衛(wèi)星互聯(lián)網服務質量保障方法研究.pdf

1、骨干擁塞、接入困難和內容分發(fā)緩慢是當今地面互聯(lián)網面臨的一系列棘手問題。而基于全球覆蓋的、具有遠程接入和廣播特性的衛(wèi)星互聯(lián)網是解決這些難題的有效途徑，同時也是未來空天地一體化信息網絡的重要組成部分。當前，衛(wèi)星網絡正在向衛(wèi)星互聯(lián)網發(fā)展，注重高效性，以期提供隨時隨地的通信與信息服務。但是，設計和實現衛(wèi)星互聯(lián)網面臨很多技術挑戰(zhàn)，首要的就是服務質量(QoS, Quality of Service)問題。一方面，地面互聯(lián)網的IP QoS問題依然存在

2、于衛(wèi)星互聯(lián)網。另一方面，由于衛(wèi)星通信自身特點又使得衛(wèi)星互聯(lián)網的QoS問題需要特殊考慮。因此，分析衛(wèi)星互聯(lián)網 QoS保障需求，設計高效和易于實現的保障算法是一項重要的研究課題。
　　目前，對衛(wèi)星互聯(lián)網服務質量保障的研究主要集中在控制擁塞以及 TCP在衛(wèi)星鏈路下的適應性問題。然而基于端到端的TCP擁塞控制機制往往無法確知網絡內部狀態(tài)，同時TCP的反饋工作機制又使得各種基于TCP層的改進方法仍不能很好地適應衛(wèi)星網絡環(huán)境；此外，切換性和移

3、動性又使得衛(wèi)星網絡中的資源分配變得比地面網絡復雜。在分析國內外文獻的基礎上，本文對衛(wèi)星互聯(lián)網服務質量保障方法進行了深入研究，從業(yè)務層面入手，著重從網絡(IP)層解決擁塞問題，同時改善資源分配方式。這些研究工作完善了衛(wèi)星互聯(lián)網 QoS保障體系，對未來空天地一體化信息網絡 QoS保障具有積極意義與參考價值。本文針對衛(wèi)星互聯(lián)網QoS保障方法，主要研究了以下幾個問題：
　　第一，對衛(wèi)星網絡業(yè)務自相似性的研究。考慮到近年來業(yè)務自相似性對Qo

4、S影響的研究多集中于地面網絡，而對衛(wèi)星網絡中自相似性及其影響研究較少這一情況，針對衛(wèi)星網絡特點，研究了自相似業(yè)務在衛(wèi)星網絡中的匯聚和傳播特性；進而，通過建立地面信關站模型，研究了地面有線網絡自相似業(yè)務經過信關站進入衛(wèi)星無線鏈路的傳播特性，并通過仿真進行了驗證。此外，仿真并分析了自相似業(yè)務對網絡節(jié)點處隊列性能的影響，為后文針對這些影響提出改善 QoS的算法奠定基礎。
　　第二，對自相似業(yè)務量預測的研究。針對衛(wèi)星互聯(lián)網中業(yè)務普遍存在的

5、自相似性對網絡性能產生的不利影響，考慮到自相似業(yè)務本身具有可預測性，提出了基于改進卡爾曼濾波的自相似業(yè)務量預測算法。針對經典卡爾曼濾波無法求解所提濾波模型這一情況，重新推導了濾波過程。為了提高濾波預測精度，還引入在線噪聲估計。所提算法不僅精確度較高，并且與真實流量具有相近的相關結構。第三，對基于業(yè)務預測的主動隊列管理算法的研究。主動隊列管理是 IP層的網絡擁塞控制方法，而業(yè)務量預測對于主動隊列管理具有指導意義。鑒于現有主動隊列管理算法對

6、估計擁塞有效性不高的情況，提出基于業(yè)務量預測的主動隊列管理算法。該算法使用改進卡爾曼濾波方法對擁塞進行預測，并結合基于測量的分組丟失率共同做出分組丟棄判決。該算法能動態(tài)調節(jié)分組丟棄概率，具有隊列穩(wěn)定，鏈路利用率高的特點。
　　第四，對衛(wèi)星網絡公平服務質量帶寬分配算法的研究。針對目前衛(wèi)星網絡的帶寬分配算法存在著過度預留和公平性欠佳的問題，提出了衛(wèi)星網絡中公平服務質量的帶寬分配算法。該算法使用自適應帶寬預留策略，根據效用公平帶寬分配準