一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法及管理中心的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法及管理中心?；谲浖x網(wǎng)絡(luò)的空間網(wǎng)絡(luò)被劃分為管理層、控制層和轉(zhuǎn)發(fā)層，它包括一個(gè)自下而上的信息收集過程和一個(gè)自上而下的策略下發(fā)過程。其中，位于管理層的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中心是制定QoS保障策略的實(shí)體，QoS保障策略主要包括服務(wù)等級(jí)認(rèn)證、流量調(diào)度和帶寬分配三方面的結(jié)果，服務(wù)等級(jí)認(rèn)證是按照服務(wù)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)用戶的不同業(yè)務(wù)請(qǐng)求進(jìn)行區(qū)分的過程，流量調(diào)度為不同服務(wù)等級(jí)的數(shù)據(jù)流規(guī)劃滿足QoS需求的傳輸路徑，帶寬分配則在共享鏈路狀態(tài)下提供基于優(yōu)先級(jí)的按需帶寬資源。此外，本發(fā)明還在控制層提供了網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的方法，它是衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中心制定QoS保障策略的依據(jù)。本發(fā)明基于可控可管的軟件定義網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化空間網(wǎng)絡(luò)資源分配，實(shí)現(xiàn)空間網(wǎng)絡(luò)的按需服務(wù)，達(dá)到QoS保障的目的。
【專利說明】
-種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法及管理中心
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的空間網(wǎng)絡(luò)QoS 保障方法及管理中屯、。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)中，存在一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的天地一體化 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它通過數(shù)據(jù)層面和控制層面解禪，網(wǎng)絡(luò)功能和物理硬件解禪來提供可控可管的 信息傳輸W及按需的衛(wèi)星服務(wù)，達(dá)到優(yōu)化空間資源，提高信息傳輸效率，滿足Q〇S(Quality of Service)需求的目的，適應(yīng)未來空間網(wǎng)絡(luò)的多元化發(fā)展。其中天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的空 間網(wǎng)絡(luò)部分架構(gòu)如圖1所示，空間網(wǎng)絡(luò)被劃分為管理層、控制層和轉(zhuǎn)發(fā)層。轉(zhuǎn)發(fā)層包括多層 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)W及地面網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)，轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)體運(yùn)行軟件交換機(jī)，根據(jù)控制器下發(fā)流表中 的匹配行為進(jìn)行包轉(zhuǎn)發(fā)，低軌道化0W Earth化bit,LEO)衛(wèi)星作為接入層直接與地面用戶 交互數(shù)據(jù)，中軌道（Medium Earth Orbit,ME0)衛(wèi)星和地球同步軌道（Geosynchronous Earth化bit,GEO)衛(wèi)星覆蓋接入層，承接從接入層傳送來的數(shù)據(jù)，通過星間鏈路向?qū)Χ说?地面用戶轉(zhuǎn)發(fā)?？刂茖影臻g控制器W及地面網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)控制器，空間控制器在 運(yùn)個(gè)架構(gòu)中由地球同步軌道衛(wèi)星承載，它一方面負(fù)責(zé)把管理層的策略轉(zhuǎn)換成流表傳遞給數(shù) 據(jù)層，另一方面通過南向接口監(jiān)控衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)(包括鏈路狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)流量等），然后把運(yùn) 些信息發(fā)送給管理層，使得管理層對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)全局抽象的掌控。管理層的實(shí)體為衛(wèi) 星網(wǎng)絡(luò)管理中屯、（Satellite化twork Management Center,SNMC)，它位于地面骨干網(wǎng)中， 負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的注冊(cè)與查詢，為多種應(yīng)用運(yùn)行不同的模塊，例如路由策略、 安全策略、資源管理和移動(dòng)性管理。
[0003] 由于空間網(wǎng)絡(luò)具有長(zhǎng)時(shí)延、高誤碼率、連接頻繁中斷等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議找 不能適應(yīng)運(yùn)樣復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，延遲容忍網(wǎng)絡(luò)(DTN,Delay Tolerant化twork)架構(gòu)是一種 可W在受限網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)有效通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，適合應(yīng)用在空間網(wǎng)絡(luò)中。在DTN的設(shè)計(jì)架 構(gòu)中，引入了一個(gè)面向消息的覆蓋層，它位于0SI模型中的應(yīng)用層之下、傳輸層之上，可W為 下層的各種不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供統(tǒng)一的接口，滿足各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中用戶的傳輸需要。覆蓋層 目前使用的是包裹層協(xié)議(Bundle Protocol，BP)，具有持續(xù)存儲(chǔ)能力從而抵抗網(wǎng)絡(luò)中斷導(dǎo) 致的丟包。DTN還在覆蓋層之下引入?yún)R聚適配傳輸層，充當(dāng)傳輸層協(xié)議與BP協(xié)議的轉(zhuǎn)換接 口，其中Licklider傳輸協(xié)議(Xicklider Transmission Protocol ,LTP)是最常用的匯聚適 配傳輸層協(xié)議?，F(xiàn)有的DTN部署方式中，比較常用的是ION(Inte;rplaneta;ry Overlay Network),它是一款開源的DTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，使用的默認(rèn)路由方式為CGR(Contact Graph Routing，CGR)，鏈路的選擇基于鏈路通斷時(shí)間、鏈路速率、節(jié)點(diǎn)間時(shí)延等信息綜合得 到。
[0004] 目前，空間網(wǎng)絡(luò)中的QoS保障方法研究集中在數(shù)據(jù)鏈路層，研究無線資源的分配優(yōu) 化。然而基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)解決QoS保障問題考慮的不是信道上資源的優(yōu)化，而是資源分配 的有效性和公平性。即在某個(gè)時(shí)間前提下，各個(gè)鏈路的資源是一定的，從用戶的角度看，帶 寬、時(shí)延、丟包率(抖動(dòng))運(yùn)些服務(wù)質(zhì)量參數(shù)是確定的，如何把運(yùn)些資源最優(yōu)化地分配給相應(yīng) 的服務(wù)，滿足不同等級(jí)服務(wù)的QoS需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法，該方法中策略制定 及下發(fā)的過程主要由衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中屯、承載。首先該方法基于DTN架構(gòu)W解決傳統(tǒng)協(xié)議無 法適應(yīng)空間網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜環(huán)境的問題，進(jìn)一步主要解決的核屯、技術(shù)問題是針對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)中各種 業(yè)務(wù)的不同QoS需求，如何優(yōu)化資源分配，進(jìn)行按需服務(wù)W達(dá)到QoS保障的目的。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0007] -種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法，如圖2所示，該方法的步驟包括：
[0008] S1、對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)服務(wù)進(jìn)行服務(wù)等級(jí)劃分；
[0009] S2、基于服務(wù)等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)中的用戶服務(wù)等級(jí)進(jìn)行認(rèn)證；
[0010] S3、利用ToS標(biāo)簽對(duì)不同服務(wù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行標(biāo)記；
[0011] S4、實(shí)時(shí)收集空間網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)；
[0012] S5、對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息進(jìn)行分析，計(jì)算服務(wù)質(zhì)量保障因子，并根據(jù) 該保障因子判斷空間網(wǎng)絡(luò)中每條鏈路所能提供的服務(wù)質(zhì)量水平。
[0013] 優(yōu)選地，所述步驟S1中所述服務(wù)等級(jí)劃分為:常速率業(yè)務(wù)、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、突發(fā)業(yè)務(wù)和 盡最大能力交付業(yè)務(wù)；四個(gè)等級(jí)的優(yōu)先級(jí)關(guān)系為:常速率業(yè)務(wù)〉實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)〉突發(fā)業(yè)務(wù)〉盡最大 能力交付業(yè)務(wù)。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟3中基于D?數(shù)據(jù)包對(duì)ToS標(biāo)簽進(jìn)行設(shè)置，具體的，
[001引在每個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)上先區(qū)分出DTN流和普通TCP/IP流，再區(qū)分出存儲(chǔ)流和轉(zhuǎn)發(fā)流；
[0016] 基于存儲(chǔ)流的目的地址為本地和轉(zhuǎn)發(fā)流的目的地址為下一跳的特點(diǎn)，對(duì)存儲(chǔ)流的 ToS值進(jìn)行匹配，并對(duì)每個(gè)新產(chǎn)生的轉(zhuǎn)發(fā)流重新添加一次ToS值。
[0017] 優(yōu)選地，所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息包括:鏈路延時(shí)、鏈路上的數(shù)據(jù)率和丟包率。
[0018] 優(yōu)選地，所述鏈路時(shí)延的監(jiān)測(cè)步驟包括：
[0019] 構(gòu)建一個(gè)特定類型的時(shí)延探測(cè)包，發(fā)送至空間網(wǎng)絡(luò)中；
[0020] 控制時(shí)延探測(cè)包的路徑，實(shí)時(shí)記錄當(dāng)前時(shí)刻記下時(shí)間戳并存儲(chǔ)；
[0021 ]計(jì)算鏈路時(shí)延Latency(si,S2);
，其中，Ttotai是 整個(gè)時(shí)延測(cè)量過程中的時(shí)間，7；是當(dāng)前空間網(wǎng)絡(luò)中采用控制器與交換機(jī)S1之間的往返時(shí)延 RTT，7；是當(dāng)前空間網(wǎng)絡(luò)中采用控制器與交換機(jī)S2之間的往返時(shí)延RTT，假設(shè)控制信道是對(duì) 稱的，則單項(xiàng)的時(shí)延為RTT的一半，C是當(dāng)前空間網(wǎng)絡(luò)中采用控制器的校準(zhǔn)值。
[0022]優(yōu)選地，利用空間網(wǎng)絡(luò)中鏈路端口狀態(tài)信息，計(jì)算所述鏈路上的數(shù)據(jù)率bw_util:
岸中，po;rt_state_timeout是設(shè)定的一個(gè)端口狀態(tài) 有效周期，A tx_bytes是有效周期中當(dāng)前鏈路上發(fā)送的字節(jié)數(shù)。
[002引優(yōu)選地，利用空間網(wǎng)絡(luò)中鏈路端口狀態(tài)信息，計(jì)算所述丟包率loss :
妻中，Δ tx_d;ropped是端口狀態(tài)有效周期內(nèi)發(fā)送隊(duì)列丟棄的包 數(shù)目，Δ tx_packets是端口狀態(tài)有效周期內(nèi)發(fā)送的包數(shù)。
[0024] 優(yōu)選地，所述步驟5中計(jì)算保障因子的步驟包括：
[0025] S51、預(yù)先設(shè)定與每個(gè)服務(wù)等級(jí)的ToS值相對(duì)應(yīng)的加權(quán)系數(shù)ki，i = 1，2，3，并存儲(chǔ)于 本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，其中，41古2，1?古4分別是服務(wù)等級(jí)業(yè)務(wù)對(duì)于帶寬、時(shí)延、丟包率和鏈路切換速 度的的敏感度，加權(quán)系數(shù)ki越大敏感度越高；
[0026] S52、基于當(dāng)前獲取的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息和相應(yīng)服務(wù)等級(jí)的加權(quán)系數(shù)ki，設(shè)一條由li，i = 1，2,3···，η組成的路徑P，計(jì)算路徑P對(duì)于業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量QoS需求的QoS保障因子：
，其中，Pt(li)是鏈路當(dāng)前 數(shù)據(jù)率，Tt(li)是鏈路時(shí)延，Dt(li)是丟包率，max[v(li)]是衛(wèi)星鏈路最大的切換速度，m是一 個(gè)常數(shù)，用于平衡時(shí)延、丟包率的大小對(duì)于保障因子的影響，m>l，因?yàn)闀r(shí)延、丟包率的值較 數(shù)據(jù)率會(huì)小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0027] S53、根據(jù)保障因子的大小，判斷此條鏈路的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)是否滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)流的傳 輸。
[0028] 優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括:S6、將服務(wù)質(zhì)量保障因子作為權(quán)重，將空間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù) 層的鄰接矩陣作為計(jì)算最短路徑的圖，利用Floyd-Warshall算法計(jì)算最短路徑，并根據(jù)該 最短路徑進(jìn)行流量調(diào)度。
[0029] 優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括:S7、基于流量的調(diào)度結(jié)果，對(duì)共享帶寬情況下的共享 鏈路的數(shù)據(jù)流進(jìn)行帶寬分配。
[0030] 優(yōu)選地，所述步驟S7包括：
[0031] 將經(jīng)過服務(wù)等級(jí)認(rèn)證后到收到衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)的傳輸完畢信號(hào)前的數(shù)據(jù)流作為當(dāng)前網(wǎng) 絡(luò)中所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流；
[0032] 判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中并行流量的共享鏈路，并根據(jù)流量調(diào)度的結(jié)果對(duì)共享鏈路上的數(shù) 據(jù)流進(jìn)行帶寬分配。優(yōu)選地，利用雙向移動(dòng)邊界帶寬分配方法為不同服務(wù)等級(jí)的數(shù)據(jù)流劃 分帶寬。
[0033] 優(yōu)選地，在非共享帶寬時(shí)不進(jìn)行帶寬分配，使數(shù)據(jù)流在鏈路上自由傳輸。
[0034] 一種用于制定空間網(wǎng)絡(luò)QoS策略的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中屯、，該管理中屯、包括：
[0035] 服務(wù)等級(jí)認(rèn)證模塊，基于服務(wù)等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)中的用戶服務(wù)等級(jí)進(jìn) 行認(rèn)證;若服務(wù)等級(jí)認(rèn)證成功，則發(fā)出為該認(rèn)證成功的用戶的服務(wù)等級(jí)進(jìn)行標(biāo)記的標(biāo)記信 號(hào);若服務(wù)等級(jí)認(rèn)證失敗，則發(fā)出暫時(shí)拒絕該用戶接入空間網(wǎng)絡(luò)的拒絕標(biāo)記信號(hào)；
[0036] 保障因子計(jì)算單元，對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息進(jìn)行分析，計(jì)算服務(wù)質(zhì)量 保障因子。
[0037] 優(yōu)選地，所述保障因子計(jì)算單元執(zhí)行：
[0038] 基于當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息和相應(yīng)服務(wù)等級(jí)的加權(quán)系數(shù)ki，設(shè)一條由li，i = l，2， 3…，η組成的路徑P，計(jì)算路徑P對(duì)于業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量QoS需求的QoS保障因子：
其中，Pt(li)是鏈路當(dāng)前 數(shù)據(jù)率，Tt(li)是鏈路時(shí)延，Dt(li)是丟包率，max[v(li)]是衛(wèi)星鏈路最大的切換速度，ki，i =1，2,3,4,為每個(gè)服務(wù)等級(jí)的ToS值相對(duì)應(yīng)的加權(quán)系數(shù)，ki，k2，k3，k4分別是服務(wù)等級(jí)業(yè)務(wù) 對(duì)于帶寬、時(shí)延、丟包率和鏈路切換速度的敏感度。m是一個(gè)常數(shù)，用于平衡時(shí)延、丟包率的 大小對(duì)于保障因子的影響，m>l，因?yàn)闀r(shí)延、丟包率的值較數(shù)據(jù)率會(huì)小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0039] 優(yōu)選地，該中屯、進(jìn)一步包括:流量調(diào)度單元，用于利用Floyd-Warshal 1算法計(jì)算最 短路徑，并根據(jù)該最短路徑進(jìn)行流量調(diào)度。
[0040] 優(yōu)選地，所述流量調(diào)度單元包括：
[0041] 權(quán)重設(shè)定模塊，獲取待調(diào)度鏈路的保障因子，作為最短路徑計(jì)算的權(quán)重；
[0042] 拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)模塊，獲得當(dāng)前空間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層的鄰接矩陣；
[0043] 最短路徑計(jì)算模塊，將服務(wù)質(zhì)量保障因子作為權(quán)重，將空間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層的鄰接矩 陣作為計(jì)算最短路徑的圖，利用Floyd-Warshall算法計(jì)算最短路徑。
[0044] 優(yōu)選地，該中屯、進(jìn)一步包括:帶寬分配單元，用于在空間網(wǎng)絡(luò)中存在共享帶寬時(shí)， 對(duì)共享鏈路上的數(shù)據(jù)流進(jìn)行帶寬分配。
[0045] 優(yōu)選地，所述帶寬分配單元包括：
[0046] 判斷模塊，判斷空前網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)前是否存在并行流量，若有，則進(jìn)行帶寬分配，若沒 有，則不進(jìn)行帶寬分配，使數(shù)據(jù)流在鏈路上自由傳輸；
[0047] 分配模塊，根據(jù)流量調(diào)度的結(jié)果，對(duì)共享鏈路上的數(shù)據(jù)流進(jìn)行帶寬分配。
[0048] 優(yōu)選地，帶寬分配單元利用雙向移動(dòng)邊界帶寬分配方法為不同服務(wù)等級(jí)的數(shù)據(jù)流 劃分帶寬。
[0049] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0050] 本發(fā)明所述技術(shù)方案在保證網(wǎng)絡(luò)高利用率的同時(shí)，可W根據(jù)數(shù)據(jù)流的不同優(yōu)先級(jí) 實(shí)現(xiàn)差別服務(wù)，從而為語音、視頻等數(shù)據(jù)流提供有帶寬保證的低延時(shí)、低丟包率的服務(wù)，優(yōu) 化空間資源分配，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的按需服務(wù)。
【附圖說明】
[0051] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明；
[0052] 圖1示出本方案所述基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的空間網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的示意圖；
[0053] 圖2示出基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法流程圖；
[0054] 圖3示出基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障系統(tǒng)的示意圖；
[0055] 圖4示出本方案所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控模塊的時(shí)延探測(cè)帖結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056] 圖5示出本方案所述雙向移動(dòng)邊界帶寬分配方法的示意圖；
[0057] 圖6示出本方案所述DTN流量服務(wù)等級(jí)標(biāo)識(shí)方法的示意圖；
[0058] 圖7示出本方案所述空間網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)監(jiān)控方法流程圖；
[0059] 圖8示出本方案所述一種基于QoS保障因子的流量調(diào)度方法的示意圖；
[0060] 圖9示出本方案所述一種空間網(wǎng)絡(luò)共享鏈路帶寬分配方法的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0061] 為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說 明。附圖中相似的部件W相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體 描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)W此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0062] 本發(fā)明基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為空間網(wǎng)絡(luò)提供一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的空間網(wǎng) 絡(luò)服務(wù)質(zhì)量QoS保障方案，本方案針對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)中各種業(yè)務(wù)的不同服務(wù)質(zhì)量QoS需求，為其 提供相應(yīng)的QoS保障策略。
[0063] 如圖2所示，為本方案所述基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障系統(tǒng)的示意圖。 該QoS保障系統(tǒng)由管理層、控制層及轉(zhuǎn)發(fā)層共同協(xié)作實(shí)現(xiàn)，如圖中所示它包括一個(gè)自下而上 的信息收集過程和一個(gè)自上而下的策略下發(fā)過程。
[0064] 該系統(tǒng)中轉(zhuǎn)發(fā)層包括Ξ層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)W及地面網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)。Ξ層衛(wèi)星網(wǎng) 絡(luò)架構(gòu)中的轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)體按照控制層下發(fā)的流表規(guī)則完成數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，并在收到控制層的詢 問消息后，周期性地反饋它們的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)中包含服務(wù)等級(jí)標(biāo)識(shí)和訪問控制兩種 服務(wù)，它根據(jù)控制層下發(fā)的策略使數(shù)據(jù)流經(jīng)過相應(yīng)的服務(wù)。
[0065] 控制層包括空間控制器和衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)控制器，空間控制器由GE0衛(wèi)星承載，（GE0衛(wèi)星 的角色分為控制層GE0和轉(zhuǎn)發(fā)層GE0兩種，前者用于承載控制器，后者參與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)）?？刂?層GE0-方面負(fù)責(zé)把管理層的策略轉(zhuǎn)換成流表傳遞給數(shù)據(jù)層，另一方面收集轉(zhuǎn)發(fā)層的網(wǎng)絡(luò) 狀態(tài)信息，經(jīng)過信息處理得到鏈路當(dāng)前數(shù)據(jù)率、時(shí)延、丟包率等直接影響服務(wù)質(zhì)量的參數(shù)， 再告知管理層。衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)控制器則根據(jù)管理層下發(fā)的策略，啟用衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)中的服務(wù)功能并 在服務(wù)完成時(shí)告知管理層。
[0066] 管理層的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中屯、（S醒C)是QoS保障策略下發(fā)的核屯、，它的主要功能是 基于控制層告知的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息制定策略，QoS保障的策略包括Ξ個(gè)方面內(nèi)容：（1)服務(wù)等 級(jí)認(rèn)證；（2)流量調(diào)度；（3)帶寬分配。服務(wù)等級(jí)認(rèn)證的結(jié)果由測(cè)MC下發(fā)給衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)控制器， 若服務(wù)等級(jí)認(rèn)證成功，衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)控制器調(diào)用衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)中的服務(wù)等級(jí)標(biāo)識(shí)功能，為該用戶的 數(shù)據(jù)流添加 ToS(Type of Service)標(biāo)簽;若服務(wù)等級(jí)認(rèn)證失敗，衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)控制器則控制數(shù) 據(jù)流經(jīng)過衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)中的訪問控制服務(wù)，暫時(shí)不接入空間網(wǎng)絡(luò)。流量調(diào)度為不同服務(wù)等級(jí)的 數(shù)據(jù)流規(guī)劃滿足QoS需求的傳輸路徑，帶寬分配則在共享鏈路狀態(tài)下按需提供基于優(yōu)先級(jí) 的帶寬資源，流量調(diào)度和帶寬分配的結(jié)果由SNMC下發(fā)給控制層GE0衛(wèi)星，管理層策略經(jīng)過控 制層GE0衛(wèi)星處理后，轉(zhuǎn)換成流表的形式下發(fā)給轉(zhuǎn)發(fā)層，轉(zhuǎn)發(fā)層按照流表規(guī)則完成數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn) 發(fā)。
[0067] 本方案所述基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法，如圖3所示，具體包括如 下步驟：
[0068] S1、對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)服務(wù)進(jìn)行服務(wù)等級(jí)劃分；
[0069] 本方法把空間網(wǎng)絡(luò)中的用戶劃分到四個(gè)服務(wù)等級(jí)(CoS,Class of Service)。具體 劃分方法如下：常速率業(yè)務(wù)，它的網(wǎng)絡(luò)性能需求最高，需得到高帶寬、低時(shí)延和低丟包率的 業(yè)務(wù)體驗(yàn)，由此把運(yùn)類業(yè)務(wù)劃分到CoSl，優(yōu)先級(jí)也是最高的，例如音頻/視頻應(yīng)用；實(shí)時(shí)業(yè) 務(wù)，它對(duì)于時(shí)延運(yùn)個(gè)性能指標(biāo)要求很高，在不作出任何請(qǐng)求前就需得到空間網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)，把 運(yùn)類業(yè)務(wù)劃分到CoS2;突發(fā)業(yè)務(wù)，能夠接受較CoS2高一些的時(shí)延，但是需要發(fā)送帶寬請(qǐng)求， 帶寬要求較CoS2高一些，此類業(yè)務(wù)劃分到CoS3;盡最大能力交付業(yè)務(wù)，它所能獲得的服務(wù)質(zhì) 量體驗(yàn)完全取決于高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的資源占用情況，屬于CoS4運(yùn)個(gè)最低優(yōu)先級(jí)。用戶的服務(wù) 等級(jí)優(yōu)先級(jí)由CoSl-CoS4遞減。
[0070] S2、基于服務(wù)等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)中的用戶服務(wù)等級(jí)進(jìn)行認(rèn)證；
[0071] 基于CoS劃分標(biāo)準(zhǔn)，用戶的服務(wù)等級(jí)需要有一個(gè)公平的認(rèn)證過程。運(yùn)個(gè)服務(wù)等級(jí)認(rèn) 證模塊被放置在SNMC中。首先地面骨干網(wǎng)中的用戶向SNMC發(fā)送所需服務(wù)的QoS要求，S醒C通 過分析QoS需求來判定該用戶的服務(wù)等級(jí)，并將結(jié)果告知衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)控制器。SNMC本地的數(shù)據(jù) 庫(kù)中存儲(chǔ)著相應(yīng)等級(jí)的ToS值，與四個(gè)服務(wù)等級(jí)對(duì)應(yīng)，ToS值分布在四個(gè)集合中tos_cosl、 tos_cos2、tos_cos3W及tos_cos4,在每一次服務(wù)等級(jí)認(rèn)證時(shí)從相應(yīng)等級(jí)的集合中選取一 個(gè)ToS值，同樣一個(gè)值不可重復(fù)選擇，由此即便是同一服務(wù)等級(jí)的用戶也可W區(qū)分出來。衛(wèi) 星網(wǎng)關(guān)控制器下發(fā)策略，調(diào)用衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)中的服務(wù)等級(jí)標(biāo)識(shí)功能，指導(dǎo)衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)給該用戶的 數(shù)據(jù)流貼上相應(yīng)服務(wù)等級(jí)的ToS標(biāo)簽，并回應(yīng)給控制器完成服務(wù)等級(jí)標(biāo)識(shí)的信號(hào)。衛(wèi)星網(wǎng)關(guān) 控制器收到該消息后，再回應(yīng)SNMC，確認(rèn)整個(gè)服務(wù)等級(jí)認(rèn)證過程順利完成。
[0072] S3、利用ToS標(biāo)簽對(duì)不同服務(wù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行標(biāo)記；
[0073] 在基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的空間網(wǎng)絡(luò)中，依照CoS劃分標(biāo)準(zhǔn)為不同CoS的數(shù)據(jù)流貼上不 同的ToS標(biāo)簽，如果僅僅通過匹配南向接口協(xié)議化enFlow的匹配元組ToS，數(shù)據(jù)層的衛(wèi)星路 由器或交換機(jī)設(shè)備只能在第一跳區(qū)分出不同CoS的用戶，因?yàn)榭臻g網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用了實(shí)現(xiàn)DTN架構(gòu) 的I0N平臺(tái)，數(shù)據(jù)包遵循存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的機(jī)制，在經(jīng)過每一跳衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)后覆蓋層W下都要分片重 組，而ToS標(biāo)簽位于IP頭中，在分片重組的過程中會(huì)被重置，或者從本質(zhì)上說因?yàn)榛痚nFlow 技術(shù)的匹配元組只分布在二到五層，所W覆蓋層W下沒有穩(wěn)定不變的可W被匹配的元組。
[0074] 本方案中，基于DTN數(shù)據(jù)包對(duì)ToS設(shè)置進(jìn)行了特有的設(shè)計(jì)，使得ToS標(biāo)簽?zāi)軌蜃鳛橐?個(gè)連續(xù)穩(wěn)定的標(biāo)識(shí)，像識(shí)別因特網(wǎng)中的普通流量一樣來識(shí)別不同等級(jí)的DTN包。其主要思想 是在每個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)上先區(qū)分出DTN流和普通，再區(qū)分出存儲(chǔ)流和轉(zhuǎn)發(fā)流，存儲(chǔ)流的 目的地址為本地，轉(zhuǎn)發(fā)流的目的地址為下一跳，控制層GE0匹配存儲(chǔ)流的ToS值，對(duì)于每個(gè)新 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)發(fā)流重新添加一次ToS值，由此下一跳的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)在收到該數(shù)據(jù)包后，依舊能夠根 據(jù)ToS來劃分服務(wù)等級(jí)，從而做出正確的QoS保障策略。
[0075] S4、實(shí)時(shí)收集空間網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)；
[0076] 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)收集是QoS保障必不可少的環(huán)節(jié)，尤其是在空間網(wǎng)絡(luò)中，拓?fù)渥兓l繁， 更需要實(shí)時(shí)地對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行收集?；谲浖x網(wǎng)絡(luò)的QoS保障方法不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架 構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)管理方式，它利用化enFlow技術(shù)完成網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)收集，所收集的信息包括鏈路延 時(shí)、鏈路上的數(shù)據(jù)率W及丟包率。
[0077] 鏈路延時(shí)通過主動(dòng)測(cè)量方式得到，需要構(gòu)造一個(gè)特定類型的時(shí)延探測(cè)包，發(fā)送到 網(wǎng)絡(luò)中?？刂茖覩E0衛(wèi)星需要控制時(shí)延探測(cè)包的路徑，在相應(yīng)時(shí)刻記下時(shí)間戳并存儲(chǔ)起來用 于計(jì)算時(shí)延。首先創(chuàng)造出一個(gè)基本的W太網(wǎng)帖，使用廣播地址作為它的目的地址，控制層 GE0端口的硬件地址作為發(fā)送此包的源地址。運(yùn)個(gè)特定的包被定義為0x07c3的W太網(wǎng)類型， 它的負(fù)載有源端口號(hào)和包生成時(shí)的時(shí)間戳組成。如圖3所示。控制器接著要求交換機(jī)S1通過 化cket-out中注明的一個(gè)特定端口把包發(fā)送出去，鏈路另一端的交換機(jī)S2找不到運(yùn)個(gè)W太 網(wǎng)類型的流表?xiàng)l目于是通過化cket-in包的形式把它返回給GEOdGEO在收到0x07c3類型的 數(shù)據(jù)包后，調(diào)用鏈路狀態(tài)監(jiān)控模塊而非轉(zhuǎn)發(fā)模塊，轉(zhuǎn)發(fā)模塊會(huì)默認(rèn)對(duì)未知的包進(jìn)行洪泛，監(jiān) 控模塊則能取出包并通過接收時(shí)間和負(fù)載中的時(shí)間戳計(jì)算出整個(gè)過程的時(shí)延。然后還需要 減去數(shù)據(jù)包在上下行鏈路上花費(fèi)的時(shí)間。運(yùn)個(gè)時(shí)間通過Stats-request和Stats-r邱ly消息 來得到。綜上所述鏈路時(shí)延如式所示：
[007引
[0079] 其中，TtDtai是整個(gè)時(shí)延測(cè)量過程的時(shí)間，Tsi是控制器與SI之間的RTT，Tsi是控制器 與S2之間的RTT，假設(shè)控制信道是對(duì)稱的，由此單向的時(shí)延為RTT的一半。C是控制器的校準(zhǔn) 值，運(yùn)個(gè)值是衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延探測(cè)帖的額外時(shí)延開銷，不屬于鏈路時(shí)延范圍內(nèi)。
[0080] 鏈路當(dāng)前數(shù)據(jù)率W及丟包率的監(jiān)測(cè)原理與時(shí)延類似，直接利用化enFlow消息中的 端口狀態(tài)信息，端口狀態(tài)結(jié)構(gòu)體0FP_P0RT_STATS包括發(fā)送和接收到的包數(shù)目、發(fā)送和接收 到的字節(jié)數(shù)目、作為發(fā)送端和接收端丟棄的包數(shù)目等。利用運(yùn)些信息便可W計(jì)算出當(dāng)前鏈 路上的吞吐量和丟包率。
[0081]鏈路當(dāng)前數(shù)據(jù)率如下式所示，po;rt_state_timeout t是設(shè)定的一個(gè)端口狀態(tài)有效 周期；Atx_bytes是運(yùn)個(gè)有效周期中當(dāng)前鏈路上發(fā)送的字節(jié)數(shù)。
[0082]
[0083] 丟包率的計(jì)算如下式所示，Δ tx_hopped是端口狀態(tài)有效周期內(nèi)發(fā)送隊(duì)列丟棄的 包數(shù)目，Δ tx_packets是端口狀態(tài)有效周期內(nèi)發(fā)送的包數(shù)目。
[0084]
[0085] W上網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息的監(jiān)控過程由控制層GE0完成，并周期性地將收集到的網(wǎng)絡(luò)狀 態(tài)信息告知S醒C，S醒C收到后會(huì)給予回應(yīng)確認(rèn)，并根據(jù)運(yùn)些實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，做出QoS 保障的策略。
[0086] S5、對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息進(jìn)行分析，計(jì)算服務(wù)質(zhì)量保障因子，并根據(jù) 該保障因子判斷空間網(wǎng)絡(luò)中每條鏈路所能提供的服務(wù)質(zhì)量水平
[0087] 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中屯、在接收到控制層GE0告知的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息之后，需對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài) 信息進(jìn)行分析，判斷空間網(wǎng)絡(luò)中每條鏈路所能提供的服務(wù)質(zhì)量水平。由于業(yè)務(wù)對(duì)于服務(wù)質(zhì) 量的需求并不是單一的，需將多個(gè)QoS度量參數(shù)映射為一個(gè)單一參數(shù)，稱為QoS保障因子，作 為鏈路狀態(tài)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，如式：
[008引
[0089] 上式中，P是一條由li，i = l，2,3…，η組成的路徑，Pt(li)是鏈路當(dāng)前數(shù)據(jù)率，Tt(li) 是鏈路時(shí)延，Dt(li)是丟包率。運(yùn)些參數(shù)值都與時(shí)間有關(guān)，它通過控制層GEO網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān) 控模塊得到，周期性地更新，由此QoS保障因子的值也與時(shí)間息息相關(guān)，符合空間網(wǎng)絡(luò)的動(dòng) 態(tài)性。41，1 = 1，2,3,4為事先設(shè)定的常數(shù)，通過賦予每個(gè)服務(wù)等級(jí)的流量不同的41，1?，1?^4 來計(jì)算每條鏈路的QoS保障因子，m是一個(gè)常數(shù)，用于平衡時(shí)延、丟包率的大小對(duì)于保障因子 的影響，m> 1，因?yàn)闀r(shí)延、丟包率的值較數(shù)據(jù)率會(huì)小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0090] SNMC維護(hù)著一個(gè)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，把ki運(yùn)個(gè)加權(quán)系數(shù)與ToS值的對(duì)應(yīng)關(guān)系存儲(chǔ)起來，在 為某個(gè)CoS數(shù)據(jù)流計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中鏈路的QoS保障因子時(shí)，便調(diào)用相應(yīng)等級(jí)的ki值，ki，i = l，2,3 體現(xiàn)得分別是業(yè)務(wù)對(duì)于帶寬、時(shí)延和丟包率的敏感度，取值越大敏感度越高。例如CoS2與 CoS3相比，對(duì)時(shí)延要求較高，對(duì)帶寬要求則較低，由此CoS2的ki小于CoS3的ki，而CoS2的k2則 大于CoS3的k2,即對(duì)于同一條鏈路，帶寬占用情況對(duì)于CoS3的影響大于CoS2,時(shí)延對(duì)于CoS2 的影響大于CoS3。而max[v(li)]是衛(wèi)星鏈路最大的切換速度，運(yùn)個(gè)參數(shù)可W通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò) 星座切換周期、運(yùn)動(dòng)軌跡等來預(yù)測(cè)，也可由STK仿真得到的可見性分析結(jié)果計(jì)算得到，它會(huì) 影響到業(yè)務(wù)流的傳輸時(shí)延，所W-般情況下k4與時(shí)延的系數(shù)k2相同，一同體現(xiàn)業(yè)務(wù)對(duì)于時(shí)延 參量的敏感度。
[0091] QoS保障因子Ct(p)反應(yīng)了路徑P對(duì)于業(yè)務(wù)流的QoS需求滿足情況，運(yùn)個(gè)參數(shù)值越 大，說明此條鏈路的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)越有利于該業(yè)務(wù)流的傳輸，QoS保障越可靠，反之，此條鏈路的 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不利于該業(yè)務(wù)流的傳輸。
[0092] S6、基于QoS保障因子的流量調(diào)度
[0093] QoS保障方法提供了流量調(diào)度功能，它實(shí)現(xiàn)的是空間網(wǎng)絡(luò)中不同CoS業(yè)務(wù)的選路過 程，本質(zhì)上是一種基于QoS最短路徑算法，使用的是改進(jìn)后的多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的Floyd-Warshall 算法。流量調(diào)度功能由空間網(wǎng)絡(luò)中控制層GEO和地面骨干網(wǎng)中SNMC協(xié)作完成。挪MC運(yùn)行基于 QoS的最短路徑計(jì)算模塊，在獲得GE0告知的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息之后，根據(jù)所認(rèn)證的服務(wù)等級(jí)計(jì) 算QoS保障因子，該數(shù)值作為鏈路權(quán)重輸入到最短路徑算法中。而空間網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錉顟B(tài)也需 要由控制層GE0來提供，控制層GE0中運(yùn)行了基于LLDP(Link Layer DiscoveiT Protocol, 鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議）的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)模塊，可W得到一個(gè)空間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層的鄰接矩陣，告知SNMC， 作為最短路徑算法的圖輸入到基于QoS的最短路徑計(jì)算模塊。最終SNMC能得到一條QoS保障 最優(yōu)路徑，運(yùn)個(gè)結(jié)果僅僅包括路徑中的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)信息，它由SNMC傳遞給控制層GE0衛(wèi)星。
[0094] 控制層GE0衛(wèi)星需對(duì)原始路徑進(jìn)行加工，添加每一跳的入端口、出端口、源MAC地 址、目的MAC地址等更詳盡的信息，組織好Flow-mod消息的match結(jié)構(gòu)（流表匹配字段）和 action結(jié)構(gòu)(流表動(dòng)作字段），再發(fā)送給數(shù)據(jù)層的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，形成一條成熟的流量調(diào)度路徑， 為不同CoS的用戶提供QoS保障?？刂茖覩E0衛(wèi)星還維護(hù)著一個(gè)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀 態(tài)周期內(nèi)不同CoS對(duì)應(yīng)的原始路徑，即在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)收集結(jié)果沒有改變的前提下，倘若本地?cái)?shù) 據(jù)庫(kù)中已有該CoS的原始路徑結(jié)果，不再請(qǐng)求挪MC進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，直接詢問本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，降 低了不必要的通信和計(jì)算開銷。
[00%] S7、基于流量的調(diào)度結(jié)果，對(duì)共享帶寬情況下的共享鏈路的數(shù)據(jù)流進(jìn)行帶寬分配。
[0096] QoS保障方法還提供了帶寬分配功能，為了保證單數(shù)據(jù)流的情況下能夠體驗(yàn)最高 的帶寬服務(wù)，在非共享帶寬時(shí)不啟用帶寬分配模塊，使數(shù)據(jù)流在鏈路上自由傳輸。為了判斷 空間網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)前是否存在并行流量，衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)在數(shù)據(jù)流完成傳輸后需要告知SNMC，SNMC認(rèn) 為經(jīng)過服務(wù)等級(jí)認(rèn)證后到收到衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)的傳輸完畢信號(hào)前的數(shù)據(jù)流為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中所傳輸 的數(shù)據(jù)流。根據(jù)流量調(diào)度模塊的計(jì)算結(jié)果判斷出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中并行流量的共享鏈路，再對(duì)共 享鏈路上的數(shù)據(jù)流進(jìn)行帶寬分配。
[0097] S醒C中的帶寬分配模塊根據(jù)雙向移動(dòng)邊界帶寬分配方法來為不同CoS數(shù)據(jù)流劃分 帶寬。CoSl的常速率業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的要求比較大，設(shè)為qi，CoS2的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和CoS3的突發(fā)性業(yè) 務(wù)對(duì)于帶寬的要求基本一致，設(shè)為Q2,當(dāng)qi和Q2分配給相關(guān)的應(yīng)用之后，當(dāng)前鏈路剩余的帶 寬分配給盡最大能力交付的數(shù)據(jù)即q3 = B-qi-q2,即常速率應(yīng)用和實(shí)時(shí)/突發(fā)性業(yè)務(wù)所請(qǐng)求 的帶寬大小決定了中間盡最大能力交付數(shù)據(jù)可W分配到的帶寬。如圖4所示。當(dāng)qi+q2<B時(shí)， 鏈路剩下的帶寬提供給Q3;當(dāng)qi+q2 = B時(shí)，q3 = 0,即不提供給盡最大能力交付的數(shù)據(jù)任何帶 寬，進(jìn)一步地當(dāng)qi+Q2〉B時(shí)，先保證qi的帶寬，鏈路上剩下的部分帶寬盡力提供給Q2。在并行 流量傳輸過程中，各個(gè)隊(duì)列的狀態(tài)會(huì)動(dòng)態(tài)地發(fā)生改變，例如當(dāng)SNMC收到衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)的消息，被 告知CoSl等級(jí)服務(wù)完成，則刪除qi隊(duì)列，即qi = 0,帶寬分配狀態(tài)可能由qi+Q2〉B變化到qi+Q2< B，此時(shí)可改變帶寬分配策略，為盡最大能力交付的q3提供帶寬。
[009引 W上帶寬分配策略由卻MC發(fā)送給控制層GEO，GEO衛(wèi)星響應(yīng)管理層下發(fā)的動(dòng)態(tài)策 略，通過化enFlow協(xié)議能夠控制數(shù)據(jù)層衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的隊(duì)列操作，包括添加、刪除、修改隊(duì)列配 置等。數(shù)據(jù)層衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)上承載的化en vSwitch(軟件交換機(jī))通過在每個(gè)端口建立HTB隊(duì)列 的方式提供了帶寬隔離的能力。在共享鏈路狀態(tài)下，當(dāng)GE0向交換機(jī)發(fā)送消息指定數(shù)據(jù)流從 某個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，也會(huì)指出是從該端口的哪個(gè)隊(duì)列發(fā)送，運(yùn)樣虛擬網(wǎng)絡(luò)之間的帶寬得到了 隔離，達(dá)到了帶寬分配的目的，為不同CoS服務(wù)提供了QoS保障。
[0099] 本方案中，位于地面骨干網(wǎng)中的衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)為空間網(wǎng)絡(luò)提供兩個(gè)服務(wù)功能，服務(wù)等 級(jí)標(biāo)識(shí)和訪問控制功能，運(yùn)兩個(gè)功能都需事先在SNMC中注冊(cè)。前面已經(jīng)提到，在S醒C完成服 務(wù)等級(jí)認(rèn)證之后，由衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)控制器控制數(shù)據(jù)流經(jīng)過衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)中的服務(wù)等級(jí)標(biāo)識(shí)服務(wù)。而 當(dāng)SNMC收集到當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)后，分析得知在共享鏈路上已經(jīng)沒有預(yù)留的帶寬資源供此服務(wù) 等級(jí)數(shù)據(jù)流傳輸，例如在qi〉B的情況下，需進(jìn)入Q2隊(duì)列的CoS2和CoS3等級(jí)數(shù)據(jù)流請(qǐng)求服務(wù)； 或者在qi+Q2〉B的情況下，需進(jìn)入Q3隊(duì)列的CoS4等級(jí)數(shù)據(jù)流請(qǐng)求服務(wù)，貝化醒C對(duì)于運(yùn)些服務(wù) 等級(jí)請(qǐng)求的認(rèn)證失敗，下發(fā)接入受限策略給衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)控制器，衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)控制器控制運(yùn)些數(shù) 據(jù)流經(jīng)過衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)中的訪問控制服務(wù)，暫且不進(jìn)入空間網(wǎng)絡(luò)，W免造成既不能為該服務(wù)提 供QoS保障，又加劇網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)的后果。當(dāng)S醒C收到的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)更新信息表明網(wǎng)絡(luò)中的資 源空閑出來時(shí)，例如占據(jù)較大帶寬的qi數(shù)據(jù)流完成了服務(wù)過程，該鏈路剩余帶寬能分配給Q2 隊(duì)列，貝化NMC通過CoS2和CoS3等級(jí)數(shù)據(jù)流的服務(wù)等級(jí)認(rèn)證，重新下發(fā)策略給衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)控制 器，控制數(shù)據(jù)流經(jīng)過衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)中的服務(wù)等級(jí)標(biāo)識(shí)服務(wù)，隨后進(jìn)入空間網(wǎng)絡(luò)傳輸。
[0100] 下面通過一組實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：
[0101] 實(shí)施例一；
[0102] 本發(fā)明實(shí)施例一提供了一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的DTN流量服務(wù)等級(jí)標(biāo)識(shí)方法，如 圖5所示。首先根據(jù)RFC2474規(guī)定的DSCP差分服務(wù)代碼點(diǎn)（Differentiated Services Code Point),選擇可用的ToS值，在挪MC中規(guī)定好各個(gè)服務(wù)等級(jí)可選的ToS值集合。WToS取值為 120的CoS2為例，對(duì)于傳統(tǒng)的W太網(wǎng)數(shù)據(jù)流，只需在衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)處為用戶1的流量貼上ToS = 120的標(biāo)簽即可。但是本發(fā)明使用實(shí)現(xiàn)了 DTN架構(gòu)的ION平臺(tái)部署空間網(wǎng)絡(luò)，鑒于DTN流量的 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，ToS標(biāo)簽在經(jīng)過每個(gè)I0N節(jié)點(diǎn)后，因?yàn)橹匦庐a(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)流而被清零。基于軟件定 義網(wǎng)絡(luò)的解決方案流程如下：
[0103] 步驟一：用戶1向測(cè)MC發(fā)送所需服務(wù)的QoS請(qǐng)求，即時(shí)延最小，帶寬次之的實(shí)時(shí)服 務(wù)，S醒C分析了用戶1的QoS需求后認(rèn)證他的服務(wù)等級(jí)為CoS2,下發(fā)策略到衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)控制器 (SG-C:Satellite Gateway Controller);如圖5中的①和②所示。
[0104] 步驟二:SG-C收到標(biāo)識(shí)T〇S=120的策略，控制用戶1的數(shù)據(jù)流經(jīng)過服務(wù)等級(jí)標(biāo)識(shí)的 服務(wù)功能，為用戶1的數(shù)據(jù)流都添上T〇s = 120的標(biāo)簽;如圖5中的③和④所示。
[0105] 步驟用戶1的數(shù)據(jù)流經(jīng)過網(wǎng)關(guān)的協(xié)議轉(zhuǎn)換，即由TCP/IP協(xié)議找轉(zhuǎn)換到DTN協(xié)議 找，到達(dá)空間網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)I0N節(jié)點(diǎn)，由于交換機(jī)brl中沒有存儲(chǔ)關(guān)于此業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)流表，需 W化cket-in消息的形式上交給控制層GE0衛(wèi)星;如圖5中的⑤和⑥所示。
[0106] 步驟四：控制層GE0衛(wèi)星匹配到該數(shù)據(jù)包在傳輸層為目的端口號(hào)1113的UDP數(shù)據(jù)報(bào) (匯聚適配傳輸層協(xié)議為L(zhǎng)TP的DTN協(xié)議找流量），并解析到存儲(chǔ)流的目的地址為本機(jī)，下發(fā) Flow-mod消息，把該數(shù)據(jù)流存儲(chǔ)在本地并把匹配域的ToS= 120運(yùn)個(gè)信息存儲(chǔ)起來;如圖5中 的⑦所示。
[0107] 步驟五：ION節(jié)點(diǎn)根據(jù)目的地址重新產(chǎn)生了發(fā)往下一個(gè)ION節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)流，此時(shí)的 DTN數(shù)據(jù)流已不帶有T〇S=120的標(biāo)簽，ToS值置零。同樣地，由于交換機(jī)brl中沒有存儲(chǔ)有關(guān) 于此數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)流表，W化cket-in消息的形式上交給GE0衛(wèi)星;如圖5中的⑧所示。
[0108] 步驟六:控制層GE0衛(wèi)星通過判斷源地址為本機(jī)解析到運(yùn)個(gè)化Cket-in消息為I0N 轉(zhuǎn)發(fā)流，下發(fā)Flow-mod消息，在動(dòng)作域一律先把ToS值修改成步驟四中所存儲(chǔ)的ToS值，再指 定正確的轉(zhuǎn)發(fā)端口。如圖5中的⑨所示。
[0109] 步驟屯:下一個(gè)I0N節(jié)點(diǎn)所收到的DTN數(shù)據(jù)流的ToS值為120,由此該節(jié)點(diǎn)也能夠知 道當(dāng)前用戶所進(jìn)行的是屬于CoS2的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。返回步驟二，繼續(xù)此流程。如圖5中的⑩所示。
[0110] 本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了 DTN數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)過程中ToS值的持續(xù)傳遞，確保了在空間網(wǎng)絡(luò) 的QoS保障方法中，通過ToS來標(biāo)記不同等級(jí)服務(wù)的有效性和可行性。
[01川實(shí)施例二：
[0112] 本發(fā)明實(shí)施例二提供了一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的空間網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)監(jiān)控方法。如 圖6所示。
[0113] 步驟一:控制層GE0衛(wèi)星發(fā)送封裝了時(shí)延探測(cè)帖的化cket-out消息到數(shù)據(jù)層衛(wèi)星， 在發(fā)送時(shí)記錄下時(shí)間戳ti;
[0114] 步驟二:數(shù)據(jù)層衛(wèi)星根據(jù)化cket-out消息中指定的轉(zhuǎn)發(fā)端口把時(shí)延探測(cè)帖轉(zhuǎn)發(fā)到 相鄰的數(shù)據(jù)層衛(wèi)星；
[0115] 步驟相鄰的數(shù)據(jù)層衛(wèi)星收到時(shí)延探測(cè)帖后，不知如何轉(zhuǎn)發(fā)，所化cekt-in 消息發(fā)送到GEO衛(wèi)星;GEO衛(wèi)星收到封裝了時(shí)延探測(cè)帖的化cket-in消息，此時(shí)記錄下時(shí)間戳 ?2；
[0116] 步驟四：GE0衛(wèi)星發(fā)送Stats-request消息到數(shù)據(jù)層衛(wèi)星，記錄下發(fā)送的時(shí)間戳t3;
[0117] 步驟五:GE0衛(wèi)星收到第一個(gè)數(shù)據(jù)層衛(wèi)星的Stats-r邱ly消息，記錄下接收的時(shí)間 戳t4;
[0118] 步驟六:GE0衛(wèi)星直接發(fā)送Stats-request消息到相鄰的數(shù)據(jù)層衛(wèi)星，記錄下發(fā)送 的時(shí)間戳t5;
[0119] 步驟屯:GE0衛(wèi)星收到相鄰的數(shù)據(jù)層衛(wèi)星的Stats-r邱ly消息，記錄下接收的時(shí)間 戳t6;
[0120]步驟八：G E 0衛(wèi)星根據(jù)W上步驟記錄下的時(shí)間戳計(jì)算鏈路時(shí)延為：
，GE0衛(wèi)星根據(jù)Stats-r邱ly消息中端口狀態(tài)消息Po;rt-stats中的信息 計(jì)算鏈路當(dāng)前的數(shù)據(jù)率W及丟包率。運(yùn)是一個(gè)由控制器承擔(dān)的信息處理過程。
[0121] 步驟九:GE0衛(wèi)星將收集到的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息告知衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中屯、SNMC，S醒C根據(jù) 實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)做出相應(yīng)的決策。
[0122] 步驟十:S醒C在收到來自GE0衛(wèi)星的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息后，向GE0衛(wèi)星發(fā)送確認(rèn)消息。
[0123] 步驟十一:經(jīng)過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控周期后，回到步驟一，重復(fù)W上過程，并向S醒C 更新網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息。
[0124] 實(shí)施例
[0125] 本發(fā)明實(shí)施例Ξ提供了一種基于QoS保障因子的流量調(diào)度方法，如圖7所示。
[01 %] 從SG1接入的用戶需要空間網(wǎng)絡(luò)為它與從SG3接入的對(duì)端用戶提供Co S1、Co S2和 CoS3運(yùn)Ξ種不同服務(wù)等級(jí)的服務(wù)。設(shè)LEO-MEO層間鏈路的帶寬為6Mbps，ME0層內(nèi)帶寬為 4Mbps dCoSI的帶寬要求為3Mbps，CoS2的帶寬要求為1.5Mbps，CoS3的帶寬要求為2Mbps， CoS2時(shí)延要求比CoS3高。
[0127] S醒C首先認(rèn)證了優(yōu)先級(jí)最高的CoSl數(shù)據(jù)流，并為CoSl計(jì)算了一條QoS最優(yōu)路徑，調(diào) 用SG1中的服務(wù)等級(jí)標(biāo)識(shí)服務(wù)，為CoSl數(shù)據(jù)流貼上tos_cosl的標(biāo)簽并根據(jù)流量調(diào)度模塊的 計(jì)算結(jié)果，下發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)策略到數(shù)據(jù)層，使打上tos_cosl標(biāo)簽的數(shù)據(jù)流經(jīng)過SG1-〉LE0-1-〉 ME0-2-〉ME0-3-〉ME0-4-乂 E0-3-〉SG3運(yùn)條路徑。此時(shí)數(shù)據(jù)層GEO衛(wèi)星中的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控 模塊會(huì)監(jiān)測(cè)到運(yùn)條鏈路上產(chǎn)生了數(shù)據(jù)率為3Mbps的數(shù)據(jù)流，并告知SNMC運(yùn)個(gè)信息。
[01%] S匪C在收到網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)更新信息的同時(shí)，為CoS2和CoS3的數(shù)據(jù)流制定流量調(diào)度策 略，此時(shí)CoSl數(shù)據(jù)流傳輸路徑上的數(shù)據(jù)率會(huì)減小運(yùn)條路徑的QoS保障因子，但是對(duì)于CoS2的 數(shù)據(jù)流，流量調(diào)度策略的結(jié)果仍為SG1-〉LE0-1-〉ME0-2-〉ME0-3-〉ME0-4-〉LE0-3-〉 SG3運(yùn)條路徑。因?yàn)殡m然按照雙向移動(dòng)邊界帶寬分配方法，CoS2和CoSl共同在運(yùn)條鏈路上傳 輸時(shí)，CoS2只能被分配到1Mbps的帶寬，不能滿足1.5Mbps的原始帶寬需求，但是由于它對(duì)時(shí) 延參量比帶寬參量更敏感，跳數(shù)最少的路徑的QoS保障因子仍較小，在運(yùn)條路徑上傳輸才能 保障它的時(shí)延需求。
[01巧]對(duì)于c〇S3的數(shù)據(jù)流，流量調(diào)度的計(jì)算結(jié)果為SG1-〉LE0-1-〉ME0-2-〉ME0-6-〉 MEO-7-〉ME0-8-〉ME0-9-〉ME0-10-〉ME0-5-〉LE0-3-〉SG3，顯然該路徑的跳數(shù)較多，時(shí) 延相對(duì)較大，但是由于CoS3的數(shù)據(jù)流的帶寬要求較CoS2高，CoSl傳輸路徑的QoS保障因子較 小，并不是最優(yōu)的流量調(diào)度路徑，因?yàn)樘热羧栽谧钚√鴶?shù)的路徑上傳輸，只能被分配到 1Mbps的帶寬，遠(yuǎn)小于CoS3的2Mbps帶寬要求，傳輸速率必然無法得到保障，運(yùn)相當(dāng)于犧牲部 分時(shí)延性能來保證更高要求的帶寬性能。運(yùn)便是QoS保障因子作用的結(jié)果，W它為鏈路權(quán)重 的流量調(diào)度方法能夠根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為不同服務(wù)等級(jí)的數(shù)據(jù)流提供滿足QoS需求的傳輸 路徑。
[0130] 實(shí)施例四：
[0131] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種空間網(wǎng)絡(luò)共享鏈路帶寬分配方法，如圖8所示。
[0132] 下面闡述在可用帶寬不同的路徑上帶寬分配的結(jié)果。在多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)層 的軟件定義空間網(wǎng)絡(luò)中，不同層間鏈路的可用帶寬有較大差距。ME0層內(nèi)鏈路的帶寬為 4Mbps，而GE0層內(nèi)鏈路的帶寬為1Mbps。此時(shí)有Ξ條服務(wù)等級(jí)不同的數(shù)據(jù)流，分別為優(yōu)先級(jí) 最高的常速率應(yīng)用(CoSl)、優(yōu)先級(jí)次之的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)(CoS2)W及優(yōu)先級(jí)最低的盡最大能力交 付業(yè)務(wù)(CoS4)，它們的帶寬需求分別為0.8Mbps、0.4Mbps W及0.2Mbps，在共享鏈路上傳輸 的隊(duì)列分別為qi、Q2和Q3。
[0133] 當(dāng)運(yùn)Ξ條數(shù)據(jù)流都在ME0層間傳輸時(shí)，即共享帶寬為4M。按照優(yōu)先級(jí)順序設(shè)置qi隊(duì) 列的最小帶寬為0.8Mbps，再設(shè)置Q2隊(duì)列的最小帶寬為0.4Mbps，Q3隊(duì)列的最小帶寬為 0.2Mbps，顯然，此時(shí)可用帶寬能夠同時(shí)滿足運(yùn)Ξ個(gè)等級(jí)的數(shù)據(jù)流帶寬需求。剩下的帶寬資 源暫且預(yù)留，倘若產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)流，再按照帶寬分配規(guī)則為相應(yīng)等級(jí)的流量劃分隊(duì)列。
[0134] 然而，多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中也存在數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)不單單經(jīng)過ME0層的情況。例如衛(wèi)星鏈 路切換后在ME0層不具可達(dá)性，此時(shí)流量調(diào)度模塊計(jì)算的結(jié)果是所有服務(wù)等級(jí)的數(shù)據(jù)流都 只能通過GE0轉(zhuǎn)發(fā)層中繼，而GE0層內(nèi)鏈路的帶寬為1Mbps。
[0135] 若Ξ條數(shù)據(jù)流同時(shí)在該鏈路上傳輸，由于帶寬資源不夠用會(huì)發(fā)生帶寬搶占，帶寬 需求為0.8Mbps的常速率應(yīng)用只被分配到0.57Mbps的帶寬，帶寬需求為0.4Mbps的實(shí)時(shí)/突 發(fā)業(yè)務(wù)和0.2Mbps的盡最大能力交付業(yè)務(wù)分別被分配到0.3Mbps和0.15Mbps的帶寬，反而是 帶寬需求大的高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流受到的帶寬限制較大。
[0136] 而S醒C根據(jù)雙邊界帶寬分配方法對(duì)數(shù)據(jù)層隊(duì)列進(jìn)行設(shè)置，首先為優(yōu)先級(jí)最高的qi 隊(duì)列分配它所需的帶寬0.8Mbps，再把剩下的0.2Mbps帶寬分配給優(yōu)先級(jí)次之的Q2隊(duì)列。此 時(shí)已處于qi+Q2〉B的狀態(tài)，不再為盡最大能力交付的Q3隊(duì)列提供任何帶寬。由于此時(shí)SNMC的 帶寬分配計(jì)算結(jié)果不能為在隊(duì)列Q3中傳輸?shù)腃oS4等級(jí)數(shù)據(jù)流提供任何帶寬，S醒C對(duì)于CoS4 等級(jí)數(shù)據(jù)流的服務(wù)等級(jí)認(rèn)證失敗，它下發(fā)接入受限策略給衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)控制器，衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)控制 器控制CoS4服務(wù)等級(jí)的盡最大能力交付數(shù)據(jù)流經(jīng)過訪問控制服務(wù)，暫且不進(jìn)入空間網(wǎng)絡(luò)W 免網(wǎng)絡(luò)造成擁塞。而在隊(duì)列qi和Q2中傳輸?shù)腃oSl和CoS2數(shù)據(jù)流的服務(wù)等級(jí)認(rèn)證成功，經(jīng)過服 務(wù)等級(jí)標(biāo)識(shí)服務(wù)之后，在空間網(wǎng)絡(luò)中按照流量調(diào)度和帶寬分配的結(jié)果在相應(yīng)路徑和隊(duì)列中 正常傳輸。
[0137] 當(dāng)qi隊(duì)列傳輸完畢時(shí)，若Q2和Q3隊(duì)列中的數(shù)據(jù)流尚未傳輸完，SNMC可根據(jù)控制層 GE0衛(wèi)星告知的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)重新調(diào)整帶寬分配策略，為當(dāng)前優(yōu)先級(jí)最高的Q2分配其所需的 0.4Mbps帶寬，增大它的傳輸速率，由于qi+q2<B，S醒C也能為盡最大能力交付的Q3隊(duì)列提供 0.2Mbp S的帶寬，所W此時(shí)SNMC對(duì)于Co S4等級(jí)數(shù)據(jù)流的服務(wù)等級(jí)認(rèn)證成功，重新下發(fā)策略給 衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)控制器，衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)控制器控制盡最大能力交付的數(shù)據(jù)流經(jīng)過服務(wù)等級(jí)標(biāo)識(shí)服務(wù)， 接入空間網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行正常的傳輸，至此Q2和Q3隊(duì)列中的業(yè)務(wù)流都能夠按照QoS需求進(jìn)行傳輸， 達(dá)到了QoS保障的目的。
[0138] 顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì) 本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可 W做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，運(yùn)里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予W窮舉，凡是屬于本發(fā) 明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法，其特征在于，該方法的步驟包括： 51、 對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)服務(wù)進(jìn)行服務(wù)等級(jí)劃分； 52、 基于服務(wù)等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)中的用戶服務(wù)等級(jí)進(jìn)行認(rèn)證； 53、 利用ToS標(biāo)簽對(duì)不同服務(wù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行標(biāo)記； 54、 實(shí)時(shí)收集空間網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)； 55、 對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息進(jìn)行分析，計(jì)算服務(wù)質(zhì)量保障因子，并根據(jù)該保 障因子判斷空間網(wǎng)絡(luò)中每條鏈路所能提供的服務(wù)質(zhì)量水平。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法，其特征在于，所述步驟S1中服務(wù)等級(jí) 劃分為:常速率業(yè)務(wù)、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、突發(fā)業(yè)務(wù)和盡最大能力交付業(yè)務(wù)；四個(gè)等級(jí)的優(yōu)先級(jí)關(guān)系 為:常速率業(yè)務(wù)〉實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)〉突發(fā)業(yè)務(wù)〉盡最大能力交付業(yè)務(wù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法，其特征在于，所述步驟3中基于DTN數(shù) 據(jù)包對(duì)ToS標(biāo)簽進(jìn)行設(shè)置，具體的， 在每個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)上先區(qū)分出DTN流和普通TCP/IP流，再區(qū)分出存儲(chǔ)流和轉(zhuǎn)發(fā)流； 基于存儲(chǔ)流的目的地址為本地和轉(zhuǎn)發(fā)流的目的地址為下一跳的特點(diǎn)，對(duì)存儲(chǔ)流的ToS 值進(jìn)行匹配，并對(duì)每個(gè)新產(chǎn)生的轉(zhuǎn)發(fā)流重新添加一次ToS值。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息包括： 鏈路延時(shí)、鏈路上的數(shù)據(jù)率和丟包率。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法，其特征在于，所述鏈路時(shí)延的監(jiān)測(cè)步 驟包括： 構(gòu)建一個(gè)特定類型的時(shí)延探測(cè)包，發(fā)送至空間網(wǎng)絡(luò)中； 控制時(shí)延探測(cè)包的路徑，實(shí)時(shí)記錄當(dāng)前時(shí)刻的時(shí)間戳并存儲(chǔ)； 計(jì)算鏈路時(shí)延1^611〇7(81，82):，其中，Ttotal是整個(gè) 時(shí)延測(cè)量過程中的時(shí)間，&是當(dāng)前空間網(wǎng)絡(luò)中采用控制器與交換機(jī)81之間的往返時(shí)延RTT， &是當(dāng)前空間網(wǎng)絡(luò)中采用控制器與交換機(jī)82之間的往返時(shí)延RTT，假設(shè)控制信道是對(duì)稱的， 則單項(xiàng)的時(shí)延為RTT的一半，C是當(dāng)前空間網(wǎng)絡(luò)中采用控制器的校準(zhǔn)值。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法，其特征在于，利用空間網(wǎng)絡(luò)中鏈路端 口狀態(tài)信息，計(jì)算所述鏈路上的數(shù)據(jù)率bw_util:中，port_state_timeout是設(shè)定的一個(gè)端口狀態(tài)有效周期，Δ tx_bytes是有效周期中當(dāng)前 鏈路上發(fā)送的字節(jié)數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法，其特征在于，利用空間網(wǎng)絡(luò)中鏈路端 口狀態(tài)信息，計(jì)算所述丟包率loss:1其中，Δ tx_dropped是端 口狀態(tài)有效周期內(nèi)發(fā)送隊(duì)列丟棄的包數(shù)目，A tX_packets是端口狀態(tài)有效周期內(nèi)發(fā)送的包 數(shù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法，其特征在于，所述步驟5中計(jì)算保 障因子的步驟包括： 551、 預(yù)先設(shè)定與每個(gè)服務(wù)等級(jí)的ToS值相對(duì)應(yīng)的加權(quán)系數(shù)ki，i = 1，2，3，4，并存儲(chǔ)于本 地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，其中，1^，1?，1?，1^分別是服務(wù)等級(jí)業(yè)務(wù)對(duì)于帶寬、時(shí)延、丟包率以及衛(wèi)星鏈路切 換速度的敏感度，加權(quán)系數(shù)ki越大敏感度越高； 552、 基于當(dāng)前獲取的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息和相應(yīng)服務(wù)等級(jí)的加權(quán)系數(shù)匕，設(shè)一條由h，i = l， 2,3…，η組成的路徑p，計(jì)算路徑p對(duì)于業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量QoS需求的QoS保障因子：1其中，Pt( li)是鏈路當(dāng)前 數(shù)據(jù)率，Tt(li)是鏈路時(shí)延，Dt(li)是丟包率，maX[V(li)]是衛(wèi)星鏈路最大的切換速度，m是一 個(gè)常數(shù)，用于平衡時(shí)延、丟包率的大小對(duì)于保障因子的影響，m>l; 553、 根據(jù)保障因子的大小，判斷此條鏈路的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)是否滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)流的傳輸。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括:S6、 將服務(wù)質(zhì)量保障因子作為權(quán)重，將空間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層的鄰接矩陣作為計(jì)算最短路徑的圖，利 用Floyd-Warshall算法計(jì)算最短路徑，并根據(jù)該最短路徑進(jìn)行流量調(diào)度。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括:S7、 基于流量的調(diào)度結(jié)果，對(duì)共享帶寬情況下的共享鏈路的數(shù)據(jù)流進(jìn)行帶寬分配。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法，其特征在于，所述步驟S7包括： 將經(jīng)過服務(wù)等級(jí)認(rèn)證后到收到衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)的傳輸完畢信號(hào)前的數(shù)據(jù)流作為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中 所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流； 判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中并行流量的共享鏈路，并根據(jù)流量調(diào)度的結(jié)果對(duì)共享鏈路上的數(shù)據(jù)流 進(jìn)行帶寬分配。12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法，其特征在于，利用雙向移動(dòng)邊界帶 寬分配方法為不同服務(wù)等級(jí)的數(shù)據(jù)流劃分帶寬。13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的空間網(wǎng)絡(luò)QoS保障方法，其特征在于，在非共享帶寬時(shí)不進(jìn) 行帶寬分配，使數(shù)據(jù)流在鏈路上自由傳輸。14. 一種用于制定空間網(wǎng)絡(luò)QoS策略的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中心，其特征在于，該管理中心包 括： 服務(wù)等級(jí)認(rèn)證模塊，基于服務(wù)等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)中的用戶服務(wù)等級(jí)進(jìn)行認(rèn) 證;若服務(wù)等級(jí)認(rèn)證成功，則發(fā)出為該認(rèn)證成功的用戶的服務(wù)等級(jí)進(jìn)行標(biāo)記的標(biāo)記信號(hào);若 服務(wù)等級(jí)認(rèn)證失敗，則發(fā)出暫時(shí)拒絕該用戶接入空間網(wǎng)絡(luò)的拒絕標(biāo)記信號(hào)； 保障因子計(jì)算單元，對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息進(jìn)行分析，計(jì)算服務(wù)質(zhì)量保障 因子。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中心，其特征在于，所述保障因子計(jì)算單元執(zhí) 行： 基于當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息和相應(yīng)服務(wù)等級(jí)的加權(quán)系數(shù)lu，設(shè)一條由= 成的路徑P，計(jì)算路徑P對(duì)于業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量Q 〇 S需求的Q 〇 S保障因子：，其中，Pt(li)是鏈路當(dāng)前 數(shù)據(jù)率，Tt(li)是鏈路時(shí)延，Dt(li)是丟包率，maX[V(li)]是衛(wèi)星鏈路最大的切換速度，ki，i =1，2,3,4,為每個(gè)服務(wù)等級(jí)的ToS值相對(duì)應(yīng)的加權(quán)系數(shù)，分別是服務(wù)等級(jí)業(yè)務(wù) 對(duì)于帶寬、時(shí)延、丟包率以及鏈路切換速度的敏感度。m是一個(gè)常數(shù)，用于平衡時(shí)延、丟包率 的大小對(duì)于保障因子的影響，m> 1。16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中心，其特征在于，該中心進(jìn)一步包括:流量 調(diào)度單元，用于利用Floyd-Warshall算法計(jì)算最短路徑，并根據(jù)該最短路徑進(jìn)行流量調(diào)度。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中心，其特征在于，所述流量調(diào)度單元包括： 權(quán)重設(shè)定模塊，獲取待調(diào)度鏈路的保障因子，作為最短路徑計(jì)算的權(quán)重； 拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)模塊，獲得當(dāng)前空間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層的鄰接矩陣； 最短路徑計(jì)算模塊，將服務(wù)質(zhì)量保障因子作為權(quán)重，將空間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層的鄰接矩陣作 為計(jì)算最短路徑的圖，利用Floyd-Warshal 1算法計(jì)算最短路徑。18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中心，其特征在于，該中心進(jìn)一步包括:帶寬 分配單元，用于在空間網(wǎng)絡(luò)中存在共享帶寬時(shí)，對(duì)共享鏈路上的數(shù)據(jù)流進(jìn)行帶寬分配。19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中心，其特征在于，所述帶寬分配單元包括： 判斷模塊，判斷空前網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)前是否存在并行流量，若有，則進(jìn)行帶寬分配，若沒有，則 不進(jìn)行帶寬分配，使數(shù)據(jù)流在鏈路上自由傳輸； 分配模塊，根據(jù)流量調(diào)度的結(jié)果，對(duì)共享鏈路上的數(shù)據(jù)流進(jìn)行帶寬分配。20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中心，其特征在于，帶寬分配單元利用雙向移 動(dòng)邊界帶寬分配方法為不同服務(wù)等級(jí)的數(shù)據(jù)流劃分帶寬。
【文檔編號(hào)】H04B7/185GK106059960SQ201610348299
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】周華春, 葉玥, 李泰新, 李觀文, 徐琪, 李光磊, 張宏科
【申請(qǐng)人】北京交通大學(xué)