CN103384967A - 用于空对地通信的业务调度系统 - Google Patents

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Abstract

业务调度系统执行首先识别带宽密集型业务的多步骤过程。通过在预定时间段内测量流的字节量并使用该数据将流分类成多个使用类别之一来在流级别实现带宽密集型业务的识别。带宽密集型业务的分类是网络中性的，这是因为所有数据在流级别（源IP、目的地IP、源端口、目的地端口）被分类。否则，不检查数据。一旦流被业务调度系统分类，就可使用业务管理参数例如经由在队列集合中的下一较高优先级队列的往返时间，通过业务调度系统所执行的简单业务整形过程控制带宽密集型和近实时业务。

Description

用于空对地通信的业务调度系统
技术领域
这种用于空对地通信的业务调度系统涉及一种为了优化或保证性能、低时延和/或带宽，通过维持多个并发业务流并将飞机中的单独乘客分配给数据的业务流/分类中的选定业务流/分类来控制空对地业务量的系统。
背景技术
在无线通信领域中管理由飞机网络提供给位于飞机中的乘客的无线服务是个问题。飞机网络服务于多个用户，然而经由并发服务于多个单独用户的宽带宽空对地链路具有到基于地面的网络的链路。每个用户与一对一通信连接相关联以访问期望的通信服务，所述一对一通信连接包括在经由空对地链路连接到基于地面的网络的飞机无线网络上的信道。
当无线用户进入非陆地通信网络（即，他们在飞机中作为乘客飞行）时，他们遇到传统上从陆地蜂窝网络断开的独特环境，其中飞机的无线网络使用户（在本文中也被称为“乘客”）接口到各种服务和内容。因此，飞机无线网络可以起到内容过滤器的作用，或可创建指向飞机上的单独乘客的唯一类型的内容。然而，虽然飞机网络服务于多个乘客，但它具有经由宽带宽射频连接的基于地面的接入网络的链路。
在由于乘客执行高带宽应用（例如，http视频下载）而出现基于网络或基于飞机的拥塞时向乘客提供高质通信是个问题。高带宽应用干扰其他乘客的近实时应用和空对地通信服务（互联网浏览、电子邮件连接、虚拟专用网络心跳等）的总体可用性。容量控制能够以相对较大的时间标度（15分钟）帮助减少高使用，但这些对于系统拥塞防止容量控制激活的大用户计数的飞行基本上是无效的。此外，当前可用的控制惩罚乘客，而不是解决问题的根源，所述根源是控制带宽密集型应用。基于网络的系统难以可靠地识别带宽密集型应用（SCE），且总是处于“追赶模式”中。网络控制和速率限制也是静态的，且没有当前空对地性能的度量，因为这些控制基于平均。因此，需要为重要资源提供可靠的通信，从而提供高质用户体验。
发明内容
通过用于空对地通信的当前业务调度系统（在本文被称为“业务调度系统”）在本领域内解决了上述问题且达到技术进步，这使单独的互联网协议（IP）地址能够分配到在飞机中操作并由机载无线蜂窝网络服务的每个乘客无线设备，从而使无线服务能够输送到单独识别的乘客无线设备，并管理各种乘客业务和数据的分类以优化或保证性能、低时延和/或带宽。
业务调度系统通过存储指示位于飞机上的单独识别的乘客无线设备的数据来向位于飞机上的乘客提供无线通信服务。业务调度系统将单个IP地址分配给将飞机网络连接到基于地面的接入网络的每个点对点协议射频链路，并且还支持每个空对地射频链路所服务的乘客无线设备的多个IP地址，从而使每个乘客无线设备能够以其自己的IP地址被唯一地识别。飞机上的无线地址转换可通过使用业务调度系统利用比每链路一个IP地址更大数量的IP地址。
提供给乘客的电子服务包括互联网、飞行中娱乐服务，例如多媒体表示，以及基于目的地的服务，其使乘客的现有旅行计划与乘客在其名义上的目的地处和其计划的旅行行程可用的额外服务的提供相关联，以及可选地，语音服务。从而乘客在其飞行期间通过访问各种服务而具有在飞行中和在其目的地处增强其旅行体验的机会。每个乘客无线设备的单独识别简化了这些服务的提供，并基于为乘客创建的预定简档实现这些服务的定制。然而，这些各种类型的数据要求不同类型的管理来确保乘客对服务满意。业务调度系统管理各种乘客业务和数据的分类以优化或保证性能、低时延和/或带宽。因此，每个乘客的数据与来自其他乘客的相似数据分组成预定的业务流，以便便于管理被提供到每类数据的服务水平。为一种分类的数据提供的服务水平与数据的性质、乘客的预期和空对地链路的能力相称。
这由执行首先识别带宽密集型业务的多步骤过程的业务调度系统实现。通过测量流的字节量并使用该数据来将流分类成多个使用类别之一来在流级别实现带宽密集型业务的识别。在飞机中现存的带宽密集型业务的分类是网络中性的，这是因为所有数据在流级别（源IP、目的地IP、源端口、目的地端口）被分类。否则，不检查数据。如果流超过某个字节量，则该流被认为是带宽密集型的，且使用动态配置在飞机网络控制器处控制被认为是带宽密集型的流。
附图说明
图1以方框图形式示出使空中子系统与基于地面的接入网络互连的复合空对地网络的总体结构；
图2以方框图形式示出在多乘客商用飞机中具体体现的用于乘客无线设备的典型的基于飞机的网络的典型实施例的结构；
图3A以信号流程图形式且图3B以流程图形式示出使用IP隧道的业务调度系统的典型操作；
图4示出在典型的点对点协议会话建立过程中的信号流；
图5示出在已建立连接的典型转发流中的信号流；
图6和图7示出业务调度系统所监控的典型数据文件传输活动的截屏；
图8以流程图形式示出业务调度系统基于非实时业务性能的当前状态来调整带宽密集型业务的输送的操作；
图9以流程图形式示出业务调度系统基于实时和非实时业务性能的当前状态来确定带宽密集型业务的输送率的操作；以及
图10以流程图形式示出业务调度系统调整带宽密集型业务的输送的操作。
具体实施方式
总体系统结构
图1以方框图形式示出包括空对地网络2（内部网络）的非陆地通信网络的总体结构，所述空对地网络2使外部网络的两个元件（包括空中子系统3和地面子系统1）互连。该图示出非陆地通信网络的基本概念，且为了说明简单的目的，不包括在典型的非陆地通信系统中发现的所有元件。图1中公开的基本元件提供用于实现非陆地通信网络以向位于飞机中的乘客无线设备提供内容的各种元件的相互关系的教导。这通过以下实现：空对地网络2在空中子系统3和地面子系统1之间传输乘客通信业务（包括语音和/或其它数据）并控制信息，从而使位于飞机中的乘客无线设备能够在飞机中接收通信服务。
空中子系统
“空中子系统”是在飞机中实现的通信环境；且这些通信可基于各种技术，包括但不限于：有线、无线、光学、声学（超声）等。在题目为“Aircraft-Based Network For Wireless Subscriber Stations”的美国专利号6,788,935中公开了这种网络的例子。
空中子系统3的优选实施例是无线技术的使用，且无线技术对乘客和机务人员在飞机上携带的乘客无线设备是固有的。因此，膝上型计算机可经由WiFi或WiMax无线模式（或经由有线连接，例如LAN）进行通信。可选地，可提供语音服务，其中PDA可经由VoIP（IP语音）传输电话语音业务。同样，使用GSM协议的手持式移动电话经由GSM进行通信，且CDMA移动电话当在飞机内部时使用CDMA来连接到空中子系统3。连接状态可以是分组交换的或电路交换的或者是这两者。总的来说，在空中子系统3上的目的是使得乘客和机务人员所携带的乘客无线设备能够无缝和无处不在地访问空中子系统3，而不考虑这些乘客无线设备所使用的技术。
空中子系统3还提供管理向在飞机舱中操作的乘客无线设备提供服务的机制。该管理不仅包括提供乘客业务连接，而且提供授权每个乘客接收的非陆地特定的特征集的可用性。这些特征包括飞行中娱乐服务，例如多媒体表示，以及基于目的地的服务，其使乘客的现有旅行计划与乘客在其名义上的目的地和其计划的旅行行程可用的额外服务的提供相关联。从而在乘客的飞行期间向其提供了在飞行中和在其目的地处增强其旅行体验的机会。
在飞机中使用的乘客无线设备101可与在蜂窝/PCS基于地面的通信网络上使用的乘客无线设备相同；然而，这些乘客无线设备101向服务于飞机的运营商预先注册和/或用户具有用于认证的PIN号。此外，天线使乘客无线设备101与一般是集成有BSC/MSC功能的微微小区的机舱内基站收发机（BTS）111-114互连。为所支持的每个空中接口技术添加BTS/BSC/MSC模块。因为机载控制处理器单元（ACPU）122使用调制解调器经由空对地网络2对基于地面的接入网络1进行呼叫，所以机载控制处理器单元（ACPU）122和空对地机载通信单元（AACU）123（包括调制解调器）充当空中子系统3和基于地面的接入网络1之间的桥接功能（在有限的程度上对于媒体/内容和信令）。机载控制处理器单元（ACPU）122将来自基站的单独业务和信令信道转换成聚合数据流/从聚合数据流转换，并在空对地网络2上传送/接收聚合数据流，当飞机行进时空对地网络2维持连续的服务。调制解调器包括无线电传输设备和天线系统，以与空对地网络2的基于地面的部分中基于地面的收发机进行通信。基于来自飞机的待被支持的业务要求来激活在空对地网络2上分配的单独业务信道。
空对地网络
图1所示的空对地网络2明确地是基于地面子系统1和空中子系统3之间的（射频或光学）无线通信的空对地网络，其中空中子系统3服务于位于飞机中的乘客无线设备，优选的方法是射频连接的方法。该射频连接一般呈现蜂窝拓扑的形式，其中一般多于一个小区描述复合空对地网络2的地理覆盖区或覆盖区域。空对地连接承载乘客通信业务和本地网络信令业务。在优选实施例中，空对地网络2在单个聚合通信信道中将所有业务输送到飞机/从飞机输送所有业务。当飞机在一个基于地面的小区转移到下一小区时，这个“单个管道”从管理硬切换和软切换方面来说具有显著的优点。该方法还利用更新的、更高速的无线蜂窝技术。
可选地，空对地网络2可通过无线卫星连接来实现，其中射频链路分别在飞机和卫星之间以及在卫星和地面子系统1之间建立。当在中地球轨道（MEO）和低地球轨道（LEO）的情况下，这些卫星可以是对地球同步的（从地球参照点来看表现为静止的）或移动的。卫星的例子包括但不限于：对地球同步的Ku波段卫星、DBS卫星（直接广播卫星）、铱系统、全球星系统和Inmarsat系统。在专用卫星（例如用于直接广播卫星的专用卫星）的情况下，链路一般是单向的，也就是说，从卫星到接收平台，在这种情况下是飞机。在这样的系统中，需要从飞机单向传送的链路以使通信成为双向的。如前所述，该链路可以在本质上是卫星或基于地面的无线。最后，用于与飞机进行通信的其它装置包括宽域或广域链路，例如高频（HF）无线电和更独特的系统例如对流层散射结构。
空对地网络2可被视为导管，乘客通信业务以及控制和网络特征集数据穿过该导管在地面子系统1和空中子系统3之间传送。空对地网络2可被实现为单个射频链路或多个射频链路，一部分信号在不同类型的链路上被路由，例如空对地链路和卫星链路。因此，使用在本文中以各种组合公开的各种部件和结构概念，在这个系统的实现中存在相当大量的灵活性。
地面子系统
地面子系统1由基站控制器140组成，基站控制器140连接空对地网络2的语音业务与传统蜂窝通信网络元件，包括移动交换中心141及其相关联的访问位置寄存器、归属位置寄存器142，以将语音业务互连到公共交换电话网144和其它这样的功能件。此外，移动交换中心141经由公共交换数据网络（PSDN）143连接到互联网147用于呼叫完成。基站控制器140还提供数据业务经由IP语音服务器146到互联网147、公共交换电话网络144的互连，以及其它这样的功能件。这些其它功能件包括认证服务器、操作子系统、CALEA和BSS服务器145。
因此，在位于飞机中的乘客无线设备101和基于地面的通信网络的地面子系统1之间的通信经由空中子系统3和空对地网络2传送到非陆地蜂窝通信网络的基于地面的基站控制器140。在下文描述并由空中子系统3、空对地网络2和基于地面的基站控制器140提供的增强功能呈现对乘客透明的服务提供到位于飞机中的乘客无线设备101。无线电接入网络（RAN）支持来自多个飞机的通信，并可使用单个全向信号，或可使用可从方位角和/或仰角方面定义的多个空间扇区。飞机网络在不同位置（不同的地面子系统1）中的无线电接入网络（RAN）之间切换点对点通信链路，以便维持在空对地网络2上的服务的连续性。切换可以是硬切换或软切换，或可以是在空对地和地对空链路上的硬切换和软切换的组合。
移动交换中心141提供对所有机载系统的移动性管理，并在机载系统在毗邻的地面子系统1的服务区域之间移动时提供在地面站之间的切换管理。基站控制器140接口来自/去往相关联的基站收发机子系统（BTS）148的所有业务。分组数据服务节点（PDSN）控制每个基站收发机子系统148的容量在其相应的服务区域内的机载系统当中的分配。
典型的基于飞机的网络
图2示出在多乘客商用飞机200中具体体现的用于乘客无线设备的典型的基于飞机的网络的结构。该系统包括用于实现通信主干网的多个元件，所述通信主干网能够为不同性质的多个无线通信设备进行无线通信。用于乘客无线设备的基于飞机的网络包括实现射频通信系统的局域网206，射频通信系统使用扩展频谱范式并具有短操作范围。该局域网206支持来自乘客无线设备221-224的电路交换和分组交换连接，并经由网关收发机或收发机210将这些乘客无线设备221-224的通信互连到公共交换电话网络（PSTN）144和其它目的地，例如互联网147或公共数据交换网络（PDSN）。无线乘客因此保持其单号码身份，好像他们直接连接到公共交换电话网络144一样。乘客无线设备221-224包括各种通信设备，例如膝上型计算机221、蜂窝电话222、MP3音乐播放器（未示出）、个人数字助理（PDA）（未示出）、基于WiFi的设备223、基于WiMax的设备224等，或为了描述的简单在本文中都被共同称为“乘客无线设备”，而不考虑其实现的特定细节。
用于乘客无线设备的基于飞机的网络的基本元件包括耦合去往/来自位于飞机200内的空中子系统3的电磁能量的至少一个天线205或部件，其用于与位于飞机200内的多个乘客无线设备221-224进行通信。至少一个天线205连接到机载控制处理器单元（ACPU）122，其包括用于调整与多个乘客无线设备221-224的无线通信的多个元件。机载控制处理器单元（ACPU）122包括低功率射频收发机203，用于使用无线通信范式例如WiFi113/114（其也可传送分组交换互联网协议语音（VoIP））提供基于数据的分组交换通信空间。此外，机载控制处理器单元（ACPU）122可以可选地包括至少一个低功率射频收发机202，例如用于使用无线通信范式（例如PCS、CDMA 110或GSM 111）来提供电路交换通信空间。
最后，机载控制处理器单元（ACPU）122包括用于调整多个乘客无线设备的功率输出的功率控制段204。通过RF噪声或干扰装置，功率控制段204还用来防止机舱内乘客无线设备当处于非陆地模式时直接和错误地访问地面网络。超低机载传输功率水平特征表示通过用于乘客无线设备的基于飞机的网络的机载控制处理器单元（ACPU）122的功率控制元件204的控制，来调整乘客无线设备221-224所产生的输出信号功率以最小化由基于地面的小区站点或基于地面的乘客无线设备接收蜂窝信号的可能性。
显然，机载控制处理器单元（ACPU）122的这些上面提到的段可以用各种方式组合或解析以产生与本文所公开的不同的实现。所描述的特定实现为了说明本发明的概念的目的而被选择，且不是用来将该概念的适用性限制到其它实现。
机载控制处理器单元（ACPU）122连接到用来向乘客无线设备221-224提供服务的多个其它元件。这些其它元件可包括用于为乘客无线设备的通信传输提供管理、交换、路由和聚合功能的空对地机载通信单元（AACU）123。数据获取元件207用来与飞行系统传感器211-214和全球定位系统元件216接口以从如下所述的多个源收集数据。此外，导频通信设备（例如显示器217和头戴式耳机218）经由有线连接或无线连接而连接到这个局域网。
最后，网关收发机210用于将空对地机载通信单元（AACU）123互连到天线208、215，以使信号能够从用于乘客无线设备的基于飞机的网络传输到位于地面上的收发机。包括在这些部件中的是通信路由器功能，以将通信信号转发到正确的目的地。因此，发往飞机上的乘客的信号被路由到这些个人，而被路由到位于例如地面上的乘客的信号被路由到地面子系统。一般最小化最低点（指向地球的）有效辐射功率（ERP）的飞机天线方向图可在飞机上的天线215的实现中使用，以服务于用于乘客无线设备的基于飞机的网络或经由天线208指向卫星。
用于系统访问的乘客登录
在每个飞机上，乘客访问电子通信一般经由乘客无线设备注册过程调整，其中每个电子设备必须被识别、认证和授权以接收服务。因为飞机相对于乘客无线设备和飞机中现存的机载无线网络之间的无线通信是自足的环境，所以所有的通信由网络控制器调整。因此，当乘客启动其乘客无线设备时，在乘客无线设备和网络控制器之间发起通信会话以识别乘客正在使用的设备的类型，因此，识别其无线协议。“快闪屏幕”被输送到乘客无线设备上的乘客以宣布进入到无线网络门户中。一旦这被建立，网络控制器就将一组登录显示传输到乘客无线设备，以使乘客能够识别自己并验证其身份（如果乘客无线设备未配备成经由使乘客自动登录到网络中的智能客户端来自动执行这些任务）。作为这个过程的结果，乘客无线设备设置有唯一的电子标识（IP地址），且网络可对乘客无线设备作出响应，而没有另外的管理开销。认证过程可包括使用安全过程，例如口令、乘客不变特征的扫描（指纹、视网膜扫描等）等。
一旦乘客无线设备登录，乘客就可访问来自网络或特定用户定制的电子服务的可用的自由标准电子服务。显现给乘客的屏幕可被定制以显现乘客正在旅行的航空公司的商标。
用于飞机上的乘客无线设备的单独IP地址
对于从基于地面的接入网络将业务转发到飞机上的乘客无线设备，分组数据服务节点（PDSN）将分组的目的地IP地址映射到位于飞机上的空对地调制解调器。然而，标准分组数据服务节点（PDSN）对每个空对地调制解调器仅支持少量IP地址；且没有足够的IP地址来能够给位于飞机上的每个乘客无线设备分配一个IP地址。飞机上的网络地址转换（NAT）允许分组数据服务节点（PDSN）使用飞机的单个地址将数据通信路由到多个用户，但在这么做时，网络地址转换（NAT）对服务分组数据服务节点（PDSN）以及位于地面上的网络操作中心（NOC）隐藏用户地址。这使下面的功能难以/不可能在接入网络中实现：
1.每用户，带宽整形（例如，限制P2P业务）。
2.每用户，转发访问控制。
3.传输控制协议（TCP）优化。
因此，接入网络需要能够区分从空对地调制解调器接收和经由空对地调制解调器发送到位于飞机上的单独乘客无线设备的数据流。该方法是通过使用户IP地址在地面上对接入网络可见而完成的，这暗示着分配给乘客无线设备的IP地址应在机载无线蜂窝网络内是全局唯一的。为了实现此，飞机ID可成为经由飞机动态主机配置协议（DHCP）分配的IP地址的“子网”的一部分，动态主机配置协议是由联网设备（客户端）使用来获得客户端在互联网协议（IP）网络中操作所必需的各种参数的协议。通过使用这个协议，系统管理工作负荷极大地降低了；且可以以最小或没有手动配置而将设备添加到网络。这使网络操作中心（NOC）更容易地将用户的IP地址映射到飞机。
当动态主机配置协议（DHCP）配置的客户端（例如基于飞机的空对地调制解调器）连接到网络时，其动态主机配置协议（DHCP）客户端从服务动态主机配置协议（DHCP）服务器发送请求必要信息的广播查询。动态主机配置协议（DHCP）服务器管理IP地址池，以及关于客户端配置参数例如默认网关、域名、DNS服务器、诸如时间服务器的其它服务器等的信息。动态主机配置协议（DHCP）提供用于分配IP地址的机制，其中网络操作中心（NOC）将一系列IP地址分配给基于飞机的动态主机配置协议（DHCP）服务器。这个协议的请求和授权过程使用具有可控时间周期的租赁概念，允许动态主机配置协议（DHCP）服务器收回（并重新分配）未更新的IP地址（IP地址的动态再使用）。
NAT IP隧道实例
图3A以信号流程图形式示出且图3B以流程图形式示出使用NAT IP隧道与特定的目的地交换数据的业务调度系统的典型操作。该实例示出与具有IP地址Iph:80的端点（未示出）进行通信的、具有IP地址IPy.2的选择的乘客无线设备。在步骤801，由位于飞机上的NAT对乘客无线设备分配端口地址，例如2042，该端口地址被附到乘客无线设备IP地址以产生IPy2:2042，其对于位于特定飞机（w）中的这个乘客无线设备是私有的全局唯一的动态IP地址。在步骤802，飞机上的NAT因此使用这个乘客无线设备到端口的映射来产生乘客无线设备IP地址IPy.2的ethereal源端口。因此，源地址是IPy2:2042，而目的地地址是IPh:80。
给路由器分配IP地址IPx.1，而给空对地调制解调器分配IP地址IPx.2，其中这些IPx.*地址是私有的本地唯一的静态IP地址。空对地调制解调器是由IP地址IPw.*识别出的飞机上的NAT隧道端点，且IP地址IPw.*是由分组数据服务节点（PDSN）分配的私有的全局唯一的静态IP地址。对于乘客无线设备所生成的数据分组业务，飞机上的NAT使用静态NAPT来将乘客无线设备IP地址IPy.z.*映射到IP地址IPw.x和ethereal源端口（来自被分配给该飞机的一系列端口），该ethereal源端口对于特定的乘客无线设备IPy.z.*是唯一的。因此，路由器选择由分组数据服务节点（PDSN）分配的IP地址，并将IP地址IPw:1124分配给这个源乘客无线设备。
在步骤803，接着在IPx.*网络上由路由器将数据分组穿过隧道到空对地调制解调器；并接着在步骤804，由空对地调制解调器在空对地链路将数据分组转发到位于地面上的分组数据服务节点（PDSN）。如所预期的，分组数据服务节点（PDSN）只看到每飞机单个IP地址，且在步骤805地面上的NAT使用相同的静态NAPT映射来将IPw.x和来自飞机的源端口转换回IP地址IPy。从飞机接收到的ethereal源端口保持相同。因为源端口地址不改变，因此，在NAT，乘客无线设备的源地址变成IPy2:1124。在步骤806，接入网络中的边缘路由器将源地址映射到公共可路由的IP地址IPz:2052，并选择任何可用的ethereal源端口。
在相反的方向上，在边缘路由器从来自目的地（在双向通信连接的这个方向上现在被称为IPh:80）的IP网络接收的数据分组在步骤807被引导到目的地IPz:2052，且边缘路由器执行反向IP映射以将接收到的IP地址转换成被分配给乘客无线设备的原始IP地址和端口以产生IPy:1124。位于接入网络中的NAT在步骤808使用静态NAPT映射来恢复其中存在该乘客无线设备的飞机的IPw。目的地端口保持相同，且因此由NAT输出的IP地址是IPw:1124。在步骤809，位于接入网络中的NAT将接收到的数据分组转发到位于该飞机上的空对地调制解调器。接收到的数据分组在位于该飞机上的空对地调制解调器处被接收，并在步骤810被转发到路由器，其中飞机上的NAT在步骤811使用其反向NAPT来恢复乘客无线设备的目的地地址IPy2和端口2042。
以这种方式，在飞机中和接入网络中使用的地址操纵使得分组数据服务节点（PDSN）能够向用于位于飞机上的多个乘客无线设备的基于地面的网络呈现唯一IP地址，但是使用空对地链路的标准公共IP地址。
点对点协议会话建立的信令细节
图4示出在一般点对点协议会话建立过程中的信号流，所述过程在空对地链路上在飞机和基于地面的通信系统之间执行，而图5示出在空对地链路上建立连接的一般转发流中的信号流。在图4中示出下面的信号流：
1.机载控制处理器单元（ACPU）122通知空对地机载通信单元（AACU）123来启动其射频收发机以建立数据连接。
2.空对地机载通信单元（AACU）123建立与基站控制器140的会话，且分组控制函数143向公共交换数据网络143发起A11注册请求以为这个飞机建立主A10隧道。
3.公共交换数据网络143通过向基站控制器140返回具有接受指示和被设置为非零值的寿命的A11-注册应答消息来建立主A10隧道。
4.空对地机载通信单元（AACU）123发起与公共交换数据网络143的LCP协商。
5.空对地机载通信单元（AACU）123由认证、授权和计费（AAA）服务器145认证。机载终端的授权信息由公共交换数据网络143存储。
6.公共交换数据网络143将预先指定的IP网络的第一个IP地址分配到互联网协议控制协议（IPCP）中的空对地机载通信单元（AACU）123：
例如，IP地址子网基于空对地机载通信单元（AACU）123网络地址标识符（NAI），例如空对地机载通信单元（AACU）123从子网192.168.1.0/24接收IP地址192.168.1.1。
子网尺寸（/24、/23等）和网络地址标识符子网映射在第一次呼叫之前被定义在空对地机载通信单元（AACU）123和公共交换数据网络143上；因此，IP子网分配是“隐含分配”。
在互联网协议控制协议（IPCP）消息或结构中没有变化。
空对地机载通信单元（AACU）123可以用任何方式利用地址的子网络池；公共交换数据网络143点对点协议/业务流模板转发逻辑（前向链路）必须允许地址的子网络与单个点对点协议链路（协商）相关联。
7.在空对地机载通信单元（AACU）123完成建立点对点协议会话之后，空对地机载通信单元（AACU）123通知机载控制处理器单元（ACPU）122。同时，公共交换数据网络143将A11会话更新发送到分组控制函数143，用于向基站控制器140通知用户的QoS简档。
8.基站控制器140将确认发送到公共交换数据网络143。
9.当建立点对点协议会话时，公共交换数据网络143将计费请求发送到认证、授权和计费（AAA）服务器145。
10.认证、授权和计费（AAA）服务器145存储用户的计费分组，并将计费应答发送到公共交换数据网络143。
11.空对地机载通信单元（AACU）123将QoS请求消息发送到基站控制器140。基站控制器140为空对地机载通信单元（AACU）123保留QoS资源。
12.分组控制功能将A11注册请求发送到公共交换数据网络143以建立辅助A10隧道。
13.公共交换数据网络143建立辅助A10隧道。
14.空对地机载通信单元（AACU）123将RESV消息发送到公共交换数据网络143，以为公共交换数据网络143提供用于用户的数据流的业务流模板。业务流模板中的分组过滤器采用区分服务器代码点（DSCP）过滤器部件和流ID。
15.公共交换数据网络143存储业务流模板的分组过滤器并答复空对地机载通信单元（AACU）123。
16.用户开始传送数据流。
转发流
图5示出在空对地链路上建立连接的一般转向流中的信号流，如下：
1.业务调度系统124将从空对地机载通信单元（AACU）123接收到的用户的数据分组发送到分组数据服务节点143。
2.分组数据服务节点143根据数据分组的目的地IP地址取回与用户的终端设备101相关联的业务流模板。目的地IP地址是分配给所述点对点协议链路的IP池（子网）内的单个地址。
3.分组数据服务节点143应用在业务流模板中定义的分组过滤器（PF），以匹配从用户的终端设备101接收到的分组的IP报头中的ToS。分组过滤器包括区分服务代码点（DSCP）值作为过滤器部件。
4.一旦分组数据服务节点143成功地匹配分组，分组数据服务节点143就从匹配的分组过滤器读取流ID，并找到承载流ID的适当A10隧道。分组数据服务节点143接着将用户的数据封装到特定的A10隧道中。分组数据服务节点143将分组发送到基站子系统/PCF，且基站子系统/PCF通过无线接口将用户数据发送到空对地机载通信单元（AACU）123。
5.当空对地机载通信单元（AACU）123接收点对点协议帧时，空对地机载通信单元（AACU）123将点对点协议帧解封装以得到用户的IP分组，并将用户的分组发送到机载控制处理器单元（ACPU）122。
6.机载控制处理器单元（ACPU）122对用户的分组的IP报头进行网络地址转换。
7.在网络地址转换之后，机载控制处理器单元（ACPU）122将接收到并经转换的分组发送到WiFi子系统113/114。
业务整形
业务整形（也被称为“分组整形”）是控制计算机网络业务以便通过延迟分组来优化或保证性能、低时延和/或带宽的企图。更具体地，业务整形是在一组分组（常常被称为流（stream）或流（flow））上的任何动作，其对那些分组强加额外的延迟，使得它们符合某个预先确定的约束（合约或业务简档）。业务整形提供控制在特定期限发送到网络中的业务量（带宽限制）或发送业务的最大速率（速率限制）或更复杂的标准例如通用信元速率算法（或GCRA）的部件，所述通用信元速率算法是以指定的时间标度测量信元速率的算法。通用信元速率算法是在ATM网络中的漏桶算法的实现，并提供业务整形功能。业务整形通过延迟分组来实现，且通常在网络边缘处被应用以控制进入网络的业务；但它也可由业务源（例如，计算机或网卡）或网络中的元件应用。
业务调度系统
图10以流程图形式示出业务调度系统调整带宽密集型业务的输送的操作。机载控制处理器单元（ACPU）122包括可协商空对地链路上的数据流的业务调度系统124，所述空对地链路可由多个调制解调器服务。业务调度系统124在步骤1001建立多个业务流模板，每个业务流模板定义在分组数据服务节点143处和到分组数据服务节点143的流。分组数据服务节点143应用在业务流模板中定义的分组过滤器（PF），以匹配从用户的终端设备101接收到的分组的IP报头中的ToS。分组过滤器包括区分服务代码点（DSCP）值作为将用户分配到所选择的流的过滤器部件。因为机载控制处理器单元（ACPU）122知道存在多少用户/活动用户/经授权用户，所以它可管理流到适当的业务流模板的分配。
例如，可能有提交的信息流率，例如%分组丢失/时延，使用5个流/队列对其管理以管理各种分类的数据：
1.固定带宽—警报/VoIP/FAM（加速的实时数据流）
2.乘客数据—近实时数据流（HTTP）
3.乘客数据—非实时（虚拟专用网络，电子邮件）—尽力服务
4.带宽密集型（视频）
5.管理型（登录、软件更新）
可根据用户的数量、所请求服务的类型和/或对每个用户授权的服务预订来协商用于实现这些分类的数据和/或其它非编卡的数据的业务流模板的数量。用户的数量确定提交的信息流率，且分组数据服务节点143可改变到飞机的空对地链路的带宽。
基于运输流的带宽密集型业务识别
为了以简单的方式影响数据的业务管理，由用户生成的数据流在步骤1002被特征化为其数据量的函数。流是在空对地链路上在客户端和互联网服务器之间的层4连接。例如，一般的互联网浏览流具有相对短的“寿命”（分钟），并传递相对小的数据（几千字节）。因此，传递大量数据的流被识别为带宽密集型的，且应与较小流不同地被优先化。例如，一个简单的二进制度量可以是：
小流（js、css、gif等类型的文件）    尺寸～<200kbyte
大流（swf、flv等类型的文件）        尺寸～<200kbyte
数据流类别的数量由系统管理需要确定，并可甚至根据数据业务的功能而改变。
大字节量的流是在空对地链路上拥塞的根源，且业务调度系统124可基于流的字节量对流进行分类和优先化。图6和图7示出业务调度系统124所监控的一般数据文件传输活动的截屏。在HTTP环境中，源套接字向目的地提供对象尺寸信息，例如图6和图7中所示的信息。根据数据流活动的这些显示，显然大文件尺寸（>25MB）代表视频流，特别是当文件与目的地端口的标识（youtube.com）相关联时。因此，流分类能够在确定带宽密集型流时合并很多因素，包括TCP/UDP、分组（VoIP）号、文件尺寸、累积的业务和公知的端口组合。例如，某些端口固有地是带宽密集型业务的源；且即使源将文件分成多个流，源地址和目的地地址对于所有流也是相同的，且可为了做出带宽密集型确定的目的而将这些流加在一起。业务的这个分类是“网络中性的”—所有数据都在流级别被分类（源IP、目的地IP、源端口、目的地端口）。否则，不检查数据。如果流超过某个字节量，则该流被认为是“带宽密集型的”，这可以是寿命计数或“漏桶”机制或上面提到的因素。
带宽密集型控制器
一旦流被业务调度系统124分类，就可使用业务管理参数例如经由在如上概述的队列集合中的下一较高优先级队列的往返时间，通过业务调度系统124所执行的简单业务整形过程来控制带宽密集型和近实时业务。在远程通信中，术语“往返延迟时间”或往返时间（RTT）是信号在闭合电路上横越而经过的时间或消息所经过的时间。对往返时间的另一定义是信号脉冲或分组从特定的源行进到特定的目的地并再次返回所需的时间。
机载控制处理器单元（ACPU）122可在步骤1003设置对每个分类的数据（队列）的往返时间要求的标称限制。因此，在步骤1004，业务调度系统124计算每个分类的数据队列的往返时间。这个测量一般跨越空对地链路上进行，并且如果期望则可进一步扩展到通信网络中，以测量遍历预定部分的网络所花费的时间。可通过将GPS确定的时间戳插入消息头中来测量往返时间，由此获得用于计算往返时间的精确时间测量，或仅仅可返回初始查询且测量通过时间。在步骤1005，将最高优先级队列的往返时间（RTT）与预定阈值进行比较，如果往返时间大于该阈值，则机载控制处理器单元（ACPU）122在步骤1006可通过减小下一较低队列的队列尺寸（速率）来实现系统的动态配置。如果往返时间（RTT）支持这个调节，则较低优先级队列反过来可从较高优先级分类进行借用。这种队列设计允许可变的链路条件，且队列尺寸/速率可基于已知的空对地链路条件和客户端负荷进行调节（向具有更多活动客户端的端点提供更多的带宽）。如果在步骤1005确定往返时间未超过阈值，则在步骤1007什么都不做，且在步骤1008处的过程更新参数，并重复速率设置过程。
机载控制处理器单元（ACPU）122可经由TCP/ICMP/RTP方法测量实时、近实时和往返时间。此外，机载控制处理器单元（ACPU）122可将专有HTTP报头标记放置在客户端数据中以定义额外的业务管理数据，所以消息变成自定义的：
飞行识别数据（飞机尾号）
飞机GPS数据
系统负荷
会话id（uname）
RTT，等
图8以流程图形式示出业务调度系统基于非实时业务性能的当前状态来调整带宽密集型业务的输送的操作；而图9以流程图形式示出业务调度系统基于实时和非实时业务性能的当前状态来确定带宽密集型业务的输送率的操作。特别地，业务调度系统124位于将业务调度系统124置于高度分布模式中的机载控制处理器单元（ACPU）122中，在所述模式中数据流信息较接近于机载控制处理器单元（ACPU）122而产生，这可以经由飞机网络控制器动态配置来调节控制和方法。
图8的实现以流程图形式示出业务调度系统124基于非实时业务性能的当前状态来调整带宽密集型业务的输送的操作。这个图示出两个队列的使用，一个队列用于非实时（NRT）业务，而一个队列用于带宽密集型（BWI）业务。这些服务的一般度量（其可按需要被调节）是：用于非实时（NRT）业务的往返时间（RTT）在300毫秒和500毫秒之间。类似地，带宽密集型服务具有在100Kbps和1200Kbps之间的数据传输率。这些操作准则代表队列操作的外部限制。用于调节队列尺寸以保持在这些限制内的算法是：
如果（非实时（NRT）队列的往返时间（RTT）>最大可允许的往返时间（RTT）+带宽密集型（BWI）业务的当前数据传输率小于或=带宽密集型（BWI）业务的最小速率）
则（将带宽密集型（BWI）业务速率减小ΔBWID Kbps）。
如果（（没有非实时（NRT）业务）或（非实时（NRT）队列的往返时间（RTT）<最小可允许的往返时间（RTT）+带宽密集型（BWI）业务的当前数据传输率小于带宽密集型（BWI）业务的最大速率））
则（将带宽密集型（BWI）业务速率增加ΔBWII Kbps）。
图9的实现以流程图形式示出业务调度系统124基于实时和非实时业务性能的当前状态来确定带宽密集型业务的输送率的操作。这个图示出三个队列的使用，一个队列用于实时（RT）业务，一个队列用于非实时（NRT）业务，而一个队列用于带宽密集型（BWI）业务。这些服务的一般度量（其可按需要被调节）是：用于实时（RT）业务的往返时间（RTT）在150毫秒和250毫秒之间；用于非实时（NRT）业务的往返时间（RTT）在300毫秒和500毫秒之间，以及数据传输率在200Kbps和3000Kbps之间。类似地，带宽密集型服务具有在50Kbps和3000Kbps之间的数据传输率。这些操作准则代表队列操作的外部限制。用于调节队列尺寸以保持在这些限制内的算法是：
如果（实时（NRT）队列的往返时间（RTT）>最大可允许的往返时间（RTT）+非实时（NRT）业务的当前数据传输率小于或=非实时（NRT）业务的最小速率）
则（将非实时（NRT）业务速率减小ΔNRTD Kbps）。
如果（（没有实时（NRT）业务）或（非实时（NRT）队列的往返时间（RTT）<最小可允许的往返时间（RTT）+非实时（NRT）业务的当前数据传输率小于非实时（NRT）业务的最大速率））
则（将非实时（NRT）业务速率增加ΔNRTI Kbps）。
如果（非实时（NRT）队列的往返时间（RTT）>最大可允许的往返时间（RTT）+带宽密集型（BWI）业务的当前数据传输率小于或=带宽密集型（BWI）业务的最小速率）
则（将带宽密集型（BWI）业务速率减小ΔBWID Kbps）。
如果（（没有非实时（NRT）业务）或（非实时（NRT）队列的往返时间（RTT）<最小可允许的往返时间（RTT）+带宽密集型（BWI）业务的当前数据传输率小于带宽密集型（BWI）业务的最大速率））
则（将带宽密集型（BWI）业务速率增加ΔBWII Kbps）。
概述
业务调度系统执行首先识别带宽密集型业务的多步骤过程。通过测量流的字节量并使用该数据将流分类成多个使用类别之一来在流级别处实现带宽密集型业务的识别。在飞机中存在的带宽密集型业务的分类是网络中性的，这是因为所有数据在流级别（源IP、目的地IP、源端口、目的地端口）处被分类。否则，不检查数据。如果流超过某个字节量，则该流被认为是带宽密集型的，且然后使用动态配置在飞机网络控制器处控制被认为带宽密集型的流。

Claims (20)

1.一种用于分类和调度由多个设备生成的业务的系统，用于减少连接所述多个设备与目的地的通信链路上的拥塞，所述系统包括：
带宽密集型业务识别器，其用于识别传递超过预定阈值的数据的业务流；以及
业务控制器，其用于调整对于所识别出的业务流的处理以减少呈现给所述通信链路的业务量。
2.根据权利要求1所述的用于分类和调度业务的系统，其中所述带宽密集型业务识别器包括：
业务量监控器，其用于测量在定义的时间间隔内在设备和IP目的地之间的流的字节量。
3.根据权利要求2所述的用于分类和调度业务的系统，其中所述带宽密集型业务识别器还包括：
队列管理器，其用于建立多个并发活动队列以管理分配到所述多个队列中的每个队列的业务；以及
队列控制器，其用于响应于所测量出的数据流的字节量，将所述数据流分类到多个使用类别中的一个。
4.根据权利要求3所述的用于分类和调度业务的系统，其中所述队列控制器包括：
带宽密集型业务比较器，其用于在流级别（源IP、目的地IP、源端口、目的地端口）对所有数据流进行分类，而不检查所述数据流的内容。
5.根据权利要求3所述的用于分类和调度业务的系统，其中所述队列管理器基于从包括固定带宽、近实时数据、非实时数据、带宽密集型和管理型的数据分类当中选择的数据流的类型来创建队列。
6.根据权利要求1所述的用于分类和调度业务的系统，其中所述业务控制器包括：
业务管理参数监控器，其用于生成队列的往返时间的测量。
7.根据权利要求1所述的用于分类和调度业务的系统，其中所述业务控制器还包括：
业务质量监控器，其用于确定所述队列的所测量出的往返时间是否在预定范围内。
8.根据权利要求7所述的用于分类和调度业务的系统，其中所述业务控制器还包括：
队列调节器，其用于响应于关于所述队列的所测量出的往返时间是否在预定范围内的所述确定，设置下一较低优先级队列的数据传输率的预定范围。
9.根据权利要求7所述的用于分类和调度业务的系统，其中所述业务控制器还包括：
队列调节器，其用于响应于关于所述队列的所测量出的往返时间是否在预定范围内的所述确定，设置下一较低优先级队列的队列尺寸。
10.根据权利要求7所述的用于分类和调度业务的系统，其中所述业务控制器还包括：
队列调节器，其用于响应于可变链路条件和设备数量中的至少一个，调节所述队列的队列尺寸/速率。
11.一种操作用于分类和调度由多个设备生成的业务的系统的方法，以减少连接所述多个设备与目的地的通信链路上的拥塞，所述方法包括：
识别传递超过预定阈值的数据的业务流；以及
调整对于所识别出的业务流的处理以减少呈现给所述通信链路的业务量。
12.根据权利要求11所述的操作用于分类和调度业务的系统的方法，其中所述识别步骤包括：
测量在定义的时间间隔内在设备和IP目的地之间的流的字节量。
13.根据权利要求12所述的操作用于分类和调度业务的系统的方法，其中所述识别步骤还包括：
建立多个并发活动队列以管理分配到所述多个队列中的每个队列的业务；以及
响应于所测量出的数据流的字节量，将所述数据流分类到多个使用类别中的一个。
14.根据权利要求13所述的操作用于分类和调度业务的系统的方法，其中所述分类步骤包括：
在流级别（源IP、目的地IP、源端口、目的地端口）对所有数据流进行分类，而不检查所述数据流的内容。
15.根据权利要求13所述的操作用于分类和调度业务的系统的方法，其中所述建立步骤基于从包括固定带宽、近实时数据、非实时数据、带宽密集型和管理型的数据分类当中选择的数据流的类型来创建队列。
16.根据权利要求11所述的操作用于分类和调度业务的系统的方法，其中所述调整步骤包括：
由业务管理参数监控器生成队列的往返时间的测量。
17.根据权利要求11所述的操作用于分类和调度业务的系统的方法，其中所述调整步骤还包括：
确定所述队列的所测量出的往返时间是否在预定范围内。
18.根据权利要求17所述的操作用于分类和调度业务的系统的方法，其中所述调整步骤还包括：
响应于关于所述队列的所测量出的往返时间是否在预定范围内的所述确定，设置下一较低优先级队列的数据传输率的预定范围。
19.根据权利要求17所述的操作用于分类和调度业务的系统的方法，其中所述调整步骤还包括：
响应于关于所述队列的所测量出的往返时间是否在预定范围内的所述确定，设置下一较低优先级队列的队列尺寸。
20.根据权利要求17所述的操作用于分类和调度业务的系统的方法，其中所述调整步骤还包括：
响应于可变链路条件和设备数量中的至少一个，调节所述队列的队列尺寸/速率。
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