CN113163387A - 一种应急通信业务感知方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及应急通信网络中业务感知方法，包含预处理和模式匹配两个步骤，在预处理阶段，根据待匹配的模式串生成有限状态机；在模式匹配阶段，根据输入的业务字符串进行状态跳转，当到达某一状态时，该状态有匹配的模式，则输出匹配结果，否则，转移至下一更新状态。有益效果为：该方法利用不同应急通信业务需求QoS指标间的差异性，通过感知应急通信业务，为在重大灾害场景下实施差异化通信提供条件，以提高应急救援效率。

Description

一种应急通信业务感知方法

技术领域

本发明涉及应急通信技术，尤其涉及应急通信多业务识别和区分方法。

背景技术

重大自然灾害对基础设施的破坏性以及应急通信业务的突发性，使得常规通信系统容易陷入网络瘫痪或网络过载，无法满足应急场景下呈指数级增长的突发业务需求，因此，应急通信网络中通信有效性面临巨大的挑战。典型的应急通信方法主要有公共通信网络、专用通信网络、卫星通信、短波通信四种，其中，公共通信网络往往在重大自然灾害发生时会大规模断网；为满足政府和公共安全的特殊需求而设计建造的专用通信网络通常不能与其他通信网络兼容；卫星通信能提供广泛的通信覆盖范围，但通信容量受传输带宽限制，且只允许特殊终端访问；短波通信系统具有较强的生存能力，但其性能受限于通信设备稳定性和带宽。在发生重大灾害等紧急情况下，确保应急通信的畅通无阻，满足应急通信大容量、高密度、低时延的通信要求需要对不同业务的识别和区分，以应对不同轻重缓急救援情况，有效协调和展开救援。

在通信网络中，多业务识别和区分方法主要有基于端口的方法、基于深度报文检测(Deep Packet Inspection，DPI)的方法、基于机器学习的方法和基于统计特征的方法等四大类。基于端口的方法仅依赖于端口号，识别率低，区分准确度不高。DPI方法通过深度分析应用层净荷协议字符串，与预先存储的特征库对比识别，但对终端处理能力要求高。基于机器学习的方法能通过学习识别不同应用流，但训练模型耗时长，不适合灾害中的紧急救援。基于统计特征的方法通过训练集建立业务特征模型，应用业务特征模型匹配方法实现接入业务的感知。目前，应急通信没有对不同业务进行识别和区分，降低了重大自然灾害情况下的应急救援效率，迫切需要精细化的应急通信方案提升紧急情况下救援现场通信的有效性。

发明内容

本发明目的是根据应急通信业务关键服务质量(Quality of Service,QoS)指标参数，在网络接入点应用Aho-Corasick(AC)多模式匹配算法建立业务特征模型，并对请求接入应急通信网络的业务实现感知，为差异化传输应急通信业务奠定基础，具体由以下技术方案实现：

所述应急通信业务感知方法，包括如下步骤：

步骤1)预处理阶段：在应急通信网络接入点，根据包含有时延指标与丢包率指标的应急通信业务关键QoS指标参数，建立业务特征参数集，由设定字符串构建应急通信业务特征参数取值空间；设定应急通信业务类型集与由所述字符串组形成的业务特征有限状态机的识别空间集并构建应急通信业务类型集与业务特征有限状态机的识别空间集的映射关系，形成业务特征有限状态机；

步骤2)匹配阶段：基于所述映射关系根据请求接入网络的应急通信业务配置文件中的QoS指标字符串通过多模式匹配方法搜索业务特征有限状态机识别空间集，实现应急通信业务类型匹配。

所述应急通信业务感知方法的进一步设计在于，所述步骤1)中设定业务特征模型参数集Q＝{Q_k},k＝1,2，其中，Q₁表示时延指标参数，Q₂表示丢包率指标参数，则每个应急通信业务特征参数取值空间为Q_k＝{T,F}，其中，Q_k＝T表示要求该项QoS指标，Q_k＝F表示不要求该项QoS指标。

所述应急通信业务感知方法的进一步设计在于，所述步骤1)中设定应急通信业务类型集为C＝{C_i},i＝1,2,3，其中，C₁表示语音类时延敏感型业务，C₂表示视频流类实时可靠型业务，C₃表示短信、Web类弹性业务，则设定业务特征有限状态机的识别空间集Θ＝{Θ_j},j＝1,2,3与应急通信业务类型集C间的映射关系具体为：Θ₁＝TF表示该类业务感知为时延敏感型业务，Θ₂＝TT表示该类业务感知为实时可靠型业务，Θ₃＝FT表示该类业务感知为弹性业务。

所述应急通信业务感知方法的进一步设计在于，所述步骤2)中首先构建计算状态转移函数与输出函数，应急通信业务类型匹配的具体过程为：当到达有限状态机的某一状态时，若有限状态机识别空间集在该状态下存在与QoS指标字符串相匹配的字符串，则匹配成功，执行输出函数的感知应急通信业务类型，否则计算状态转移函数值，执行输入字符串相匹配的状态转移，直到输入字符串末尾字符为止。

所述应急通信业务感知方法的进一步设计在于，所述状态转移函数为：定义有限状态机的深度D为状态0到当前状态的最短路径长度D_max，在有限状态机中，设当前状态为S_n，若读入新字符F_N，生成新状态S'_n，则状态转移函数记为goto(S_n,F_N)＝S'_n，若新状态S'_n的深度D＜D_max，执行状态转移函数为goto(S_n,C_N)＝S'_n，系统从状态S_n转移到新状态S'_n；若新状态S'_n的深度D＝D_max，输出业务特征感知参数集Θ'，将状态转移至初始状态S₀。。

所述应急通信业务感知方法的进一步设计在于，所述输出函数为：在有限状态机中，设状态S_n的输出函数值为output(S_n)，当读入一个新字符F_N并由状态S_n转移至新状态S'_n时，计算输出函数值output(S'_n)，系统输出业务特征感知参数集Θ'＝output(S_n)∪output(S'_n)，否则，该业务匹配失败，标记为未知业务并予以丢弃。

所述应急通信业务感知方法的进一步设计在于，所述输出业务特征感知参数集具体为：Θ'₁＝output(S₁)∪output(S₂)＝{TF}为时延敏感型业务，Θ'₂＝output(S₁)∪output(S₃)＝{TT}为实时可靠型业务，Θ'₃＝output(S₄)∪output(S₅)＝{FT}为弹性业务。

所述应急通信业务感知方法的进一步设计在于，所述步骤1)中的业务特征有限状态机以列表形式存储于网络接入点的缓存中。

本发明的有益效果：

本发明的应急通信多业务识别和区分方法利用不同应急通信业务需求QoS指标间的差异性，应用AC算法建立业务模型特征并进行多模式匹配感知应急通信业务，为在重大灾害场景下实施差异化通信提供条件，以提高应急救援效率。

附图说明

图1是应急通信业务特征有限状态机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行进一步说明。

在应急通信网络中，无线多媒体通信主要有语音、视频流、数据流三种典型业务，其基本特征和主要QoS指标，如表1所示，因此，通过在应急通信网络接入点建立典型通信业务特征模型，应用AC算法与业务特征模型中多个特征串比较，快速感知应急通信业务类型，以提供差异化业务通信质量保障。

表1应急通信业务类型及其特征表

本发明实施于临时组建的应急通信网络中网络接入点上，通过预先训练建立应急通信业务特征的有限状态机，并存储于网络接入点的缓存中。当应急通信业务请求接入网络时，网络接入点读取请求业务配置文件中时延和丢包率性能指标参数状态，与存储的业务特征有限状态机进行模式匹配，根据匹配结果进行状态转移，具体过程如下：

步骤(1)在预处理阶段，根据典型应急通信业务特征参数构建有限状态机，具体为：

选择应急通信业务的关键QoS指标参数为时延和丢包率指标，并构成业务特征模型参数集Q＝{Q_k},k＝1,2，其中，Q₁表示时延指标参数，Q₂表示丢包率指标参数，则每个应急通信业务特征参数取值空间为Q_k＝{T,F}，其中，Q_k＝T表示要求该项QoS指标，Q_k＝F表示不要求该项QoS指标。

设业务特征有限状态机的初始状态S₀＝0，将应急通信业务特征模型参数集Q中参数Q_k及其取值T或F生成业务特征有限状态机的识别空间集Θ＝{Θ₁,Θ₂,Θ₃}＝{TF,TT,FT}，依次读取Θ集字符串构建有限状态机S＝{S_n},n＝1,2,3,4,5，如图1所示，将该有限状态机S以列表形式存储于网络接入点缓存中。因此，在AC算法的预测处理阶段，将应急通信业务特征模型参数集Q＝{Q_k}构建为由字符串“T”和“F”组成的树形业务特征有限状态机。

步骤(2)在模式匹配阶段，读取请求接入网络业务上传配置文件中QoS指标参数状态，与业务特征有限状态机的识别空间集Θ进行字符串匹配，并在有限状态机S的不同状态间转移，以感知不同业务类型，具体为：

定义有限状态机的深度D为状态0到当前状态的最短路径长度D_max，由图1可知D_max＝2，则模式匹配阶段是根据不同输入字符串在不同状态机间进行转移的过程，包括计算状态转移函数和输出函数。

计算状态转移函数goto()：在有限状态机中，设当前状态为S_n，若读入新字符F_N，生成新状态S'_n，则状态转移函数记为goto(S_n,F_N)＝S'_n。若新状态S'_n的深度D＜2，执行状态转移函数为goto(S_n,C_N)＝S'_n，系统从状态S_n转移到新状态S'_n。若新状态S'_n的深度D＝2，输出业务特征感知参数集Θ'，将状态转移至初始状态S₀。

计算输出函数output()：在有限状态机中，设状态S_n的输出函数值为output(S_n)，当读入一个新字符F_N并由状态S_n转移至新状态S'_n时，计算输出函数值output(S'_n)，系统输出业务特征感知参数集Θ'＝output(S_n)∪output(S'_n)，否则，该业务匹配失败，标记为未知业务并予以丢弃。由图1可计算输出业务特征感知参数集如下，Θ'₁＝output(S₁)∪output(S₂)＝{TF}为时延敏感型业务，Θ'₂＝output(S₁)∪output(S₃)＝{TT}为实时可靠型业务，Θ'₃＝output(S₄)∪output(S₅)＝{FT}为弹性业务。

综上所述，本实施例基于AC算法原理提供了一种应急通信业务感知方法，该方法通过预处理阶段建立业务特征有限状态集，在模式匹配阶段提取请求接入应急通信网络的业务关键QoS性能指标参数，通过计算状态转移函数和输出函数实现有限状态空间集跳转为应急通信业务的识别和区分提供了便于实施的方案。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应急通信业务感知方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1)预处理阶段：在应急通信网络接入点，根据包含有时延指标与丢包率指标的应急通信业务关键QoS指标参数，建立业务特征参数集，由设定字符串构建应急通信业务特征参数取值空间；设定应急通信业务类型集与由所述字符串组形成的业务特征有限状态机的识别空间集并构建应急通信业务类型集与业务特征有限状态机的识别空间集的映射关系，形成业务特征有限状态机；

步骤2)匹配阶段：基于所述映射关系根据请求接入网络的应急通信业务配置文件中的QoS指标字符串通过多模式匹配方法搜索业务特征有限状态机识别空间集，实现应急通信业务类型匹配。

2.根据权利要求1所述的应急通信业务感知方法，其特征在于所述步骤1)中设定业务特征模型参数集Q＝{Q_k},k＝1,2，其中，Q₁表示时延指标参数，Q₂表示丢包率指标参数，则每个应急通信业务特征参数取值空间为Q_k＝{T,F}，其中，Q_k＝T表示要求该项QoS指标，Q_k＝F表示不要求该项QoS指标。

3.根据权利要求1所述的应急通信业务感知方法，其特征在于所述步骤1)中设定应急通信业务类型集为C＝{C_i},i＝1,2,3，其中，C₁表示语音类时延敏感型业务，C₂表示视频流类实时可靠型业务，C₃表示短信、Web类弹性业务，则设定业务特征有限状态机的识别空间集Θ＝{Θ_j},j＝1,2,3与应急通信业务类型集C间的映射关系具体为：Θ₁＝TF表示该类业务感知为时延敏感型业务，Θ₂＝TT表示该类业务感知为实时可靠型业务，Θ₃＝FT表示该类业务感知为弹性业务。

4.根据权利要求1所述的应急通信业务感知方法，其特征在于所述步骤2)中首先构建计算状态转移函数与输出函数，应急通信业务类型匹配的具体过程为：当到达有限状态机的某一状态时，若有限状态机识别空间集在该状态下存在与QoS指标字符串相匹配的字符串，则匹配成功，执行输出函数的感知应急通信业务类型，否则计算状态转移函数值，执行输入字符串相匹配的状态转移，直到输入字符串末尾字符为止。

5.根据权利要求4所述的应急通信业务感知方法，其特征在于所述状态转移函数为：定义有限状态机的深度D为状态0到当前状态的最短路径长度D_max，在有限状态机中，设当前状态为S_n，若读入新字符F_N，生成新状态S'_n，则状态转移函数记为goto(S_n,F_N)＝S'_n，若新状态S'_n的深度D＜D_max，执行状态转移函数为goto(S_n,C_N)＝S'_n，系统从状态S_n转移到新状态S'_n；若新状态S'_n的深度D＝D_max，输出业务特征感知参数集Θ'，将状态转移至初始状态S₀。

6.根据权利要求4所述的应急通信业务感知方法，其特征在于所述输出函数为：在有限状态机中，设状态S_n的输出函数值为output(S_n)，当读入一个新字符F_N并由状态S_n转移至新状态S'_n时，计算输出函数值output(S'_n)，系统输出业务特征感知参数集Θ'＝output(S_n)∪output(S'_n)，否则，该业务匹配失败，标记为未知业务并予以丢弃。

7.根据权利要求5或6所述的应急通信业务感知方法，其特征在于所述输出业务特征感知参数集具体为：Θ'₁＝output(S₁)∪output(S₂)＝{TF}为时延敏感型业务，Θ'₂＝output(S₁)∪output(S₃)＝{TT}为实时可靠型业务，Θ'₃＝output(S₄)∪output(S₅)＝{FT}为弹性业务。

8.根据权利要求1所述的应急通信业务感知方法，其特征在于所述步骤1)中的业务特征有限状态机以列表形式存储于网络接入点的缓存中。

Images