CN103532926A - 用于跨多个数据链路的信息传输的有状态连接覆盖协议 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于数据通信的方法和系统。该方法通过在多个数据连接上同时地发送不同的信息段来减少信息到目的地的总传输时间。该方法包括呈现信息内容以便传输至目的地实体，并且同时地通过多个数据链路连接来发送信息的不同段。所有信息段都是从目的地实体处的多个数据链路连接接收到的，并且该数据段在目的地实体处被重构回成信息内容。

Description

用于跨多个数据链路的信息传输的有状态连接覆盖协议

背景技术

飞机与地面自动化系统之间的未来通信将主要是通过VHF数字链路模式2（VDLM2）和卫星通信（SATCOM）数据链路传导的。附加通信选项可以根据飞机上娱乐活动（IFE）或安装在飞机上的其他乘客系统而可用于操作控制。

遗憾的是，当前的设计通常适应通过一个通信信道进行的活动数据传输，而不管飞机上可用的连接选项的数目如何。VDLM2和SATCOM数据链路以及蜂窝电话全部采用某个机制来随着移动站从一个蜂窝式覆盖区过渡至另一个而在各介质内无缝地切换链路连接性。无论如何，如果通信在当前选择的信道上失败，则不存在将数据流透明地切换至另一活动通信信道的能力。当数据传输在流中间失败时，所选介质/连接上的数据流被终止，并且上层恢复机制被调用，其切换到不同的介质/信道并重新开始整个数据传输。此类方法减少了通信系统可用性并增加了端到端渡越延迟。

发明内容

提供了一种用于数据通信的方法和系统。该方法包括呈现信息内容以便传输至目的地实体，并且同时地通过多个数据链路连接来发送信息的不同段。所有信息段都是从目的地实体处的多个数据链路连接接收到的，并且该数据段在目的地实体处被重构回成信息内容。

附图说明

理解了附图仅描绘示例性实施例且因此并不被认为在范围方面是限制性的，将通过使用附图来以附加的特殊性和细节来描述示例性实施例，在所述附图中：

图1是根据一个实施例的能够实现有状态无连接覆盖协议的用于飞机的数据通信网络的方框图；

图2是由有状态无连接覆盖协议执行的示例性数据传输过程的流程图；以及

图3是由有状态无连接覆盖协议执行的示例性数据接收过程的流程图。

具体实施方式

在以下详细描述中，足够详细地描述了实施例以使得本领域的技术人员能够实施本发明。应理解的是在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例。因此不应以限制性意义来理解以下详细描述。

提供了一种用于数据通信的方法和系统，其允许同时地跨多个数据链路传输信息。该方法通过在多个数据链路上同时地发送不同的信息段来减少信息到目的地的总传输时间。

该方法和系统可以用驻留于机载和地面实体上的链路分叉上的有状态无连接覆盖协议（SCOP）来实现。SCOP实现了使用不同的数据链路同时地跨多个不同子网络来发送分段信息的路由算法。如果数据链路中的一个失败，覆盖协议保持通过剩余数据链路来发送信息，直至该信息被传送。

本方法在多个不同的子网络可用时使数据吞吐量最大化。本方法允许路由器进行空中/地面子网络选择以通过在测量渡越时间和服务质量（QoS）的同时通过所有可用子网络同时地发送分段数据分组以帮助子网络分组路由选择来使吞吐量最大化并使大型消息传输时间最优化。通过可用链路的同时使用和QoS的动态估计，本覆盖协议改善了可靠性并解决了数据链路主空中业务控制（ATC）操作所面对的“断开之前完成”问题，其中，必须在连接断开之前完成通信，否则整个数据传输再来一遍。覆盖协议跨所有可用连接性选项将数据路由到目的地，从而消除了“断开之前完成”要求。该覆盖协议可以通过具有非常不同的QoS性能特性的链路/网络有效地操作。

当信息被呈现给覆盖协议以用于传输时，此信息基于可用连接性选择被打碎成数据段，并且一个数据段通过连接而被发送。该覆盖协议可以跨所有其他可用连接同时地发送下一个和后续数据段。这些连接可以是通过同一介质，诸如被同时地连接到一个或多个VHF地面站的一个或多个甚高频（VHF）无线电，或者通过不同的介质，诸如VHF、SATCOM和无线。

可以通过介质/连接标识（ID）及其自己的序号对每个数据段加标签以用于对端实体处的重新组装。还可以基于预期渡越延迟对每个数据段给定寿命以到达目的地实体。

接收实体将数据段重新组装以便传送至网络上层。覆盖协议可以使用用于所选介质的预期寿命来请求任何遗漏数据段的重传。已经超过其寿命的数据段可以被任何中间传送点丢弃。覆盖协议还可以使用全球定位系统（GPS）或任何其他机制来获得同步时间以计算/估计每个介质/连接上的单向渡越延迟，并且将该信息用于路由后续数据段。

可以用在各种计算平台上运行的软件来实现覆盖协议，或者可以用各种硬件配置来实现。

图1是根据一个实施例的能够实现本有状态无连接覆盖协议的用于飞机110的数据通信网络100的方框图。一般地，覆盖协议跨网络100中的每个空中/地面数据链路跟踪并保持协议数据单元（PDU）传送状态。在分层网络中，PDU是在给定层的协议中指定的数据单元。每个网络系统中的相应层称为对端实体。覆盖协议可以保持与多个对端实体的关系。

飞机110包括具有各种数据通信设备的数据通信系统。例如，如图1中所示，飞机110可以具有VHF收发机112、第一SATCOM收发机114、第二SATCOM收发机115、无线收发机116以及蜂窝式收发机118。应理解的是飞机110可以提供有比所示的那些更多或更少的数据通信设备。在飞机120中，诸如在由机载计算机操作的飞机电子设备中，实现了有状态无连接覆盖协议119。覆盖协议119可操作地与飞机110中的各种收发机通信以管理数据传输。

数据通信网络100包括一个或多个数字服务提供商。例如，数字服务提供商（DSP）120可以具有第一VHF地面站122、第二VHF地面站124以及第一SATCOM地面站126。VHF地面站122和124可以分别地通过VHF数据链路132和134来提供到飞机110的VHF收发机112的同时连接。SATCOM地面站126通过第一SATCOM数据链路136来提供到飞机110的SATCOM收发机114的连接。有状态无连接覆盖协议130是在DSP 120中实现的，从而与VHF地面站122和124以及与SATCOM地面站126操作通信。DSP 120可以通过VHF数据链路132、134以及SATCOM数据链路136提供到飞机110的同时连接。覆盖协议130管理这些数据链路上的数据传输。

另外，网络100可以包括其他数字服务提供商。例如，DSP 140可以具有无线地面站，其通过无线数据链路142来提供到飞机110的无线收发机116的连接。DSP 144可以提供第二SATCOM地面站，其通过第二SATCOM数据链路146来提供到飞机110的SATCOM收发机115的连接。DSP 148可以具有蜂窝式地面站，其通过蜂窝式数据链路148来提供到飞机110的蜂窝式收发机118的连接。

网络100中的飞机操作员主机/路由器150还可以将有状态无连接覆盖协议152实现为数据通信系统的一部分。飞机110可以通过如图1中所示的各种数字服务提供商向和/或从飞机操作员主机/路由器150发射和接收数据通信。例如，主机/路由器150可以在任何给定时刻经由第一和第二VHF数据链路132和134、第一和第二SATCOM数据链路136和146、无线数据链路142或蜂窝式数据链路148与飞机110通信。覆盖协议152管理飞机110与主机/路由器150之间的端到端的信息交换。

为了覆盖协议跨具有基本上不同能力的不同介质可靠地工作，底层数据链路应提供链路状态和QoS数据。另外，覆盖协议动态地估计每个数据链路上的吞吐量和单向渡越延迟，并向各自对端实体提供反馈以用于活动连接管理。

图2是由有状态无连接覆盖协议执行的示例性数据传输过程200的流程图。在过程200开始时，从诸如传输或应用层的网络上层接收信息（方框210）。然后确定到目的地对端的分集路径，并且估计每个路径的传输特性（方框220）。本文所使用的“分集路径”是在目的地对端之间存在多个连接选项时到目的地对端的连接选项。路径传输特性包括例如单向渡越延迟、平均吞吐量、聚合比特误差率（BER）等。该信息然后被打碎成单独的数据段以用于通过每个分集路径进行传输（方框230）。数据段基于路径传输特性与每个分集路径相关联（方框240）。基于每个数据段的底层传输特性来确定用于每个数据段的寿命，诸如渡越延迟和BER（方框250）。可以创建段报头，其可以包括路径ID、寿命、段ID、日时等（方框260）。然后通过其对应的分集路径同时地发射数据段（方框270）。过程200然后返回至开始用于传输附加信息传输。

图3是由有状态无连接覆盖协议执行的示例性数据接收过程300的流程图。在过程300开始时，从分集路径接收上行链路（或下行链路）信息段（方框310）。然后进行该信息段是否是多数据段传输的一部分的确定（方框314）。如果不是，则根据标准程序来处理接收信息（方框318），并且过程300返回至开始以接收下一传输。如果信息段是多数据段传输的一部分，则存储该信息段，而不管其是从什么分集路径接收到的，只要该段的寿命尚未到期即可；如果寿命已到期，则该段被丢弃（方框322）。

然后进行是否已接收到所有数据段的确定（方框326）。如果是的话，则通过依次插入各段来构造全信息内容，并且将完整的信息传送至网络上层（方框330）。然后丢弃包括该全信息内容的存储信息段，并且过程300返回至开始以接收下一传输。

如果不是所有数据段都已接收到，则进行存储段的剩余寿命是否小于或等于预定义阈值（诸如路径渡越延迟）的确定，以及确定是否存在遗漏段（方框334）。如果是的话，则请求遗漏段的重传（方框338）；如果不是，则通过依次插入数据段来构造全信息内容，并且用分集路径来识别任何遗漏序列（方框342）。过程300然后返回至开始并等待任何剩余数据段。

可以使用软件、固件、硬件或其任何组合来实现在本系统和方法中使用的计算机或处理器，如本领域的技术人员所已知的。这些可以用特别设计的专用集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA）来补充，或者结合到其中。计算机或处理器还可以包括具有软件程序、固件或其他计算机可读指令以便执行在本方法和系统中使用的各种过程任务、计算以及控制功能的功能。

可以用计算机可执行指令来实现本方法，诸如由至少一个处理器执行的程序模块或部件。一般地，程序模块包括例程、程序、对象、数据分量、数据结构、算法等，其执行特定任务或实现特定抽象数据类型。

可以用软件、固件或其他计算机或处理器可读指令来实现用于执行各种过程任务的指令、计算和在本文所述的方法的操作中使用的其他数据的生成。这些指令通常被存储在包括被用于存储计算机可读指令或数据结构的计算机可读介质的任何适当计算机程序产品上。此类计算机可读介质可以是能够被通用或专用计算机或处理器或任何可编程逻辑器件访问的任何可用介质。

适当的处理器可读介质可以包括储存或存储介质，诸如磁性或光学介质。例如，储存或存储介质可以包括常规硬盘、压缩盘、DVD、蓝光盘或其他光学存储盘；易失性或非易失性介质，诸如随机存取存储器（RAM）；只读存储器（ROM）、电可擦可编程序只读存储器（EEPROM）、闪速存储器等；或者能够用来以计算机可执行指令或数据结构的形式承载或存储期望程序代码的任何其他介质。

示例性实施例

示例1包括用于数据通信的方法，该方法包括呈现信息内容以便传输到目的地实体；同时地通过多个数据链路连接来发送不同信息段；在目的地实体处从多个数据链路连接接收所有信息段；以及在目的地实体处将数据段重构回成信息内容。

示例2包括示例1的方法，其中，该信息内容被通信网络的上层呈现并被打碎成多个数据段。

示例3包括示例2的方法，还包括确定用于每个数据段的分集路径。

示例4包括示例3的方法，还包括估计每个分集路径的一个或多个传输特性。

示例5包括示例2—4中的任一项的方法，还包括基于所选分集路径的传输特性使每个数据段与所选分集路径相关联。

示例6包括示例2—5中的任一项的方法，还包括基于用于每个数据段的底层传输特性来确定用于每个数据段的寿命。

示例7包括示例1—6中的任一项的方法，其中，该目的地实体是飞机。

示例8包括示例1-6中的任一项的方法，其中，目的地实体是飞机操作员主机或路由器。

示例9包括示例1—8的方法，其中，该数据链路连接是在飞机与一个或多个数字服务提供商之间。

示例10包括用于数据通信的系统，该系统包括多个不同的数据通信设备；被操作耦合到数据通信设备的至少一个处理器；以及具有可由处理器执行以执行用于数据通信设备的发射过程和接收过程的指令的处理器可读介质。发射过程包括从网络上层接收信息；确定到网络目的地对端的多个分集路径；将信息打碎成数据段以便通过每个分集路径传输；基于分集路径的传输特性将每个数据段与相应的分集路径相关联；以及通过用于每个数据段的相应分集路径同时地发射数据段。该接收过程包括从分集数据链路接收信息段；确定该信息段是否是多段传输的一部分；当该信息段是多段传输的一部分时存储信息段；以及确定是否已接收到多段传输的所有信息段；当已接收到所有信息段时，从信息段构造全信息内容，并将该全信息内容传送至网络上层；当不是所有信息段都被接收到时，确定接收信息段的剩余寿命是否小于或等于预定义阈值和是否存在任何遗漏信息段；当剩余寿命小于或等于预定义阈值且存在遗漏信息段时，请求遗漏信息段的重传；以及当剩余寿命并未小于或等于预定义阈值时从信息段构造全信息内容。

示例11包括示例10的系统，其中，从由VHF通信设备、卫星通信设备、无线通信设备以及蜂窝式通信设备组成的组中选择数据通信设备。

示例12包括示例10—11中的任一项的系统，其中，发射过程和接收过程是由数字服务提供商所操作的软件覆盖协议实现的。

示例13包括示例10-12中的任一项的系统，其中，发射过程和接收过程是由飞机操作员主机或路由器所操作的软件覆盖协议实现的。

示例14包括示例10-13中的任一项的系统，其中，发射过程和接收过程是由在飞机中操作的软件覆盖协议实现的。

示例15包括示例10—14中的任一项的系统，其中，该发射过程还包括估计每个分集路径的一个或多个传输特性。

示例16包括示例10—15中的任一项的系统，其中，发射过程还包括确定用于每个数据段的寿命。

示例17包括示例10-16中的任一项的系统，其中，发射过程还包括创建用于每个数据段的报头。

示例18包括示例17的系统，其中，报头包括路径标识、寿命信息、段标识或日时中的一个或多个。

示例19包括示例10—18中的任一项的系统，其中，信息段被存储直至信息段的剩余寿命已到期，或者已接收到所有信息段且全信息内容被传送至网络上层。

示例20包括计算机程序产品，包括具有可由处理器执行以执行发射过程和接收过程以用于数据通信的指令的计算机可读介质。发射过程包括从网络上层接收信息；确定到网络目的地对端的一个或多个分集路径；估计每个分集路径的一个或多个传输特性；将信息打碎成数据段以用于通过每个分集路径进行传输；基于分集路径的传输特性将每个数据段与相应的分集路径相关联；基于每个数据段的底层传输特性来确定用于每个数据段的寿命；创建用于每个数据段的报头；以及通过用于每个数据段的相应分集路径同时地发射数据段。该接收过程包括从分集数据链路接收信息段；确定该信息段是否是多段传输的一部分；当该信息段是多段传输的一部分时存储信息段，其中，信息段被存储直至该信息段的剩余寿命已到期；以及确定是否已接收到多段传输的所有信息段；当已接收到所有信息段时，从信息段构造全信息内容，并将该全信息内容传送至网络上层；当不是所有信息段都被接收到时，确定接收信息段的剩余寿命是否小于或等于预定义阈值和是否存在任何遗漏信息段；当剩余寿命小于或等于预定义阈值且存在遗漏信息段时，请求遗漏信息段的重传；以及当剩余寿命并未小于或等于预定义阈值时从信息段构造全信息内容。

在不脱离其本质特性的情况下，可以以其他特定形式来体现本发明。所述实施例在所有方面仅仅被视为说明性而非限制性的。因此由所附权利要求而不是由前述描述来指示本发明的范围。在权利要求等价物的意义和范围内的所有变更将被涵盖在其范围内。

Claims (3)

1. 一种用于数据通信的方法，该方法包括：

呈现信息内容以便传输至目的地实体；

通过多个数据链路连接同时地发送不同的信息段；

在目的地实体处从多个数据链路连接接收所有信息段；以及

在目的地实体处将数据段重构回成信息内容。

2. 一种用于数据通信的系统，该系统包括：

多个不同的数据通信设备；

至少一个处理器，被操作耦合到数据通信设备；以及

处理器可读介质，具有可由处理器执行以执行用于数据通信设备的发射过程和接收过程的指令；

其中，所述发射过程包括：

     从网络上层接收信息；

     确定到网络目的地对端的多个分集路径；

     将信息打碎成数据段以便通过每个分集路径传输；

     基于分集路径的传输特性将每个数据段与相应的分集路径相关联；以及

     通过用于每个数据段的相应分集路径同时地发射数据段；

其中，所述接收过程包括：

     从分集数据链路接收信息段；

     确定该信息段是否是多段传输的一部分；

     当该信息段是多段传输的一部分时存储该信息段；以及

     确定是否已接收到多段传输的所有信息段；

其中，当已接收到所有信息段时：

     从信息段构造全信息内容；以及

     将该全信息内容传送至网络上层；

其中，当并不是所有信息段都被接收到时：

     确定接收信息段的剩余寿命是否小于或等于预定义阈值及是否存在任何遗漏信息段；

     当该剩余寿命小于或等于预定义阈值且存在遗漏信息段时，请求遗漏信息段的重传；以及

     当剩余寿命并未小于或等于预定义阈值时，从信息段构造全信息内容。

3. 一种计算机程序产品，包括：

计算机可读介质，具有可由处理器执行以执行用于数据通信的发射过程和接收过程；

其中，该发射过程包括：

     从网络上层接收信息；

     确定到网络目的地对端的一个或多个分集路径；

     估计每个分集路径的一个或多个传输特性；

     将信息打碎成数据段以便通过每个分集路径传输；

     基于分集路径的传输特性将每个数据段与相应的分集路径相关联；以及

     基于每个数据段的底层传输特性来确定用于每个数据段的寿命；

     创建用于每个数据段的报头；以及

     通过用于每个数据段的相应分集路径同时地发射数据段；

其中，所述发射过程包括：

     从分集数据链路接收信息段；

     确定该信息段是否是多段传输的一部分；

     当该信息段是多段信息的一部分时存储该信息段，其中，该信息段被存储直至该信息段的剩余寿命已到期；以及

     确定是否已接收到多段传输的所有信息段；

其中，当已接收到所有信息段时：

     从信息段构造全信息内容；以及

     将该全信息内容传送至网络上层；

其中，当并不是所有信息段都被接收到时：

     确定接收信息段的剩余寿命是否小于或等于预定义阈值及是否存在任何遗漏信息段；

     当该剩余寿命小于或等于预定义阈值且存在遗漏信息段时，请求遗漏信息段的重传；以及

     当剩余寿命并未小于或等于预定义阈值时，从信息段构造全信息内容。

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