一种星地协作的广域实时通信系统及其通信方法技术方案

本发明专利技术涉及一种星地协作的广域实时通信系统及其通信方法，广域实时通信系统，融合了天地一体网络中的地面云平台和巨型卫星星座，利用卫星节点与地面云节点在覆盖范围和服务能力上的天然互补优势，协作式的构建星地融合的覆盖网络，支持低时延广域实时通信。广域实时通信系统的通信方法，为通信会话选择合适的通信路径以实现广域实时通信用户之间低时延、端到端、多对多的交互。多对多的交互。多对多的交互。

【技术实现步骤摘要】
一种星地协作的广域实时通信系统及其通信方法


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种星地协作的广域实时通信系统及其通信方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着音视频技术的不断发展，广域实时通信(Wide
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Area Real
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Time Communication，RTC)成为人们日常生活中不可或缺的重要应用。对于RTC应用而言，交互时延是影响用户体验的关键性能指标之一。一般来说，要实现理想的用户交互体验，语音与视频通话类业务的单向通信时延要求控制在150毫秒以内，新兴的沉浸式交互应用(如虚拟现实Virtual Reality，VR)用户感知的交互延迟通常要控制在20毫秒以内。
[0003]为了降低RTC应用的端到端时延，现有的RTC架构通常建立在全球分布的云计算平台上，利用云中继节点(Cloud Relay Server)构建基于云的覆盖网络(Cloud
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based Overlay Network)，以实现更好的扩展性，更低的传播时延、丢包率，以及更高的带宽。此外，云中继节点还可以利用云计算平台的计算与存储能力，部署网内缓存与网络编码等技术，提升实时通信流对弱网环境的抗性。然而，在全球广域范围内现有基于云的实时通信架构仍然具有局限性，低时延广域实时通信的实现仍然面临巨大挑战。一方面，在基于云服务平台的覆盖网络下，端到端实时通信路径主要包括端到云，云到云，云再到端三个组成部分。端和云之间的传输路径仍然可能跨越多个自治系统(AS)，由于底层路由绕路而导致端到云时延增加。另一方面，由于地面云服务平台分布不均，即使是云到云的内部专网，也可能由于云节点的部署受限遭受路由绕路导致的额外时延。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种星地协作的广域实时通信系统及其通信方法，以减少基于云的实时通信架构中路由绕路而导致的时延的产生，实现低时延广域实时通信。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种星地协作的广域实时通信系统，所述系统包括：巨型卫星星座、地面云平台、会话控制服务器和通信终端；
[0006]所述巨型卫星星座部署有众多通信卫星，所述地面云平台部署有众多云服务器；
[0007]所述通信卫星和所述云服务器，作为中继服务器来转发实时通信流量；
[0008]所述会话控制服务器，用于为所述通信终端的每一个通信会话制定通信路径，并按照所述通信路径建立通信链接；还用于将所述通信终端的每一个通信会话的通信流量分配至其对应的通信路径上；
[0009]其中，所述通信路径途径若干个中继服务器。
[0010]第二方面，本专利技术还提供一种星地协作的广域实时通信系统的通信方法，所述广域实时通信系统包括众多通信卫星、众多云服务器和众多通信终端，所述通信卫星、所述云服务器和所述通信终端分别被视为通信卫星节点、云节点和通信终端节点；所述通信卫星节点和所述云节点被统称为中继节点；所述中继节点和所述通信终端节点被统称为通信节
点；所述方法包括：
[0011]针对当前时隙的每一个通信会话，构建所述通信会话对应的通信节点可见关系图；
[0012]基于所述通信节点可见关系图，确定所述通信会话对应的转发控制节点；
[0013]利用所述转发控制节点制定所述通信会话中每一对通信终端节点的通信路径，并按照所述通信路径建立通信链接；
[0014]将所述通信会话中每一对通信终端节点的通信流量分配至相应的通信路径上；
[0015]其中，所述转发控制节点，是在可用中继节点中选择的并对所述通信会话中的通信流量进行拥塞控制和码率控制的节点。
[0016]根据本专利技术提供的星地协作的广域实时通信系统的通信方法，所述构建所述通信会话对应的通信节点可见关系图，包括：
[0017]令所述通信节点可见关系图中的节点包括所述通信会话包含的通信终端节点以及当前时隙的可用中继节点，并令所述通信节点可见关系图中互相可见的两个节点之间连接且互相不可见的两个节点之间不连接，生成所述通信节点可见关系图；
[0018]其中，所述通信节点可见关系图中节点之间的可见关系，记载在当前时隙广域实时通信系统的通信节点可见关系函数中。
[0019]根据本专利技术提供的星地协作的广域实时通信系统的通信方法，所述基于所述通信节点可见关系图，确定所述通信会话对应的转发控制节点，包括：
[0020]计算所述通信节点可见关系图中每一个中继节点的参考距离；其中，所述参考距离为相应中继节点与所述通信节点可见关系图中各通信终端节点之间的距离的加和；
[0021]将所述通信节点可见关系图的所有中继节点中参考距离最小的K个节点作为备选中继节点；
[0022]计算每一个备选中继节点的参考时延；其中，所述参考时延为相应备选中继节点与所述通信节点可见关系图中各通信终端节点之间的上行时延和下行时延总和的平均值；
[0023]将所有备选中继节点中参考时延最小的中继节点作为备选转发控制节点；
[0024]从所述通信会话上一时隙的转发控制节点与所述备选转发控制节点中选定所述转发控制节点；
[0025]其中，K为第一预设值。
[0026]根据本专利技术提供的星地协作的广域实时通信系统的通信方法，所述从所述通信会话上一时隙的转发控制节点与所述备选转发控制节点中选定所述转发控制节点，包括：
[0027]在所述通信会话上一时隙的转发控制节点与所述备选转发控制节点之间的物理距离超过预设距离阈值的情况下，选择所述备选转发控制节点作为所述转发控制节点；
[0028]否则，选择所述通信会话上一时隙的转发控制节点作为所述转发控制节点。
[0029]根据本专利技术提供的星地协作的广域实时通信系统的通信方法，在所述转发控制节点为所述通信会话上一时隙的转发控制节点的情况下，所述利用所述转发控制节点制定所述通信会话中每一对通信终端节点的通信路径，包括：
[0030]令所述通信会话中每一对通信终端节点的通信路径与上一时隙一致。
[0031]根据本专利技术提供的星地协作的广域实时通信系统的通信方法，在所述转发控制节点为所述备选转发控制节点的情况下，所述利用所述转发控制节点制定所述通信会话中每
一对通信终端节点的通信路径，包括：
[0032]对于所述通信会话中每一对通信终端节点，基于所述通信节点可见关系图挑选可行的且经过源通信终端节点、所述转发控制节点和目的通信终端节点的通信路径；
[0033]确定挑选的所有通信路径中通信节点跳转数最少的通信路径，并填入最短路径集合；
[0034]剔除最短路径集合中无法满足源通信终端节点上行通信带宽需求和目的通信终端节点下行通信带宽需求的通信路径；
[0035]从最短路径集合剩余的通信路径中寻找已搭建通信链路数量最多的通信路径，并将寻找到的通信路径作为最终制定的通信路径。
[0036]第三方面，本专利技术又提供一种星地协作的广域实时通信系统的通信方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星地协作的广域实时通信系统，其特征在于，所述系统包括：巨型卫星星座、地面云平台、会话控制服务器和通信终端；所述巨型卫星星座部署有众多通信卫星，所述地面云平台部署有众多云服务器；所述通信卫星和所述云服务器，作为中继服务器来转发实时通信流量；所述会话控制服务器，用于为所述通信终端的每一个通信会话制定通信路径，并按照所述通信路径建立通信链接；还用于将所述通信终端的每一个通信会话的通信流量分配至其对应的通信路径上；其中，所述通信路径途径若干个中继服务器。2.一种星地协作的广域实时通信系统的通信方法，其特征在于，所述广域实时通信系统包括众多通信卫星、众多云服务器和众多通信终端，所述通信卫星、所述云服务器和所述通信终端分别被视为通信卫星节点、云节点和通信终端节点；所述通信卫星节点和所述云节点被统称为中继节点；所述中继节点和所述通信终端节点被统称为通信节点；所述方法包括：针对当前时隙的每一个通信会话，构建所述通信会话对应的通信节点可见关系图；基于所述通信节点可见关系图，确定所述通信会话对应的转发控制节点；利用所述转发控制节点制定所述通信会话中每一对通信终端节点的通信路径，并按照所述通信路径建立通信链接；将所述通信会话中每一对通信终端节点的通信流量分配至相应的通信路径上；其中，所述转发控制节点，是在可用中继节点中选择的并对所述通信会话中的通信流量进行拥塞控制和码率控制的节点。3.根据权利要求2所述的星地协作的广域实时通信系统的通信方法，其特征在于，所述构建所述通信会话对应的通信节点可见关系图，包括：令所述通信节点可见关系图中的节点包括所述通信会话包含的通信终端节点以及当前时隙的可用中继节点，并令所述通信节点可见关系图中互相可见的两个节点之间连接且互相不可见的两个节点之间不连接，生成所述通信节点可见关系图；其中，所述通信节点可见关系图中节点之间的可见关系，记载在当前时隙广域实时通信系统的通信节点可见关系函数中。4.根据权利要求2所述的星地协作的广域实时通信系统的通信方法，其特征在于，所述基于所述通信节点可见关系图，确定所述通信会话对应的转发控制节点，包括：计算所述通信节点可见关系图中每一个中继节点的参考距离；其中，所述参考距离为相应中继节点与所述通信节点可见关系图中各通信终端节点之间的距离的加和；将所述通信节点可见关系图的所有中继节点中参考距离最小的K个节点作为备选中继节点；计算每一个备选中继节点的参考时延；其中，所述参考时延为相应备选中继节点与所述通信节点可见关系图中各通信终端节点之间的上行时延和下行时延总和的平均值；将所有备选中继节点中参考时延最小的中继节点作为备选转发控制节点；从所述通信会话上一时隙的转发控制节点与所述备选转发控制节点中选定所述转发控制节点；其中，K为第一预设值。
5.根据权利要求4所述的星地协作的广域实时通信系统的通信方法，其特征在于，所述从所述通信会话上一时隙的转发控制节点与所述备选转发控制节点中选定所述转发控制节点，包括：在所述通信会话上一时隙的转发控制节点与所述备选转发控制节点之间的物理距离超过预设距离阈值的情况下，选择所述备选转发控制节点作为所述转发控制节点；否则，选择所述通信会话上一时隙的转发控制节点作为所述转发控制节点。6.根据权利要求5所述的星地协作的广域实时通信系统的通信方法，其特征在于，在所述转发控制节点为所述通信会话上一时隙的转发控制节点的情况下，所述利用所述转发控制节点制定所述通信会话中每一对通信终端节点的通信路径，包括：令所述通信会话中每一对通信终端节点的通信路径与上一时隙一致。7.根据权利要求5所述的星地协作的广域实时通信系统的通信方法，其特征在于，在所述转发控制节点为所述备选转发控制节点的情况下，所述利用所述转发控制节点制定所述通信会话中每一对通信终端...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖泽祺，刘伟森，吴茜，李贺武，吴建平，刘君，李元杰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：