基于信息隱藏的衛(wèi)星處理系統(tǒng)擁塞控制方法
【專利摘要】基于信息隱藏的衛(wèi)星處理系統(tǒng)擁塞控制方法將擁塞控制與信息隱藏技術結合起來，通過在業(yè)務數據中隱藏擁塞控制信息的方法將擁塞控制消息發(fā)送給地面終端。當星上交換機出現擁塞時，根據擁塞情況決定發(fā)送控制信息的類型，主要包括告警信息和丟棄通知消息。然后通過信息隱藏方法將擁塞控制信息融入到待發(fā)送的業(yè)務數據中，并按照相應的輸出端口發(fā)送出去。地面終端收到含有擁塞控制信息的業(yè)務數據后，利用解隱藏方法提取出擁塞控制信息，根據控制信息的要求減緩發(fā)送速率或直接停止發(fā)送數據。本發(fā)明方法無需增加額外的物理資源，也無需丟棄緩存區(qū)中的數據，即可將星上狀態(tài)信息通知給地面終端，既節(jié)省了鏈路資源，也保證了星載處理交換系統(tǒng)性能和正常運行。
【專利說明】基于信息隱藏的衛(wèi)星處理系統(tǒng)擁塞控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信領域，涉及一種衛(wèi)星處理系統(tǒng)擁塞信息的控制傳輸方法。
【背景技術】
[0002]星上交換是衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢之一。采用星上交換技術，可進行衛(wèi)星的多波束交換，方便多個地面站之間的通信，從而構成天地一體化的無線通信網絡。因此衛(wèi)星交換技術將會大大促進我國衛(wèi)星通信事業(yè)的發(fā)展。
[0003]分組交換包括ATM交換及IP交換等。以ATM交換為例，為了在衛(wèi)星ATM交換中實現最佳資源利用，預留給每個用戶的所有資源并不都是按照數據的峰值速率來分配的，而是按照連接允許控制(CAC, Connection Admission Control)的方法。當地面源端信元發(fā)出的速率超過預約速率時，在局部時間上就可能出現業(yè)務總負載超過系統(tǒng)所能承受的最大吞吐量、大量信元丟失及系統(tǒng)性能大幅度下降的現象，這種現象即為擁塞。這時星載交換機需要向地面源端發(fā)送控制信息來降低地面源端的信元發(fā)送速率。此時，僅靠增加交換機內部緩存區(qū)的大小只能延遲擁塞，并不能減緩、解決擁塞現象的發(fā)生，也不能使交換機在擁塞時實現自恢復。要保證系統(tǒng)的交換性能和正常運行，星上交換機必須將自身的擁塞情況反饋給地面終端。
[0004]在現有的擁塞控制技術中，當星載交換機出現擁塞時，要保證系統(tǒng)的交換性能和正常運行，星上交換機必須將自身的擁塞情況反饋給地面終端。由于在擁塞情況下，交換機負載已經達到了飽和，要發(fā)送擁塞控制消息，就必須增加物理資源或者丟棄緩存區(qū)中的信元，因此造成額外的硬件開銷或者有效信元丟失的情況。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明的技術解決問題是:克服現有技術中交換機出現擁塞時無法將星上狀態(tài)信息通知給地面終端的問題，提供了一種基于信息隱藏的衛(wèi)星處理系統(tǒng)擁塞控制方法，通過將擁塞控制消息融入業(yè)務數據中，利用信息隱藏的方法來傳輸擁塞消息，無需增加額外的物理資源，也無需丟棄緩存區(qū)中的數據，即可將星上的狀態(tài)信息通知給地面終端，既節(jié)省了鏈路資源，也保證了星載處理交換系統(tǒng)的性能和正常運行。
[0006]本發(fā)明的技術解決方案是:基于信息隱藏的衛(wèi)星處理系統(tǒng)擁塞控制方法，步驟如下:
[0007](I)當星上交換機出現擁塞時，根據擁塞情況決定發(fā)送擁塞控制信息的類型；所述擁塞控制信息類型包括告警信息和丟棄通知消息；
[0008](2)形成信息隱藏的控制信息，包括隱藏標識、隱藏信息類型及隱藏位置；所述的信息隱藏控制信息用于標識待隱藏的擁塞控制信息在業(yè)務數據信元中的隱藏位置，其中隱藏標識表明業(yè)務數據中是否含有隱藏的擁塞控制信息，隱藏信息類型表明隱藏的擁塞控制信息隱藏在信元頭部或者信元的載荷部分，隱藏位置表明擁塞控制信息的具體隱藏位置；
[0009](3)將信息隱藏的控制信息存儲在業(yè)務數據信元頭部的相應位置；[0010](4)將擁塞控制信息隱藏在業(yè)務數據信元的頭部或者業(yè)務數據信元的載荷部分，方法為:將信元的M字節(jié)載荷的每一個字節(jié)二進制數均轉換為十進制數，轉換完成后搜索M個十進制數中出現頻次最高的數字X-1，且要求數字X沒有出現過；如果數字X-1出現的頻次小于等于隱藏位置的位寬，則直接將擁塞控制信息作為隱藏位置信息存儲于業(yè)務數據信元的頭部；如果數字X-1出現的頻次大于隱藏位置的位寬，則將數字X-1出現頻次最多的位置作為隱藏位置，每一個隱藏位置存儲一位擁塞控制信息，當擁塞控制信息中的二進制數為I時，將隱藏位置處對應的二進制字節(jié)變?yōu)榕c數字X對應的二進制字節(jié)，當擁塞控制信息中的二進制數為O時，保持隱藏位置處對應的二進制字節(jié)不變，依次將每一比特的擁塞控制信息按順序隱藏在信元載荷的隱藏位置中；
[0011](5)星上交換機將隱藏有擁塞控制信息的業(yè)務數據信元按照相應的輸出端口發(fā)送給相應的地面終端；
[0012](6)地面終端收到含有擁塞控制信息的業(yè)務數據信元后，利用信息隱藏的控制信息提取出擁塞控制信息，根據擁塞控制信息類型減緩信元發(fā)送速率或者直接停止發(fā)送數據。
[0013]本發(fā)明與現有技術相比的優(yōu)點在于:
[0014](I)無需增加額外的物理資源就可將擁塞控制信息傳送至地面終端。由于在擁塞情況下，交換機已經達到了飽和，要想將擁塞控制信息發(fā)送出去，必須增加物理資源或丟棄交換機緩存區(qū)中的信元。本發(fā)明方法利用信息隱藏的方法將擁塞控制信息融入到業(yè)務數據中就可將信息發(fā)送至地面終端，無需增加額外的物理資源；
[0015](2)提高帶寬利用率，節(jié)省了鏈路資源。本發(fā)明方法將信息隱藏技術引入到星上交換機中，增加了交換機各端口可傳輸的信息量，例如交換ATM信兀時,傳輸一個53字節(jié)的ATM信元最大可多傳輸6字節(jié)的信息，既節(jié)省了鏈路資源，也保證了星載處理交換系統(tǒng)的性能和正常運行；
[0016](3)隱藏效率高。以交換ATM信元為例，本發(fā)明提出的信息隱藏方法可以保證在每個ATM信元中至少隱藏8位信息，最多隱藏48位信息。在最差情況下，發(fā)送三個ATM信元就可將擁塞控制信息發(fā)送出去，信息隱藏效率高，可以將擁塞信息有效的隱藏發(fā)送至地面站。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為衛(wèi)星處理交換系統(tǒng)原理圖；
[0018]圖2為本發(fā)明方法中星上交換機向地面終端發(fā)出告警消息示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明方法中星上交換機向地面終端發(fā)送丟棄通知消息示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明方法的流程框圖。
【具體實施方式】
[0021]1、衛(wèi)星處理交換系統(tǒng)
[0022]如圖1所示，衛(wèi)星處理交換系統(tǒng)由星上交換機、地面終端和地面網控中心組成。在該系統(tǒng)中，N個地面源端通過一臺星上交換機向N個地面目的端發(fā)送數據，地面網控中心完成基本的衛(wèi)星網絡管理功能。
[0023]在該系統(tǒng)中，星上交換機負責將業(yè)務數據交換到相應的輸出端口處。正常情況下，地面源端發(fā)送業(yè)務數據之前，先向星上交換機發(fā)送建立連接請求，星上交換機根據資源以及衛(wèi)星上、下行鏈路情況決定是否同意建立連接，如果同意該連接請求，則為該連接預留帶寬、連接參考值等資源，然后向地面源端發(fā)送同意建立連接消息。地面源端只有在收到星上交換機的同意建立連接消息后才能發(fā)送數據。
[0024]當地面源端發(fā)送的數據率超過預約資源，或者當業(yè)務突發(fā)強度過高時，就會出現在局部時間內星上交換機的總負載超過所能承受的最大吞吐量現象，這種情況下僅靠增加星上交換機的緩存區(qū)大小并不能解決擁塞問題，星載交換機需要向地面源端發(fā)送擁塞控制信息來降低地面源端的信元發(fā)送速率。
[0025]衛(wèi)星處理交換系統(tǒng)中各部分的功能可以簡單的歸納如下:
[0026]?星上交換機:負責交換業(yè)務數據，根據星上狀態(tài)進行擁塞控制。
[0027]?地面終端:完成業(yè)務數據的發(fā)送和接收，每個地面終端都具有發(fā)送信元和接收信元的功能，可作為地面源端或者地面目的端。
[0028]?地面網控中心:完成基本的衛(wèi)星網絡管理功能(入網鑒權，星上設備狀態(tài)監(jiān)管，用戶的入網注冊登記)。
[0029]2、基于信息隱藏的星載處理交換擁塞控制方法
[0030]當星上交換機出現擁塞，需要向地面終端發(fā)送控制消息時，本發(fā)明方法將擁塞控制消息利用信息隱藏的方法融入業(yè)務數據中，交換機在交換業(yè)務數據的同時也將擁塞控制信息發(fā)送給了地面終端。
[0031]2.1擁塞控制信息類型
[0032]星上交換機根據擁塞程度來決定是否向地面源端發(fā)送告警消息或者直接丟棄整條連接的信元，因此星載交換機擁塞控制信息主要包括以下兩類:
[0033]( I)告警信息
[0034]當星上交換機即將出現擁塞時，星上交換機根據緩存區(qū)中連接及信元的數量情況向相應地面源端發(fā)出反饋消息，過程如圖2所示。
[0035]當緩存區(qū)到達設定的告警門限時，星上交換機向發(fā)送違約信元的地面源端(發(fā)送業(yè)務數據的速率超過預約速率的地面終端)和對星上交換機擁塞影響最嚴重的地面源端(發(fā)送的業(yè)務數據占據了交換機中較多緩存區(qū)的地面終端)發(fā)送告警消息，同時向地面網控中心報告該情況。對于預先需要建立連接的ATM交換來說，在建立連接時，星上交換機已經獲取了該連接的業(yè)務參數(主要包括連接參考值、輸入VPI/VC1、輸出VPI/VCI)、業(yè)務類型(主要包括固定比特率CBR、實時可變比特率RT-VBR、非實時可變比特率NRT-VBR、可用比特率ABR、未定比特率UBR)和QoS (服務質量，包括信元丟失率、信元差錯率、信用傳輸時延)要求。對于不需要提前建立連接的IP交換來說，IP報文頭部里面也包含了數據幀的業(yè)務參數(主要包括源IP地址、目的IP地址)、業(yè)務類型(IP報文中封裝的協(xié)議類型，主要有UDP、TCP ,I CMP, RSVP等)和QoS (服務質量，主要包括低時延需求、高吞吐量需求、高可靠性需求)要求。因此告警信息包括了星上交換機緩存使用情況、該連接的業(yè)務參數、業(yè)務類型和QoS等信息。
[0036]地面源端收到控制消息后，根據目前星上交換機的緩存使用情況決定平滑數據流或者停止發(fā)送信元。如果該連接繼續(xù)發(fā)送數據信元將造成星上交換機的嚴重擁塞，使緩存區(qū)達到設定的丟棄門限，那么地面源端就停止發(fā)送信元；如果通過平滑該連接業(yè)務數據率就能夠避免星上交換機的擁塞，使緩存區(qū)低于設定的告警門限，那么地面源端平滑該連接的業(yè)務數據率，降低該業(yè)務的發(fā)送速率。該狀態(tài)維持一段時間后，地面源端恢復正常發(fā)送狀態(tài)。
[0037](2)丟棄通知消息
[0038]如果星上交換機發(fā)送了告警信息后，擁塞現象還沒有解決，當星上交換機的緩存區(qū)達到了設定的丟棄門限時，那么交換機就要選擇按照優(yōu)先級的高低丟棄優(yōu)先級低的連接。在丟棄一條連接的同時，星上交換機要向該連接的地面源端和地面網控中心發(fā)送丟棄通知消息，過程如附圖3所示。丟棄通知消息包括了該連接的業(yè)務參數、業(yè)務類型和QoS等消息。
[0039]2.2星載交換機擁塞控制信息格式
[0040]本發(fā)明中待隱藏的星載交換機擁塞控制信息的內容包括信息類型、緩存狀態(tài)、業(yè)務參數、業(yè)務類型、QoS等信息,共24bits,如表1所示。
[0041 ] 表1星載交換機擁塞控制信息格式
【權利要求】
1.基于信息隱藏的衛(wèi)星處理系統(tǒng)擁塞控制方法，其特征在于步驟如下: (1)當星上交換機出現擁塞時，根據擁塞情況決定發(fā)送擁塞控制信息的類型；所述擁塞控制信息類型包括告警信息和丟棄通知消息； (2)形成信息隱藏的控制信息，包括隱藏標識、隱藏信息類型及隱藏位置；所述的信息隱藏控制信息用于標識待隱藏的擁塞控制信息在業(yè)務數據信元中的隱藏位置，其中隱藏標識表明業(yè)務數據中是否含有隱藏的擁塞控制信息，隱藏信息類型表明隱藏的擁塞控制信息隱藏在信元頭部或者信元的載荷部分，隱藏位置表明擁塞控制信息的具體隱藏位置； (3)將信息隱藏的控制信息存儲在業(yè)務數據信元頭部的相應位置； (4)將擁塞控制信息隱藏在業(yè)務數據信元的頭部或者業(yè)務數據信元的載荷部分，方法為:將信元的M字節(jié)載荷的每一個字節(jié)二進制數均轉換為十進制數，轉換完成后搜索M個十進制數中出現頻次最高的數字X-1，且要求數字X沒有出現過；如果數字X-1出現的頻次小于等于隱藏位置的位寬，則直接將擁塞控制信息作為隱藏位置信息存儲于業(yè)務數據信元的頭部；如果數字X-1出現的頻次大于隱藏位置的位寬，則將數字X-1出現頻次最多的位置作為隱藏位置，每一個隱藏位置存儲一位擁塞控制信息，當擁塞控制信息中的二進制數為I時，將隱藏位置處對應的二進制字節(jié)變?yōu)榕c數字X對應的二進制字節(jié)，當擁塞控制信息中的二進制數為O時，保持隱藏位置處對應的二進制字節(jié)不變，依次將每一比特的擁塞控制信息按順序隱藏在信元載荷的隱藏位置中； (5)星上交換機將隱藏有擁塞控制信息的業(yè)務數據信元按照相應的輸出端口發(fā)送給相應的地面終端； (6)地面終端收到含有擁塞控制信息的業(yè)務數據信元后，利用信息隱藏的控制信息提取出擁塞控制信息，根據擁塞控制信息類型減緩信元發(fā)送速率或者直接停止發(fā)送數據。
【文檔編號】H04W84/06GK103813381SQ201410022798
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權日:2014年1月17日
【發(fā)明者】張怡, 周詮, 黎軍, 方海, 呼延烺, 李靜玲, 崔濤, 梁薇, 魏佳圓 申請人:西安空間無線電技術研究所