基于网络演算的卫星网络端到端时延上界获取方法技术

本发明专利技术公开了基于网络演算的卫星网络端到端时延上界获取方法，包括：获取链路时延；利用网络演算获取节点间的时延；根据所述链路时延、节点间的时延得到端到端时延上界；本申请通过计算星间距离得到传播时延，以及设置节点的到达曲线与服务曲线并结合卫星网络方法，得出了卫星网络的端到端时延上界，能够为网络QoS控制提供支持。QoS控制提供支持。QoS控制提供支持。

【技术实现步骤摘要】
基于网络演算的卫星网络端到端时延上界获取方法


[0001]本专利技术涉及卫星网络端到端时延上界分析领域，具体涉及基于网络演算的卫星网络端到端时延上界获取方法。

技术介绍

[0002]近年来，卫星网络以其传输容量大、通信距离远、不受地形及自然灾害影响等特点得到广泛应用，成为地面通信的有益补充，也是实现全球无缝覆盖的重要手段。但是，卫星网络与地面网络相比带来了更大的时延，而网络的端到端时延作为网络服务质量(Quality of Service，QoS)最重要的参数之一，其边界分析的准确性直接影响到网络QoS的保障水平。
[0003]目前，网络的延时性能分析主要包括排队论和网络演算等方法。利用排队论方法对网络性能分析需要较精确的流量和服务方法，而对于当前日益复杂的网络形态和业务流特征，上述方法很难获得。网络演算采用上界描述业务流的到达过程，采用下界描述服务过程，从而获得业务流的QoS性能界，使其分析方法更加灵活。但是，在卫星网络中，由于其链路传播时延成周期性变化，且变化不能被忽略，传统网络分析方法若是直接应用于卫星网络，将会导致对传播时延进行统一取值，不可避免的面临计算准确性的挑战。此外，为了得到端到端时延上界，传统时延边界计算过于放大排队时延，导致计算时延边界与实际时延相差较大，影响基于网络演算的QoS控制算法性能。因此，如何利用网络演算理论分析和精确求解卫星网络的端到端时延上界成了重要关注的问题。

技术实现思路

[0004]鉴于现有时延上界分析方法未能精确求解卫星网络的端到端时延上界问题，故本申请提出一种基于网络演算的卫星网络端到端时延上界获取方法，以保证能够为网络QoS控制提供支持。
[0005]为实现上述目的，本申请的技术方案为：基于网络演算的卫星网络端到端时延上界获取方法，包括：
[0006]获取链路时延；
[0007]利用网络演算获取节点间的时延；
[0008]根据所述链路时延、节点间的时延得到端到端时延上界。
[0009]进一步的，所述获取链路时延具体包括：设R为地球半径，h
A
,h
B
分别为卫星A与卫星B所在的轨道高度，分别为卫星A与卫星B的星下点经纬度；则星间链路长度d
BA
表示为：
[0010][0011]其中
[0012]通过星间链路长度以及光速c，得到链路时延D
l
为：
[0013][0014]进一步的，所述利用网络演算获取节点间的时延具体包括：
[0015]卫星网络中节点1与节点m之间存在m
‑
2个中间节点，当业务流A(t)到达节点时，会受到该节点参数为(r,b)的令牌桶限制，也即受该节点的到达曲线α(t)＝rt+b的约束，b为突发通信量，r为数据流长期平均速率；
[0016]对于业务流A(t)，路径中节点提供的服务曲线为：
[0017][0018]其中，C表示节点所提供的服务速率，T表示数据分组在节点的服务延迟；延迟参数认为是包处理时延，因此网络节点间的延迟表示为：
[0019]T＝L/C
ꢀꢀꢀ
(2)
[0020]其中，L表示最大包长。
[0021]进一步的，若有n条业务流，假设业务流A
i
(t),i＝1,2,
…
,n所分配的权重为ω
i
，则分配给业务流A
i
(t)的服务速率C
i
为
[0022][0023]使用上式中的C
i
来代替式(1)中的C所得到的曲线为某个业务流A
i
(t)的业务服务曲线。
[0024]进一步的，假设一个业务流A
i
(t)通过节点p，该节点的到达曲线为α，服务曲线为β，则该业务流通过该节点的延时D
p
为
[0025][0026]其中，W
t
为上一节点到目前节点的链路的峰值速率；T
i
表示业务流A
i
(t)在节点p处的服务延迟；b
i
为某一节点的突发通信量，r
i
为某一节点的长期平均速率；
[0027]由到达曲线及服务曲线联合解得然后把到达曲线α(t)和式(1)
‑
(3)代入该公式得到单节点时延上界D
p
为：
[0028][0029]业务流的速率达到链路带宽的峰值速率W
t
，导致大量业务迅速聚集到节点处，而
又因为节点的处理能力有限，造成大量业务排队等待，导致该时段的时延达到最大值，也即当W
t
t＝r
i
t+b
i
时，从而求得时，时延D
p
达到最大值，故为：
[0030][0031]进一步的，在卫星网络中，端到端时延包括可变时延和固定时延，所述可变时延包括节点处系统缓存的排队时延和链路传播时延；所述固定时延包括节点内的发送时延,即节点在发送数据时使数据从节点进入到发送器所需的时间。
[0032]更进一步的，假设一个业务流A
i
(t)依次通过m个节点，节点中的到达曲线依次为α
i
,i＝1,2,
…
,m，系统的服务曲线依次为β
i
,i＝1,2,
…
,m，相邻两个节点之间的传播时延依次为中间节点的发送时延依次为：则端到端时延上界D1→
m
为：
[0033][0034]1)当m＝1时，由单节点时延上界D
p
或式(5)获得端到端时延上界D1；当m＝2时，由水平偏差推论得出第1个节点的时延在通过第1个节点后，经过链路时，输出流会受到链路传播时延的影响，所以该输出流到达第2个节点时的到达曲线将其到达曲线α2(t)与式(1)代入到水平偏差推论公式中求解得到该节点的时延为：
[0035][0036]所以第1、2两个节点之间的端到端时延为：
[0037][0038]2)当m＝k
‑
1时，端到端时延上界为：
[0039][0040]3)当m＝k时，第k个节点的到达曲线为由单节点时延上界D
p
得出，第k个节点的时延为：
[0041][0042]节点1到节点k的端到端时延D1→
k
等于其前k
‑
1个节点的时延D1→
k
‑1和第k个节点的时延D
k
之和，即
[0043][0044]其中，为链路上的传播时延和中间节点的发送时延之和；中间节点的发送时延D
f
为D
f
＝sN
i
，其中常数s为一个节点的发送时延，N
i
为路径跳数。
[0045]本专利技术与已有的方法，在以下方面存在优势：本申请通过计算星间距离得到传播时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于网络演算的卫星网络端到端时延上界获取方法，其特征在于，包括：获取链路时延；利用网络演算获取节点间的时延；根据所述链路时延、节点间的时延得到端到端时延上界。2.根据权利要求1所述基于网络演算的卫星网络端到端时延上界获取方法，其特征在于，所述获取链路时延具体包括：设R为地球半径，h
A
,h
B
分别为卫星A与卫星B所在的轨道高度，分别为卫星A与卫星B的星下点经纬度；则星间链路长度d
BA
表示为：其中通过星间链路长度以及光速c，得到链路时延D
l
为：3.根据权利要求1所述基于网络演算的卫星网络端到端时延上界获取方法，其特征在于，所述利用网络演算获取节点间的时延具体包括：卫星网络中节点1与节点m之间存在m
‑
2个中间节点，当业务流A(t)到达节点时，会受到该节点参数为(r,b)的令牌桶限制，也即受该节点的到达曲线α(t)＝rt+b的约束，b为突发通信量，r为数据流长期平均速率；对于业务流A(t)，路径中节点提供的服务曲线为：其中，C表示节点所提供的服务速率，T表示数据分组在节点的服务延迟；延迟参数认为是包处理时延，因此网络节点间的延迟表示为：T＝L/C
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，L表示最大包长。4.根据权利要求1所述基于网络演算的卫星网络端到端时延上界获取方法，其特征在于若有n条业务流，假设业务流A
i
(t),i＝1,2,
…
,n所分配的权重为ω
i
，则分配给业务流A
i
(t)的服务速率C
i
为使用上式中的C
i
来代替式(1)中的C所得到的曲线为某个业务流A
i
(t)的业务服务曲线。5.根据权利要求1所述基于网络演算的卫星网络端到端时延上界获取方法，其特征在于，假设一个业务流A
i
(t)通过节点p，该节点的到达曲线为α，服务曲线为β，则该业务流通过该节点的延时D
p
为
其中，W
t
为上一节点到目前节点的链路的峰值速率；T
i
表示业务流A
i
(t)在节点p处的服务延迟；b
i
为某一节点的突发通信量，r
i
为某一节点的长期平均速率；由到达曲线及服务曲线联合解得然后把到达曲线α(t)和式...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏德宾，杨力，王旭，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：