路由方法和实现所述方法的设备与流程

1.至少一个实施例涉及一种用于将应用数据流从位于交通工具中的路由设备路由到接收设备的路由方法，所述路由设备具有对其可用的多个通信装置。还描述了实现所述路由方法的路由设备。


背景技术：

2.sd-wan(“软件定义广域网”的缩写)是最近出现的新办法，它将软件定义网络架构(或“软件定义网络”)的原则应用于wan(wan是“广域网”的缩写)。
3.在sd-wan网络中，流量和服务质量是根据需求直接在应用级(osi(“开放系统互连”模型的缩写)的级别7)来管理。为此，应用数据流按应用的类型分类。一旦已经进行该分类，就将根据动态性能标准(例如等待时间、抖动、分组丢失率等)来路由每个应用流。因此，sd-wan网络使得根据预定义的路由规则来路由最关键或带宽最密集的应用，以及因此改善用户的体验成为可能。这些预定义的路由规则集形成智能路由策略。这些路由规则通常是固定的。虽然它们适用于固定地面网络(或“陆地线网络”)，但它们不能使得令人满意地满足移动环境的要求成为可能。
4.实际上，在移动环境中，出现了与对象本身的移动以及通信装置的覆盖范围的可变性相关联的许多问题。它们主要是由于通信装置的能力的巨大变化，诸如举例而言，来自电磁波的干扰，或者甚至某些通信链路的丢失(屏蔽、离开覆盖范围等)。因此，固定路由规则的应用尽管允许对固定陆地sd-wan网络进行充分管理，但无法使得确保在移动情况下预期的服务水平成为可能。
5.因此，减轻现有技术的这些各种缺点是合需的。特别合需的是提出一种适合移动环境的动态路由方法。


技术实现要素：

6.描述了一种用于将应用数据流从交通工具中的路由设备路由到接收设备的路由方法。路由设备具有对其可用的多个通信装置。路由方法包括由路由设备实现的以下步骤：
[0007]-在所述交通工具的移动之前：
[0008]-获取与所述移动相关的信息以及针对每个通信装置的、对代表通信装置的性能的至少一个参数的估计所必需的信息，与所述移动相关的信息包括所述移动的至少一个计划行程；
[0009]-通过使用机器学习方法，沿着计划行程，基于所获取的信息，针对每个通信装置来估计代表所述通信装置的性能的所述参数；
[0010]-基于代表通信装置的性能的所估计参数和应用要求来定义理论路由规则；
[0011]-在所述交通工具的移动期间：
[0012]-获取与所述移动相关的信息，所述信息至少包括在时刻t的交通工具位置信息；
[0013]-针对每个通信装置，获取在时刻t之前的时刻所确定的信息，以及对代表通信装
置在时刻t的性能的参数的估计所必需的信息；
[0014]-通过使用机器学习方法，针对每个通信装置，基于在移动期间获取的信息来估计代表通信装置在时刻t的性能的所述参数；
[0015]-针对每个通信装置，将代表在时刻t所估计的通信装置的性能的参数与其在移动之前所估计的值进行比较；
[0016]-响应于所述比较来路由所述应用数据流。
[0017]
该方法有利地使得通过将每个通信装置的性能水平、在移动上下文中随时间变化的性能水平以及应用要求纳入考虑来动态地调整路由规则。
[0018]
根据特定实施例，在交通工具移动之前，对代表通信装置的性能的至少一个参数的估计所必需的所述信息包括指示所述通信装置的覆盖水平的地图数据。
[0019]
根据特定实施例，响应于所述比较来路由所述应用数据流包括：
[0020]-在其中针对所有通信装置，代表通信装置在时刻t的性能的所有所估计参数基本上等于在移动之前估计的其相应值的情况下，通过使用所述理论路由规则来路由应用数据流；
[0021]-否则，基于代表通信装置在时刻t的性能的所估计参数和应用要求来定义新路由规则，并通过使用所述新路由规则来路由应用数据流。
[0022]
根据特定实施例，代表所述通信装置的性能的所述至少一个参数属于包括比特率、等待时间、分组丢失率、抖动的参数集。
[0023]
根据特定实施例，路由设备是sd-wan路由设备。
[0024]
描述了一种在交通工具中配置为将应用数据流从所述交通工具路由到接收设备的路由设备。路由设备具有对其可用的多个通信装置，并且它包括至少一个处理器，其配置成：
[0025]-在所述交通工具的移动之前：
[0026]-获取与所述移动相关的信息以及针对每个通信装置的、对代表通信装置的性能的至少一个参数的估计所必需的信息，与所述移动相关的信息包括所述移动的至少一个计划行程；
[0027]-通过使用机器学习方法，沿着计划行程，基于所获取的信息，针对每个通信装置来估计代表所述通信装置的性能的至少一个参数；
[0028]-基于代表通信装置的性能的所估计参数和应用要求来定义理论路由规则；
[0029]-在所述交通工具的移动期间：
[0030]-获取与所述移动相关的信息，所述信息至少包括在时刻t的交通工具位置信息；
[0031]-针对每个通信装置，获取在时刻t之前的时刻所获取的信息，以及对代表通信装置在时刻t的性能的至少一个参数的估计所必需的信息；
[0032]-通过使用机器学习方法，针对每个通信装置，基于在移动期间获取的信息来估计代表通信装置在时刻t的性能的所述参数；
[0033]-针对每个通信装置，将代表在时刻t所估计的通信装置的性能的参数与其在移动之前所估计的值进行比较；
[0034]-响应于所述比较来路由所述应用数据流。
[0035]
根据路由设备的特定实施例，在交通工具移动之前，对代表通信装置的性能的至
少一个参数的估计所必需的所述信息包括指示所述通信装置的覆盖水平的地图数据。
[0036]
根据路由设备的特定实施例，为响应于所述比较来路由所述应用数据流，所述处理器被配置成：
[0037]-在其中针对所有通信装置，代表通信装置在时刻t的性能的所有所估计参数基本上等于在移动之前估计的其相应值的情况下，使用所述理论路由规则来路由应用数据流；
[0038]-否则，基于代表通信装置在时刻t的性能的所估计参数和应用要求来定义新路由规则，并通过使用所述新路由规则来路由应用数据流。
[0039]
根据路由设备的特定实施例，代表所述通信装置的性能的所述至少一个参数属于包括比特率、等待时间、分组丢失率、抖动的参数集。
[0040]
根据路由设备的特定实施例，路由设备是sd-wan路由设备。
[0041]
还描述了一种包括根据前述实施之一的路由设备的飞行器。
[0042]
描述了一种计算机程序产品，其包括当所述计算机程序由处理器运行时，用于实现如前述实施例之一所述的路由方法的指令。
[0043]
描述了一种存储介质，其存储包括指令的计算机程序，当所述计算机程序由处理器运行时，用于实现如前述实施例之一所述的路由方法。
附图说明
[0044]
在阅读以下对示例性实施例的描述时，上述本发明的特征以及其他特征将变得更加清楚，所述描述是参照附图给出的，其中：
[0045]
[图1]解说了沿飞行行程移动的配备有路由设备的飞行器；
[0046]
图2a示意性地解说了根据特定实施例的应用数据流路由方法的第一部分；
[0047]
图2b示意性地解说了根据特定实施例的应用数据流路由方法的第二部分；
[0048]
[图3]表示沿飞行器的飞行行程估计的理论比特率；
[0049]
[图4]示意性地解说了根据特定实施例的路由设备的硬件架构的示例；以及
[0050]
[图5]示出了根据特定实施例的包括路由设备的飞行器的透视图。
具体实施方式
[0051]
本发明在移动性上下文中描述。在该上下文中，应用数据流必须从正移动到目的地的交通工具来路由。在交通工具是飞行器的情况下，更具体地描述本发明。它同样应用于任何类型的交通工具，例如直升机、公共汽车、汽车、火车、轮船等。
[0052]
图1解说了沿着行程(在此情况下是飞行行程110(或“飞行路线”))移动的交通工具(在此情况下是飞行器100)。在飞行器100中，乘客或机组成员可以使用不同的应用，诸如即时消息应用、照片和视频共享应用、承载视频和音乐的应用、游戏应用、专业应用等。这些应用中的每一者都生成必须路由到目的地的一个或多个数据流。为此，飞行器100配备有路由设备120。根据一种配置，路由设备120是sd-wan类型的网络的元件。它具有对其可用的用于将每个数据流路由到其目的地的多个通信装置comj，j∈{1,2，
…
n}，其中n是大于或等于2的正整数。例如，路由设备120可以通过使用4g通信装置、5g通信装置、leo(“低地球轨道”)、geo(“地球静止轨道”)或者甚至meo(“中地球轨道”)卫星来路由数据流。因此，路由设备120被配置成在飞行期间或更一般地在交通工具移动期间，针对每个数据流从由可用的
不同通信装置提供的路径中动态选择最相关的路由路径，并且从而增强用户的体验和应用的性能水平。
[0053]
图2a和2b示意性地解说了根据特定实施例的应用数据流路由方法。路由方法例如由路由设备(例如，路由设备120)实现，该路由设备具有对其可用的用于路由所述应用数据流的多个通信装置comj，j{1,2，
…
n}。
[0054]
在步骤s100中，路由设备120在交通工具移动之前获取与移动相关的第一信息以及针对每个可用的通信装置的、估计代表通信装置在计划行程上的性能的至少一个参数所必需的信息，所述第一信息包括针对所述移动的至少一个计划行程110。在特定实施例中，代表通信装置的性能的参数是比特率。在各种实施例中，代表通信装置的性能的参数是等待时间、抖动或分组丢失率。在另一变型中，针对代表通信装置的性能的参数的估计所必需的信息使得估计多个参数成为可能。
[0055]
在飞行器的具体情况下，行程是从飞行计划中获取的飞行行程。在小汽车或公共汽车的情况下，可以从地图数据库中获取行程，其中将指定出发点、到达点和任何中间步骤。行程通常被定义为一系列位置，每个位置由纬度值和经度值定义。在飞行交通工具的情况下，除了纬度和经度值外，还使用高度值来定义位置。
[0056]
针对给定的通信装置，估计代表通信装置的性能的至少一个参数所必需的信息包括例如所述通信装置的位置、指示所述通信装置的覆盖水平的地图(例如，收到信号强度和/或天线的指向、理论带宽等)。例如，在geo卫星的情况下，可以基于所述卫星的覆盖图来确定计划行程上的比特率。例如，覆盖的地图数据表明，针对陆地区域的每个位置(纬度、经度、高度)、信噪比的值。针对给定的通信装置，估计代表通信装置的性能的至少一个参数所必需的信息结合了质量指示符(例如rf(射频)或网络质量的指示符)和通信装置的地图数据。
[0057]
在步骤s110中，针对每个通信装置，基于在步骤s100中获取的信息，沿着行程估计代表通信装置的性能的一个或多个参数，即尤其是在沿着该行程的交通工具的每个计划位置。为此，有利地使用机器学习方法。
[0058]
例如，学习方法基于svm(针对“支持向量机”的缩写)、k近邻、决策树、马尔可夫决策过程。图3解说了代表通信装置com1的性能的参数是比特率的具体情况。因此，在图3中，估计针对沿飞行行程计划的飞行器100的每个位置的比特率值。在该图中，有7个分段，每个分段的相关联比特率是20、40或60mbps。因此，针对飞行器的每个位置，即经度、纬度(高度在图3中未表示)，存在与通信装置com1相关联的相应理论比特率值。
[0059]
在变型实施例中，在可任选步骤s105中，针对每个通信装置获取对在相同行程或相近行程上的先前移动期间存储的代表通信装置的性能的一个或多个参数的估计有用的信息，并且例如在数据库db1中读取该信息。有用信息包括例如代表在相同行程上的先前移动期间存储的通信装置的性能的一个或多个参数，诸如举例而言，等待时间、分组丢失率和抖动值、信噪比值，或通信装置的其他特性参数，诸如调制类型、多普勒频移测量等。
[0060]
因此，在步骤s110的变型实施例中，针对每个通信装置，代表通信装置的性能的一个或多个参数是基于在步骤s100中获取的信息和在步骤s105中获取的信息在行程中估计的，即尤其是在该行程上的交通工具的每个计划位置处。所估计参数值是所谓的理论值，因为它们是在交通工具出发前确定的。使用此类附加信息使得改进机器学习方法(尤其是改
进其准确性)成为可能。
[0061]
在步骤s120中，路由设备120在移动之前，基于代表在步骤s110中的行程中估计的通信装置的性能的一个或多个参数以及与这些参数相关联的每个应用的要求(例如它们在比特率、等待时间、对分组丢失的容忍度方面的要求)来定义所谓的理论路由规则。
[0062]
例如，针对行程的每个部分，例如与图3中定义的分段相对应的部分，通过使用提供最低等待时间或抖动的通信装置来路由传输语音的应用数据流。传输视频的应用数据流使用提供最高比特率的通信装置来路由。传输关键数据的应用程序数据流使用提供最低丢失率的通信装置来路由。
[0063]
例如，这些路由规则指示，针对行程的第一部分，例如图3的第一分段，与即时消息应用或照片和视频共享应用相关联的应用数据流通过优选地使用第一通信装置com1来路由，与承载视频的应用相关联的数据流优选地通过使用第一通信装置com2来路由，而与游戏应用相关联的数据流优选地通过使用第一通信装置com3来路由。根据代表通信装置的性能的一个或多个参数沿行程的变化来动态调整理论路由规则。这些路由规则包括阻止特定应用以避免在其中例如标识了强烈比特率降低的情况下产生瓶颈的可能性。
[0064]
定义理论路线规则的这一步骤仅在交通工具出发前执行一次。
[0065]
在步骤s130中，路由设备120在交通工具移动期间获取与时刻t的所述移动相关的第二信息，所述第二信息至少包括时刻t的位置信息，例如交通工具的gps坐标。该信息还可以包括关于时刻t处交通工具的移动速度的信息。如果交通工具是飞行器，该信息还可以包括时刻t处飞行器的偏航、横滚和俯仰值。例如，这些数据使得确定交通工具实际遵循的行程是否与计划行程相同成为可能。
[0066]
在步骤s140中，针对每个通信装置，例如，从数据库中读取估计代表通信装置的性能的一个或多个参数所必需的信息，该信息将先前存储在数据库中。此类信息包括在时刻t之前的时刻估计并存储在数据库db2中的代表通信装置的性能的一个或多个参数的值。所存储的估计代表通信装置的性能的一个或多个参数所必需的信息例如包括等待时间、分组丢失率和抖动值、信噪比值等。
[0067]
在步骤s150中，针对每个通信装置，在时刻t基于在步骤s130和s140中获取的信息来估计代表该通信装置性能的一个或多个参数。为此，有利地使用机器学习方法。例如，学习方法基于svm(针对“支持向量机”的缩写)、k近邻、决策树、马尔可夫决策过程。为此，使用与步骤s110中使用的机器学习方法相同的机器学习方法。
[0068]
在特定实施例中，代表通信装置comj的性能的参数是基于在步骤s130和s140中获取的信息来估计的瞬时比特率d
t
[comj]。
[0069]
在步骤s160中，针对每个通信装置comj，将代表在步骤s130中的时刻t所估计的通信装置的性能的一个或多个参数与在步骤s110中的移动之前所估计的相同参数进行比较。
[0070]
在相关参数是比特率的特定示例中，将在时刻t所估计的瞬时比特率d
t
[comj]与在步骤s110中所估计的理论比特率d
t
[comj]进行比较。例如，参考图3，在时刻t，飞行器处于纬度l
t
和经度lg
t
，并且随后通信装置com1的理论比特率是d
t
[com1]＝40mbps。该值与d
t
[comj]值进行比较。
[0071]
在步骤s170中，响应于在步骤s160中执行的比较来路由每个数据流。如果针对所有通信装置comj，j∈{1,2,
…
n}，在步骤s130中估计的代表通信装置在瞬间t的性能的所有
参数(例如比特率、抖动、等待时间)等于在步骤s110中移动之前估计的相应值的ε内(ε是一个公差值，其定义了移动前估计的相应值周围的偏差，该偏差被认为是可以忽略的)，然后使用步骤s120中定义的理论路由规则来路由应用数据流，否则定义新路由规则，并且这些新路由规则被用于路由应用数据流。
[0072]
新路由规则是基于代表通信装置在瞬间t的性能的所估计参数以及与这些参数相关联的每个应用的应用要求(例如它们在比特率、等待时间、分组丢失容忍度方面的要求)来定义的。以与理论路由规则相同的方式来定义这些新路由规则，但将代表在步骤s130中估计的性能的一个或多个参数(例如比特率、抖动、等待时间、分组丢失率)纳入考虑。
[0073]
在相关参数是比特率的特定示例中，如果针对装置comj中的至少一个，j∈{1,2，
…
n}，|d
t
[comj]-d
t
[comj]|≥ε、则定义新路由规则。新路由规则被用于路由来自各种应用的数据流。
[0074]
否则，即，在针对所有通信装置comj，j∈{1,2，
…
n}，|d
t
[comj]-d
t
[comj]|《ε的情况下，则使用步骤s120中定义的理论路由规则来路由源自各种应用的数据流。
[0075]
在步骤s180中，针对每个通信装置comj，代表在步骤s130的时刻t估计的通信装置的性能的一个或多个参数被存储在存储器中，例如存储在数据库db1和db2中。这些参数将能够在步骤s110中用作相同行程上的未来航班的附加数据。在步骤s150中，在当前飞行期间还使用它们来估计代表t之后时刻的通信装置的性能的参数。
[0076]
图4示意性地解说了根据特定实施例的路由设备120的硬件架构的示例。
[0077]
根据图4中所示的硬件架构示例，路由设备120然后包括由通信总线1200链接的：处理器或cpu(中央处理单元)1201；随机存取存储器ram 1202；只读存储器rom 1203；存储单元1204，诸如硬盘或诸如存储介质读取器，例如sd(安全数字)读卡器，允许路由设备120发送或接收信息的至少一个通信接口1205。
[0078]
处理器1201能够执行从rom 1202、从外部存储器(未示出)、从存储介质(诸如sd卡)或者从通信网络加载到ram 1203中的指令。当路由设备120上电时，处理器1201能够从ram 1202读取指令并执行它们。这些指令形成计算机程序，使得处理器1201实现关于图2a和2b所述的全部或部分方法。
[0079]
关于图2a和2b所述的方法可以通过可编程机器(例如dsp(数字信号处理器)或微控制器)执行一组指令以软件形式实现，也可以通过机器或专用组件(例如fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路))以硬件形式实现。通常，路由设备120包括被配置成实现关于图2a和2b所述的方法的电子电路系统。
[0080]
图5示出了包括路由设备120的飞行器100的透视图。路由设备120被配置成实现参考图2a和2b所述的方法。