衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量保障方法研究.pdf

1、骨干擁塞、接入困難和內(nèi)容分發(fā)緩慢是當(dāng)今地面互聯(lián)網(wǎng)面臨的一系列棘手問(wèn)題。而基于全球覆蓋的、具有遠(yuǎn)程接入和廣播特性的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是解決這些難題的有效途徑，同時(shí)也是未來(lái)空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。當(dāng)前，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)正在向衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，注重高效性，以期提供隨時(shí)隨地的通信與信息服務(wù)。但是，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)面臨很多技術(shù)挑戰(zhàn)，首要的就是服務(wù)質(zhì)量(QoS, Quality of Service)問(wèn)題。一方面，地面互聯(lián)網(wǎng)的IP QoS問(wèn)題依然存在

2、于衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。另一方面，由于衛(wèi)星通信自身特點(diǎn)又使得衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的QoS問(wèn)題需要特殊考慮。因此，分析衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng) QoS保障需求，設(shè)計(jì)高效和易于實(shí)現(xiàn)的保障算法是一項(xiàng)重要的研究課題。
　　目前，對(duì)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量保障的研究主要集中在控制擁塞以及 TCP在衛(wèi)星鏈路下的適應(yīng)性問(wèn)題。然而基于端到端的TCP擁塞控制機(jī)制往往無(wú)法確知網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部狀態(tài)，同時(shí)TCP的反饋工作機(jī)制又使得各種基于TCP層的改進(jìn)方法仍不能很好地適應(yīng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；此外，切換性和移

3、動(dòng)性又使得衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的資源分配變得比地面網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜。在分析國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文對(duì)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量保障方法進(jìn)行了深入研究，從業(yè)務(wù)層面入手，著重從網(wǎng)絡(luò)(IP)層解決擁塞問(wèn)題，同時(shí)改善資源分配方式。這些研究工作完善了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng) QoS保障體系，對(duì)未來(lái)空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò) QoS保障具有積極意義與參考價(jià)值。本文針對(duì)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)QoS保障方法，主要研究了以下幾個(gè)問(wèn)題：
　　第一，對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)自相似性的研究?？紤]到近年來(lái)業(yè)務(wù)自相似性對(duì)Qo

4、S影響的研究多集中于地面網(wǎng)絡(luò)，而對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中自相似性及其影響研究較少這一情況，針對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，研究了自相似業(yè)務(wù)在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的匯聚和傳播特性；進(jìn)而，通過(guò)建立地面信關(guān)站模型，研究了地面有線網(wǎng)絡(luò)自相似業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)信關(guān)站進(jìn)入衛(wèi)星無(wú)線鏈路的傳播特性，并通過(guò)仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。此外，仿真并分析了自相似業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處隊(duì)列性能的影響，為后文針對(duì)這些影響提出改善 QoS的算法奠定基礎(chǔ)。
　　第二，對(duì)自相似業(yè)務(wù)量預(yù)測(cè)的研究。針對(duì)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)中業(yè)務(wù)普遍存在的

5、自相似性對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生的不利影響，考慮到自相似業(yè)務(wù)本身具有可預(yù)測(cè)性，提出了基于改進(jìn)卡爾曼濾波的自相似業(yè)務(wù)量預(yù)測(cè)算法。針對(duì)經(jīng)典卡爾曼濾波無(wú)法求解所提濾波模型這一情況，重新推導(dǎo)了濾波過(guò)程。為了提高濾波預(yù)測(cè)精度，還引入在線噪聲估計(jì)。所提算法不僅精確度較高，并且與真實(shí)流量具有相近的相關(guān)結(jié)構(gòu)。第三，對(duì)基于業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)的主動(dòng)隊(duì)列管理算法的研究。主動(dòng)隊(duì)列管理是 IP層的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法，而業(yè)務(wù)量預(yù)測(cè)對(duì)于主動(dòng)隊(duì)列管理具有指導(dǎo)意義。鑒于現(xiàn)有主動(dòng)隊(duì)列管理算法對(duì)

6、估計(jì)擁塞有效性不高的情況，提出基于業(yè)務(wù)量預(yù)測(cè)的主動(dòng)隊(duì)列管理算法。該算法使用改進(jìn)卡爾曼濾波方法對(duì)擁塞進(jìn)行預(yù)測(cè)，并結(jié)合基于測(cè)量的分組丟失率共同做出分組丟棄判決。該算法能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)分組丟棄概率，具有隊(duì)列穩(wěn)定，鏈路利用率高的特點(diǎn)。
　　第四，對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)公平服務(wù)質(zhì)量帶寬分配算法的研究。針對(duì)目前衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的帶寬分配算法存在著過(guò)度預(yù)留和公平性欠佳的問(wèn)題，提出了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中公平服務(wù)質(zhì)量的帶寬分配算法。該算法使用自適應(yīng)帶寬預(yù)留策略，根據(jù)效用公平帶寬分配準(zhǔn)