一种空间信息网络综合性能评价系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种空间信息网络综合性能评价系统及方法，包括网络架构评价模块、信息传输能力评价模块、安全性评价模块、应用体验评价模块和整体性能综合处理模块，能够反映网络架构的合理性和健壮性、信息传输能力、安全性、满足并发业务需求的能力，可根据评价目标的需要进行裁剪，用于从总整体上分析空间信息网络的综合性能，归一化的指标取值与评价权重设置，兼顾了合理性、计算的便利性以及简化比较分析，能够更好地适应空间信息网络大尺度、高动态的特点，解决空间、时间不确定性给网络性能测量带来的不利影响，以及消除测量精度、测量时间、测量负载存在明显差异带来的评价结果的变化，从而为空间信息网络的规划设计和运营管理等工作提供支持。

【技术实现步骤摘要】
一种空间信息网络综合性能评价系统及方法
本专利技术涉及信息
，特别是涉及空间信息网络系统性能评价系统及方法。
技术介绍
空间信息网络是指将由不同应用类型、不同轨道高度的卫星构成的卫星网络与地面网络相结合而构成的天地一体化网络系统。空间信息网络的性能评价对提高网络的响应速度、克服应用的瓶颈具有十分重要的意义，也是进行网络规划和优化的基础，对网络协议的评价、改善和开发也具有重要的参考价值。数学分析、计算机模拟和实际测量是网络性能分析和评价的三种基本方法，而评价指标的确定和获取是重要且基础的工作，就空间信息网络性能评价而言，这方面的工作还处于探索阶段。目前，已经对卫星数据中继系统的性能评价提出了可用方法，所采用的评价指标从信噪比等纯技术指标发展到包括基于服务质量和用户体验的各类指标，但主要集中在针对不同网络层的特定传输模型的性能评价，如针对传统的蜂窝网的性能评估，其针对的网络节点相对位置固定，用户需求较为单一且移动缓慢。也有如随机Petri网软件包SPNP等工具，也被用于对卫星网络的性能分析，但其把卫星高度抽象为Petri网中的节点，难以满足实际应用的需要。RFC3644中定义的QoS(QualityofService，服务质量)是指一个网络提供服务的能力,其关键指标主要包括：可用性、吞吐量、时延、时延变化(包括抖动和漂移)和丢失等，虽然已有研究成果，但离实用还有一定的距离，标准尚未形成，相关指标也难以反映空间信息网络性能的特性。此外，空间信息网络运行于高动态环境下，增加了QoS测量的不确定性。在空间信息网络环境下，与传统网络系统相比，空间信息网络所提供的服务具有典型的相关性、周期性、突发性和稀疏性等特点，其中的网络流量也表现为随时空迁移而变化剧烈，已有的针对传统网络的性能评估方法，难以用于对空间系统网络这种天地一体化的综合性系统。性能评估的难度大，评估的复杂度高，成为为空间信息网络建设规划和管理的瓶颈之一。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：克服上述现有技术的不足，提供一种用于空间信息网络性能综合评价系统及方法，能够综合反映空间网络大尺度、高动态特性、满足不同类型业务的服务满足能力和网络利用效率的空间信息网络性能评价的要求。本专利技术技术解决方案：一种空间信息网络性能综合评价系统，包括网络架构评价模块、信息传输能力评价模块、安全性评价模块、应用体验评价模块和整体性能综合处理模块，其中：网络架构评价模块：根据应用业务需求的空间和地面地理范围、空间信息网络覆盖的空间和地面地理范围、时间需求、网络拓扑图，计算得到网络架构评价结果数据集，所述网络架构评价结果数据集包括：感知范围覆盖度、能力维持强度、离散度、工作参数配置的难易度、网络链路自动调整能力、网络链路的自动调整能力，一起作为网络架构评价结果数据集，送至整体性能综合处理模块；其中所述感知范围覆盖度是空间信息网络的感知覆盖范围对应用需求的覆盖范围的满足程度，所述能力维持强度是空间信息网络提供连续服务的能力符合程度，所述离散度为用于抗毁性评价的空间信息网络节点连接强度分布程度，体系结构相容度为激光/微波互联的综合处理相容度和光电兼容度，所述工作参数配置的难易度为空间信息网络中参数配置自动的程度，所述网络链路自动调整能力为路由自动配置程度；信息传输能力评价模块：基于空间节点指向性、延时信息、测试用数据包，同时根据发送和接收数据的时间、准确率和延迟，计算得到信息传输能力评价数据集；所述信息传输能力评价数据集包括：载噪比、控制开销优化度、丢包率、带宽可用度、响应及时率和误码率，其中所述控制开销优化度为统计通信协议中数据报和控制报文转化率，所述带宽可用度为应用需求带宽的满足程度，所述响应及时率为应用发出信息传输请求到在允许等待时间内开始信息传输的概率；所得结果送至整体性能综合处理模块；安全性评价模块：以人工评价结果作为输入，进行归一化计算后输出为安全性评价结果数据集，所谓安全性评价结果数据集包括：物理加固状态、安全机制时间效率、安全机制能耗效率和安全等级，所述物理加固状态为空间节点对太空辐射和粒子轰击的防护能力的衡量，所述安全机制时间效率为安全机制的工作时间与信息处理时间的比，所述安全机制时间效率为安全机制工作能源消耗与信息处理能源消耗的比；所得结果送至整体性能综合处理模块；应用体验评价模块：输入为用户体验相关的评价指标的经验性评价值，与空间信息网络提供的功能进行比对，得到应用体验评价结果数据集，所谓应用体验评价结果数据集包括业务调度辅助能力、接入用户/网络运行的管控能力、网络/载荷/服务的资源调度能力、网络工作状态的监测能力、业务优先级多任务并发调度能力和业务调度辅助能力；所得结果送至整体性能综合处理模块；整体性能综合处理模块：设定综合性能评价值分级评价标准，根据上述模块的计算结果，完成空间信息系统的综合性能评价；输入为网络架构评价模块、信息传输能力评价模块、安全性评价模块、应用体验评价模块输出的四类评价结果数据集，输出为空间信息网络的综合性能评价结果；对各模块发送过来的评价结果数据集中所包含的具体数据项，按照评价目标的倾向性要求对前述模块的各评价结果数据集中的具体数据进行取舍和加权处理，并留置扩充接口，便于加入自定义评价数据，以本模块中选中的各评价结果数据集中的具体数据项的加权和为综合性能评价结果。所述网络架构评价模块具体实现如下：(1)读入网络拓扑图，设定应用需求的空间和地面地理范围、业务需求时长；(2)感知范围覆盖度＝空间信息网络的空间和地面地理范围/应用需求的空间和地面地理范围；(3)能力维持强度＝一天之内空间信息网络在业务需求的时间范围内提供服务的时长/业务需求时长；(4)离散度＝空间信息网络拓扑图中各节点间度数的平均差/极差；(5)输入经验判定的激光/微波互联的综合处理相容度和光电兼容度，完全兼容为1，完全不兼容为0，工作参数配置的难易度可全自动配置时取为1，完全由人工配置时取最小值0，网络链路的自动调整能力在路由自动配置时取为1，没有路由能力则取最小值0；(6)对(2)-(4)的得到的结果分别进行归一化处理，取值范围[0,1]，与(5)中设定的数值一起封装为XML格式的网络架构评价结果数据集ArchitectResult，发送到整体性能综合处理模块。所述信息传输能力评价模块的具体实现如下：(1)设定基本的通信天线属性、空间节点动力学参数：(2)收发随机测试数据包，统计链路建立时间、数据包的发送和接收情况，计算信息传输中的丢包率、误码率；(3)载噪比＝空间信息网络链路中接收端的载波功率/加性噪声功率；(4)控制开销优化度＝(统计通信协议中报文总数-控制报文数量)/报文总数；(5)带宽可用度＝链路带宽/应用需求带宽；(6)响应及时率＝应用发出信息传输请求到在允许等待时间内开始信息传输次数/信息传输请求总次数；(7)以上(2)-(6)的计算结果分别归一化为[0,1]之间的值，一起封装为XML格式的信息传输能力评价结果数据集TransResult，发送到整体性能综合处理模块。所述安全性评价模块的具体实现如下：(1)参考国家质量技术监督局发布的《计算机信息系统安全保护等级划分准则》，确定信息安全的保护等级，并归一化为[0,1]之间的值，最高为1，无防护为0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间信息网络综合性能评价系统，其特征在于：包括网络架构评价模块、信息传输能力评价模块、安全性评价模块、应用体验评价模块和整体性能综合处理模块，其中：网络架构评价模块：根据应用业务需求的空间和地面地理范围、空间信息网络覆盖的空间和地面地理范围、时间需求、网络拓扑图，计算得到网络架构评价结果数据集，所述网络架构评价结果数据集包括：感知范围覆盖度、能力维持强度、离散度、工作参数配置的难易度、网络链路自动调整能力、网络链路的自动调整能力，一起作为网络架构评价结果数据集，送至整体性能综合处理模块；其中所述感知范围覆盖度是空间信息网络的感知覆盖范围对应用需求的覆盖范围的满足程度，所述能力维持强度是空间信息网络提供连续服务的能力符合程度，所述离散度为用于抗毁性评价的空间信息网络节点连接强度分布程度，体系结构相容度为激光/微波互联的综合处理相容度和光电兼容度，所述工作参数配置的难易度为空间信息网络中参数配置自动的程度，所述网络链路自动调整能力为路由自动配置程度；信息传输能力评价模块：基于空间节点指向性、延时信息、测试用数据包，同时根据发送和接收数据的时间、准确率和延迟，计算得到信息传输能力评价数据集；所述信息传输能力评价数据集包括：载噪比、控制开销优化度、丢包率、带宽可用度、响应及时率和误码率，其中所述控制开销优化度为统计通信协议中数据报和控制报文转化率，所述带宽可用度为应用需求带宽的满足程度，所述响应及时率为应用发出信息传输请求到在允许等待时间内开始信息传输的概率；所得结果送至整体性能综合处理模块；安全性评价模块：以人工评价结果作为输入，进行归一化计算后输出为安全性评价结果数据集，所谓安全性评价结果数据集包括：物理加固状态、安全机制时间效率、安全机制能耗效率和安全等级，所述物理加固状态为空间节点对太空辐射和粒子轰击的防护能力的衡量，所述安全机制时间效率为安全机制的工作时间与信息处理时间的比，所述安全机制时间效率为安全机制工作能源消耗与信息处理能源消耗的比；所得结果送至整体性能综合处理模块；应用体验评价模块：输入为用户体验相关的评价指标的经验性评价值，与空间信息网络提供的功能进行比对，得到应用体验评价结果数据集，所谓应用体验评价结果数据集包括业务调度辅助能力、接入用户/网络运行的管控能力、网络/载荷/服务的资源调度能力、网络工作状态的监测能力、业务优先级多任务并发调度能力和业务调度辅助能力；所得结果送至整体性能综合处理模块；整体性能综合处理模块：设定综合性能评价值分级评价标准，根据上述模块的计算结果，完成空间信息系统的综合性能评价；输入为网络架构评价模块、信息传输能力评价模块、安全性评价模块、应用体验评价模块输出的四类评价结果数据集，输出为空间信息网络的综合性能评价结果；对各模块发送过来的评价结果数据集中所包含的具体数据项，按照评价目标的倾向性要求对前述模块的各评价结果数据集中的具体数据进行取舍和加权处理，并留置扩充接口，便于加入自定义评价数据，以本模块中选中的各评价结果数据集中的具体数据项的加权和为综合性能评价结果。...

【技术特征摘要】
1.一种空间信息网络综合性能评价系统，其特征在于：包括网络架构评价模块、信息传输能力评价模块、安全性评价模块、应用体验评价模块和整体性能综合处理模块，其中：网络架构评价模块：根据应用业务需求的空间和地面地理范围、空间信息网络覆盖的空间和地面地理范围、时间需求、网络拓扑图，计算得到网络架构评价结果数据集，所述网络架构评价结果数据集包括：感知范围覆盖度、能力维持强度、离散度、工作参数配置的难易度、网络链路自动调整能力、网络链路的自动调整能力，一起作为网络架构评价结果数据集，送至整体性能综合处理模块；其中所述感知范围覆盖度是空间信息网络的感知覆盖范围对应用需求的覆盖范围的满足程度，所述能力维持强度是空间信息网络提供连续服务的能力符合程度，所述离散度为用于抗毁性评价的空间信息网络节点连接强度分布程度，体系结构相容度为激光/微波互联的综合处理相容度和光电兼容度，所述工作参数配置的难易度为空间信息网络中参数配置自动的程度，所述网络链路自动调整能力为路由自动配置程度；信息传输能力评价模块：基于空间节点指向性、延时信息、测试用数据包，同时根据发送和接收数据的时间、准确率和延迟，计算得到信息传输能力评价数据集；所述信息传输能力评价数据集包括：载噪比、控制开销优化度、丢包率、带宽可用度、响应及时率和误码率，其中所述控制开销优化度为统计通信协议中数据报和控制报文转化率，所述带宽可用度为应用需求带宽的满足程度，所述响应及时率为应用发出信息传输请求到在允许等待时间内开始信息传输的概率；所得结果送至整体性能综合处理模块；安全性评价模块：以人工评价结果作为输入，进行归一化计算后输出为安全性评价结果数据集，所谓安全性评价结果数据集包括：物理加固状态、安全机制时间效率、安全机制能耗效率和安全等级，所述物理加固状态为空间节点对太空辐射和粒子轰击的防护能力的衡量，所述安全机制时间效率为安全机制的工作时间与信息处理时间的比，所述安全机制时间效率为安全机制工作能源消耗与信息处理能源消耗的比；所得结果送至整体性能综合处理模块；应用体验评价模块：输入为用户体验相关的评价指标的经验性评价值，与空间信息网络提供的功能进行比对，得到应用体验评价结果数据集，所谓应用体验评价结果数据集包括业务调度辅助能力、接入用户/网络运行的管控能力、网络/载荷/服务的资源调度能力、网络工作状态的监测能力、业务优先级多任务并发调度能力和业务调度辅助能力；所得结果送至整体性能综合处理模块；整体性能综合处理模块：设定综合性能评价值分级评价标准，根据上述模块的计算结果，完成空间信息系统的综合性能评价；输入为网络架构评价模块、信息传输能力评价模块、安全性评价模块、应用体验评价模块输出的四类评价结果数据集，输出为空间信息网络的综合性能评价结果；对各模块发送过来的评价结果数据集中所包含的具体数据项，按照评价目标的倾向性要求对前述模块的各评价结果数据集中的具体数据进行取舍和加权处理，并留置扩充接口，便于加入自定义评价数据，以本模块中选中的各评价结果数据集中的具体数据项的加权和为综合性能评价结果。2.根据权利要求1所述一种用于空间信息网络综合性能评价系统，其特征在于：所述网络架构评价模块具体实现如下：(1)读入网络拓扑图，设定应用需求的空间和地面地理范围、业务需求时长；(2)感知范围覆盖度＝空间信息网络的空间和地面地理范围/应用需求的空间和地面地理范围；(3)能力维持强度＝一天之内空间信息网络在业务需求的时间范围内提供服务的时长/业务需求时长；(4)离散度＝空间信息网络拓扑图中各节点间度数的平均差/极差；(5)输入经验判定的激光/微波互联的综合处理相容度和光电兼容度，完全兼容为1，完全不兼容为0，工作参数配置的难易度可全自动配置时取为1，完全由人工配置时取最小值0，网络链路的自动调整能力在路由自动配置时取为1，没有路由能力则取最小值0；(6)对(2)-(4)的得到的结果分别进行归一化处理，取值范围[0,1]，与(5)中设定的数值一起封装为XML格式的网络架构评价结果数据集ArchitectResult，发送到整体性能综合处理模块。3.根据权利要求1所述一种用于空间信息网络综合性能评价系统，其特征在于：所述信息传输能力评价模块的具体实现如下：(1)设定基本的通信天线属性、空间节点动力学参数：(2)收发随机测试数据包，统计链路建立时间、数据包的发送和...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭启民，刘立祥，
申请(专利权)人：中国科学院软件研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11