CN111682892A - 基于卫星通信智能网关业务感知的自动建链方法 - Google Patents

基于卫星通信智能网关业务感知的自动建链方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于卫星通信智能网关业务感知的自动建链方法。该方法包括：在终端智能网关通过实时截获本地IP业务数据报文，读取IP业务数据报文头的类型值，通过机器学习实时计算当前用户所需带宽，同时智能网关常态连接的窄带控制信道，将当前业务类型所需带宽发向中心网管，中心网管实时计算当前可用带宽b，若可用带宽大于用户所需带宽，则分配对应的频点和带宽值，生成建链参数。并通过窄带信道向通信双方的智能网关下发建链参数，实现点对点形式的自动建链。该方法能够自动检测卫星通信具体业务需求，自动建链，从而提高卫星通信的建链效率。

Description

基于卫星通信智能网关业务感知的自动建链方法
技术领域
本发明涉及卫星通信系统，更具体地，涉及基于卫星通信智能网关业务感知的自动建链方法。
背景技术
由于卫星的转发器带宽有限，每次用户使用卫星链路之前，需要手动向中心网管申请建链，中心网管需要人工处理申请需求，则分配和调度带宽资源时效性不强，造成在应急通信环境下，必须先人工申请卫星链路，之后才能使用通信业务，浪费了应急救援时间。所以，在应急通信背景下，使用卫星通信时，传统人工建链时效性差，通信效率低等问题一直困扰着卫星通信的发展。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种解决现有技术中存在的缺陷的基于卫星通信智能网关业务感知的自动建链方法。以缓解在应急通信背景下，使用卫星通信时，传统人工建链时效性差，需要人工干预等问题。
根据本发明的第一方面，提供基于卫星通信智能网关业务感知的自动建链方法，包括：卫星通信智能网关实时获取IP报文业务类型值T。T的值通过IP报文的协议头来确定；卫星通信智能网关根据获取的业务类型T，计算所需带宽 B；卫星通信智能网关与窄带控制信道常连接，并上报当前通信业务所需要的带宽B，中心网管通过窄带控制信道获取带宽申请B，同时计算星上剩余带宽b并进行比较；若当前剩余带宽b大于申请带宽B，中心网管判定符合建链条件，则生成建链参数，下发至智能网关，完成自动建链。
可选地，所述业务类型T的值由智能网关实时计算。智能网关软件转发每一帧IP报文，都会复制该帧具体内容并分析出协议头的数据，在所有软件中设立了业务协议的数据库，智能网关软件将获取到该帧协议头数据与数据库中的协议值进行比对，确定当前用户使用的协议，给出业务类型T的具体值，则T>0，如果比对失败，无对应业务，则T=0。
可选地，卫星通信智能网关根据获取的业务类型T，计算所需带宽 B。所述基于机器学习算法的计算本次业务申请的所需带宽B，预测模型的关键在于根据历史申请记录的带宽误差计算
Figure 528552DEST_PATH_IMAGE001
。以预测带宽误差
Figure 845264DEST_PATH_IMAGE001
为因变量，以每次实占用带宽与申请带宽的差值为自变量变量X，
Figure 239336DEST_PATH_IMAGE002
为修正变量，则带宽误差的经验公式模型为：
Figure 666906DEST_PATH_IMAGE004
，根据n次申请记录，用
Figure 462824DEST_PATH_IMAGE005
表示第i次记录X的值，由最小二乘法得到一个代价函数
Figure 216016DEST_PATH_IMAGE007
，当
Figure 362964DEST_PATH_IMAGE008
值为最小时，得到
Figure 594225DEST_PATH_IMAGE002
值，进而得到最优化
Figure 746114DEST_PATH_IMAGE001
的值，则所需带宽的值为
Figure 670208DEST_PATH_IMAGE010
，而m为迭代次数，则本次上报的带宽
Figure 304452DEST_PATH_IMAGE011
。
可选地，所述星上剩余带宽b的值由中心网管实时计算。
可选地，所述自动建链方法执行的必要条件，包括：确定所述实时剩余带宽b的值，且b>B。进而智能网关业务感知的T>0，如果满足上述条件，则自动建链执行成功；确定所述实时剩余带宽b的值，若b<B。不满足自动建链条件, 循环执行所需带宽B的迭代训练：
Figure 339404DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 109914DEST_PATH_IMAGE013
，直至满足b>B，则自动建链执行成功。
可选地，在所述自动建链方法执行成功后，中心网管会生成卫星通信建链参数，参数是通信频点F和带宽W，中心网管通过窄带控制信道下发建链参数给通信双方的智能网关设备。
可选地，在所述自动建链方法执行失败后，智能网关会记录失败后的迭代训练次数n，当n>10时，智能网关会向中心网管发出自动建链失败警报。便于管理员及时干预异常情况。
根据本发明的第二方面，提供一种用于自动建链的智能网关设备，包括IP报文截获复制处理器、业务类型感知识别单元、机器学习处理单元、窄带控制链路通信单元。；所述IP报文截获复制处理器用于向智能网关输出截获的IP报文；所述业务类型感知识别单元用于向智能网关输出业务类型T的值。；所述机器学习处理单元用于向智能网关输出所需带宽B的值；所述窄带控制链路通信单元用于向中心网管上报和接收自动建链的相关控制信息。
可选地，还包括窄带控制链路通信接口，用于向中心网管发送自动建链控制信息。
可选地，还包括业务数据接口，用于连接IP报文截获复制处理器，并用于接收和转发用户的业务信息。
可选地，所述的自动建链的智能网关设备，业务感知并得到T的值，T>0则通过机器学习计算出所需带宽B，并将B的值通过窄带控制接口发给中心网管。
根据本发明的第三方面，提供一种所述的自动建链方法的中心网管设备，包括剩余带宽计算单元、建链参数生成单元、窄带控制链路通信单元。所述剩余带宽计算单元用于向中心网管输出剩余带宽b的值；所述建链参数生成单元用于向中心网管输出建链参数频点F和带宽W；所述窄带控制链路通信单元用于向智能网关下发和接收自动建链的相关控制信息。
根据本发明的第四方面，提供一种卫星通信系统，包含前述的智能网关设备；包括前述的中心网管设备；包含前述的自动建链执行方法。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明实施例提供的卫星通信系统自动建链的流程图；
图2为本发明实施例提供的卫星通信系统智能网关设备的硬件配置框图；
图3为本发明实施例提供的卫星通信中心网管的硬件配置框图；
图4为本发明实施例提供的卫星通信系统结构图。
具体实施方式
下面将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
图1是根据本发明实施例的基于卫星通信智能网关业务感知的自动建链方法的流程图。包括以下步骤：
S1、卫星通信智能网关实时获取IP报文业务类型值T。T的值通过IP报文的协议头来确定。所述业务类型T的值由智能网关实时计算。智能网关软件转发每一帧IP报文，都会复制该帧具体内容并分析出协议头的数据，在所有软件中设立了业务协议的数据库，智能网关软件将获取到该帧协议头数据与数据库中的协议值进行比对，确定当前用户使用的协议，给出业务类型T的具体值，则T>0，如果比对失败，无对应业务，则T=0。
S2、卫星通信智能网关根据获取的业务类型T，计算所需带宽 B。所述当前用户业务所需带宽B的值由智能网关通过机器学习实时计算。当前用户所需带宽B通过机器学习多次迭代训练，确定本次申请成功的所需带宽
Figure 204908DEST_PATH_IMAGE014
的值，最后
Figure 60869DEST_PATH_IMAGE011
。所述基于机器学习算法的计算本次业务申请的所需带宽B，预测模型的关键在于根据历史申请记录的带宽误差计算
Figure 633933DEST_PATH_IMAGE001
。以预测带宽误差
Figure 258949DEST_PATH_IMAGE001
为因变量，以每次实占用带宽与申请带宽的差值为自变量变量X，
Figure 790425DEST_PATH_IMAGE002
为修正变量，则带宽误差的经验公式模型为：
Figure 366637DEST_PATH_IMAGE016
，根据n次申请记录，用
Figure 274550DEST_PATH_IMAGE005
表示第i次记录X的值，由最小二乘法得到一个代价函数
Figure 754073DEST_PATH_IMAGE018
，当
Figure 190871DEST_PATH_IMAGE008
值为最小时，得到
Figure 21424DEST_PATH_IMAGE002
值，进而得到最优化
Figure 936290DEST_PATH_IMAGE001
的值，则所需带宽的值为
Figure 535899DEST_PATH_IMAGE020
，而m为迭代次数，则本次上报的带宽
Figure 409177DEST_PATH_IMAGE011
。
S3、卫星通信智能网关与窄带控制信道常连接，并上报当前通信业务所需要的带宽B，中心网管通过窄带控制信道获取带宽申请B，同时计算星上剩余带宽b并进行比较。所述星上剩余带宽b的值由中心网管实时计算。
S4、若当前剩余带宽b大于申请带宽B，中心网管判定符合建链条件，则生成建链参数，下发至智能网关，完成自动建链。
本发明所述的基于卫星通信智能网关业务感知的自动建链方法执行的必要条件，包括：确定剩余带宽b的值，且b>B。进而智能网关业务感知的T>0，如果满足上述条件，则自动建链执行成功；确定所述实时剩余带宽b的值，若b<B。不满足自动建链条件, 循环执行所需带宽B的迭代训练
Figure 461446DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 669750DEST_PATH_IMAGE013
，直至满足b>B，则自动建链执行成功。
本发明所述自动建链方法执行成功后，中心网管会生成卫星通信建链参数，参数的包含通信频点F和带宽W，中心网管通过窄带控制信道下发建链参数给通信双方的智能网关设备。
本发明所述自动建链方法执行失败后，智能网关会记录失败后的迭代训练次数n，当n>10时，智能网关会向中心网管发出自动建链失败警报。便于中心网管报警，实现人工及时干预异常情况。
对于本领域技术人员来说，可以通过硬件方式、软件方式或软硬件结合的方式实现基于卫星通信智能网关业务感知的自动建链方法。基于同一发明构思，参考图2介绍本发明实施例的自动建链智能网关设备，以及参见图3介绍本发明实施例的自动建链中心网管设备，以及参见图4介绍本发明实施例的自动建链卫星通信系统
图2是显示可用于实现本发明的实施例的实现自动建链方法的智能网关设备硬件配置的例子的框图，智能网关设备2000包括处理器2010、存储器2020、业务类型感知识别单元2030、机器学习处理单元2040、窄带控制链路通信单元2050、窄带控制链路通信接口2060、业务数据接口2070。存储器2020用于存储截获报文和业务类型数据库，所述截获报文用于处理器2010进行业务感知操作和机器学习操作，如前述业务类型感知识别单元2030用于向智能网关输出业务类型T的值和机器学习处理单元2040用于向智能网关输出所需带宽B的值。处理器2010例如可以是中央处理器CPU、微处理器MCU等。存储器2020例如包括ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、诸如硬盘的非易失性存储器等。窄带控制链路通信接口2060，用于向中心网管发送自动建链控制信息。业务数据接口2070，用于连接IP报文截获复制处理器，并用于接收和转发用户的业务信息。
所述的自动建链的智能网关设备，业务感知并得到T的值，T>0则通过机器学习计算出所需带宽B，并将B的值通过窄带控制接口发给中心网管。
图3是显示可用于实现本发明的实施例的实现自动建链方法的中心网管设备硬件配置的例子的框图，中心网管设备3000包括处理器3010、存储器3020、剩余带宽计算单元3030、建链参数生成单元3040、窄带控制链路通信单元3050、窄带控制链路通信接口3060。存储器3020用于存储建链参数数据和剩余带宽b数据库，所述数据库用于处理器3010进行剩余带宽b计算和自动建链参数的生成，窄带控制链路通信接口3060，用于向智能网关设备下发和接收自动建链控制信息。所述自动建链失败告警器3070用于发出自动建链失败警报。
图4是显示可用于实现本发明的实施例的卫星通信系统例子的框图，如图4所示，卫星通信系统包含1个卫星中央站和n个卫星终端站。卫星中央站包含一个中心网管，n个卫星终端站包含n台调制解调器和智能网关。
进一步，如图1所示，n个终端站的智能网关与1个中央站的中心网管通过窄带共用控制信道常连接，确保控制信令随时发送。而宽带业务信道则根据智能网关的业务感知进行自动的建链或拆链。
因此，在本发明实例中，通过基于卫星通信智能网关业务感知的自动建链，除了能够提高宽带业务信道的建链效率，还能够提高宽带业务信道的数据的传输效率。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。但本领域技术人员应当清楚的是，上述各实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。另外，对于设备实施例而言，由于其是与方法实施例相对应，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的对应部分的说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可是不是物理上分开的。
另外，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.基于卫星通信智能网关业务感知的自动建链方法，其特征在于：
S1、卫星通信智能网关实时获取IP报文业务类型值T；T的值通过IP报文的协议头来确定；所述业务类型T的值由智能网关实时计算；智能网关软件转发每一帧IP报文，都会复制该帧具体内容并分析出协议头的数据，在所有软件中设立了业务协议的数据库，智能网关软件将获取到该帧协议头数据与数据库中的协议值进行比对，确定当前用户使用的协议，给出业务类型T的具体值，则T>0，如果比对失败，无对应业务，则T=0；
S2、卫星通信智能网关根据获取的业务类型T，计算所需带宽 B；所述当前用户业务所需带宽B的值由智能网关通过机器学习实时计算；当前用户所需带宽B通过机器学习多次迭代训练，确定本次申请成功的所需带宽
Figure 480530DEST_PATH_IMAGE001
的值，最后
Figure 823787DEST_PATH_IMAGE002
；
S3、卫星通信智能网关与窄带控制信道常连接，并上报当前通信业务所需要的带宽B，中心网管通过窄带控制信道获取带宽申请B，同时计算星上剩余带宽b并进行比较；
S4、所述星上剩余带宽b的值由中心网管实时计算；若当前剩余带宽b大于申请带宽B，中心网管判定符合建链条件，则生成建链参数，下发至智能网关，完成自动建链。
2.根据权利要求1所述的基于卫星通信智能网关业务感知的自动建链方法，其特征在于：
所述基于机器学习算法的计算本次业务申请的所需带宽B，预测模型的关键在于根据历史申请记录的带宽误差计算
Figure 970515DEST_PATH_IMAGE003
；以预测带宽误差
Figure 715617DEST_PATH_IMAGE003
为因变量，以每次实占用带宽与申请带宽的差值为自变量变量X，
Figure 152415DEST_PATH_IMAGE004
为修正变量，则带宽误差的经验公式模型为：
Figure 982968DEST_PATH_IMAGE005
，根据n次申请记录，用
Figure 428993DEST_PATH_IMAGE006
表示第i次记录X的值，由最小二乘法得到一个代价函数
Figure 763022DEST_PATH_IMAGE007
，当
Figure 636300DEST_PATH_IMAGE008
值为最小时，得到
Figure 954149DEST_PATH_IMAGE004
值，进而得到最优化
Figure 672706DEST_PATH_IMAGE003
的值，则所需带宽的值为
Figure 392400DEST_PATH_IMAGE009
，而m为迭代次数，则本次上报的带宽
Figure 171001DEST_PATH_IMAGE002
。
3. 根据权利要求1所述的基于卫星通信智能网关业务感知的自动建链方法，其特征在于，所述自动建链方法执行的必要条件，包括：确定所述实时剩余带宽b的值，且b>B；进而智能网关业务感知的T>0，如果满足上述条件，则自动建链执行成功；确定所述实时剩余带宽b的值，若b<B；不满足自动建链条件, 循环执行所需带宽B的迭代训练
Figure 976146DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 262508DEST_PATH_IMAGE011
，直至满足b>B，则自动建链执行成功。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述自动建链方法执行成功后，中心网管会生成卫星通信建链参数，参数是通信频点F和带宽W，中心网管通过窄带控制信道下发建链参数给通信双方的智能网关设备；在所述自动建链方法执行失败后，智能网关会记录失败后的迭代训练次数n，当n>10时，智能网关会向中心网管发出自动建链失败警报；便于中心网管报警，实现人工及时干预异常情况。
5.根据权利要求1所述的方法，一种用于自动建链的智能网关设备，其特征在于：包括IP报文截获复制处理器、业务类型感知识别单元、机器学习处理单元、窄带控制链路通信单元；所述IP报文截获复制处理器用于向智能网关输出截获的IP报文；所述业务类型感知识别单元用于向智能网关输出业务类型T的值；所述机器学习处理单元用于向智能网关输出所需带宽B的值；所述窄带控制链路通信单元用于向中心网管上报和接收自动建链的相关控制信息。
6.根据权利要求5所述的一种用于自动建链的智能网关设备，其特征在于：
还包括窄带控制链路通信接口，用于向中心网管发送自动建链控制信息；还包括业务数据接口，用于连接IP报文截获复制处理器，并用于接收和转发用户的业务信息。
7.根据权利要求5、6任一项所述的自动建链方法的智能网关设备，其特征在于：
所述的自动建链的智能网关设备，业务感知并得到T的值，T>0则通过机器学习计算出所需带宽B，并将B的值通过窄带控制接口发给中心网管。
8.根据权利要求1所述的自动建链方法的中心网管设备，其特征在于：
包括剩余带宽计算单元、建链参数生成单元、窄带控制链路通信单元、自动建链失败告警器；所述剩余带宽计算单元用于向中心网管输出剩余带宽b的值；所述建链参数生成单元用于向中心网管输出建链参数频点F和带宽W；所述窄带控制链路通信单元用于向智能网关下发和接收自动建链的相关控制信息；所述自动建链失败告警器用于发出自动建链失败警报。
9.一种支持自动建链的卫星通信系统，其特征在于：包括权利要求5-7任一项所述的智能网关设备；包括权利要求8所述的中心网管设备；所述卫星通信系统在运行时执行根据权利要求1-4任一项所述的方法。
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