CN113810972A - 基于优先级和动态协商的飞机多链路切换防抖动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于优先级和动态协商的飞机多链路切换防抖动方法，包括：获取系统预置策略、链路及飞机实时状态数据；基于获取的数据进行实时链路状态预判；根据用户特性进行切换协商，并基于优先级生成实时链路切换决策信息；根据实时链路切换决策信息控制链路切换。本发明通过对链路状态和传输数据流的实时监控和预判，提前启动链路切换决策预判，减少链路切换中的数据传输丢失和链路抖动，提高空地通信的安全性能。

Description

基于优先级和动态协商的飞机多链路切换防抖动方法

技术领域

本发明属于空地通信安全技术领域，具体涉及基于优先级和动态协商的飞机多链路切换防抖动方法。

背景技术

随着现代信息通信技术的发展，“互联网+航空”深入发展，航空公司对空地连接性越来越重视，民用飞机开始向采用基于IP的多种通信链路发展。通信链路增多，传输带宽增大，但需要传输的数据种类和量级也愈加增多。由于链路本身特性、频率限制、经济性等考虑，需要针对不同优先级的传输数据采用不同的处理策略，甚至同一优先级数据也需要根据链路状态进行切换。因此，如何最大化的利用空地通信传输带宽，确保不同安全等级与重要性的数据能够安全、经济、实时、可靠的进行空地传输，避免切换导致数据丢失、连接中断、服务质量降低等，是亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有通信技术存在数据丢失、连接中断、服务质量低等问题，本发明提供了一种基于优先级和动态协商的飞机多链路切换防抖动方法。

本发明通过下述技术方案实现：

基于优先级和动态协商的飞机多链路切换防抖动方法，包括：

获取系统预置策略、链路及飞机实时状态数据；

基于获取的数据进行实时链路状态预判；

根据用户特性进行切换协商，并基于优先级生成实时链路切换决策信息；

根据实时链路切换决策信息控制链路切换。

优选的，本发明的基于获取的数据进行实时链路状态预判步骤具体包括：

对获取的数据进行去抖动处理；

基于去抖动后的数据，对当前链路及次优先级链路的状态趋势进行评估预判；

对可能的状态趋势产生不同的后续方案；

根据链路状态判决门限产生最终决策，用于开展后续的用户协商及链路切换工作。

优选的，本发明的去抖动处理可采用卡尔曼滤波算法或最小二乘拟合算法。

优选的，本发明的对可能的状态趋势产生不同的后续方案过程中，针对不同的链路切换需要准备不同的动作，对候选链路状态进行监控和审计，并结合初始阈值估计不同链路的切换时间。

优选的，本发明的根据用户特性进行切换协商，并基于优先级生成实时链路切换决策信息步骤具体包括：

对于需要切换的动态用户，通过动态协商通知用户系统将要进行切换，要求用户调整传输，并请求用户反馈需要保持的最小流量；

对于需要切换的预置用户，通知应用层降速或取消传输流量，避免抖动或数据丢失；

对于切换后的链路分配，按照优先级进行排序，优先满足高优先级数据流传输。

优选的，本发明为优先满足高优先级数据流传输，需要产生延伸切换；所述延伸切换即低优先级数据流需要切换到更低优先级的链路上；

且为防止优先级倒挂，延伸切换时，被切换的低优先级数据流将使用当前切换中的最高优先级数据流等级。

优选的，本发明对于所述动态用户和预置用户需要的最小流量，结合预判过程中产生的链路切换时间，计算传输切换缓存。

优选的，本发明的根据实时链路切换决策信息控制链路切换步骤具体为：

将实时链路切换决策信息发送给链路端的链路切换控制模块进行链路切换控制；

其中，链路切换控制模块采用介质无关的切换框架完成异类网络链路的切换与融合。

第二方面，本发明提出了基于优先级及动态协商的飞机多链路切换防抖动装置，包括实时链路状态预判模块和决策模块；

所述实时链路状态预判模块用于获取系统预置策略、链路及飞机实时状态数据，并根据获取的数据进行实时链路状态预判，并将预判结果发送给所述决策模块；

所述决策模块根据预判结果，进行用户切换协商，并基于优先级生成实时链路切换决策信息；

所述决策模块将生成的实时链路切换决策信息发送给链路端的链路切换控制模块以进行链路切换控制。

第三方面，本发明提出了一种地空通信管理服务器，包括本发明所述的飞机多链路切换防抖动装置。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过对链路状态和传输数据流的实时监控和预判，提前启动链路切换决策预判，减少链路切换中的数据传输丢失和链路抖动，提高空地通信的安全性能。

2、本发明通过延伸切换，并在延伸切换过程中采用优先级提升措施避免不同优先级数据流切换可能导致的倒挂保护，切换采用介质无关的标准切换服务，提供统一、协同和低损耗的低成本切换。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为空地通信过程动态选路示意图。

图2为本发明的实时链路状态预判流程示意图。

图3为本发明的链路切换控制示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

本实施例提出了一种基于优先级和动态协商的飞机多链路切换防抖动方法，本实施例的方法基于空地通信过程动态选路基础架构实现，该基础架构如图1所示。

从横向上看，将参与飞机空地通信的设备分为机载用户端、空地通信管理服务端、机载链路端等3类角色，分别驻留在机载其他设备、通信管理服务器和空地通信链路设备上。

其中，机载用户端负责发起数据传输，包括两类传输业务：动态用户与预置用户，动态用户支持与空地通信管理服务器进行协商，动态调整数据传输流量、带宽等，预置用户采用预先配置的策略进行传输及传输管理。

机载链路端主要负责实时监控并反馈各条无线链路状态、飞行状态，以及传输数据流状态等，并将这些信息通过动态感知反馈给空地通信管理服务器。

空地通信管理服务端为核心处理模块，综合动态用户协商结果、预置策略、动态感知信息等相关因素，负责为每个用户传输业务选择一条最合适传输链路。

从纵向上看，分为三个层次：预置策略层、动态管理层和实时传输层。预置策略层主要功能是提供用户配置文件、统一策略配置文件及无线链路配置文件等，作为选路算法的初始依据；动态管理层主要功能是获取各条无线链路状态、各条用户通信业务工作情况及飞机飞行状态等，作为选路算法的输入变量，实时决策，进行链路切换或通过路由执行控制用户传输流量与带宽。实时传输层则是基于动态管理层决策信息，完成数据的传输调整、控制和传输状态反馈。

本实施例的方法基于系统预置策略、无线链路实时状态与动态协商机制，并结合用户业务数据传输优先级，进行综合考量，减少传输过程中的数据抖动与丢包。

本实施例的方法主要包括：实时链路状态预判、用户传输切换与链路切换控制三个子流程。

实时链路状态预判流程是由空地通信管理服务端负责完成，主要是消除链路状态监控中的数值抖动，判断其发展趋势，并根据趋势进行实时链路状态预判。

实时链路状态预判流程如图2所示，综合考虑系统预置策略、链路及飞机实时状态、初始阈值等因素，优化选择最佳传输链路，开展后续的链路切换及动态协商过程，预判流程具体为：

获取链路(如带宽、速率、时延等)及飞机状态(如飞机位置、时间、高度等)相关参数信息；

对接收的相关参数信息进行过滤处理。本实施例中过滤处理采用算法库，可以根据计算资源及要求的计算精度选择不同算法，例如卡尔曼滤波、最小二乘拟合算法等。本实施例采用过滤机制，根据链路状态的实时过滤，消除数据野值导致的链路切换抖动和丢失。

将过滤后的参数代入链路状态趋势判断算法，对当前链路及次优先级链路的状态趋势进行评估预判；本实施例根据链路参数和飞机状态参数，采用链路状态趋势判断算法来判断通信链路是否进行切换；当前链路是指未切换前，当前数据传输使用的通信链路；次优先链路是指如果根据链路状态趋势判断算法判断通信链路需要切换后，当前数据传输需要使用的通信链路。例如，当前传输使用蜂窝传输，次优先链路为卫通链路。当链路状态趋势判断算法判断需要切换链路时，则将当前数据传输从蜂窝传输链路上断开，并转移到卫通链路上进行传输。

对可能的趋势产生不同的后续方案，包括延续当前链路、当前流量切转方案、次优及其他候选链路流量切转等。同时，针对不同的链路切换需要准备不同的动作，针对候选链路状态开展准备，如链路监控、操作命令审计，避免候选链路状态不适于切换，并结合初始阈值评估不同链路的切换时间。本实施例的初始阈值可以是根据历史经验得到的参考切换时间，可通过配置数据库的方式提供给链路状态趋势判断算法。在设备启动后，以该初始阈值为切换时间，并记录实际切换时间，进行加权平均，得到新的评估切换时间。

开展切换判决，主要是根据链路状态判决门限产生最终决策，根据决策的结果维持原链路或开展后续的用户协商及链路切换工作。

本实施例采用了预判与操作审计，基于去抖动(过滤或滤波)后的数据和预置阈值启动切换决策预判，并对链路进行操作审计，使链路满足切换要求。

用户传输切换：在产生链路切换决策后，会根据用户特性(如是动态用户还是预置用户)产生不同的切换协商，该切换协商流程在空地通信管理服务端执行，具体包括：

对于需要切换的动态用户，将通过动态协商，通知用户系统将要进行切换，要求用户调整传输，如减小传输数据或暂时停止传输，并请求用户反馈需要保持的最小流量；本实施例对于动态用户，空地通信管理服务端会发起动态协商，要求动态用户能预先主动降速，避免链路切换导致数据丢失。

对于需要切换的预置用户，将通过网络限流、ICMP报文等方式通知应用层降速或取消传输流量，避免抖动或数据丢失；本实施例对于预置用户，空地通信管理服务端通过ICMP报文抑制源端发送速率，直到链路切换完成。

对于切换后的链路分配，按照优先级进行排序，优先满足高优先级数据流传输，为满足优先级数据流，可能需要产生延伸切换，即低优先级数据流需要切换到更低优先级的链路上；延伸切换适用上述过滤处理算法；

为防止优先级倒挂，延伸切换时，被切换时的低优先级数据流将使用当前切换中的最高优先级数据流等级；

对于预置用户及动态用户需要的最小流量(其中，最小流量为用户预先设置的参数，可存储在数据库中)，结合前面预判过程中产生链路切换时间，计算传输切换缓存，通过链路切换控制模块启动链路切换的动作，并将实时决策发送给路由执行模块。

本实施例提出延伸切换，并在延伸切换过程中采用优先级提升措施避免不同优先级数据流切换可能导致的倒挂保护。

链路切换控制是多链路切换的控制模块，负责在接收到用户传输切换决策后，则空地通信管理服务端将立即触发自动切换链路流程。链路切换模块采用IEEE802.21标准中提出的介质无关的切换框架(MIHF)，完成异类网络链路的切换与融合。802.21提供了一套切换的信令原语和触发事件，作为真实物理链路与网络应用层之间的中间层。

介质无关切换框架MIHF示意图如图3所示：

采用MIHF进行切换，具有以下优点：

a)基于IEEE标准，易于与链路进行统一；

b)MIHF可以扩展，与其他(远程)MIHF进行信息交换；

c)切换过程有明确的定义，减少私有协议切换对应用和链路的硬绑定。

链路切换控制与用户传输切换模块间通过标准的服务原语进行沟通，传输切换及链路事件，从而完成链路切换，而无需用户的手工参与。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于优先级和动态协商的飞机多链路切换防抖动方法，其特征在于，包括：

获取系统预置策略、链路及飞机实时状态数据；

基于获取的数据进行实时链路状态预判；

根据用户特性进行切换协商，并基于优先级生成实时链路切换决策信息；

根据实时链路切换决策信息控制链路切换。

2.根据权利要求1所述的基于优先级和动态协商的飞机多链路切换防抖动方法，其特征在于，基于获取的数据进行实时链路状态预判步骤具体包括：

对获取的数据进行去抖动处理；

基于去抖动后的数据，对当前链路及次优先级链路的状态趋势进行评估预判；

对可能的状态趋势产生不同的后续方案；

根据链路状态判决门限产生最终决策，用于开展后续的用户协商及链路切换工作。

3.根据权利要求2所述的基于优先级和动态协商的飞机多链路切换防抖动方法，其特征在于，所述去抖动处理可采用卡尔曼滤波算法或最小二乘拟合算法。

4.根据权利要求2所述的基于优先级和动态协商的飞机多链路切换防抖动方法，其特征在于，对可能的状态趋势产生不同的后续方案过程中，针对不同的链路切换需要准备不同的动作，对候选链路状态进行监控和审计，并结合初始阈值估计不同链路的切换时间。

5.根据权利要求1所述的基于优先级和动态协商的飞机多链路切换防抖动方法，其特征在于，根据用户特性进行切换协商，并基于优先级生成实时链路切换决策信息步骤具体包括：

对于需要切换的动态用户，通过动态协商通知用户系统将要进行切换，要求用户调整传输，并请求用户反馈需要保持的最小流量；

对于需要切换的预置用户，通知应用层降速或取消传输流量，避免抖动或数据丢失；

对于切换后的链路分配，按照优先级进行排序，优先满足高优先级数据流传输。

6.根据权利要求5所述的基于优先级和动态协商的飞机多链路切换防抖动方法，其特征在于，为优先满足高优先级数据流传输，需要产生延伸切换；所述延伸切换即低优先级数据流需要切换到更低优先级的链路上；

且为防止优先级倒挂，延伸切换时，被切换的低优先级数据流将使用当前切换中的最高优先级数据流等级。

7.根据权利要求5所述的基于优先级和动态协商的飞机多链路切换防抖动方法，其特征在于，对于所述动态用户和预置用户需要的最小流量，结合预判过程中产生的链路切换时间，计算传输切换缓存。

8.根据权利要求1所述的基于优先级和动态协商的飞机多链路切换防抖动方法，其特征在于，根据实时链路切换决策信息控制链路切换步骤具体为：

将实时链路切换决策信息发送给链路端的链路切换控制模块进行链路切换控制；

其中，链路切换控制模块采用介质无关的切换框架完成异类网络链路的切换与融合。

9.基于优先级及动态协商的飞机多链路切换防抖动装置，其特征在于，包括实时链路状态预判模块和决策模块；

所述实时链路状态预判模块用于获取系统预置策略、链路及飞机实时状态数据，并根据获取的数据进行实时链路状态预判，并将预判结果发送给所述决策模块；

所述决策模块根据预判结果，进行用户切换协商，并基于优先级生成实时链路切换决策信息；

所述决策模块将生成的实时链路切换决策信息发送给链路端的链路切换控制模块以进行链路切换控制。

10.一种地空通信管理服务器，其特征在于，包括如权利要求9所述的飞机多链路切换防抖动装置。

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