TWI644551B - 用於跨多資料鏈之資訊傳輸之狀態無連接覆蓋協定 - Google Patents

用於跨多資料鏈之資訊傳輸之狀態無連接覆蓋協定 Download PDF

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TWI644551B
TWI644551B TW102123343A TW102123343A TWI644551B TW I644551 B TWI644551 B TW I644551B TW 102123343 A TW102123343 A TW 102123343A TW 102123343 A TW102123343 A TW 102123343A TW I644551 B TWI644551 B TW I644551B
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Abstract

本發明提供一種用於資料通信之方法及系統。該方法藉由經由複數個資料連接同時發送資訊之不同區段而減少該資訊至一目的地之總傳送時間。該方法包括呈現用於傳送至一目的地實體之資訊內容，且經由複數個資料鏈連接同時發送該資訊之不同區段。在該目的地實體處自該複數個資料鏈連接接收該資訊之所有區段，且在該目的地實體處將該等資料區段重新建構成該資訊內容。

Description

用於跨多資料鏈之資訊傳輸之狀態無連接覆蓋協定
航空器與地面自動化系統之間的未來通信將主要地經由VHF數位鏈路模式2(VDLM2)及衛星通信(SATCOM)資料鏈來進行。額外通信選項可用於取決於裝設於航空器上之飛行中娛樂(IFE)或其他乘客系統之操作控制。
遺憾地，當前設計通常適應經由一個通信頻道之作用中資料傳輸而不管航空器上可用之連接性選項之數目如何。VDLM2及SATCOM資料鏈以及蜂巢式電話皆採用某些機構以在行動電台自一個蜂巢式覆蓋區域至另一區域轉變時在各別媒體內無縫地切換鏈路連接性。然而，若一通信在當前經選擇頻道上失敗，則不存在將資料串流透通地切換至另一作用中通信頻道之能力。當一資料傳輸在中流失敗時，經由經選擇媒體/連接之資料流被終止，且上層復原機構被調用，此切換至一不同媒體/頻道且重新開始整個資料傳輸。此一方法減少通信系統可用性且增加端對端轉送延遲。
提供一種用於資料通信之方法及系統。該方法包括呈現用於傳送至一目的地實體之資訊內容，且經由複數個資料鏈連接同時發送該資訊之不同區段。在該目的地實體處自該複數個資料鏈連接接收該資訊之所有區段，且在該目的地實體處將該等資料區段重新建構成該資 訊內容。
100‧‧‧資料通信網路/網路
110‧‧‧航空器
112‧‧‧極高頻收發器
114‧‧‧第一衛星通信收發器/衛星通信收發器
115‧‧‧第二衛星通信收發器/衛星通信收發器
116‧‧‧無線收發器
118‧‧‧蜂巢式收發器
119‧‧‧狀態無連接覆蓋協定/覆蓋協定
120‧‧‧數位服務提供器
122‧‧‧第一極高頻地面站/極高頻地面站
124‧‧‧第二極高頻地面站/極高頻地面站
126‧‧‧第一衛星通信地面站/衛星通信地面站
130‧‧‧狀態無連接覆蓋協定/覆蓋協定
132‧‧‧極高頻資料鏈/第一極高頻資料鏈
134‧‧‧極高頻資料鏈/第二極高頻資料鏈
136‧‧‧第一衛星通信資料鏈/衛星通信資料鏈
140‧‧‧數位服務提供器
142‧‧‧無線資料鏈
144‧‧‧數位服務提供器
146‧‧‧第二衛星通信資料鏈
148‧‧‧數位服務提供器/蜂巢式資料鏈
150‧‧‧(航空器操作者主機/路由器)/(主機/路由器)
152‧‧‧狀態無連接覆蓋協定/覆蓋協定
理解圖式僅繪示例示性實施例且因此不應視為在範疇上係限制性的，將透過使用隨附圖式以額外特殊性及細節闡述例示性實施例，在該等隨附圖式中：圖1係根據一項實施例之用於航空器之一資料通信網路之一方塊圖，該資料通信網路可實施一狀態無連接覆蓋協定；圖2係藉由狀態無連接覆蓋協定執行之一例示性資料傳送處理程序之一流程圖；且圖3係藉由狀態無連接覆蓋協定執行之一例示性資料接收處理程序之一流程圖。
在以下詳細說明中，足夠詳細地闡述實施例以使得熟習此項技術者能夠實踐本發明。應理解，可在不背離本發明之範疇之情況下利用其他實施例。因此，不應將以下詳細說明視為具有限制意義。
提供允許跨多資料鏈同時傳輸資訊之用於資料通信之一方法及系統。該方法藉由經由多資料鏈同時發送資訊之不同區段而減少資訊至一目的地之總傳送時間。
該方法及系統可藉助位於空運及地面實體上之鏈路分叉上方之一狀態無連接覆蓋協定(SCOP)實施。該SCOP實施一路由演算法，該路由演算法使用不同資料鏈跨多相異子網路同時發送經區段資訊。若資料鏈中之一者失敗，則覆蓋協定經由剩餘資料鏈一直發送資訊直至資訊經遞送為止。
本方法在可用多相異子網路時最大化資料通量。本方法藉由經由所有可用子網路同時發送經區段資料封包同時量測傳送時間及服務品質(QoS)以輔助子網路封包路由選擇來允許路由器進行空中/地面子 網路選擇以最大化通量且最佳化大訊息傳輸時間。藉由同時使用可用鏈路及動態估計QoS，本覆蓋協定改良可靠性且解決資料鏈主要空中交通控制(ATC)操作所面臨之「先接後斷」問題，在該等操作中在中斷連接之前必須完成一通信，否則整個資料傳輸重新開始。覆蓋協定跨所有可用連接性選項將資料路由至一目的地，藉此消除「先接後斷」要求。覆蓋協定可經由具有非常不同之QoS效能特性之鏈路/網路有效操作。
當將資訊呈現至覆蓋協定以用於傳送時，基於可用連接性選擇而將彼資訊分段成若干資料區段，且經由一連接發送一個資料區段。覆蓋協定可跨所有其他可用連接同時發送接下來及後續之資料區段。此等連接可經由同一媒體，諸如同時連接至一或多個VHF地面站之一或多個極高頻(VHF)無線電，或可經由不同媒體，諸如VHF、SATCOM及無線。
資料區段中之每一者可藉由媒體/連接識別(ID)及其自身序號標記以用於在一同級實體處重新組裝。資料區段中之每一者亦可基於到達目的地實體之預期轉送延遲而被賦予一存留期。
接收實體重新組裝資料區段以用於遞送至網路上層。覆蓋協定可請求重新傳送使用針對所挑選媒體之預期存留期之任何缺失資料區段。其存留期已超出之一資料區段可由任何中間遞送點摒棄。覆蓋協定亦可使用全球定位系統(GPS)或任何其他機構以獲得同步化時間以計算/估計經由每一媒體/連接之單程轉送延遲且使用彼資訊以用於路由後續資料區段。
覆蓋協定可在運行於各種計算平台上之軟體中實施，或可在各種硬體組態中實施。
圖1係根據一項實施例之用於一航空器110之一資料通信網路100之一方塊圖，該資料通信網路100可實施本狀態無連接覆蓋協定。通 常，覆蓋協定跨網路100中之每一空中/地面資料鏈連接追蹤及維持一協定資料單元(PDU)遞送狀態。在一分層網路中，一PDU係在一給定層之一協定中所指定之一資料單元。每一網路系統中之對應層稱為同級實體。覆蓋協定可維持與多同級實體之關係。
航空器110包含具有各種資料通信裝置之一資料通信系統。舉例而言，如圖1中所展示，航空器110可具有一VHF收發器112、一第一SATCOM收發器114、一第二SATCOM收發器115、一無線收發器116及一蜂巢式收發器118。應理解，航空器110可具備比所展示之彼等資料通信裝置更多或更少之資料通信裝置。一狀態無連接覆蓋協定119在航空器110中(諸如由一機上電腦操作之航空器航空電子設備中)實施。覆蓋協定119以操作方式與航空器110中之各種收發器通信以管理資料傳輸。
資料通信網路100包含一或多個數位服務提供器。舉例而言，一數位服務提供器(DSP)120可具有一第一VHF地面站122、一第二VHF地面站124及一第一SATCOM地面站126。VHF地面站122及124可分別經由VHF資料鏈132及134將同時連接性提供至航空器110之VHF收發器112。SATCOM地面站126經由一第一SATCOM資料鏈136將連接性提供至航空器110之SATCOM收發器114。一狀態無連接覆蓋協定130在DSP 120中實施以便以操作方式與VHF地面站122及124以及與SATCOM地面站126通信。DSP 120可經由VHF資料鏈132、134及SATCOM資料鏈136將同時連接性提供至航空器110。覆蓋協定130管理經由此等資料鏈之資料傳輸。
另外，網路100可包含其他數位服務提供器。舉例而言，一DSP 140可具有一無線地面站，其經由一無線資料鏈142將連接性提供至航空器110之無線收發器116。一DSP 144可提供一第二SATCOM地面站，其經由一第二SATCOM資料鏈146將連接性提供至航空器110之 SATCOM收發器115。一DSP 148可具有一蜂巢式地面站，其經由一蜂巢式資料鏈148將連接性提供至航空器110之蜂巢式收發器118。
網路100中之一航空器操作者主機/路由器150作為資料通信系統之部分亦可實施一狀態無連接覆蓋協定152。航空器110可透過如圖1中所展示之各種數位服務提供器將資料通信傳送至航空器操作者主機/路由器150且自其接收資料通信。舉例而言，主機/路由器150可在任何給定瞬間經由第一VHF資料鏈132及第二VHF資料鏈134、第一SATCOM資料鏈136及第二SATCOM資料鏈146、無線資料鏈142或蜂巢式資料鏈148與航空器110通信。覆蓋協定152管理航空器110與主機/路由器150之間的端對端資訊交換。
為使覆蓋協定跨具有實質上不同能力之相異媒體可靠地工作，基礎資料鏈應提供鏈路狀態及QoS資料。另外，覆蓋協定動態地估計經由每一資料鏈之通量及單程轉送延遲且將回饋提供至一各別同級實體以用於作用中連接性管理。
圖2係藉由狀態無連接覆蓋協定實施之一例示性資料傳送處理程序200之一流程圖。在處理程序200之開始處，自諸如運輸層或應用層之網路上層接收資訊(方塊210)。然後判定至一目的地同級之分集路徑，並估計每一路徑之傳送特性(方塊220)。如本文中所使用，一「分集路徑」係當其之間存在多連接性選項時至目的地同級之一連接性選項。路徑傳送特性包含(舉例而言)單程轉送延遲、平均通量、總位元錯誤率(BER)等。然後將資訊分段成若干單獨資料區段以用於經由每一分集路徑傳送(方塊230)。基於路徑傳送特性使資料區段與每一分集路徑相關聯(方塊240)。基於每一區段之基礎傳送特性(諸如轉送延遲及BER)而判定每一資料區段之一存留期(方塊250)。可創建一區段標頭，其可包含路徑ID、存留期、區段ID、一天之時間等(方塊260)。然後經由資料區段之對應分集路徑同時傳送資料區段(方塊 270)。處理程序200然後返回至開始以用於傳送額外資訊。
圖3係藉由狀態無連接覆蓋協定實施之一例示性資料接收處理程序300之一流程圖。在處理程序300之開始處，自一分集路徑接收一上行鏈路(或下行鏈路)資訊區段(方塊310)。然後就該資訊區段是否係一多資料區段傳送之部分進行一判定(方塊314)。若否，則按照標準步驟處理所接收之資訊區段(方塊318)，且處理程序300返回至開始以接收下一傳送。若資訊區段係一多資料區段傳送之部分，則儲存該資訊區段而不管自其接收該資訊區段之分集路徑如何，只要區段之存留期未過期即可；若存留期已過期，則摒棄該區段(方塊322)。
然後就是否已接收到所有資料區段進行一判定(方塊326)。若是，則藉由依序插入區段來建構完整資訊內容，且將完整之資訊遞送至網路上層(方塊330)。然後摒棄包括完整資訊內容之所儲存之資訊區段，且處理程序300返回至開始以接收下一傳送。
若尚未接收到所有資料區段，則就所儲存之區段之剩餘存留期是否小於或等於一預定義臨限值(諸如路徑轉送延遲)及是否存在缺失區段進行一判定(方塊334)。若是，則請求重新傳送缺失區段(方塊338)；若否，則藉由依序插入資料區段來建構完整資訊內容且藉由分集路徑來識別任何缺失序列(方塊342)。處理程序300然後返回至開始且等待任何剩餘資料區段。
如熟習此項技術者所習知，用於本系統及方法中之一電腦或處理器可使用軟體、韌體、硬體或其任何適當組合來實施。此等可由經特別設計之特殊應用積體電路(ASIC)或場可程式化閘陣列(FPGA)補充或併入於其中。電腦或處理器亦可包含藉助軟體程式、韌體或用於實施各種處理程序任務、計算之其他電腦可讀指令之功能及用於本方法及系統中之控制功能。
本方法可藉由電腦可執行指令(諸如程式模組或組件)實施，電腦 可執行指令由至少一個處理器執行。通常，程式模組包含執行特定任務或實施特定抽象資料類型之常式、程式、物件、資料組件、資料結構、演算法及諸如此類。
用於實施各種處理程序任務、計算之指令及用於本文中所闡述之方法之操作中之其他資料之產生可在軟體、韌體或其他電腦或處理器可讀指令中實施。此等指令通常儲存於包含用於儲存電腦可讀指令或資料結構之一電腦可讀媒體之任何適當電腦產品上。此一電腦可讀媒體可係可由一通用或專用電腦或處理器存取之任何可用媒體或任何可程式化邏輯裝置。
適合之處理器可讀媒體可包含諸如磁性或光學媒體之儲存或記憶體媒體。舉例而言，儲存或記憶體媒體可包含：習用硬磁碟、光碟、DVD、藍光光碟或其他光學儲存磁碟；諸如隨機存取記憶體(RAM)之揮發性或非揮發性媒體；唯獨記憶體(ROM)、電可擦除可程式化ROM(EEPROM)、快閃記憶體及諸如此類；或可用於攜載或儲存呈電腦可執行指令或資料結構之形式之期望之程式碼之任何其他媒體。
實例性實施例
實例1包含用於資料通信之一方法，該方法包括：呈現用於傳送至一目的地實體之資訊內容；經由複數個資料鏈連接同時發送該資訊之不同區段；在該目的地實體處自該複數個資料鏈連接接收該資訊之所有區段；及在該目的地實體處將該等資料區段重新建構成該資訊內容。
實例2包含實例1之方法，其中該資訊內容由一通信網路之一上層呈現且被分段成複數個資料區段。
實例3包含實例2之方法，其進一步包括為該等資料區段中之每一者判定一分集路徑。
實例4包含實例3之方法，其進一步包括估計每一分集路徑之一或多個傳送特性。
實例5包含實例2至4中之任一項之方法，其進一步包括基於一經選擇分集路徑之傳送特性而使每一資料區段與該經選擇分集路徑相關聯。
實例6包含實例2至5中之任一項之方法，其進一步包括基於每一資料區段之基礎傳送特性而判定每一資料區段之一存留期。
實例7包含實例1至6中之任一項之方法，其中該目的地實體係一航空器。
實例8包含實例1至6中之任一項之方法，其中該目的地實體係一航空器操作者主機或一路由器。
實例9包含實例1至8中之任一項之方法，其中該等資料鏈連接在該航空器與一或多個數位服務提供器之間。
實例10包含用於資料通信之一系統，該系統包括：複數個不同資料通信裝置；至少一個處理器，其以操作方式耦合至該等資料通信裝置；及一處理器可讀媒體，其具有可由該處理器執行以為該等資料通信裝置執行一傳送處理程序及一接收處理程序之指令。該傳送處理程序包括：自一網路上層接收資訊；判定至一網路目的地同級之複數個分集路徑；將該資訊分段成若干資料區段以用於經由每一分集路徑傳送；基於一對應分集路徑之傳送特性而使每一資料區段與該分集路徑相關聯；及經由每一資料區段之該對應分集路徑同時傳送該等資料區段。該接收處理程序包括：自一分集資料鏈接收一資訊區段；判定該資訊區段是否係一多區段傳送之部分；當該資訊區段係一多區段傳送之部分時，儲存該資訊區段；及判定是否已接收到該多區段傳送之所有資訊區段；當已接收到所有資訊區段時，自該等資訊區段建構一完整資訊內容，且將該完整資訊內容遞送至一網路上層；當尚未接收 到所有資訊區段時，判定該等所接收資訊區段之一剩餘存留期是否小於或等於一預定義臨限值且是否存在任何缺失資訊區段；當該剩餘存留期小於或等於該預定義臨限值且存在缺失資訊區段時，請求重新傳送缺失資訊區段；及當該剩餘存留期不小於或等於該預定義臨限值時，自該等資訊區段建構一完整資訊內容。
實例11包含實例10之系統，其中自由VHF通信裝置、衛星通信裝置、無線通信裝置及蜂巢式通信裝置組成之群組選擇該等資料通信裝置。
實例12包含實例10至11中之任一項之系統，其中藉由由一數位服務提供器操作之一軟體覆蓋協定來實施該傳送處理程序及該接收處理程序。
實例13包含實例10至12中之任一項之系統，其中藉由由一航空器操作者主機或路由器操作之一軟體覆蓋協定來實施該傳送處理程序及該接收處理程序。
實例14包含實例10至13中之任一項之系統，其中藉由在一航空器中操作之一軟體覆蓋協定來實施該傳送處理程序及該接收處理程序。
實例15包含實例10至14中之任一項之系統，其中該傳送處理程序進一步包括估計每一分集路徑之一或多個傳送特性。
實例16包含實例10至15中之任一項之系統，其中該傳送處理程序進一步包括判定每一資料區段之一存留期。
實例17包含實例10至16中之任一項之系統，其中該傳送處理程序進一步包括創建每一資料區段之一標頭。
實例18包含實例17之系統，其中該標頭包含一路徑識別、存留期資訊、區段識別或一天之時間中之一或多者。
實例19包含實例10至18中之任一項之系統，其中儲存該資訊區 段直至該資訊區段之該剩餘存留期已過期或已接收到該資訊之所有區段且將該完整資訊內容遞送至該網路上層為止。
實例20包含一電腦程式產品，其包括一電腦可讀媒體，該電腦可讀媒體具有可由一處理器執行以為資料通信執行一傳送處理程序及一接收處理程序之指令。該傳送處理程序包括：自一網路上層接收資訊；判定至一網路目的地同級之一或多個分集路徑；估計每一分集路徑之一或多個傳送特性；將該資訊分段成若干資料區段以用於經由每一分集路徑傳送；基於一對應分集路徑之該等傳送特性而使每一資料區段與該分集路徑相關聯；基於每一資料區段之基礎傳送特性而判定每一資料區段之一存留期；創建每一資料區段之一標頭；及經由每一資料區段之該對應分集路徑同時傳送該等資料區段。該接收處理程序包括：自一分集資料鏈接收一資訊區段；判定該資訊區段是否係一多區段傳送之部分；當該資訊區段係一多區段傳送之部分時，儲存該資訊區段，其中儲存該資訊區段直至該資訊區段之一剩餘存留期已過期為止；及判定是否已接收到該多區段傳送之所有資訊區段；當已接收到所有資訊區段時，自該等資訊區段建構一完整資訊內容，且將該完整資訊內容遞送至一網路上層；當尚未接收到所有資訊區段時，判定該等所接收資訊區段之該剩餘存留期是否小於或等於一預定義臨限值且是否存在任何缺失資訊區段；當該剩餘存留期小於或等於該預定義臨限值且存在缺失資訊區段時，請求重新傳送缺失資訊區段；及當該剩餘存留期不小於或等於預定義臨限值時，自該等資訊區段建構一完整資訊內容。
可在不背離本發明之基本特性之情況下以其他特定形式體現本發明。在每一方面上僅將所闡述之實施例視為說明性而非限制性。因此，本發明之範疇係由隨附申請專利範圍而非由前述說明來指示。歸屬於申請專利範圍之等效內容之意義及範圍內之所有改變皆將涵蓋於 其範疇內。

Claims (2)

  1. 一種用於資料通信之方法，該方法包括：在包含複數個子網路(subnetwork)之一資料通信網路中呈現用於傳送至一目的地實體(destination entity)之資訊內容，該複數個子網路包括極高頻(VHF)通信、衛星通信及無線通信；判定至該目的地實體之複數個分集路徑(diversity path)，該等分集路徑位於該等子網路之至少兩者中；將該資訊內容分段(fragment)成複數個資料區段(data segment)；使該等資料區段與該等子網路之該至少兩者中之對應分集路徑相關聯；基於該一或多個傳送特性判定針對每一資料區段之一存留期(lifetime)；在該等子網路之該至少兩者中之該等對應分集路徑上同時傳送該等資料區段，其中每一子網路之一或多個傳送特性(transmission characteristics)係已知或被判定；在該目的地實體處自該等分集路徑接收所有資料區段；及藉由在該目的地實體處依序插入該等資料區段以將該等資料區段重新建構成該資訊內容；及在經由該等對應分集路徑同時傳送該等資料區段時量測傳送時間(transmit time)及動態估計服務品質；其中該方法允許一路由器(router)進行空中/地面子網路選擇以基於該等所選擇之子網路之一或多個傳送特性最大化資料通量(data throughput)且最小化單程轉送延遲(one way transit delay)。
  2. 一種用於資料通信之系統，該系統包括：一網路實體(network entity)，其包含使用複數個子網路在操作通信中之複數個不同資料通信裝置，該等子網路包括VHF通信、衛星通信及無線通信；至少一個處理器，其位於該網路實體中並以操作方式耦合至該等資料通信裝置；及一狀態無連接覆蓋協定(stateful connectionless overlay protocol)，其於該網路實體中之一處理器可讀媒體上，其中該覆蓋協定包含可由該處理器執行以為該等資料通信裝置執行一傳送處理程序及一接收處理程序之指令；其中該傳送處理程序包括：自一網路傳輸層(network transport layer)或更高之網路層接收資訊；判定至一網路目的地同級(peer)之複數個分集路徑，該等分集路徑位於該等子網路之至少兩者中；將該資訊分段成若干資料區段以用於經由每一分集路徑傳送；使該等資料區段與該等子網路之該至少兩者中之對應分集路徑相關聯；基於該一或多個傳送特性判定針對每一資料區段之一存留期；在該等子網路之該至少兩者中之該等對應分集路徑上同時傳送該等資料區段，其中每一子網路之一或多個傳送特性係已知或被判定；及在經由該等對應分集路徑同時傳送該等資料區段時量測傳送時間及動態估計服務品質；其中該接收處理程序包括：自一分集資料鏈接收一資訊區段；判定該資訊區段是否係一多區段傳送之部分；當該資訊區段係一多資料區段傳送之部分時，儲存該資訊區段；及判定是否已接收到該多資料區段傳送之所有資訊區段；其中當已接收到所有資訊區段時：藉由依序插入該等資訊區段以自該等資訊區段建構一完整(full)資訊內容；及將該完整資訊內容遞送至該網路傳輸層或更高之網路層；其中當尚未接收到所有資訊區段時：判定該等所接收資訊區段之一剩餘存留期(lifetime)是否小於或等於一預定義臨限值(threshold)且是否存在任何缺失(missing)資訊區段；當該剩餘存留期小於或等於該預定義臨限值且存在缺失資訊區段時，請求重新傳送缺失資訊區段；及當該剩餘存留期不小於或等於該預定義臨限值時，藉由依序插入該等資訊區段以自所接收之該等資訊區段建構一完整資訊內容；其中該覆蓋協定允許一路由器進行空中/地面子網路選擇以基於該等所選擇之子網路之一或多個傳送特性最大化資料通量且最小化單程轉送延遲。
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