[发明专利]基于排队模型的空间DTN网络链路可用带宽估计方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于排队模型的空间DTN网络链路可用带宽估计方法及系统，本发明通过在空间DTN网络链路上发送探测包收集时延信息，分析bundle的传输过程和交付时延，并应用排队论知识对bundle的到达离开过程建立M/D/1排队模型，推导出bundle的逗留时间和网络流量的关系式，对空间DTN网络中链路可用带宽进行估计。最后，采用蒙特卡罗方法在MATLAB平台上进行仿真实验。实验结果表明，本发明提出的算法能够较准确的估计出空间DTN网络中链路的可用带宽，为QoS服务提供数据指导。

技术领域

本发明涉及空间DTN网络技术领域，尤其涉及一种基于排队模型的空间 DTN网络链路可用带宽估计方法及系统。

背景技术

在空间网络中，由于节点的运动，网络拓扑结构动态变化，且具有长时延、高误码率和间歇性连接等特性，因此，传统的基于端到端连接的TCP/IP 协议在空间网络数据传输服务中无法表现出优良的性能。为克服这一问题，空间网络采用容断网络架构(DTN,Disruption-tolerant Networking Architecture) 进行数据传输。DTN通过在传输层或其他底层上引入覆盖层(Bundle Layer, BP)为潜在的异构网络提供数据传输服务，BP层通过汇聚层适配器 (Convergence Layer Adapters,CLAs)接入下层协议，其主要协议包括覆盖层的BP协议及汇聚层的LTP协议。DTN采用存储-转发机制对数据进行逐跳转发，以解决空间网络中链路间歇性连接问题，保证数据的可靠传输。当进行数据传输时，应用数据单元将作为负载封装到BP层的bundle中传输至汇聚层，然后作为一个LTP块被划分为多个segments。这些segments经底层协议处理后将以链路帧的形式发送到下一跳节点协议栈。在这一传输过程中，底层协议的检测功能和LTP的快速自动重传机制确保了bundle的可靠交付。经过逐跳的转发，bundle将被目的节点接收，随后，其所携带的应用数据将被恢复并交付给对应的上层应用。

对于可用带宽的测量，关于TCP/IP网络，有很多关于可用带宽测量的研究，主要可分两类：一是主动测量，二是被动测量。主动测量是通过向网络发送探测数据包，收集相关的信息来推测带宽的情况；被动测量，不向网络发送探测包，而是通过设置监听点监听网络中的流量来测量网络的带宽。

其中，主动测量又可分为包间隔模型(PGM)、包速率模型(PRM)和网络流量模型三种。PGM模型的测量前提是已知待测链路的容量C，然后源端以一定格式向接收端发送多个探测包对，利用探测包对的输入和输出间隔数据估计网络的可用带宽，基于PGM模型的测量方法有Spruce、IGI和基于前两者的各种改进办法。PRM模型是利用自导拥塞思想进行可用带宽测量，即通过调整探测包的发送速率找到时延响应曲线的转折点来估计可用带宽，由PRM模型得到的测量方法有Pathload、Pathchirp、TOPP和相应的各种改进的方法。而网络流量模型是通过建立网络流量模型来估计的，但是建立准确的网络流量具有很大的难度，现今有基于网络流量模型的测量技术利用多分形小波模型MWM(Multiracial WaveletModel)能很好地反映出流量分形特性的特点，通过流量模型来估算在一定的时间范围内路径中的背景流量，以此得到可用带宽。

对于空间网络中可用带宽估计的研究很少，这些研究也是利用主动探测的方法根据包间隔或者探测包的时延统计信息进行可用带宽的估计的。据调研显示，还没有针对空间DTN网络中可用带宽估计的研究。

如前所述，目前已有技术都是针对TCP/IP网络进行研究的。而TCP/IP 协议和DTN中BP/LTP协议有着很大的区别：一两者的传输机制不一样， BP/LTP是逐跳转发的，不同于TCP/IP的端到端传输；二两者的应用场景不一样。将已有技术直接应用于DTN网络测量结果准确性会下降，况且现有可用带宽测量技术本身也存在一些问题：

1.主动测量