一种IP航空电信网空地通信QoS保障方法与系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种IP航空电信网空地通信过程中的服务质量(Quality ofService，简称QoS)保障方法与系统，属于航空电信网和通信技术领域。
【背景技术】
[0002]传统的航空电信网(AeronauticalTelecommunicat1ns Network,简称ATN)依据国际标准化组织(Internat1nal Standard Organizat1n,简称ISO)的七层开放式系统互联参考模型(Open System Interface,简称0SI)组建网络，由于协议复杂、产品开发周期长等原因，成熟产品极少，已经越来越不适用于航空发展的需求。而航空电信网的IP协议族(ATN/IP Suite，简称ATN/IPS)标准则是基于IP已成为通信行业事实协议标准的情况下，所制定的基于IP协议族的航空电信网协议标准。该标准可以利用成熟的IP技术和通信设备来满足航空电信网的通信需求，以降低航空电信网技术开发的风险、时间周期以及成本，已成为航空电信网的发展方向。为与传统的航空电信网相区别，本发明中将使用IP技术的航空电/[目网统称为IP航空电?目网。
[0003]航空电信网主要由三个子网组成，即:地地通信子网、空地通信子网和空空通信子网。目前航空电信网的空地通信子网主要由甚高频数据链、航空移动卫星通信、二次监视雷达、S模式数据链等组成。但目前的空地通信子网所使用的无线通信技术带宽窄，无法支持IP航空电信网所要求的IP协议族，也越来越无法满足航空电信服务的发展需求，因此，空地通信子网采用支持IP协议的宽带无线通信技术成为IP航空电信网的发展方向。
[0004]另一方面，随着2012年我国低空空域管理改革的展开，我国的通用航空发展将驶入快车道，届时低空空域内活动的航空器数量和种类必将出现快速增长的态势，如何有效的对低空飞行的飞机进行飞行指挥和调度，是保障低空空域飞行安全的基础。
[0005]长期演进(Long Term Evolut1n,简称LTE)技术作为移动通信领域已经成熟的宽带无线通信技术，能够提供抗干扰性强、带宽大和多业务的无线宽带通信，可以作为低空环境下空地通信子网的宽带无线通信技术之一。
[0006]在ATN/IPS协议体制下，航空电信网服务的服务质量QoS是通过区分服务(Differentiated Service,简称DiffServ)机制实现的。DiffServ机制是简化网络内部节点的服务机制，通过在网络内部的核心路由器中只保存简单的区分服务代码点(Differentiated Services Code Point,简称 DSCP)与逐跳行为(Per Hop Behav1r,简称PHB)的对应机制，在数据流进入核心路由器时只根据报文头部区分服务域中的DSCP进行简单的转发服务。
[0007]但在实际网络建设过程中，空地通信子网使用的无线宽带通信技术可能存在多种，且并不一定支持DiffServ。如LTE技术使用QoS分类标识(QoS Class Identifier,简称QCI)来标识QoS等级，以控制承载分组转发方式。因此，需为IP航空电信网的空地通信子网提供满足具体无线宽带通信技术QoS控制方式要求的QoS保障机制，以保证IP航空电信网空地通信过程中的服务质量，同时需为空地通信子网和地地通信子网提供不同QoS保障机制的适配，以保障IP航空电信网实现端到端的QoS。
【发明内容】
[0008]本发明提供了一种用于基于LTE技术的低空IP航空电信网的空地通信QoS保障方法，在飞机的机载系统接入IP航空电信网后，实现空地通信过程满足无线宽带通信技术QoS控制要求的QoS保障机制，以及实现空地通信子网和地地通信子网不同QoS保障机制的适配，同时也发明了一种基于以上方法的系统。
[0009]本发明提供了一种用于基于LTE技术的低空IP航空电信网的空地通信QoS保障方法，包括:
[0010]接入网关配置航空电信服务信息与QoS映射规则，并根据配置信息构造静态QoS保障策略；接入网关处理用于建立空地语音通信过程的控制信令，提取控制信令中携带的实时媒体流信息，构造动态QoS保障策略；接入网关根据静态QoS保障策略和动态QoS保障策略，构造接入路由器用于流表控制的维护指令，并下发给接入路由器，构造空地通信子网用于QoS策略控制的维护指令，并下发给空地通信子网。
[0011]接入路由器根据流表维护指令管理流表，设置IP报文转发优先级，并填写转发目标网络能够识别的QoS等级，从而保障空地通信过程中的QoS。
[0012]空地通信子网根据QoS策略维护指令管理QoS策略，设置空地通信子网内的QoS保障方法，从而保障空地通信子网内的QoS。
[0013]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0014]图1为本发明所提供的一种用于IP航空电信网的空地通信QoS保障系统总体架构。
[0015]图2为本发明所提供的一种用于IP航空电信网的空地通信QoS保障处理方法的实施例。
[0016]图3为本发明所提供的一种用于IP航空电信网空地通信QoS保障的接入网关系统结构图。
【具体实施方式】
[0017]为使本发明的目的、技术方案和优点更加明白清楚，下文将结合附图对本发明的实施例进行详细的说明。
[0018]本发明所提供的一种用于IP航空电信网的空地通信QoS保障系统总体架构示意图，如图1所示，该系统架构包括:IP航空电信网的空地通信子网和地地通信子网、接入路由器和接入网关。接入路由器部署在空地通信子网和地地通信子网之间，用于桥接两个子网，完成机载终端和航空电信服务之间的通信报文转发。机载终端和航空电信服务之间的通信包括三类，分别是Sll呼叫控制信令，S12实时媒体流，S13报文通信；接入网关部署在地地通信子网中，并通过专用端口连接接入路由器和空地通信子网，通过S14设备控制协议完成接入网关对接入路由器的控制，通过S15策略控制协议完成接入网关对空地通信子网的QoS策略控制。在实施过程中，Sll呼叫控制信令可采用SIP(Sess1n Initiat1nProtocol,简称 SIP), S12 实时媒体流可米用 RTP (Real-time Transport Protocol,简称RTP)，S13报文通信可采用航空电信服务所要求的ASTERIX CAT033等报文通信协议，S14设备控制协议可采用OpenFlow协议，S15策略控制协议可采用Diameter协议；
[0019]如果空地通信子网采用LTE技术，则接入网关所连接的空地通信子网的设备是LTE体系中的PCRF。
[0020]如图2所示，本发明所提供的一种用于IP航空电信网的空地通信QoS保障处理方法的实施例，该方法的处理步骤为:
[0021]S21，接入网关维护航空电信服务信息，维护操作包括航空电信服务的添加和删除；航空电信服务信息包括:服务类型、服务的IP地址和IP端口、转发优先级、最大时效值；其中，每一个航空电信服务会被分配一个唯一的服务标识；
[0022]S22，接入网关根据航空电信服务信息，构造静态QoS保障策略；
[0023]S221，建立一条静态QoS保障策略，通信类型为地空通信，IP报文转发优先级设置为航空电信服务信息中的转发优先级，源端的IP地址和IP端口设置为航空电信服务的IP地址和IP端口，之后根据服务类型查询QoS映射策略表，获取该航空电信服务应提供的QoS等级；当采用LTE作为空地通信子网的通信技术，则用于提供空地语音通信的航空电信服务，其Sll呼叫控制信令应映射为LTE的QoS等级为QCI = 5，其S12实时媒体流应映射为LTE的QoS等级为QCI = I ;用于提供空地CPDLC通信的航空电信服务，其S13报文通信应映射为LTE的QoS等级为QCI = 3 ;
[0024]S222，建立一条静态QoS保障策略，通信类型为空地通信，IP报文转发优先级设置为航空电信服务信息中的转发优先级，目标端的IP地址和IP端口设置为航空电信服务的IP地址和IP端口，之后根据服务类型查询QoS映射策略表，获取该航空电信服务应提供的QoS等级；当采用DiffServ作为地地通信子网的QoS保障技术，则用于提供空地语音通信的航空电信服务，其Sll呼叫控制信令应映射QoS等级为DSCP = 100010，其S12实时媒体流应映射QoS等级为DSCP = 101110 ;用于提供空地CPDLC通信的航空电信服务，其S13报文通信应映射QoS等级为DSCP = 100000 ；
[0025]S223，如果航空电信服务被删除，则删除指定的静态QoS保障策略；
[0026]S23，接入网关处理并转发空地语音通信的呼叫控制信令，监控呼叫过程中的空地媒体协商，提取为建立空地语音通信而在通信两端交换的实时媒体流信息；如Sii呼叫控制信令采用SIP协议，则SIP协议中交换的SDP会携带实时媒体流信息；在SIP协议完成媒体协商后，SDP中将携带通信两端的媒体协商结果，包括协商后的媒体类型，包括通信两端的IP地址和IP端口；
[0027]S24，接入网关根据实时媒体流信息，构造动态QoS保障策略；
[0028]S241，建立一条动态QoS保障策略，通信类型为地空通信，IP报文转发优先级设置为用于提供实时语音通信的航空电信服务的转发优先级，源端的IP地址和IP端口设置为实时媒体流信息中，IP地址与用于提供实时语音通信的航空电信服务的IP地址一致的IP地址和IP端口，目的端的IP地址和IP端口则设置为实时媒体流信息中的另一组IP地址和端口，QoS等级设置为QCI = I ;
[0029]S242，建立一条动态QoS保障策略，通信类型为空地通信，IP报文转发优先级设置为用于提供实时语音通信的航空电信服务的转发优先级，目的端的IP地址和IP端口设置为实时媒体流信息中，IP地址与用于提供实时语音通信的航空电信服务的IP地址一致的IP地址和IP端口，源端的IP地址和IP端口则设置为实时媒体流信息中的另一组IP地址和端口，QoS等级设置为DSCP = 101110 ；
[0030]S243，当呼叫结束，删除指定动态QoS保障策略；
[0031]S25，根据动态QoS保障策略和静态QoS保障策略，构造流表控制指令；如果使用OpenFlow协议控制接入路由器,则流表控制指令为OpenFlow协议的Modify-state消息；动态QoS保障策略和静态QoS保障策略