表动态建立的，用于承载实时性的业务，可以为实时性业务提供严格的低延时与低丢包保障，每一个队列都是一个具有特定QoS保障的IP承载。对于到达的业务数据，首先在主站业务识别模块1完成业务识别功能，将业务区分为音频、视频、HTTP、FTP、TELNET等不同业务。区分的业务需要经过包过滤器进行筛选，业务数据按照一定的优先级经过包过滤器，符合某一包过滤器的业务数据被映射至与过滤器相对应的动态队列中，若无一包过滤器与之对应则丢弃业务数据包，卫星通信系统将不对此类业务进行处理。

本发明可为目前卫星通信系统的业务传输提供可靠的服务质量保障，可识别更为详细的业务信息，能够为不同终端的各种实时性业务提供严格的带宽与延时保障，依靠在主站与小站之间传递的QoS标识参数极大的简化了QoS信令的复杂度，业务承载的建立及其QoS配置动态化。

表1为QoS标识与QoS特性对应表；

7、QoS策略反馈

主站策略反馈模块7周期性查看主站策略实施模块3中的资源占用情况和调度缓冲区队列长度，若出现资源受限情况则向主站策略生成模块2传递反馈信息。主站策略反馈模块7调出系统承载的所有业务的策略控制规则表，从中获取业务ID参数、QoS标识参数与保障比特速率参数。查找QoS标识最低的业务，计算若此业务采用保障比特速率在主站策略实施模块3中进行QoS配置，是否可以缓解资源受限，若可以则改变此业务的QoS配置，将令牌桶的速率规划参数赋值为保障比特速率。若不能缓解资源受限，则继续查找QoS标识相同或次低的业务，计算若此业务也采用保障比特速率进行配置，是否可以缓解资源受限情况，若不能则继续查找直到所有业务速率降级，如果仍不能满足资源要求，则放弃速率降级方法，采用按优先级释放方法。

如果速率降级不能满足当前资源受限情况，将采用按优先级释放的方法。主站策略反馈模块7查看主站策略生成模块2中的策略控制规则表的释放保持优先级参数，在系统所承载的所有业务中查找优先级最低的业务，其代表此业务的实时性与其他业务相比略低，在主站策略实施模块3中将此业务的包过滤器与专用队列暂时撤销，释放此业务的承载，用以缓解资源受限情况。此方法以牺牲实时性较差业务的连续性为代价，在极端情况下保障高实时性业务的可靠性。这种释放仅是暂时性的，被释放业务的QoS配置被保存在主站策略实施模块3中，当无线资源恢复正常后，重新承载此业务。按优先级释放采用暂时性的应急处理方式。

Claims (12)

1.一种卫星通信系统反馈型QoS保障系统，其特征在于包括：主站业务识别模块(1)、主站策略生成模块(2)、主站策略实施模块(3)、主站QoS信令发送模块(4)、小站QoS信令接收模块(5)、小站策略实施模块(6)和主站策略反馈模块(7)；其中：

主站业务识别模块(1)，获取并识别业务申请信令与业务数据，通过解析业务申请信令获取业务特性信息，向主站策略生成模块(2)传递此业务特性信息，并将业务数据映射至主站策略实施模块(3)；所述业务特性信息包括会话ID参数、业务类型参数、业务发送端口与IP地址参数、业务发送速率参数、控制信令带宽参数、业务编码方式参数；所述业务申请信令为SIP信令，在SIP信令中需要识别INVITE信令、200OK信令、BYE信令，其中识别INVITE信令和200OK信令用于生成业务特性信息，识别BYE信令用于向主站策略生成模块(2)提供业务承载释放信息；

主站策略生成模块(2)，接收主站业务识别模块(1)传递的业务特性信息，依据业务特性信息，决定是否准入申请业务，如果准入则通过策略生成算法生成策略控制规则表，并向主站策略实施模块(3)传递策略控制规则表，向主站QoS信令发送模块(4)传递QoS标识参数；所述策略控制规则表包括：会话ID参数、业务类型参数、QoS标识参数、最大比特速率参数、保障比特速率参数，及保持与释放优先级参数；若主站策略生成模块(2)接收到主站业务识别模块(1)传递的业务承载释放信息，则查找相应策略控制规则表，将找到的策略控制规则表释放并指示主站策略实施模块(3)撤销相应QoS配置；若主站策略生成模块(2)接收到主站策略反馈模块(7)传递的反馈信息，主站策略生成模块(2)依据反馈信息生成修改的策略控制规则表并将此修改的策略控制规则表传递给策略实施模块(3)，使系统承载的各种业务在资源受限的情况下获得合理QoS保障；

主站策略实施模块(3)，接收主站策略生成模块(2)传递的策略控制规则表，依照策略控制规则表生成业务流模板、配置包过滤器与动态队列，并向主站策略生成模块(2)提供策略实施确认信息，向主站QoS信令发送模块(4)传递业务流模板信息；所述业务流模板与包过滤器包括源业务终端IP地址和端口号、目的业务终端IP地址和端口号，及会话ID信息；所述动态队列用于承载主站业务识别模块(1)识别出的业务数据，动态队列的配置包括获取队列长度、队列控制参数、队列ID、队列优先级及令牌桶速率配置，主站策略实施模块(3)若收到撤销QoS配置指示信息，则释放相应QoS配置并向主站QoS信令发送模块(4)提供撤销信息，若主站策略实施模块(3)收到修改的策略控制规则表则将触发主站QoS信令发送模块(4)向小站QoS信令接收模块(5)发送QoS修改信令，QoS修改信令包括修改的QoS参数，既修改QoS标识参数和业务流模板信息，促使小站策略实施模块(6)完成QoS配置修改；

主站QoS信令发送模块(4)，获取主站策略生成模块(2)传递来的QoS标识参数及主站策略实施模块(3)传递来的业务流模板信息后，生成QoS信令，并向小站QoS信令接收模块(5)发送生成的QoS信令，如果从主站策略实施模块(3)获取撤销信息，则生成撤销信令，并将撤销信令发送至小站QoS信令接收模块(5)；

小站QoS信令接收模块(5)，从接收到的QoS信令中解析QoS参数，并向小站策略实施模块(6)传递此QoS参数；所述QoS参数分为QoS配置参数和配置撤销参数；QoS配置参数包括QoS标识参数及业务流模板信息；

小站策略实施模块(6)，依据从小站QoS信令接收模块(5)接收到的QoS参数，对小站进行QoS配置或配置撤销操作；

主站策略反馈模块(7)，周期性查询策略实施模块(3)中的资源占用情况、无线信道质量以及MAC层缓冲区，并接收策略实施模块(3)的MAC层调度缓冲区业务队列长度参数及资源占用大小参数，如果发现MAC层调度缓冲区业务队列长度参数超过提前设定的阈值、资源占用大小参数大于系统带宽资源，则触发反馈算法并生成反馈信息，然后将反馈信息传递给策略生成模块(2)，主站资源反馈模块(7)实时查看资源占用情况及MAC层调度缓冲区业务队列长度，判断突发资源受限情况是否彻底恢复，如果资源受限情况消失，则恢复主站策略实施模块(3)和小站策略实施模块(6)中原有业务QoS配置策略。

2.根据权利要求1所述一种卫星通信系统反馈型QoS保障系统，其特征在于：所述策略生成算法包括QoS标识生成算法、业务带宽获取算法、保持与释放优先级获取算法，其中QoS标识生成算法生成针对申请业务的QoS标识，此申请业务的QoS标识与一组QoS保障特性相对应；业务带宽获取算法用于生成此申请业务在卫星通信系统中获得的带宽保障参数；保持与释放优先级获取算法生成保持与释放优先级参数，此保持与释放优先级参数用于在资源受限情况下对承载业务的临时性释放提供优先级顺序；最后将QoS标识生成算法QoS标识参数、业务带宽获取算法所获得的带宽保障参数、保持与释放优先级获取算法所获得的保持与释放优先级参数写入策略控制规则表。

3.根据权利要求1所述一种卫星通信系统反馈型QoS保障系统，其特征在于：所述反馈算法实现如下：采用速率降级和按优先级释放两种方法结合，当反馈算法在主站策略反馈模块(7)中被触发时，将首先采用速率降级策略，若速率降级策略失效则采用按优先级释放策略；

若启动速率降级策略，主站策略生成模块(7)获取所有正在连接业务的策略控制规则表，查询其中的业务ID参数、QoS标识参数与保障比特速率参数，将QoS标识最低的业务，即实时性较差的端到端业务进行速率降级处理，所述实时性较差指业务的端到端时延大于此类业务在系统中的最大容忍延时，计算如果此业务采用保障比特速率进行QoS配置，是否可解决资源受限问题，如可以解决则完成反馈算法，将反馈信息传递给主站策略生成模块(2)，此时反馈信息包括需要进行速率降级的业务ID号，如不可解决资源受限问题，则触发按优先级释放方法；

若启动优先级释放方法策略，则查找主站策略生成模块(2)策略控制规则表中的释放与保持优先级参数，比较获取的各业务的释放与保持优先级参数，并在主站策略实施模块中将此优先级参数最小的业务暂时释放，完成反馈算法。

4.根据权利要求2所述一种卫星通信系统反馈型QoS保障系统，其特征在于：所述QoS标识生成算法实现如下：

(1)从主站业务识别模块(1)获取业务类型参数，若此时卫星通信系统已运行一段时间，卫星通信系统中已存在策略控制规则表则转入(2)；若此时卫星通信系统为初始状态，卫星通信系统内尚无策略控制规则表生成则转入(3)；

(2)查询此业务类型参数的策略控制规则表是否已经存在，若存在对应策略控制规则表则直接分配此业务对应的QoS标识，否则进入(3)；

(3)判断业务是否为实时传输控制协议RTCP业务，并识别是RTCP中的audio、video、application、control、data业务中的哪一种，之后依照不同的业务类型为QoS标识参数进行赋值，其中data业务需依照用户等级的不同分别进行赋值。

5.根据权利要求2所述一种卫星通信系统反馈型QoS保障系统，其特征在于：所述业务带宽获取算法：

(1)从主站业务识别模块(1)获取业务申请信令中的带宽参数，之后查询申请业务信令是否为实时传输控制协议RTCP业务，如果不是，查看业务申请信令中的带宽信息中是否含有业务速率信息b，若无则带宽值赋为0，如果是，则带宽值为b＊1000；

(2)若申请业务为RTCP业务，查看RTCP中的接收报告RR带宽与发送报告SR带宽是否同时存在，如同时存在则带宽值为RR速率与SR速率之和；在RTCP业务情况下，若RR与SR不同时存在且无业务速率信息b，则带宽值赋值为保障比特速率；

(3)在RTCP业务情况下，若仅有SR带宽与业务速率信息b，则带宽赋值为Max[0.05＊1000＊b，SR]；在RTCP业务情况下，若仅有RR带宽和业务速率信息b，则带宽赋值为Max[0.05＊1000＊b，RR]；在RTCP业务情况下，若仅有业务速率信息b，则带宽赋值为Max[0.05＊1000＊b]。

6.根据权利要求2所述一种卫星通信系统反馈型QoS保障系统，其特征在于：所述保持与释放优先级获取算法：首先从主站业务识别模块(1)获取业务类型参数，其中业务类型参数为audio、video、application、control、data，根据不同业务类型参数为保持与释放优先级赋值，取值范围为1-4。

7.一种卫星通信系统反馈型QoS保障方法，其特征在于实现步骤如下：

步骤1，主站业务识别：获取并识别业务申请信令与业务数据，通过解析业务申请信令获取业务特性信息，将所述业务特性信息送至步骤2，并将业务数据映射至步骤3；所述业务特性信息包括会话ID参数、业务类型参数、业务发送端口与IP地址参数、业务发送速率参数、控制信令带宽参数、业务编码方式参数；所述业务申请信令为SIP信令，在SIP信令中需要识别INVITE信令、200OK信令、BYE信令，其中识别INVITE信令和200OK信令用于生成业务特性信息，识别BYE信令送至步骤2，用于提供业务承载释放信息；

步骤2，主站策略生成：接收业务特性信息，依据业务特性信息决定是否准入申请业务，如果准入则通过策略生成算法生成策略控制规则表，并将策略控制规则表传递至步骤3，将QoS标识参数送递至步骤4；所述策略控制规则表包括：会话ID参数、业务类型参数、QoS标识参数、最大比特速率参数、保障比特速率参数，及保持与释放优先级参数；若接收到步骤1传递的业务承载释放信息，则查找相应策略控制规则表，将找到的策略控制规则表释放并执行步骤3撤销相应QoS配置；若接收到步骤7传递的反馈信息，则依据反馈信息生成修改的策略控制规则表并将此修改的策略控制规则表传递给步骤3，使系统承载的各种业务在资源受限的情况下获得合理QoS保障；

步骤3，主站策略实施：接收步骤2传递的策略控制规则表，依照策略控制规则表生成业务流模板、配置包过滤器与动态队列，并反馈策略实施确认信息，向步骤4传递业务流模板信息；所述业务流模板与包过滤器包括源业务终端IP地址和端口号、目的业务终端IP地址和端口号，及会话ID信息；所述动态队列用于承载步骤1识别出的业务数据，动态队列的配置包括获取队列长度、队列控制参数、队列ID、队列优先级及令牌桶速率配置，在此步骤3中若收到撤销QoS配置指示信息，则释放相应QoS配置并向步骤4提供撤销信息，若收到修改的策略控制规则表则将触发步骤4发送QoS修改信令，QoS修改信令包括修改的QoS参数，既修改QoS标识参数和业务流模板信息，促使步骤6完成QoS配置修改；

步骤4，主站QoS信令发送：获取步骤2传递来的QoS标识参数及步骤3传递来的业务流模板信息后，生成QoS信令，并向步骤5发送生成的QoS信令，如果从步骤3获取撤销信息，则生成撤销信令，并将撤销信令发送至步骤5；

步骤5，小站QoS信令接收：从接收到的QoS信令中解析QoS参数，并向步骤6传递此QoS参数；所述QoS参数分为QoS配置参数和配置撤销参数；QoS配置参数包括QoS标识参数及业务流模板信息；

步骤6，小站策略实施：依据从步骤5接收到的QoS参数，对小站进行QoS配置或配置撤销操作；

步骤7，主站策略反馈：周期性查询系统中的资源占用情况、无线信道质量以及MAC层缓冲区，判断MAC层调度缓冲区业务队列长度参数是否超过提前设定的阈值、资源占用大小参数是否大于系统带宽资源，如大于则触发反馈算法并生成反馈信息，将反馈信息传递给步骤2，在此步骤中实时查看资源占用情况及MAC层调度缓冲区业务队列长度，判断突发资源受限情况是否彻底恢复，如果资源受限情况消失，则恢复原有业务QoS配置策略。

8.根据权利要求7所述一种卫星通信系统反馈型QoS保障方法，其特征在于：所述策略生成算法包括QoS标识生成算法、业务带宽获取算法、保持与释放优先级获取算法，其中QoS标识生成算法生成针对申请业务的QoS标识，此申请业务的QoS标识与一组QoS保障特性相对应；业务带宽获取算法用于生成此申请业务在卫星通信系统中获得的带宽保障参数；保持与释放优先级获取算法生成保持与释放优先级参数，此保持与释放优先级参数用于在资源受限情况下对承载业务的临时性释放提供优先级顺序；最后将QoS标识生成算法QoS标识参数、业务带宽获取算法所获得的带宽保障参数、保持与释放优先级获取算法所获得的保持与释放优先级参数写入策略控制规则表。

9.根据权利要求7所述一种卫星通信系统反馈型QoS保障方法，其特征在于：所述反馈算法实现如下：反馈算法采用速率降级和按优先级释放两种方法，当反馈算法在步骤7中被触发时，将首先采用速率降级策略，若速率降级策略失效则采用按优先级释放策略；

若启动速率降级策略，步骤7获取所有正在连接业务的策略控制规则表，查询其中的业务ID参数、QoS标识参数与保障比特速率参数，将QoS标识最低的业务，即实时性较差的端到端业务进行速率降级处理，计算如果此业务采用保障比特速率进行QoS配置，是否可解决资源受限问题，如可以解决则完成反馈算法，将反馈信息传递给步骤2，此时反馈信息包括需要进行速率降级的业务ID号，如不可解决资源受限问题，则触发按优先级释放方法；

若启动优先级释放方法策略，则查找步骤2的策略控制规则表中的释放与保持优先级参数，比较获取的各业务的释放与保持优先级参数，并在主站策略实施模块中将此优先级参数最小的业务暂时释放，完成反馈算法。

10.根据权利要求7所述一种卫星通信系统反馈型QoS保障方法，其特征在于：所述QoS标识生成算法实现如下：

(1)从步骤1获取业务类型参数，若此时卫星通信系统已运行一段时间，卫星通信系统中已存在策略控制规则表则转入(2)；若此时卫星通信系统为初始状态，卫星通信系统内尚无策略控制规则表生成则转入(3)；

(2)查询此业务类型参数的策略控制规则表是否已经存在，若存在对应策略控制规则表则直接分配此业务对应的QoS标识，否则进入(3)；

(3)判断业务是否为RTCP(实时传输控制协议)业务，并识别是RTCP中的audio、video、application、control、data业务中的哪一种，之后依照不同的业务类型为QoS标识参数进行赋值，其中data业务需依照用户等级的不同分别进行赋值。

11.根据权利要求7所述一种卫星通信系统反馈型QoS保障方法，其特征在于：所述业务带宽获取算法：

(1)从步骤1获取业务申请信令中的带宽参数，之后查询申请业务信令是否为RTCP(实时传输控制协议)业务，如果不是，查看业务申请信令中的带宽信息中是否含有业务速率信息b，若无则带宽值赋为0，如果是，则带宽值为b＊1000；

(2)若申请业务为RTCP业务，查看RTCP中的接收报告RR带宽与发送报告SR带宽是否同时存在，如同时存在则带宽值为RR速率与SR速率之和；在RTCP业务情况下，若RR与SR不同时存在且无业务速率信息b，则带宽值赋值为保障比特速率；

(3)在RTCP业务情况下，若仅有SR带宽与业务速率信息b，则带宽赋值为Max[0.05＊1000＊b，SR]；在RTCP业务情况下，若仅有RR带宽和业务速率信息b，则带宽赋值为Max[0.05＊1000＊b，RR]；在RTCP业务情况下，若仅有业务速率信息b，则带宽赋值为Max[0.05＊1000＊b]。

12.根据权利要求7所述一种卫星通信系统反馈型QoS保障方法，其特征在于：所述保持与释放优先级获取算法：首先从步骤获取业务类型参数，其中业务类型参数为audio、video、application、control、data，根据不同业务类型参数为保持与释放优先级赋值，取值范围为1-4。