[发明专利]一种基于QoS的卫星网络k端可靠性分析方法

说明书

本发明公开了一种基于QoS的卫星网络k端可靠性分析方法，包括以下步骤：分析可靠性指标；分析链路多状态；计算基于QoS的卫星网络k端可靠度。本发明首先对非融合元素采取置零取非操作，进行网络拓扑邻接矩阵变换，得到连通k个节点的路径，有效减少了矩阵变换次数，避免了冗余链路的产生；然后将链路划分多个状态，不同状态对应不同链路带宽，并考虑到业务类型差异导致QoS指标差异，将业务分为三大类型，根据不同业务的QoS约束条件和链路当前状态，确定卫星网络中满足条件的可用路径；最后由链路当前状态的可靠度计算出不同业务下的k端路径可靠度；不仅提升了可靠度计算的准确性，而且计算效率也得到了提高；具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及卫星网络传输的可靠性分析技术，特别是一种综合考虑各业务QoS(QualityofService，服务质量)指标的卫星网络k端通信可靠性分析方法。

背景技术

卫星网络本身就是一个复杂的系统，其结构复杂、功能多样、而且所处的运行环境多变，导致卫星通信网络将面临更多不可靠因素的影响。一方面，由于卫星节点都暴露于空间的复杂环境，导致其很容易遭受攻击，出现卫星的故障或失效，从而影响卫星网络通信的可靠性。另一方面，由于广阔的波束范围内，卫星通信链路可能受到突发干扰、强降雨、浓雾、重霾等诸多不确定因素的影响，这些恶劣条件对卫星通信系统的可靠性存在较大威胁。因此对卫星网络进行可靠性分析是不可或缺的一环。

给定一组目标节点集K(V是顶点集)，k端可靠性(2kn，n为卫星节点总数)是指对于给定的节点s∈K，在至少存在一条从s到K中所有其他节点的工作路径情况下，网络传输能够满足QoS需求的能力。目前对k端卫星网络可靠性的研究主要是从连通性的角度进行可靠性分析，没有综合考虑具体传输业务的时延、带宽等要求。然而，连通性是最基本的一个可靠性指标，且卫星网络传输业务类型多，不同业务具有不同的性能需求，仅通过连通性无法全面、准确衡量网络业务传输的可靠性。因此设计高效的k端可靠性分析方法是进行高可靠网络传输的基础。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能提升卫星网络在不同业务下k(2kn，n为卫星节点总数)端路径可靠度计算的高效性和准确性的基于QoS的卫星网络k端可靠性分析方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于QoS的卫星网络k端可靠性分析方法，包括以下步骤：

A、分析可靠性指标

设G表示卫星网络拓扑基本模型，V是顶点集，M是链路集。表示选定一组目标顶点集，则：

G＝(V,M,K)

V＝{v₁,...,v_a,...,v_n},1≤a≤n

M＝{m₁,...,m_b,...,m_z},1≤b≤z

式中，v_a为卫星节点，a为卫星节点序号，n为卫星节点总数；m_b为卫星链路，b为卫星链路序号，z为卫星链路总数；

定义QoS指标对链路进行分析。并根据不同业务对指标要求的差异，将业务分为三类，分别为时延敏感业务、带宽敏感业务和可靠性敏感业务。

设时延T为一个报文或分组从一个网络的一端传送到另一端所需要的时间，根据操作规则将链路时延和路径时延作为附加度量参数，相关表达式如下：

式中：path是路径，T_path是路径时延；是链路m_b的链路时延；

设带宽B为单位时间内能传输的数据量。根据操作规则将链路带宽作为凹性度量参数，相关表达式如下：