CN115242292A - 一种软件定义边缘网关的应用框架和传输控制方法 - Google Patents

一种软件定义边缘网关的应用框架和传输控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种软件定义边缘网关的应用框架和传输控制方法，所述方法包括步骤1：根据每一传输周期需求，完成软件定义边缘网关的链路带宽配置；步骤2：通过对卫星多模的软件定义边缘网关的远程链路通道分级管理，建立网关多模数据传输通道；步骤3：软件定义边缘网关在线识别数据帧的类别，依据不同数据帧大小，评估出多模传输的通道数与传输周期；步骤4：软件定义边缘网关检测多模各通道的信道质量，确定用于终端数据传输的通道列表，根据优选传输时延最小的原则，从待选通道中选出满足时延要求的通道加入到用于终端数据传输的通道列表，且对多模通道传输策略进行更新，本发明可以使数据自主选择传输路径，且保障低时延通信服务。

Description

一种软件定义边缘网关的应用框架和传输控制方法
技术领域
本发明涉及一种软件定义边缘网关的应用框架和传输控制方法，属于无线通信技术领域。
背景技术
地面移动网络与卫星通信网络的星地融合网络(satellite-terrestrialintegrated network,STIN)是第五代移动通信技术(5G)和下一代6G网络的重点发展方向之一。3GPP从Release 14(Rel-14)开始研究地面5G与空间星座的通信体制互通的问题，目前3GPPRel-18正在推进星地融合增强服务，重点考虑星地双重移动性管理、连续性增强和典型场景服务等需求。星地融合网络提供增强计算资源、高可靠、低成本、节能的跨域连续通信解决方案，未来将广泛应用于广播与通信、物联网、应急救援等领域。
由于地面环境感知场景丰富，监测节点异构且分散部署，测量数据种类繁多、信息交换和通信业务多样化，部署与发展地面中继协助卫星通信的星地融合中继网络(integrated satellite-terrestrial relay network,ISTRN)具有重要的现实意义。边缘网关作为数据采集与转发的重要中继设备，需求快速上升。但目前国内各类场景下的监测节点的标准化程度较低，地面接入标准碎片化问题突出，边缘网关需要面对异构设备接入数量不一、接入协议多样、多数据并行采集的工业现场环境。然而，由于上行链路带宽受限，边缘网关数据会产生积压，易造成通信链路的拥塞。目前缺乏泛在环境下对边缘网关异构设备接入能力、多通道配置及并行数据采集能力快速验证方法的相关研究。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种软件定义边缘网关的应用框架和传输控制方法，可以使数据自主选择传输路径，且保障低时延通信服务。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种软件定义边缘网关的应用框架，包括：终端层、协议适配层、消息识别层、消息管理层、通道策略层、平台层、代理层和服务层；
所述终端层包括工作现场有线接入或网关集成的监控终端或服务终端，或者近程无线通信的监控终端或服务终端；
所述协议适配层分别于与终端层、平台层、消息识别层、服务层相连接，用于从平台层同步终端协议适配策略，对终端层发送的数据进行协议适配并转换，执行软件定义模块功能，并将转换后数据发向消息识别层，接收从服务层发送的数据，将数据转换为终端层可接收的协议格式，再发送至终端层；
所述消息识别层用于接收终端层通过协议适配层发来的数据请求，解析并获得消息类型，执行软件定义模块功能；
所述消息管理层与消息识别层相连接，用于接收消息识别层发来的终端数据中的有效数据，结合北斗单通道的有效传输带宽，估算出终端数据传输所需的北斗多模的通道数，并评估出北斗多模的传输周期，执行软件定义模块功能，其中，所述所述传输周期根据即时通道或非即时通道的下一次消息传输的时延、每个通道的消息传输时延，并叠加一定量的额外时延来进行配置；
所述通道策略层与平台层相连接，用于从平台层同步包括多模消息封包策略、多模通道分配、通道工作时间策略以及最大传输周期中的任意一种或多种，执行软件定义模块功能；
所述平台层与服务层相连接，所述平台层包括终端协议适配策略、多模消息封包策略、多模通道分配、通道工作时间策略、最大传输周期中的意一种或多种，所述平台层开放能力接口，为服务层提供服务接口、管理接口和用户访问接口，执行软件定义模块功能；
所述代理层包括软件定义网关中的状态代理和业务代理，所述状态代理负责处理终端数据的发送请求，解析并获取终端消息类型及有效数据大小，为终端数据上报策略、多模通道传输策略的确立提供依据；所述业务代理负责获取平台层的终端协议适配策略，打包终端层通过协议适配层传来的终端数据；
所述服务层包括各类服务、各类管理和各类用户。
进一步的，所述通道策略层中，所述多模消息封包策略用于对北斗多模通道的传输数据进行封装，所述多模通道分配用于确定即时通道数和非即时通道数；所述多模通道分配可将单个即时通道或部分或全部即时通道按需配置为非即时通道或将单个非即时通道或部分或全部非即时通道按需配置为即时通道；所述通道工作时间策略用于对即时通道和非即时通道的工作状态进行管理，包括连续工作模式或间歇式工作模式的设置，以及将部分或全部通道设置为休眠工作模式；所述最大传输周期用于对即时通道和/或非即时通道的传输周期进行配置。
进一步的，所述通道策略层中，所述多模消息封包策略、多模通道分配、通道工作时间策略、最大传输周期是为北斗多模网关的单个北斗通道进行配置，或者选择部分或全部通道进行统一配置。
进一步的，所述代理层中，所述状态代理还负责获取平台层的终端协议适配策略，并在唤醒业务代理后同步该策略至业务代理；所述状态代理负责获取平台层的多模消息封包策略、多模通道分配、通道工作时间策略以及最大传输周期，计算并确立软件定义网关的多模通道传输策略；所述业务代理还负责同步多模通道传输策略，并通过多模通道执行终端数据的传输操作。
第二方面，本发明提供一种软件定义边缘网关的传输控制方法，所述软件定义边缘网关采用前述任一项所述的软件定义边缘网关的应用框架，包括：
步骤1：根据每一传输周期需求，完成软件定义边缘网关的链路带宽配置；
步骤2：通过对卫星多模的软件定义边缘网关的远程链路通道分级管理，建立网关多模数据传输通道；
步骤3：软件定义边缘网关通过消息识别层在线识别协议适配层发来的数据帧的类别，依据不同数据帧大小，评估出多模传输的通道数与传输周期；
步骤4：软件定义边缘网关检测多模各通道的信道质量，确定用于终端数据传输的通道列表，根据优选传输时延最小的原则，从待选通道中选出满足时延要求的通道加入到用于终端数据传输的通道列表，且对多模通道传输策略进行更新。
进一步的，在软件定义多模网关的每个传输周期内建立的通道传输的映射关系表，单个传输周期内的通道传输的映射关系表中包括通道选择模块、多模通道模块、通道时延模块和通道映射四个模块，其中：
所述通道选择模块用于各个传输周期的每个通道的选择状态；
所述多模通道模块为件定义边缘网关配置的通信质量良好的通道，其中，卫星多模通道的数量最多为软件定义边缘网关的卫星硬件模组数；
所述通道时延模块是通过获得每个传输周期中各个通道的下一次传输的时刻，根据下一次传输的时刻可以计算出该通道的传输时延，通过传输时延的排序，结合终端数据请求并由状态代理评估出的多模传输通道数；
所述通道映射模块，将即时消息队列或非即时消息队列的数据，根据先进先出的原则，使用通信选择模块确定的多模传输的通道进行数据传输；当存在多个通道以及多个消息包进行传输时，根据通道时延模块确定的多通道的排序，时延最小的通道将首先被选择用于数据传输，以此类推，直至在本传输周期内的多模通道完成数据传输过程；然后在下一个传输周期，继续采用上述的传输方案，直至整个传输周期全部执行完成。
进一步的，所述步骤1包括如下流程：
步骤11：状态代理读取消息队列大小qx，查询链路带宽配置表，提取配置表中对应所述消息队列大小的区间，即[ux,vx]；
步骤12：结合链路带宽配置表中ux和vx对应的带宽uy和vy，通过带宽线性计算模型求解出当前消息队列大小qx对应的带宽需求qy，将qy作为边缘网关上行卫星链路的带宽配置参数；
步骤13：状态代理将带宽配置信息同步至业务代理，本次消息队列将采用该带宽执行链路传输任务；
步骤14：当链路传输任务完成后，业务代理进行本次链路传输的时延采集，若本次链路传输满足消息队列的时延要求，则将本次链路带宽配置数据更新入链路带宽配置表。
进一步的，所述步骤2包括如下流程：
步骤21：软件定义边缘网关的状态代理根据终端数据请求，获取终端拟传输数据的有效数据的大小，计算多模传输所需的通道数；
步骤22：软件定义边缘网关的状态代理获取各个通道下一次传输的时刻，计算各个通道的传输时延；
步骤:23：软件定义边缘网关的状态代理根据所需的通道数，根据各个通道的传输时延进行排序，以步骤21获得的通道数作为依据并选择对应数量的传输时延最小的通道，被选择的通道列入一级选定通道；
步骤:24：软件定义边缘网关配备的多模通道中，未被选中的通道将被列入待选通道列表中；
步骤:25：一级选定通道中若存在信号质量较差的通道，此时将从待选通道中选择新的通道并替换一级选定通道中的信令质量较差的通道，从而实现二级选定通道的建立；
步骤:26：一级选定通道中的通道信令质量都良好的话，则一级选定通道中的通道将同步至终端数据传输通道列表；否则，则由二级选定通道列表将通道列表信息同步至终端数据传输通道列表。
进一步的，所述步骤3包括如下流程：
步骤31：终端层经协议适配层向消息识别层发送数据请求和终端业务数据；
步骤32：消息识别层对终端经协议适配层发来的数据请求进行消息类型的解析，判断终端业务数据是否为即时消息；
步骤33：软件定义边缘网关的状态代理对消息识别层发来的即时消息类型进行标注，将该终端的数据标注为即时消息；
步骤34：由步骤32消息识别层对终端上报的数据进行解析，并识别为非即时消息，则将该终端业务数据标注为非即时消息；
步骤35：软件定义边缘网关的状态代理解析终端数据请求中的有效数据大小；
步骤36：软件定义边缘网关的状态代理依据步骤35获得的终端业务数据中的有效数据的大小，结合卫星单通道的有效传输的数据大小，通过所述状态代理即计算出多模传输所需的通道数及传输周期。
进一步的，所述步骤4包括如下流程：
步骤41：根据终端的数据请求获得多模通道传输的基础策略中的多模通道数和传输周期数，软件定义网关的状态代理从平台层获取包括多模消息封包策略、多模通道分配、通道工作时间策略以及最大传输周期中的任意一种或多种，用于更新多模通道传输的基础策略；其中，所述多模通道传输的基础策略包括封包的帧格式、即时通道数和/或非即时通道数、各通道的工作时间配置信息、各即时通道和/或非即时通道的传输周期中的任意一种或多种；
步骤42：软件定义边缘网关的状态代理在唤醒业务代理基础上，由业务代理提取各个通道的下一次数据传输的时刻，计算各个通道的传输时延并进行排序；
步骤:43：根据传输时延最小的优先原则，业务代理依据步骤41中获得的通道数，选择时延最小的通道列入一级选定通道列表中；
步骤44：软件定义边缘网关的业务代理对一级选定通道列表中的所有通道进行信号质量检测；
步骤:45：软件定义边缘网关的业务代理判断一级选定通道列表中各个通道信号质量的状态，其中，所述信号质量的状态评估通过网关通道对应的硬件模组所接收到的星座数量以及对应链路信号强度进行判断；
步骤46：根据一级选定通道列表中的通道质量信号质量良好，软件定义网关的业务代理选出信号质量良好的通道，确定用于终端数据传输的通道列表，并更新到多模通道传输策略中；
步骤47：软件定义边缘网关的业务代理将多模通道传输策略同步给状态代理，所述多模通道传输策略中同步至状态代理的信息为一级选定通道列表中通道信号质量符合要求的通道及对应时延；
步骤48：软件定义边缘网关的状态代理将网关的北斗多模通道的传输时延信息下发给终端，在终端侧建立终端业务数据上报策略；依托所述的终端业务数据上报策略，终端进行数据上报的控制，即终端数据发送的时刻与卫星多模通道的传输时刻进行匹配，相互之间实现协同式通信；
步骤49：软件定义边缘网关的业务代理对待选通道中的各个通道进行传输时延的排序；
步骤410：软件定义边缘网关的业务代理根据一级选定通道列表中选出的良好信号质量的通道，根据优选传输时延最小的原则，从待选通道中选出满足时延要求的通道加入到步骤46中的用于终端数据传输的通道列表，且对多模通道传输策略进行更新。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明提供一种软件定义边缘网关的应用框架和传输控制方法，软件定义边缘网关通过状态代理与业务代理对边缘网关的多模链路进行状态监测及通道资源调度，实现终端接入与网关多模通道之间的动态匹配与高效率通信，可降低网关的工作能耗，优化了并行通道分发能力，从而使得卫星多模链路获得较优的时效性和资源利用率需求；每个传输周期内，由状态代理建立软件定义边缘网关的多模通道传输的映射关系表，依据网关各通道的工作时延特征进行通道选择；由业务代理控制多模通道数据上报流程，通过通道质量感知更新多模通道传输策略，优先保障即时消息队列的远程传输。
附图说明
图1是本发明实施例提供的边缘网关应用框架示意图；
图2是本发明实施例提供的软件定义边缘网络传输控制流程图；
图3是本发明实施例提供的链路带宽配置流程图；
图4是本发明实施例提供的带宽线性计算模型示意图；
图5是本发明实施例提供的远程链路通道分级管理框架示意图；
图6是本发明实施例提供的通道传输的映射关系示意图；
图7是本发明实施例提供的多模传输的通道数与传输周期的评估流程图；
图8是本发明实施例提供的基于通道质量感知的即时消息传输流程图；
图9是本发明实施例提供的软件定义边缘网关的应用框架示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
星地融合中继网络中的边缘软件定义网关应用框架如图1所示，主要包括：边缘网关组件框架、区域云和中心云分布式架构组成。区域云对所属区域内的多个边缘网关进行管理，中心云负责对区域云进行集中管理。所述的边缘网关组件框架运行于嵌入式系统中，包括队列管理、状态代理和业务代理等，相互之间通过进程/接口进行通信。区域云对边缘网关进行通道状态监测并实时更新，确保依据当前网络状态对边缘网关进行动态传输管理，确保上行链路的传输质量。
本实施例介绍一种软件定义边缘网关的应用框架，如图9所示，从逻辑架构上分为终端层、协议适配层、消息识别层、消息管理层、通道策略层、平台层和服务层，主要处理步骤如下：
终端层包括工作现场的有线接入(或网关集成)的监控终端(或服务终端)，或者近程无线通信的监控终端(或服务终端)；
协议适配层从云端的平台层同步终端协议适配策略，用于对终端数据进行协议适配并转换，执行图中①处的软件定义模块功能，并将转换后数据发向消息识别层；同理，反向的数据流，即从服务层发来的数据(如通过北斗多模通道的南向接口向某台终端发出控制指令等)通过协议适配层的处理后，转换为终端层的对应终端可以理解的协议格式，并由终端执行对应任务或操作。
消息识别层：解析终端层终端通过协议适配层发来的数据请求，解析并获得消息类型，即识别终端数据为即时消息或非即时消息，即执行图中②处的软件定义模块功能。
消息管理层包括即时消息队列和非即时消息队列，消息识别层的即时消息进入即时消息队列进行管理，同理，非即时消息进入非即时消息队列进行管理；该层通过软件定义网关的状态代理解析经由消息识别层发来的终端数据中的有效数据大小(即终端数据中的PAYLOAD数据)，结合北斗单通道的有效传输带宽(北斗单通道的传输协议中的有效数据，即通道传输协议中的PAYLOAD数据)，即可估算出终端数据传输所需的北斗多模的通道数，并评估出北斗多模的传输周期，执行图中③处的软件定义模块功能；所述的传输周期是根据即时通道或非即时通道的下一次消息传输的时延、每个通道的消息传输时延，并叠加一定量的额外时延来进行配置的。
通道策略层通过软件定义网关的状态代理从云端的平台层同步包括多模消息封包策略、多模通道分配、通道工作时间策略以及最大传输周期等，执行图中④处的软件定义模块功能，其中：所述的多模消息封包策略用于对北斗多模通道的传输数据(采用单通道传输的终端有效数据，或分拆为多通道传输的终端有效数据)的封装；所述的多模通道分配用于确定即时通道数(如RTC 1、RTC2、……、RTC U，即U个即时传输通道)和非即时通道数(如NRTC1、NRTC2、……、NRTC V，即V个非即时传输通道)；所述的多模通道分配还可以将单个即时通道(或部分或全部即时通道)按需配置为非即时通道或将单个非即时通道(或部分或全部非即时通道)按需配置为即时通道；所述的通道工作时间策略用于对即时通道和非即时通道的工作状态进行管理，包括连续工作模式(包括工作周期和工作时段)或间歇式工作模式(包括工作周期和工作时段)的设置，以及将部分或全部通道(即时通道或非即时通道)设置为休眠工作模式；所述的最大传输周期用于对即时通道和(或)非即时通道的传输周期进行配置，避免北斗多模中的通道被长时间占用，特别是被恶意使用的情况；所述的多模消息封包策略、多模通道分配、通道工作时间策略、最大传输周期可以是为北斗多模网关的单个北斗通道进行配置，也可以选择部分或全部通道进行统一配置。
平台层包括终端协议适配策略、多模消息封包策略、多模通道分配、通道工作时间策略、最大传输周期等的设置等；同时，平台层开放能力接口，为服务层提供服务接口、管理接口和用户访问接口，执行图中⑤处的软件定义模块功能。
代理层由软件定义网关中的状态代理和业务代理组成，其中：所述的状态代理负责处理终端数据的发送请求，解析并获取终端消息类型及有效数据大小，为终端数据上报策略、多模通道传输策略的确立提供依据；所述的状态代理负责获取平台层的终端协议适配策略，并在唤醒业务代理后同步该策略至业务代理；所述的状态代理负责获取平台层的包括多模消息封包策略、多模通道分配、通道工作时间策略以及最大传输周期等，计算并确立软件定义网关的多模通道传输策略；所述的业务代理负责获取平台层的终端协议适配策略，打包终端层通过协议适配层传来的终端数据；所述的业务代理负责同步多模通道传输策略，并通过多模通道执行终端数据的传输操作。
服务层包括各类服务、各类管理和各类用户。
实施例2
本实施例提供一种软件定义边缘网关的传输控制方法，所述软件定义边缘网关采用实施例1中任一项所述的软件定义边缘网关的应用框架，包括：
步骤1：根据每一传输周期需求，完成软件定义边缘网关的链路带宽配置；
步骤2：通过对卫星多模的软件定义边缘网关的远程链路通道分级管理，建立网关多模数据传输通道；
步骤3：软件定义边缘网关通过消息识别层在线识别协议适配层发来的数据帧的类别，依据不同数据帧大小，评估出多模传输的通道数与传输周期；
步骤4：软件定义边缘网关检测多模各通道的信道质量，确定用于终端数据传输的通道列表，根据优选传输时延最小的原则，从待选通道中选出满足时延要求的通道加入到用于终端数据传输的通道列表，且对多模通道传输策略进行更新。
如图2所示，本实施例提供的软件定义边缘网关的传输控制方法，其应用过程具体涉及如下步骤：
步骤1，根据每一传输周期需求，完成北斗多模通信的带宽配置；
步骤2，通过对卫星多模的软件定义边缘网关的远程链路通道分级管理，建立网关多模数据传输通道；
步骤3，软件定义边缘网关通过消息识别层在线识别协议适配层发来的数据帧的类别，依据不同数据帧大小，评估出多模传输的通道数与传输周期；
步骤4，软件定义边缘网关检测多模各通道的信道质量，根据即时消息队列优先传输原则，实现终端数据的高效率传输。
软件定义边缘网关的链路带宽配置流程如图3所示。
步骤11，状态代理读取消息队列大小qx，查询链路带宽配置表，提取配置表中对应该消息队列大小的区间，即[ux,vx]；
步骤12，结合链路带宽配置表中ux和vx对应的带宽uy和vy，通过带宽线性计算模型求解出当前消息队列大小qx对应的带宽需求qy(所述的带宽线性计算模型如图4所示)，可以将qy(或按统一比例尺进行放大)作为边缘网关上行卫星链路的带宽配置参数；
步骤13，状态代理将带宽配置信息同步至业务代理，本次消息队列将采用该带宽执行链路传输任务；
步骤14，当链路传输任务完成后，业务代理进行本次链路传输的时延采集，若本次链路传输满足消息队列的时延要求，则将本次链路带宽配置数据(含消息队列大小与带宽信息)更新入链路带宽配置表。
所述的本次消息队列大小，在查询链路带宽配置表中若不存在位于[ux,vx]的点位，即依据本次消息包大小无法实施线性计算，此时可将带宽设为消息包大小的λ倍。基于消息队列的传输需求，考虑到标称带宽基础上，配置带宽略大于标称带宽。例如：定义λ∈(1,1.5]，λ可取值1.2，此时带宽设为标称带宽的1.2倍。
软件定义边缘网关的状态代理通过获取通道的传输策略，获得每个通道的下一次传输时刻和传输时延。在多模通道的评估选择过程中，所述的状态代理维护4个通道列表(或通道表)，分别是一级选定通道列表、待选通道列表、二级选定通道列表和终端数据传输通道列表。远程链路的通道列表的管理框架如图5所示。
步骤21，软件定义边缘网关的状态代理根据终端数据请求，获取终端拟传输数据的有效数据的大小，计算多模传输所需的通道数(单通道或多通道)；
步骤22，软件定义边缘网关的状态代理获取各个通道下一次传输的时刻，计算各个通道的传输时延；
步骤23，软件定义边缘网关的状态代理根据所需的通道数，根据各个通道的传输时延进行排序，以步骤301获得的通道数作为依据并选择对应数量的传输时延最小的通道(单通道或多通道)，被选择的通道列入一级选定通道；
步骤24，软件定义边缘网关配备的多模通道中，未被选中的通道将被列入待选通道列表中；
步骤25，一级选定通道中若存在信号质量较差的通道，此时将从待选通道中选择新的通道并替换一级选定通道中的信令质量较差的通道，从而实现二级选定通道的建立；
步骤26，一级选定通道中的通道信令质量都良好的话，则一级选定通道中的通道将同步至终端数据传输通道列表；否则，则由二级选定通道列表将通道列表信息同步至终端数据传输通道列表。
在软件定义多模网关的每个传输周期内，本发明建立的通道传输的映射关系表如图6所示，单个传输周期内的通道传输的映射关系表中包括通道选择、多模通道、通道时延和通道映射四个模块，所述的通道选择用于各个传输周期(或多个传输周期，共P个传输周期)的每个通道的选择状态，其中选中的卫星链路的通道状态被置1，未选中的卫星链路的通道状态被置0，此将定义了在每个传输周期内的用于软件定义边缘网关传输的通道的选择状态。所述的多模通道即为软件定义边缘网关配置的通信质量良好的通道(包括单个通道或多个通道)，卫星多模通道的数量最多为软件定义边缘网关的卫星硬件模组数，即n个。所述的通道时延是通过获得每个传输周期中各个通道的下一次传输的时刻，根据下一次传输的时刻可以计算出该通道的传输时延，通过传输时延的排序，结合终端数据请求并由状态代理评估出的多模传输通道数，此评估出的多模传输通道数将对应到通道选择模块的状态设置，被选择的通道置1，否则置0；如果需要多个传输周期的话，亦可计算出多模传输周期数。所述的通道映射模块，将即时消息队列或非即时消息队列的数据，根据先进先出的原则，使用通信选择模块确定的多模传输的通道进行数据传输；当存在多个通道以及多个消息包进行传输时，根据通道时延模块确定的多通道的排序，时延最小的通道将首先被选择用于数据传输，以此类推，直至在本传输周期内的多模通道完成数据传输过程；然后在下一个传输周期，继续采用上述的传输方案，直至P个传输周期全部执行完成。
软件定义边缘网关的卫星链路的通信传输策略参数确定流程如图7所示，主要步骤包括：
步骤31，终端层为现场有线接入(或集成)监控终端或者近程无线通信采集终端，经协议适配层向消息识别层发送数据请求；
步骤32，消息识别层对终端经协议适配层发来的数据请求进行消息类型的解析，判断终端数据包(终端先发出数据请求，后再发送终端业务数据，此处所述的数据包即为终端业务数据)是否为即时消息；
步骤33，软件定义边缘网关的状态代理对消息识别层发来的即时消息类型进行标注，即将该终端的数据标注为即时消息；
步骤34，由步骤32，消息识别层对终端上报的数据进行解析，并识别为非即时消息，则为该终端的数据包(终端先发出数据请求，后再发送终端业务数据，此处所述的数据包即为终端业务数据)标注为非即时消息；
步骤35，软件定义边缘网关的状态代理解析终端数据请求中的有效数据大小；
步骤36，软件定义边缘网关的状态代理依据步骤35获得的终端数据包中的有效数据的大小，结合卫星单通道的有效传输的数据大小，所述的状态代理即可计算出多模传输所需的通道数及传输周期。
基于通道质量感知的即时消息队列的通道选择与传输流程如图8所示，主要步骤包括：
步骤41，软件定义边缘网关的状态代理为确定网关的传输通道，首先需要根据终端的数据请求获得多模通道传输的基础策略中的多模通道数和传输周期数；软件定义网关的状态代理从云端的平台层获取包括多模消息封包策略、多模通道分配、通道工作时间策略以及最大传输周期等，用于更新多模通道传输的基础策略(包括封包的帧格式、即时通道数和/或非即时通道数、各通道的工作时间配置信息、各即时通道和/或非即时通道的传输周期等)；
步骤42，软件定义边缘网关的状态代理在唤醒业务代理基础上，由业务代理提取各个通道的下一次数据传输的时刻，计算各个通道的传输时延并进行排序；
步骤43，根据传输时延最小的优先原则，业务代理依据步骤401中获得的通道数(单通道或多通道)，选择时延最小的通道(单通道或多通道)列入一级选定通道列表中；
步骤44，软件定义边缘网关的业务代理对一级选定通道列表中的所有通道进行信号质量检测；
步骤45，软件定义边缘网关的业务代理判断一级选定通道列表中各个通道信号质量的状态，所述的信号质量的状态评估可通过网关通道对应的硬件模组所接收到的星座数量以及对应链路信号强度进行判断(例如少于4颗星座或信噪比低于0dB为弱信号)；
步骤46，一级选定通道列表中的通道质量信号质量良好，软件定义网关的业务代理选出信号质量良好的通道，确定用于终端数据传输的通道列表，并更新到多模通道传输策略中；
步骤47，软件定义边缘网关的业务代理将多模通道传输策略同步给状态代理，此步骤中多模通道传输策略中同步至状态代理的信息主要是一级选定通道列表中通道信号质量符合要求的通道及对应时延；
步骤48，软件定义边缘网关的状态代理将网关的北斗多模通道的传输时延信息下发给终端，在终端侧建立终端业务数据上报策略；依托所述的终端业务数据上报策略，终端进行数据上报的控制，即终端数据发送的时刻与卫星多模通道的传输时刻进行匹配，相互之间实现协同式通信；
步骤49，软件定义边缘网关的业务代理对待选通道中的各个通道进行传输时延的排序；
步骤410，软件定义边缘网关的业务代理根据一级选定通道列表中选出的良好信号质量的通道，根据优选传输时延最小的原则，从待选通道中选出满足时延要求的通道加入到步骤46中的用于终端数据传输的通道列表，且对多模通道传输策略进行更新。
本实施例的有益效果如下：
星地融合中继网络中，终端数据通过有线或无线接入软件定义边缘网关，软件定义边缘网关从逻辑层面包括协议适配、消息识别、队列管理、状态代理与业务代理等；软件定义边缘网关采用多点部署，接入区域云并最终由中心云进行统一管理。
软件定义边缘网关通过状态代理与业务代理对边缘网关的多模链路进行状态监测及通道资源调度，实现终端接入与网关多模通道之间的动态匹配与高效率通信，可降低网关的工作能耗，优化了并行通道分发能力，从而使得卫星多模链路获得较优的时效性和资源利用率需求。
每个传输周期内，由状态代理建立软件定义边缘网关的多模通道传输的映射关系表，依据网关各通道的工作时延特征进行通道选择；由业务代理控制多模通道数据上报流程，通过通道质量感知更新多模通道传输策略，优先保障即时消息队列的远程传输。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种软件定义边缘网关的应用框架，其特征在于，包括：终端层、协议适配层、消息识别层、消息管理层、通道策略层、平台层、代理层和服务层；
所述终端层通过有线或无线接入软件定义边缘网关，所述终端层包括工作现场有线接入或网关集成的监控终端或服务终端，或者近程无线通信的监控终端或服务终端；
所述协议适配层分别于与终端层、平台层、消息识别层、服务层相连接，用于从平台层同步终端协议适配策略，对终端层发送的数据进行协议适配并转换，执行软件定义模块功能，并将转换后数据发向消息识别层，接收从服务层发送的数据，将数据转换为终端层可接收的协议格式，再发送至终端层；
所述消息识别层用于接收终端层通过协议适配层发来的数据请求，解析并获得消息类型，执行软件定义模块功能；
所述消息管理层与消息识别层相连接，用于接收消息识别层发来的终端数据中的有效数据，结合北斗单通道的有效传输带宽，估算出终端数据传输所需的北斗多模的通道数，并评估出北斗多模的传输周期，执行软件定义模块功能，其中，所述所述传输周期根据即时通道或非即时通道的下一次消息传输的时延、每个通道的消息传输时延，并叠加一定量的额外时延来进行配置；
所述通道策略层与平台层相连接，用于从平台层同步包括多模消息封包策略、多模通道分配、通道工作时间策略以及最大传输周期中的任意一种或多种，执行软件定义模块功能；
所述平台层与服务层相连接，所述平台层包括终端协议适配策略、多模消息封包策略、多模通道分配、通道工作时间策略、最大传输周期中的意一种或多种，所述平台层开放能力接口，为服务层提供服务接口、管理接口和用户访问接口，执行软件定义模块功能；
所述代理层包括软件定义网关中的状态代理和业务代理，所述状态代理负责处理终端数据的发送请求，解析并获取终端消息类型及有效数据大小，为终端数据上报策略、多模通道传输策略的确立提供依据；所述业务代理负责获取平台层的终端协议适配策略，打包终端层通过协议适配层传来的终端数据；
所述服务层包括各类服务、各类管理和各类用户。
2.根据权利要求1所述的软件定义边缘网关的应用框架，其特征在于：所述通道策略层中，所述多模消息封包策略用于对北斗多模通道的传输数据进行封装，所述多模通道分配用于确定即时通道数和非即时通道数；所述多模通道分配可将单个即时通道或部分或全部即时通道按需配置为非即时通道或将单个非即时通道或部分或全部非即时通道按需配置为即时通道；所述通道工作时间策略用于对即时通道和非即时通道的工作状态进行管理，包括连续工作模式或间歇式工作模式的设置，以及将部分或全部通道设置为休眠工作模式；所述最大传输周期用于对即时通道和/或非即时通道的传输周期进行配置。
3.根据权利要求2所述的软件定义边缘网关的应用框架，其特征在于：所述通道策略层中，所述多模消息封包策略、多模通道分配、通道工作时间策略、最大传输周期是为北斗多模网关的单个北斗通道进行配置，或者选择部分或全部通道进行统一配置。
4.根据权利要求1所述的软件定义边缘网关的应用框架，其特征在于：所述代理层中，所述状态代理还负责获取平台层的终端协议适配策略，并在唤醒业务代理后同步该策略至业务代理；所述状态代理负责获取平台层的多模消息封包策略、多模通道分配、通道工作时间策略以及最大传输周期，计算并确立软件定义网关的多模通道传输策略；所述业务代理还负责同步多模通道传输策略，并通过多模通道执行终端数据的传输操作。
5.一种软件定义边缘网关的传输控制方法，所述软件定义边缘网关采用权利要求1-4任一项所述的软件定义边缘网关的应用框架，其特征在于，包括：
步骤1：根据每一传输周期需求，完成软件定义边缘网关的链路带宽配置；
步骤2：通过对卫星多模的软件定义边缘网关的远程链路通道分级管理，建立网关多模数据传输通道；
步骤3：软件定义边缘网关通过消息识别层在线识别协议适配层发来的数据帧的类别，依据不同数据帧大小，评估出多模传输的通道数与传输周期；
步骤4：软件定义边缘网关检测多模各通道的信道质量，确定用于终端数据传输的通道列表，根据优选传输时延最小的原则，从待选通道中选出满足时延要求的通道加入到用于终端数据传输的通道列表，且对多模通道传输策略进行更新。
6.根据权利要求5所述的软件定义边缘网关的传输控制方法，其特征在于，在软件定义多模网关的每个传输周期内建立的通道传输的映射关系表，单个传输周期内的通道传输的映射关系表中包括通道选择模块、多模通道模块、通道时延模块和通道映射四个模块，其中：
所述通道选择模块用于各个传输周期的每个通道的选择状态；
所述多模通道模块为件定义边缘网关配置的通信质量良好的通道，其中，卫星多模通道的数量最多为软件定义边缘网关的卫星硬件模组数；
所述通道时延模块是通过获得每个传输周期中各个通道的下一次传输的时刻，根据下一次传输的时刻可以计算出该通道的传输时延，通过传输时延的排序，结合终端数据请求并由状态代理评估出的多模传输通道数；
所述通道映射模块，将即时消息队列或非即时消息队列的数据，根据先进先出的原则，使用通信选择模块确定的多模传输的通道进行数据传输；当存在多个通道以及多个消息包进行传输时，根据通道时延模块确定的多通道的排序，时延最小的通道将首先被选择用于数据传输，以此类推，直至在本传输周期内的多模通道完成数据传输过程；然后在下一个传输周期，继续采用上述的传输方案，直至整个传输周期全部执行完成。
7.根据权利要求5所述的软件定义边缘网关的传输控制方法，其特征在于，所述步骤1包括如下流程：
步骤11：状态代理读取消息队列大小qx，查询链路带宽配置表，提取配置表中对应所述消息队列大小的区间，即[ux,vx]；
步骤12：结合链路带宽配置表中ux和vx对应的带宽uy和vy，通过带宽线性计算模型求解出当前消息队列大小qx对应的带宽需求qy，将qy作为边缘网关上行卫星链路的带宽配置参数；
步骤13：状态代理将带宽配置信息同步至业务代理，本次消息队列将采用该带宽执行链路传输任务；
步骤14：当链路传输任务完成后，业务代理进行本次链路传输的时延采集，若本次链路传输满足消息队列的时延要求，则将本次链路带宽配置数据更新入链路带宽配置表。
8.根据权利要求5所述的软件定义边缘网关的传输控制方法，其特征在于，所述步骤2包括如下流程：
步骤21：软件定义边缘网关的状态代理根据终端数据请求，获取终端拟传输数据的有效数据的大小，计算多模传输所需的通道数；
步骤22：软件定义边缘网关的状态代理获取各个通道下一次传输的时刻，计算各个通道的传输时延；
步骤:23：软件定义边缘网关的状态代理根据所需的通道数，根据各个通道的传输时延进行排序，以步骤21获得的通道数作为依据并选择对应数量的传输时延最小的通道，被选择的通道列入一级选定通道；
步骤:24：软件定义边缘网关配备的多模通道中，未被选中的通道将被列入待选通道列表中；
步骤:25：一级选定通道中若存在信号质量较差的通道，此时将从待选通道中选择新的通道并替换一级选定通道中的信令质量较差的通道，从而实现二级选定通道的建立；
步骤:26：一级选定通道中的通道信令质量都良好的话，则一级选定通道中的通道将同步至终端数据传输通道列表；否则，则由二级选定通道列表将通道列表信息同步至终端数据传输通道列表。
9.根据权利要求5所述的软件定义边缘网关的传输控制方法，其特征在于，所述步骤3包括如下流程：
步骤31：终端层经协议适配层向消息识别层发送数据请求和终端业务数据；
步骤32：消息识别层对终端经协议适配层发来的数据请求进行消息类型的解析，判断终端业务数据是否为即时消息；
步骤33：软件定义边缘网关的状态代理对消息识别层发来的即时消息类型进行标注，将该终端的数据标注为即时消息；
步骤34：由步骤32消息识别层对终端上报的数据进行解析，并识别为非即时消息，则将该终端业务数据标注为非即时消息；
步骤35：软件定义边缘网关的状态代理解析终端数据请求中的有效数据大小；
步骤36：软件定义边缘网关的状态代理依据步骤35获得的终端业务数据中的有效数据的大小，结合卫星单通道的有效传输的数据大小，通过所述状态代理即计算出多模传输所需的通道数及传输周期。
10.根据权利要求5所述的软件定义边缘网关的传输控制方法，其特征在于，所述步骤4包括如下流程：
步骤41：根据终端的数据请求获得多模通道传输的基础策略中的多模通道数和传输周期数，软件定义网关的状态代理从平台层获取包括多模消息封包策略、多模通道分配、通道工作时间策略以及最大传输周期中的任意一种或多种，用于更新多模通道传输的基础策略；其中，所述多模通道传输的基础策略包括封包的帧格式、即时通道数和/或非即时通道数、各通道的工作时间配置信息、各即时通道和/或非即时通道的传输周期中的任意一种或多种；
步骤42：软件定义边缘网关的状态代理在唤醒业务代理基础上，由业务代理提取各个通道的下一次数据传输的时刻，计算各个通道的传输时延并进行排序；
步骤:43：根据传输时延最小的优先原则，业务代理依据步骤41中获得的通道数，选择时延最小的通道列入一级选定通道列表中；
步骤44：软件定义边缘网关的业务代理对一级选定通道列表中的所有通道进行信号质量检测；
步骤:45：软件定义边缘网关的业务代理判断一级选定通道列表中各个通道信号质量的状态，其中，所述信号质量的状态评估通过网关通道对应的硬件模组所接收到的星座数量以及对应链路信号强度进行判断；
步骤46：根据一级选定通道列表中的通道质量信号质量良好，软件定义网关的业务代理选出信号质量良好的通道，确定用于终端数据传输的通道列表，并更新到多模通道传输策略中；
步骤47：软件定义边缘网关的业务代理将多模通道传输策略同步给状态代理，所述多模通道传输策略中同步至状态代理的信息为一级选定通道列表中通道信号质量符合要求的通道及对应时延；
步骤48：软件定义边缘网关的状态代理将网关的北斗多模通道的传输时延信息下发给终端，在终端侧建立终端业务数据上报策略；依托所述的终端业务数据上报策略，终端进行数据上报的控制，即终端数据发送的时刻与卫星多模通道的传输时刻进行匹配，相互之间实现协同式通信；
步骤49：软件定义边缘网关的业务代理对待选通道中的各个通道进行传输时延的排序；
步骤410：软件定义边缘网关的业务代理根据一级选定通道列表中选出的良好信号质量的通道，根据优选传输时延最小的原则，从待选通道中选出满足时延要求的通道加入到步骤46中的用于终端数据传输的通道列表，且对多模通道传输策略进行更新。
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