CN103648132B - 一种卫星通信一体化QoS保障*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卫星通信一体化QoS保障***，包括地面站***QoS保障结构和移动地球终端QoS保障结构。地面站***QoS保障结构包括地面站无线网关模块、认证授权计费模块、地面站接入路由模块及波束QoS代理模块；移动地球终端QoS保障结构包括终端侧高层协议栈模块和终端侧空中接口协议栈模块。本发明的卫星通信一体化QoS保障***可以为电信级的语音或视频电话服务、实时流业务、交互类业务、背景类业务等不同类型的业务提供区别服务，保证各种类型业务的服务质量，优化网络流量，提升用户体验。

Description

一种卫星通信一体化QoS保障***

技术领域

本发明属于卫星移动通信技术领域，具体地，涉及一种卫星通信一体化QoS保障***。

背景技术

近年来，GEO卫星移动通信***取得了长足的发展，Inmarsat，Thuraya，MSV，MUOS以及ACeS等GEO移动通信***相继投入了运营。从架构上看，GEO卫星移动通信***大多参考了地面***的设计方案。除了根据卫星传输的特点重新设计空中接口以外，其他***功能实体定义、接口规范以及信令体制基本保持不变。在上述***中，Thuraya卫星、ACeS提供的是与地面GSM标准相兼容的通信服务。Inmarsat-4卫星(用于全球区域宽带***(Broadband GlobalArea Network，BGAN))以及MUOS卫星则采用了与地面WCMDA***相类似的***设计方案。Thuraya卫星与ACeS卫星提供的都是电路域的服务，不存在服务质量的问题，当然是以巨大的带宽浪费为代价的。BGAN与MUOS***参考WCDMA***，只是在核心网中引入了基于Diffserv模型的QoS保障机制，接入网中没有相应的QoS保障机制，因此无法提供端到端的QoS保障。

IETF(Internet Engineering Task Force)定义的集成服务(Intserv)和区分服务(Diffserv)是经典的互联网QoS体系结构，也是卫星移动通信***中QoS体系结构的主要参考模型。Intserv体系结构是在异构的网络元素之上提供端到端的质量保证型服务或可控负载型服务。Intserv是一种基于流的、状态相关的体系结构；与状态无关的体系结构(原来的IP网络体系结构或Diffserv)相比，它所提供的服务具有更高的灵活性和更好的服务质量保证，但是Intserv控制机制高度复杂，可扩展性和鲁棒性也相对较差，这些都阻碍了Intserv的发展并加速了Diffserv的诞生。Diffserv体系结构的设计目标在于通过简化内部节点的服务机制和服务对象来简单而有效地满足实际应用对可扩展性的要求此外，Diffserv通过面向对象的模块化思想和封装思想，增强了***的灵活性与通用性.总之，Diffserv是一种可扩展的、状态无关的QoS体系结构，它具有层次化结构和总体集中式的控制策略。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种卫星通信一体化QoS保障***，其描述了一种静止轨道卫星移动通信***基于全IP的端到端QoS（Quality of Service）保障***，通过在接入网络和核心网络中同时引入Diffserv模型，解决卫星移动通信网络中端到端的QoS保障问题；通过引入波束QoS代理模块负责在接入网络中提供基于Diffserv模型的QoS保证。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括：

一种卫星通信一体化QoS保障***，包括：地面站***QoS保障结构和移动地球终端QoS保障结构，所述地面站***QoS保障结构和移动地球终端QoS保障结构通过空中接口进行通信，其中：地面站***QoS保障结构包括：地面站无线网关模块，实现网络侧的空中接口协议栈；所述地面站无线网关模块通过IP接口与地面站接入路由模块通信，通过空中接口与移动地球终端通信；以及将所述地面站接入路由模块发送的IP包封装成空中接口定义的数据包，通过空中接口发送给移动地球终端，并将从通过空中接口接收的数据包中提取出的IP包发送给所述地面站接入路由模块；认证授权计费模块，用于为移动地球终端提供注册或注销服务，所述认证授权计费模块通过IP接口与所述地面站接入路由模块通信；所述地面站无线网关模块通过其空中接口接收移动地球终端的注册或注销请求，经所述地面站接入路由模块路由给所述认证授权计费模块，所述认证授权计费模块根据鉴权算法确定移动地球终端的注册或注销是否成功，并将确定后的结果信息通过所述地面站接入路由模块路由给所述地面站无线网关模块，然后经所述地面站无线网关模块的空中接口发送给移动地球终端；所述地面站接入路由模块，用于为接入网中各模块的互通提供IP路由服务，并提供基于IP的核心网接口，所述地面站接入路由模块执行的功能包括流量监管、流量整形、以及PHB，其中，PHB通过包调度机制实现核心网到接入网的分组调度；波束QoS代理模块，用于在接入网络中为每个移动地球终端和每个服务分配资源，所述波束QoS代理模块通过IP接口与所述地面站接入路由模块通信，所述地面站无线网关模块通过其空中接口接收移动地球终端的业务接入请求，经所述地面站接入路由模块路由给所述波束QoS代理模块，所述波束QoS代理模块根据移动地球终端的签约信息分配无线资源，并将分配结果信息通过所述地面站接入路由模块路由给所述地面站无线网关模块，经所述地面站无线网关模块的空中接口发送给移动地球终端；并且所述移动地球终端QoS保障结构包括终端侧高层协议栈模块和终端侧空中接口协议栈模块，其中，所述终端侧高层协议栈模块用于注册和注销请求、业务接入请求，并提供IP QoS到UMTSQoS的映射服务，请求信息通过IP承载，生成的IP包通过所述终端侧空中接口协议栈模块封装成空中接口定义的数据包发送给所述地面站无线网关模块；空中接口自所述地面站无线网关模块收到的请求结果信息由所述空中接口协议栈模块提取出其中的IP包，并将该IP包传送给所述终端侧高层协议栈模块；所述终端侧空中接口协议栈模块用于为高层的信令及数据提供无线承载服务，所述终端侧空中接口协议栈模块将来自所述终端侧高层协议栈模块的数据封装成空中接口定义的数据包并发送给所述地面站无线网关模块；所述终端侧空中接口协议栈模块还接收来自所述地面站无线网关模块的数据，提取出其中的IP包并发送给所述终端侧高层协议栈模块。

优选地，所述地面站无线网关模块包括网络层、RRC层、RLC层、MAC层、以及PHY层，其中，所述网络层由IPv6协议栈实现；所述RRC层负责提供无线承载服务，分配和管理载波及时隙资源，并负责为移动地球终端分配专用的无线信道；所述RLC层为控制面信令和用户面数据提供应答、非应答或透明传输模式，以及提供分段或重组服务；所述MAC层提供逻辑信道到物理信道的映射服务和分组调度服务；所述PHY层提供TDM或TDMA服务；一方面，来自所述地面站接入路由模块的数据传送至所述网络层，所述网络层提取IP包载荷并将其传送至所述RRC层，所述RRC层将该IP包载荷透明转发给所述RLC层，所述RLC层根据专用无线信道的容量对该IP包载荷进行分段之后，将分段后的数据放入所述MAC层维护的待发送分段队列，所述MAC层根据分组调度结果从待发送分段队列中选择满足调度条件的分段数据，传送给所述PHY层，所述PHY层对分段数据进行编码调制之后发送给移动地球终端；另一方面，所述PHY层接收来自移动地球终端的数据，进行解调解码和提取分段处理之后将处理之后的分段数据递送给所述MAC层，所述MAC层将分段数据直接传送给所述RLC层，所述RLC层对分段数据进行重组之后传送给所述RRC层，所述RRC层将重组之后的数据传送给所述网络层，所述网络层对该重组之后的数据进行IP封装后传送给所述地面站路由接入模块。

优选地，所述地面站接入路由模块包括AAA前台模块、QoS前台模块、MTNM模块、IPv6协议栈模块、以及网络设备驱动模块，其中，所述AAA前台模块负责与所述认证授权计费模块进行通信；所述QoS前台模块负责与所述波束QoS代理模块进行通信；所述MTNM模块负责决定是否执行波束间切换；所述IPv6协议栈模块为所述AAA前台模块、QoS前台模块、以及MTNM模块提供IP承载服务；所述网络设备驱动模块负责驱动下层空中接口协议栈，依据IP级的QoS需求为下层空中接口协议栈开启或关闭连接、管理数据信道；来自所述地面站无线网关模块的注册或注销请求信息经所述IPv6协议栈模块传送至所述AAA前台模块；所述AAA前台模块与所述认证授权计费模块建立TCP/IP连接，并将注册或注销请求信息传送给所述认证授权计费模块；来自所述认证授权计费模块的注册或注销结果信息经所述IPv6协议栈模块传送给所述AAA前台模块，所述AAA前台模块再将注册或注销结果信息经所述IPv6协议栈模块发送给所述地面站无线网关模块；来自所述地面站无线网关模块的业务接入请求信息经所述IPv6协议栈模块传送给所述QoS前台模块；所述QoS前台模块与所述波束QoS代理模块建立TCP/IP连接，并将业务接入请求信息传送给所述波束QoS代理模块；来自所述波束QoS代理模块的无线资源分配信息经所述IPv6协议栈模块传送给所述QoS前台模块，所述QoS前台模块再将无线资源分配信息经所述IPv6协议栈模块发送给所述地面站无线网关模块；来自所述地面站无线网关模块的波束切换请求信息经所述IPv6协议栈模块传送给所述MTNM模块；所述MTNM模块生成波束切换结果信息，并经所述IPv6协议栈模块发送给所述地面站无线网关模块。

优选地，所述波束QoS代理模块包括波束QoS代理引擎、用户概况数据库、波束QoS代理接口、虚拟路由模块、路由信息模块、网络概况、网络状态数据库、网络管理***接口模块、Mobility接口、以及AAAC接口，其中，所述波束QoS代理引擎包括所有网络QoS管理的判决算法，所述波束QoS代理引擎的操作以对所述地面站接入路由模块的抽象描述为基础，该抽象描述通过所述用户概况数据库和虚拟路由模块获取；所述用户概况数据库存储移动地球终端业务的无线资源占用记录，供所述波束QoS代理引擎存取和查询；所述波束QoS代理接口负责与其他波束的波束QoS代理进行通信；所述虚拟路由模块将所述波束QoS代理引擎产生的控制信息映射为到所述地面站接入路由模块的专用网络命令，以控制所述地面站接入路由模块的行为；所述路由信息模块负责获取路由信息；所述网络状态数据库负责监听网络状态，从数据库中搜集标题为“NetStatus”的信息；所述AAAC接口负责接收移动地球终端注册阶段来自所述认证授权计费模块的NVUP信息；所述网络管理***接口允许NMS实体定义网络资源，并且该网络资源受所述波束QoS代理引擎的控制；所述Mobility接口负责切换中的QoS问题；所述网络概况负责探测收集网络当前的拥塞信息，供网络状态数据库查询使用。

优选地，所述终端侧高层协议栈模块包括网络控制层、网络层、移动终端网络管理层、以及资源控制功能子层，其中，所述网络控制层向所述认证授权计费模块请求注册和注销；移动地球终端在入网过程中，所述网络控制层产生注册或注销请求信息，交由所述网络层进行IP封装，然后通过移动地球终端的空中接口发送给接入网；移动地球终端的空中接口收到来自接入网的注册或注销结果信息后，提取出IP包交给所述网络层，所述网络层再提取IP包载荷并交给所述网络控制层；以及所述移动终端网络管理层负责决定是否执行波束间切换；所述资源控制功能子层负责驱动下层空中接口协议栈，依据IP级的QoS需求为下层空中接口协议栈开启或关闭连接、管理数据信道、接收IP报文。

优选地，所述网络层由增强的Mobile IPv6协议栈实现，提供DSCP与UMTSQoS Class映射机制，所述网络层为所述网络控制层提供IP承载服务，同时定义一套从IP QoS Classes到UMTS无线QoS Classes的映射关系，映射工作分两步：首先，对每个移动地球终端请求的服务定义一个IP QoS优先级；其次，定义从DSCP到UMTS无线QoS Classes的映射关系。

优选地，所述终端侧空中接口协议栈模块包括RRC层、RLC层、MAC层、以及PHY层，其中，一方面，所述RRC层负责向网络侧申请专用无线信道，来自所述终端侧高层协议栈模块的数据通过该专用无线信道传送给所述RRC层，所述RRC层负责无线资源申请，并将接收自终端侧高层协议栈模块的数据转发给所述RLC层，所述RLC层根据专用无线信道的容量对该数据进行分段，将分段后的数据放入所述MAC层维护的待发送分段队列，所述MAC层根据分组调度结果从待发送分段队列中选择满足调度条件的分段数据，传送给所述PHY层，所述PHY层对分段数据进行编码调制，并发送给地面站无线网关模块；另一方面，所述PHY层接收来自网络的数据，进行解调解码和提取分段处理之后将处理后的分段数据传送给给所述MAC层，所述MAC层将分段数据直接传送给所述RLC层，所述RLC层对分段数据进行重组并传送给所述RRC层，所述RRC层将该重组后的数据传送给所述终端侧高层协议栈模块。

与现有技术相比，根据本发明的卫星通信一体化QoS保障***具有有益的技术效果：

该QoS保障***基于Diffserv模型，提供一套完整的针对静止轨道卫星移动通信***的QoS管理解决方案，包括地面站***、移动地球终端QoS保障结构涉及的各个模块，以及各模块间的通信流程，同时还规定了不同层协议间的QoS映射机制。通过这套QoS管理解决方案，可以为电信级的语音或视频电话服务、实时流业务、交互类业务、背景类业务等不同类型的业务提供区别服务，保证各种类型业务的服务质量，优化网络流量，提升用户体验。

附图说明

图1是根据本发明的卫星移动通信***的组成示意图；

图2是根据本发明的终端侧高层协议栈模块的结构示意图；

图3是根据本发明的地面站接入路由模块的功能模块示意图；

图4是根据本发明的波束QoS代理模块的结构示意图；

图5是根据本发明的IP QoS Classes到UMTS无线QoS Classes的映射关系示意图；以及

图6是根据本发明的卫星移动通信***的终端侧空中接口协议栈模块的架构示意图。

具体实施方式

本发明描述了一种静止轨道卫星移动通信***基于全IP的端到端QoS保障***。通过在接入网络中像核心网络一样引入Diffserv模型，解决卫星移动通信网络中端到端的QoS保障问题。接入网中基于Diffserv模型的QoS保障架构通过终端侧高层协议栈模块和终端侧空中接口协议栈模块、地面站无线网关模块、地面站接入路由模块、认证授权计费模块、以及波束QoS代理模块实现。

***组成：根据本发明的卫星通信一体化QoS保障***包括移动地球终端QoS保障结构和地面站***QoS保障结构，如图1所示。端到端QoS保障通过终端侧高层协议栈模块、终端侧空中接口协议栈模块、地面站无线网关模块、地面站接入路由模块、认证授权计费模块、以及波束QoS代理模块实现。

移动地球终端QoS保障结构通过终端侧高层协议栈模块和终端侧空中接口协议栈模块实现。终端侧高层协议栈模块的组成如图2所示，终端侧空中接口协议栈模块的组成如图6所示。

终端侧高层协议栈模块用于注册和注销请求、业务接入请求，并提供IP QoS到UMTS QoS的映射服务，请求信息通过IP承载，生成的IP包通过终端侧空中接口协议栈模块封装成空中接口定义的数据包发送给地面站无线网关模块；空中接口收到自地面站无线网关模块的请求结果信息由空中接口协议栈模块提取出其中的IP包，并将该IP包传送给终端侧高层协议栈模块。终端侧空中接口协议栈模块用于为高层的信令及数据提供无线承载服务，其将来自终端侧高层协议栈模块的数据封装成空中接口定义的数据包并发送给地面站无线网关模块；终端侧空中接口协议栈模块还接收来自地面站无线网关模块的数据，提取出其中的IP包并发送给终端侧高层协议栈模块。

如图2所示，终端侧高层协议栈模块包括网络控制层、网络层、移动终端网络管理层、以及资源控制功能子层，其中，最高层为网络控制层（NCP，Networking Control Panel），用于请求认证授权计费（AAAC，AuthenticationAuthorization Accounting and Charging）模块进行注册和注销。网络控制层向认证授权计费模块请求注册和注销；移动地球终端在入网过程中，网络控制层产生注册或注销请求信息，交由网络层进行IP封装，然后通过移动地球终端的空中接口发送给接入网。移动地球终端的空中接口收到来自接入网的注册或注销结果信息后，提取出IP包交给网络层，网络层提取IP包载荷交给网络控制层。

网络层由增强的Mobile IPv6协议栈实现，具有QoS感知的快速切换功能和DSCP映射机制。在网络层和资源控制功能子层之间为移动终端网络管理层，该层负责决定是否执行波束间切换；资源控制功能子层（RCF，Resource ControlFunction），负责驱动下层空中接口协议栈，依据IP级的QoS需求为下层空中接口协议栈开启或关闭连接、管理数据信道、接收IP报文提供接口。

终端侧空中接口采用TDMA技术，其协议栈组成与3GPP R6空中接口协议栈一致。3GPP R6空中接口采用WCDMA技术，所以本发明对该架构下的空中接口进行了重新定义。如图6所示，根据本发明的终端侧空中接口协议栈模块包括RRC（Radio Resource Control）层、RLC（Radio Link Control）层、MAC(MediumAccess Control)层、以及PHY（PHYsical）层。其中，RRC层负责提供无线承载服务，分配和管理载波和时隙资源。RLC层为控制面信令和移动地球终端面数据提供应答、非应答、透明传输模式、分段或重组服务。MAC层提供逻辑信道到物理信道的映射服务、分组调度服务。PHY层提供TDM或TDMA服务。RRC层负责向网络侧申请专用无线信道，来自终端侧高层协议栈模块的数据通过该专用无线信道传送给RRC层，RRC层将该数据透明转发给RLC层；RLC层根据专用无线信道的容量对该数据进行分段，将分段后的数据放入MAC层维护的待发送分段队列；MAC层根据分组调度结果从待发送分段队列中选择满足调度条件的分段数据，传送给PHY层；PHY层对分段数据进行编码调制，并发送给地面站无线网关模块。反之，PHY层接收来自网络的数据，进行解调解码和提取分段处理之后将处理后的分段数据传送给给MAC层；MAC层将分段数据直接传送给RLC层，RLC层对分段数据进行重组并传送给RRC层；RRC层将该重组后的数据传送给终端侧高层协议栈模块。

终端侧高层协议栈与空中接口的对接通过定义一套从IP QoS Classes（由DSCP标记）到UMTS无线QoS Classes的映射关系实现，如图5所示。映射工作分两步：首先，对每个移动地球终端请求的服务定义一个IP QoS优先级（由DSCP表示）；其次，定义从DSCP到UMTS无线QoS Classes的映射关系。

地面站***由地面站无线网关模块、认证授权计费模块、地面站接入路由模块、波束QoS代理模块、寻呼代理模块、网络管理模块、外部网络接入路由模块组成，各模块间采用IPv6通信。地面站***QoS保障主要通过地面站无线网关模块、认证授权计费模块、地面站接入路由模块、以及波束QoS代理模块实现。

地面站无线网关模块实现网络侧的空中接口，其协议栈组成及各层功能与终端侧空中接口相同。地面站无线网关模块通过IP接口与地面站接入路由模块通信，通过空中接口与移动地球终端通信；将地面站接入路由模块发送的IP包封装成空中接口协议栈定义的数据包，通过空中接口发送给移动地球终端，并将从通过空中接口接收的数据包中提取出的IP包发送给地面站接入路由模块。

地面站无线网关模块包括网络层、RRC层、RLC层、MAC层、以及PHY层，其中，网络层由IPv6协议栈实现；RRC层负责提供无线承载服务，分配和管理载波和时隙资源，并负责为移动地球中转分配专用的无线信道；RLC层为控制面信令和用户面数据提供应答、非应答或透明传输模式，以及提供分段或重组服务；MAC层提供逻辑信道到物理信道的映射服务和分组调度服务；PHY层提供TDM或TDMA服务。一方面，来自地面站接入路由模块的数据传送至网络层，网络层提取IP包载荷并将其传送至RRC层，RRC层将该IP包载荷透明转发给RLC层，RLC层根据专用无线信道的容量对该IP包载荷进行分段之后，将分段之后的数据放入MAC层维护的待发送分段队列，MAC层根据分组调度结果从待发送分段队列中选择满足调度条件的分段数据，传送给PHY层，PHY层对分段数据进行编码调制之后发送给移动地球终端；另一方面，PHY层接收来自移动地球终端的数据，进行解调解码和提取分段处理之后将处理之后的分段数据传送给MAC层，MAC层将分段数据直接传送给RLC层，RLC层对分段数据进行重组之后传送给RRC层，RRC层将重组之后的数据传送给网络层，网络层对该重组之后的数据进行IP封装后传送给地面站路由接入模块。

地面站接入路由模块的组成如图3所示。地面站接入路由模块用于为接入网中各模块的互通提供IP路由服务，并提供基于IP的核心网接口。地面站接入路由模块的功能与Diffserv模型中的边界路由器的功能相似，主要包括流量监管、流量整形、PHB（Per Hop Behaviours）功能，其中PHB通过包调度机制实现核心网到接入网的分组调度。

地面站接入路由模块包括AAA前台模块、QoS前台模块、MTNM模块和IPv6协议栈模块及网络设备驱动模块。其中，AAA前台模块负责与AAAC***间的通信；QoS前台模块负责与波束QoS代理模块间的通信；MTNM模块、IPv6协议栈和RCF模块功能与移动地球终端侧的对应模块功能相同，MTNM模块负责决定是否执行波束间切换；IPv6协议栈模块为AAA前台模块、QoS前台模块、以及MTNM模块提供IP承载服务；网络设备驱动模块负责驱动下层空中接口协议栈，依据IP级的QoS需求为下层空中接口协议栈开启或关闭连接、管理数据信道。

来自地面站无线网关模块的注册或注销请求信息经IPv6协议栈模块传送至AAA前台模块；AAA前台模块与认证授权计费模块建立TCP/IP连接，并将注册或注销请求信息传送给认证授权计费模块；来自认证授权计费模块的注册或注销结果信息经IPv6协议栈模块传送给AAA前台模块，AAA前台模块再将注册或注销结果信息经IPv6协议栈模块发送给地面站无线网关模块。来自所述地面站无线网关模块的业务接入请求信息经IPv6协议栈模块传送给QoS前台模块；QoS前台模块与波束QoS代理模块建立TCP/IP连接，并将业务接入请求信息传送给波束QoS代理模块；来自波束QoS代理模块的无线资源分配信息经IPv6协议栈模块传送给QoS前台模块，QoS前台模块再将无线资源分配信息经IPv6协议栈模块发送给地面站无线网关模块。来自所述地面站无线网关模块的波束切换请求信息经IPv6协议栈模块传送给MTNM模块；MTNM模块生成波束切换结果信息，并经IPv6协议栈模块发送给地面站无线网关模块。

波束QoS代理模块的组成如图4所示。波束QoS代理模块根据移动地球终端的签约信息负责在接入网络中为每个移动地球终端和每个服务分配资源（通过DSCP告知），并且负责提供核心网汇聚流预留资源服务。波束QoS代理模块用于在接入网络中为每个移动地球终端和每个服务分配资源。波束QoS代理模块通过IP接口与地面站接入路由模块通信，地面站无线网关模块通过其空中接口接收移动地球终端的业务接入请求，经地面站接入路由模块路由给波束QoS代理模块，波束QoS代理模块根据移动地球终端的签约信息分配无线资源，并将分配结果信息通过地面站接入路由模块路由给地面站无线网关模块，经地面站无线网关模块的空中接口发送给移动地球终端。

波束QoS代理模块的核心是波束QoS代理引擎，其包含了所有网络QoS管理的判决算法。波束QoS代理引擎的操作以对地面站接入路由模块的抽象描述为基础，该抽象描述通过用户概况数据库和虚拟路由模块获取。用户概况数据库存储移动地球终端业务的无线资源占用记录，供波束QoS代理引擎存取和查询。虚拟路由模块将波束QoS代理引擎产生的控制信息映射为地面站接入路由模块的专用网络命令，以控制所述地面站接入路由模块的行为。AAAC接口负责接收移动地球终端注册阶段来自AAAC模块的NVUP（Network View of the UserProfile）信息。波束QoS代理接口负责与其他波束的波束QoS代理模块进行通信。Mobility接口负责切换中的QoS问题。网络状态数据库负责监听网络状态，从数据库中搜集标题为“Net Status”的信息。路由信息模块负责获取路由信息。网络管理***（NMS）接口允许NMS实体定义网络资源，并且该资源受波束QoS代理模块的控制。网络概况负责探测收集网络当前的拥塞信息，供网络状态数据库查询使用。

认证授权计费（AAAC）模块，用于为移动地球终端提供注册或注销服务。认证授权计费模块通过IP接口与地面站接入路由模块通信，地面站无线网关模块通过其空中接口接收移动地球终端的注册或注销请求，经地面站接入路由模块路由给认证授权计费模块，认证授权计费模块根据鉴权算法确定移动地球终端的注册或注销是否成功，并将确定后的结果信息通过地面站接入路由模块路由给地面站无线网关模块，然后经地面站无线网关模块的空中接口发送给移动地球终端。

AAAC模块采用商用的标准设备，为移动地球终端提供注册/注销服务；寻呼代理模块负责处理寻呼相关的协议流程；网络管理模块负责地面站***的网络管理任务；外部网络接入路由模块负责接入外部网络（Internet、PLMN、ISDN等）。

波束QoS代理模块与AAAC模块、地面站接入路由模块的协作关系如下：

在移动地球终端注册阶段，波束QoS代理模块与地面站接入路由模块中的AAA前台模块进行交互。当移动地球终端在网络注册后，AAA前台模块向波束QoS代理模块提供该移动地球终端的NVUP信息。依据该信息，波束QoS代理模块可以对移动地球终端的各服务请求进行SAC（Service Admission Control，服务准入控制）判决。

在业务传输阶段，QoS保障通过地面站接入路由模块中的PHB强制实施与波束QoS代理模块资源管理之间的协作来实现。地面站接入路由模块依据COPS(Common Open Policy Service)模型从波束QoS代理模块获取准入控制决定，地面站接入路由模块做PEP（Policy Enforcement Point，策略实施点），波束QoS代理模块做PDP（Policy Decision Point，策略决定点）。地面站接入路由模块负责监管从接入网到核心网的业务，收集分组数据业务的参数，通过QoS前台模块向波束QoS代理模块提供相关信息。波束QoS代理模块和地面站接入路由模块间的交互还包括对地面站接入路由模块的QoS配置和服务准入。

该端到端QoS***中主要涉及三个场景，描述如下：

1、用户注册和鉴权：移动地球终端只有鉴权后才可以接入网络；

2、服务请求和授权：移动地球终端必须获得授权才可访问请求的服务，对应的波束QoS代理模块必须具有接入控制功能；

3、切换：移动地球终端从一个波束移动到另一个波束时，网络必须保证其相同QoS级别。

1、用户注册和鉴权：

当移动地球终端首次进入某一区域时需要进行注册.移动地球终端先从接入路由模块处获取转交地址(care of address，简称CoA)，然后向地面站接入路由模块发出注册请求，接入路由模块中的AAA前台接收该请求信息，并代表移动地球终端向AAAC模块发送注册请求。如果注册的区域是外地域，那么外地域的AAAC模块使用DIAMETER协议向家乡域的AAAC模块发出注册请求；若验证成功，AAAC模块将结果反馈给移动地球终端，并将可以使用的DSCP映射信息发给移动地球终端。为保证在给移动地球终端提供服务时有较小的延时，AAAC模块将该移动地球终端NVUP信息发送给波束QoS代理模块。

2、服务请求和授权

注册成功后，移动地球终端开始服务请求过程。移动地球终端使用终端上的IPv6协议栈对数据包进行DSCP标记，然后发给地面站接入路由模块；地面站接入路由模块向波束QoS代理模块发送(地址，DSCP)信息来请求决策,波束QoS代理模块根据移动地球终端的NVUP属性和当前网络资源的使用情况决定是否提供服务，如果可以提供该服务，波束QoS代理模块配置接入路由模块，接入路由模块为移动地球终端提供服务。

3、切换

当移动地球终端从一个区域移动到其他区域时，移动地球终端接收到新区域的广播通知后开始进行快速切换。切换需要原地面站接入路由模块参与来协商参数，在切换期间，原波束QoS代理模块也会将移动地球终端的NVUP属性和分配资源的情况等上下文信息发送给新波束QoS代理模块，新波束QoS代理模块根据上述信息和实际网络资源使用情况配置新的地面站接入路由模块。

根据本发明的卫星通信一体化QoS保障***的数据传输的控制如下：

接入网络的QoS保证是由波束QoS代理模块和地面站接入路由模块共同实现的。波束QoS代理模块主要负责控制层面的QoS管理和网络资源管理。具体而言，它通过地面站接入路由模块的输入和输出流进行监测来实现对网络资源的管理，通过使用COPS协议与其他区域中的QoS代理通信，为移动地球终端提供接入网络的QoS保证。此外，它还负责服务接纳控制和配置其他网络实体。地面站接入路由模块通过与波束QoS代理模块通信，执行波束QoS代理模块的决策。此外，地面站接入路由模块将队列的负载和网络资源的使用情况等信息反馈给波束QoS代理模块，波束QoS代理模块根据这些信息动态地调整决策，从而实现波束QoS代理模块对网络资源的实时管理。

本领域技术人员能够理解的是，对于本说明书未详细说明的其它内容，是本领域技术人员根据本说明书的描述并结合本领域的公知常识能够容易地实现的，因此，在本说明书中不做赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用来限制本发明的保护范围。对于本领域的技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，可以对本发明做出若干的修改和替换，所有这些修改和替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种卫星通信一体化QoS保障***，其特征在于，包括：地面站***QoS保障结构和移动地球终端QoS保障结构，所述地面站***QoS保障结构和移动地球终端QoS保障结构通过空中接口进行通信，其中：

所述地面站***QoS保障结构包括：

地面站无线网关模块，实现网络侧的空中接口协议栈；所述地面站无线网关模块通过IP接口与地面站接入路由模块通信，通过空中接口与移动地球终端通信；以及将所述地面站接入路由模块发送的IP包封装成空中接口定义的数据包，通过地面站无线网关模块的空中接口发送给移动地球终端，并将从通过地面站无线网关模块的空中接口接收的数据包中提取出的IP包发送给所述地面站接入路由模块；

认证授权计费模块，用于为移动地球终端提供注册或注销服务，所述认证授权计费模块通过IP接口与所述地面站接入路由模块通信；所述地面站无线网关模块通过地面站无线网关模块的空中接口接收移动地球终端的注册或注销请求，经所述地面站接入路由模块路由给所述认证授权计费模块，所述认证授权计费模块根据鉴权算法确定移动地球终端的注册或注销是否成功，并将确定后的结果信息通过所述地面站接入路由模块路由给所述地面站无线网关模块，然后经所述地面站无线网关模块的空中接口发送给移动地球终端；

所述地面站接入路由模块，用于为接入网中各模块的互通提供IP路由服务，并提供基于IP的核心网接口，所述地面站接入路由模块执行的功能包括流量监管、流量整形、以及PHB，其中，PHB通过包调度机制实现核心网到接入网的分组调度；

波束QoS代理模块，用于在接入网络中为每个移动地球终端和每个服务分配资源，所述波束QoS代理模块通过IP接口与所述地面站接入路由模块通信，所述地面站无线网关模块通过地面站无线网关模块的空中接口接收移动地球终端的业务接入请求，经所述地面站接入路由模块路由给所述波束QoS代理模块，所述波束QoS代理模块根据移动地球终端的签约信息分配无线资源，并将分配结果信息通过所述地面站接入路由模块路由给所述地面站无线网关模块，经所述地面站无线网关模块的空中接口发送给移动地球终端；并且

所述移动地球终端QoS保障结构包括终端侧高层协议栈模块和终端侧空中接口协议栈模块，其中，

所述终端侧高层协议栈模块用于注册和注销请求、业务接入请求，并提供IP QoS到UMTS QoS的映射服务，请求信息通过IP承载，生成的IP包通过所述终端侧空中接口协议栈模块封装成空中接口定义的数据包发送给所述地面站无线网关模块；空中接口自所述地面站无线网关模块收到的请求结果信息由所述空中接口协议栈模块提取出其中的IP包，并将该IP包传送给所述终端侧高层协议栈模块；

所述终端侧空中接口协议栈模块用于为高层的信令及数据提供无线承载服务，所述终端侧空中接口协议栈模块将来自所述终端侧高层协议栈模块的数据封装成空中接口定义的数据包并发送给所述地面站无线网关模块；所述终端侧空中接口协议栈模块还接收来自所述地面站无线网关模块的数据，提取出其中的IP包并发送给所述终端侧高层协议栈模块。

2.根据权利要求1所述的卫星通信一体化QoS保障***，其特征在于，所述地面站无线网关模块包括网络层、RRC层、RLC层、MAC层、以及PHY层，其中，所述网络层由IPv6协议栈实现；所述RRC层负责提供无线承载服务，分配和管理载波及时隙资源，并负责为移动地球终端分配专用的无线信道；所述RLC层为控制面信令和用户面数据提供应答、非应答或透明传输模式，所述RLC层还为控制面信令和用户面数据提供分段或重组服务；所述MAC层提供逻辑信道到物理信道的映射服务和分组调度服务；所述PHY层提供TDM或TDMA服务；

一方面，来自所述地面站接入路由模块的数据传送至所述网络层，所述网络层提取IP包载荷并将其传送至所述RRC层，所述RRC层将该IP包载荷透明转发给所述RLC层，所述RLC层根据专用无线信道的容量对该IP包载荷进行分段之后，将分段后的数据放入所述MAC层维护的待发送分段队列，所述MAC层根据分组调度结果从待发送分段队列中选择满足调度条件的分段数据，传送给所述PHY层，所述PHY层对分段数据进行编码调制之后发送给移动地球终端；

另一方面，所述PHY层接收来自移动地球终端的数据，进行解调解码和提取分段处理之后将处理之后的分段数据递送给所述MAC层，所述MAC层将分段数据直接传送给所述RLC层，所述RLC层对分段数据进行重组之后传送给所述RRC层，所述RRC层将重组之后的数据传送给所述网络层，所述网络层对该重组之后的数据进行IP封装后传送给所述地面站路由接入模块。

3.根据权利要求1所述的卫星通信一体化QoS保障***，其特征在于，所述地面站接入路由模块包括AAA前台模块、QoS前台模块、MTNM模块、IPv6协议栈模块、以及网络设备驱动模块，其中，所述AAA前台模块负责与所述认证授权计费模块进行通信；所述QoS前台模块负责与所述波束QoS代理模块进行通信；所述MTNM模块负责决定是否执行波束间切换；所述IPv6协议栈模块为所述AAA前台模块、QoS前台模块、以及MTNM模块提供IP承载服务；所述网络设备驱动模块负责驱动下层空中接口协议栈，依据IP级的QoS需求为下层空中接口协议栈开启或关闭连接、管理数据信道；

来自所述地面站无线网关模块的注册或注销请求信息经所述IPv6协议栈模块传送至所述AAA前台模块；所述AAA前台模块与所述认证授权计费模块建立TCP/IP连接，并将注册或注销请求信息传送给所述认证授权计费模块；来自所述认证授权计费模块的注册或注销结果信息经所述IPv6协议栈模块传送给所述AAA前台模块，所述AAA前台模块再将注册或注销结果信息经所述IPv6协议栈模块发送给所述地面站无线网关模块；

来自所述地面站无线网关模块的业务接入请求信息经所述IPv6协议栈模块传送给所述QoS前台模块；所述QoS前台模块与所述波束QoS代理模块建立TCP/IP连接，并将业务接入请求信息传送给所述波束QoS代理模块；来自所述波束QoS代理模块的无线资源分配信息经所述IPv6协议栈模块传送给所述QoS前台模块，所述QoS前台模块再将无线资源分配信息经所述IPv6协议栈模块发送给所述地面站无线网关模块；

来自所述地面站无线网关模块的波束切换请求信息经所述IPv6协议栈模块传送给所述MTNM模块；所述MTNM模块生成波束切换结果信息，并经所述IPv6协议栈模块发送给所述地面站无线网关模块。

4.根据权利要求1所述的卫星通信一体化QoS保障***，其特征在于，所述波束QoS代理模块包括波束QoS代理引擎、用户概况数据库、波束QoS代理接口、虚拟路由模块、路由信息模块、网络概况、网络状态数据库、网络管理***接口模块、Mobility接口、以及AAAC接口，其中，

所述波束QoS代理引擎包括所有网络QoS管理的判决算法，所述波束QoS代理引擎的操作以对所述地面站接入路由模块的抽象描述为基础，该抽象描述通过所述用户概况数据库和虚拟路由模块获取；所述用户概况数据库存储移动地球终端业务的无线资源占用记录，供所述波束QoS代理引擎存取和查询；所述波束QoS代理接口负责与其他波束的波束QoS代理进行通信；所述虚拟路由模块将所述波束QoS代理引擎产生的控制信息映射为到所述地面站接入路由模块的专用网络命令，以控制所述地面站接入路由模块的行为；所述路由信息模块负责获取路由信息；所述网络状态数据库负责监听网络状态，从数据库中搜集标题为“Net Status”的信息；所述AAAC接口负责接收移动地球终端注册阶段来自所述认证授权计费模块的NVUP信息；所述网络管理***接口允许NMS实体定义网络资源，并且该网络资源受所述波束QoS代理引擎的控制；所述Mobility接口负责切换中的QoS问题；所述网络概况负责探测收集网络当前的拥塞信息，供网络状态数据库查询使用。

5.根据权利要求1所述的卫星通信一体化QoS保障***，其特征在于，所述终端侧高层协议栈模块包括网络控制层、网络层、移动终端网络管理层、以及资源控制功能子层，其中，

所述网络控制层向所述认证授权计费模块请求注册和注销；移动地球终端在入网过程中，所述网络控制层产生注册或注销请求信息，交由所述网络层进行IP封装，然后通过移动地球终端的空中接口发送给接入网；移动地球终端的空中接口收到来自接入网的注册或注销结果信息后，提取出IP包交给所述网络层，所述网络层再提取IP包载荷并交给所述网络控制层；以及

所述移动终端网络管理层负责决定是否执行波束间切换；所述资源控制功能子层负责驱动下层空中接口协议栈，依据IP级的QoS需求为下层空中接口协议栈开启或关闭连接、管理数据信道、接收IP报文。

6.根据权利要求5所述的卫星通信一体化QoS保障***，其特征在于，所述网络层由增强的Mobile IPv6协议栈实现，提供DSCP与UMTS QoS Class映射机制，所述网络层为所述网络控制层提供IP承载服务，同时定义一套从IPQoS Classes到UMTS无线QoS Classes的映射关系，映射工作分两步：首先，对每个移动地球终端请求的服务定义一个IP QoS优先级；其次，定义从DSCP到UMTS无线QoS Classes的映射关系。

7.根据权利要求1所述的卫星通信一体化QoS保障***，其特征在于，所述终端侧空中接口协议栈模块包括RRC层、RLC层、MAC层、以及PHY层，其中，

一方面，所述RRC层负责向网络侧申请专用无线信道，来自所述终端侧高层协议栈模块的数据通过该专用无线信道传送给所述RRC层，所述RRC层负责无线资源申请，并将接收自终端侧高层协议栈模块的数据转发给所述RLC层，所述RLC层根据专用无线信道的容量对该数据进行分段，将分段后的数据放入所述MAC层维护的待发送分段队列，所述MAC层根据分组调度结果从待发送分段队列中选择满足调度条件的分段数据，传送给所述PHY层，所述PHY层对分段数据进行编码调制，并发送给地面站无线网关模块；

另一方面，所述PHY层接收来自网络的数据，进行解调解码和提取分段处理之后将处理后的分段数据传送给给所述MAC层，所述MAC层将分段数据直接传送给所述RLC层，所述RLC层对分段数据进行重组并传送给所述RRC层，所述RRC层将该重组后的数据传送给所述终端侧高层协议栈模块。