一种在SDSN中的时延测量偏差量化与时延预测的方法技术

一种在SDSN中的时延测量偏差量化与时延预测的方法，使用时间间隔(MI)和往返时间(RTT)这两种时间指标来量化时延测量的时间偏差；通过控制层中的控制器节点卫星能够实现对各个卫星节点的流表信息的实时监控，以获取队列信息；基于路径时延的测量值，在得到传播时延的基础上可计算得到队列时延的测量值，然后对下一时刻的队列时延进行预测，并结合获取的卫星节点的流表信息和队列信息，并根据卫星规律运行的特点采用新的方式对卫星网络传播时延进行预测，然后对总体的路径时延进行预测；解决了卫星网络中时延测量偏差的误差较大，使得测量值更贴近于真实值，并提高了对卫星网络时延预测的精准度，提高卫星通信的服务质量。

【技术实现步骤摘要】
一种在SDSN中的时延测量偏差量化与时延预测的方法
本专利技术涉及卫星通信
，具体涉及一种在SDSN中的时延测量偏差量化与时延预测的方法。
技术介绍
自从1957年10月苏联发射人类第一颗人造地球卫星——人造地球卫星1号以来，至今已经过去半个多世纪。在今天，卫星在国民经济、军事国防、社会生活和科学技术等各个方面都发挥着非常重要的作用。按照用途卫星可分为科学、通信、军事、气象、资源、导航和星际等多种类别的卫星，而在各种类的卫星当中，通信卫星与人类的日常生活最为紧密。世界上第一颗通信卫星，是美国1958年12月18日发射的Score(斯科尔)。经过60多年的发展，卫星通信技术在导航定位、气象预报、军事侦察、通信广播等领域取得了巨大的成就，也对推动着人类的生产、生活方式发生翻天覆地的变革。相对于其他通信方式，卫星通信具有覆盖区域广，通信距离远，频带宽，通信容量大，多址传输，适用多种业务，机动灵活，不受地理条件的限制。但随着信息全球化、互联网、数字多媒体通信技术的发展及人们对最佳体验的通讯条件的迫切需求，使得传统的卫星通信技术已经很难满足高速通信的需求。SDN起源于美国斯坦福大学，2008年，斯坦福大学教授NickMcKeown等人基于Ethane项目的研究成果，在ACMSIGCOMM发表题为OpenFlow：EnablingInnovationinCampusNetworks的论文。文中首次详细地介绍了SDN的概念，即将传统网络设备的数据平面和控制平面分离，使用户能够通过标准化的接口对各种网络转发设备进行统一管理和配置。SDN的三大特性：控制与转发的分离、控制平面与转发平面开放接口、逻辑上的集中控制，使得这种架构为网络带来了可编程性，对网络资源的设计、管理和使用提供了更多的可能，从而更容易推动网络的革新与发展。近年来，随着信息网络技术的快速发展和人们对高品质即时通讯的追求，弊端日益凸显的传统卫星网络，已然不能满足社会发展的需求。由于星上处理支持星上交换并且卫星之间通过星间链路相连接，这使得把地面网络中成熟的或者前沿的技术应用到卫星网络中变得切实可行。软件定义卫星网络(SDSN：SoftwareDefinedSatelliteNetwork),就是最近两年来，通过将已成熟的SDN技术应用在卫星网络中而衍生出的一种新的研究领域。在SDSN框架下，继承了SDN的三大特性，逻辑上的集中控制能够支持控制层节点卫星实时获得卫星网络资源的全局信息，也具体到每个数据层卫星节点的状态信息，并可以根据业务的需求进行卫星网络资源的全局调配和优化。并且，在目前现有的技术条件下，没有对卫星网络时延测量偏差进行量化的相关方法。在时延预测方面，相关技术点的涉及只有在SDN下有关于网络时延预测的研究，并没有关于在SDSN环境下对卫星网络时延预测的研究。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种在SDSN中的时延测量偏差量化与时延预测的方法，通过在SDSN环境下研究，解决了卫星网络中时延测量偏差的误差较大，并量化了时延测量偏差，提出了在SDSN环境下的时延测量方法，减小了卫星网络实验测量的偏差，使得测量值更贴近于真实值，并提高了对卫星网络时延预测的精准度，提高卫星通信的服务质量。为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种在SDSN中的时延测量偏差量化与时延预测的方法，包括以下步骤：步骤一、在使用探针测量单程的路径时延的场景中分析时延测量的时间节点，然后得到测量时延和实际时延之间的差距，最后再使用时间间隔(MI)和往返时间(RTT)这两种时间指标来量化时延测量的时间偏差；步骤二、基于SDSN中集中控制的特性，在SDSN框架中，通过控制层中的控制器节点卫星能够实现对各个卫星节点的流表信息的实时监控，以获取包括卫星节点的队列长度、队列带宽、队列缓冲区的队列信息。步骤三、基于步骤一所得的路径时延的测量值，在得到传播时延的基础上可计算得到队列时延的测量值，然后对下一时刻的队列时延进行预测，并结合获取的卫星节点的流表信息和队列信息，并根据卫星规律运行的特点采用新的方式对卫星网络传播时延进行预测，然后对总体的路径时延进行预测。所述步骤一路径时延按照以下公式计算：其中，s1表示发送探测器时刻，r1表示接受到其ACK时刻(ACK：Acknowledgement)，D1表示处于s1和r1中间的时刻T1的时延。所述步骤一的时延测量的时间偏差纬度是测量的路径时延与数据包正在经过的路径时延之间的时间偏差，假设存在路由i，并且其在时间t的时延为Dit，系统在时间t1测量路径时延，则存储在路由器中的路径测量时延为Dit1。在时间t2时，数据包到达路由器，路由i根据根据存储在路由器中的路径测量时延Dit1来选择最佳的路径发送数据包，但是数据包正在通过的路径上的实际时延是Dit2，在这种情况下，在时间t1测量路由算法中使用的路径时延，在时间t2发送数据分组，那么在这种情况下，路径时延测量的时间偏差是t2-t1。在路径时延测量时，时间偏差越大，测量的误差就越大。因此，为了减少测量误差，需要维持较低路径时延测量的时间偏差，那就需要对时延测量的时间偏差维度进行估计,估计时延测量的时间偏差纬度包括以下步骤：(a)首先，确定时间偏差的两种时间指标分别是测量时间间隔(MI)和往返时间(RTT),测量时间间隔是两个相邻路径时延测量之间的时间间隔，表示路径时延测量的频率。测量时间间隔越长，时间偏差就会越大。往返时间是信号脉冲或数据包从特定的信号源到特定的目的地和再次返回所需要的时间，通常用作路径时延的测量。随着往返时间越来越长，探测器回来的时间会越来越晚，这样就会导致所测量的路径时延更加的不及时。(b)在MI大于RTT时，测量的路径时延的时间偏差主要取决于MI的大小。在MI非常大时的极端情况下，下一次测量的结果到达的时间就会很晚，所以路由器在相当长的时间内都不会更新路径的时延。那么，当数据包在传输室所依据的路径时延与之前所测量的路径时延相同。在这种情况下，MI越大，路径时延测量的时间偏差就会越大。(c)在RTT大于MI时，测量的路径时延的时间偏差主要取决于RTT的大小。当RTT大于MI时，测量时延时的探测器发送的频率很高。但是路由器中的路径时延只有在ACK返回时才会进行更新，这需要返回时间，因此，RTT越大，返回时间就会越晚，那么路由器中的路径时延更新就越晚，则路径时延测量的时间偏差就越大。所述的步骤三具体包括以下步骤：(a)首先，传播时延的计算是距离/光速，距离是路径上的链路长度之和，链路长度通过卫星的规律运动特性可以预测得到。则按照以下公式计算传播时延：其中，Tp_delay表示传播时延，D表示路径上的链路长度之和，C0表示无线电波在真空中传播速度约等于光速。(跟步骤一中的路径时延关联)(b)通过步骤一的路径时延的测量值D1，也即为端到端时延测量值，则根据端到端时延计算公式得到上一时刻的队列时延测量值：Tq_delay(k-1)＝D1-Tp_delay-W其中，Tq_delay(k-1)是上一时刻队列时延测量值,发送时延和处理时延都是固定的记为W。在得到上一时刻的卫星节点的流表信息和队列信息及队列时延测量值之后，通过建立一个状态空间模型，用卡尔曼滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在SDSN中的时延测量偏差量化与时延预测的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在使用探针测量单程的路径时延的场景中分析时延测量的时间节点，然后得到测量时延和实际时延之间的差距，最后再使用时间间隔(MI)和往返时间(RTT)这两种时间指标来量化时延测量的时间偏差；步骤二、基于SDSN中集中控制的特性，在SDSN框架中，通过控制层中的控制器节点卫星能够实现对各个卫星节点的流表信息的实时监控，以获取包括卫星节点的队列长度、队列带宽、队列缓冲区的队列信息；步骤三、基于步骤一所得的路径时延的测量值，在得到传播时延的基础上可计算得到队列时延的测量值，然后对下一时刻的队列时延进行预测，并结合获取的卫星节点的流表信息和队列信息，并根据卫星规律运行的特点采用新的方式对卫星网络传播时延进行预测，然后对总体的路径时延进行预测。

【技术特征摘要】
1.一种在SDSN中的时延测量偏差量化与时延预测的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在使用探针测量单程的路径时延的场景中分析时延测量的时间节点，然后得到测量时延和实际时延之间的差距，最后再使用时间间隔(MI)和往返时间(RTT)这两种时间指标来量化时延测量的时间偏差；步骤二、基于SDSN中集中控制的特性，在SDSN框架中，通过控制层中的控制器节点卫星能够实现对各个卫星节点的流表信息的实时监控，以获取包括卫星节点的队列长度、队列带宽、队列缓冲区的队列信息；步骤三、基于步骤一所得的路径时延的测量值，在得到传播时延的基础上可计算得到队列时延的测量值，然后对下一时刻的队列时延进行预测，并结合获取的卫星节点的流表信息和队列信息，并根据卫星规律运行的特点采用新的方式对卫星网络传播时延进行预测，然后对总体的路径时延进行预测。2.根据权利要求1所述的一种在SDSN中的时延测量偏差量化与时延预测的方法，其特征在于，所述步骤一路径时延按照以下公式计算：其中，s1表示发送探测器时刻，r1表示接受到其ACK时刻，D1表示处于s1和r1中间的时刻T1的时延。3.根据权利要求1所述的一种在SDSN中的时延测量偏差量化与时延预测的方法，其特征在于，所述步骤一的时延测量的时间偏差纬度是测量的路径时延与数据包正在经过的路径时延之间的时间偏差，假设存在路由i，并且其在时间t的时延为Dit，系统在时间t1测量路径时延，则存储在路由器中的路径测量时延为Dit1；在时间t2时，数据包到达路由器，路由i根据根据存储在路由器中的路径测量时延Dit1来选择最佳的路径发送数据包，但是数据包正在通过的路径上的实际时延是Dit2，在这种情况下，在时间t1测量路由算法中使用的路径时延，在时间t2发送数据分组，那么在这种情况下，路径时延测量的时间偏差是t2-t1；在路径时延测量时，时间偏差越大，测量的误差就越大，为了减少测量误差，需要维持较低路径时延测量的时间偏差，那就需要对时延测量的时间偏差维度进行估计,估计时延测量的时间偏差纬度包括以下步骤：(a)首先，确定时间偏差的两种时间指标分别是测量时间间隔(MI)和往返时间(RTT),测量时间间隔是两个相邻路径时延测量之间的时间间隔，表示路径时延测量的频率；测量时间间隔越长，时间偏差就会越大；往返时间是信号脉冲或数据包从特定的信号源到特定的目的地和再次返回所需要的时间，通常用作路径时延的测...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲桦，赵季红，冯少男，岳鹏程，刘熙，王蒙，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61