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《哈尔滨工业大学》 2010年
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卫星互联网服务质量保障方法研究

那振宇  
【摘要】: 骨干拥塞、接入困难和内容分发缓慢是当今地面互联网面临的一系列棘手问题。而基于全球覆盖的、具有远程接入和广播特性的卫星互联网是解决这些难题的有效途径,同时也是未来空天地一体化信息网络的重要组成部分。当前,卫星网络正在向卫星互联网发展,注重高效性,以期提供随时随地的通信与信息服务。但是,设计和实现卫星互联网面临很多技术挑战,首要的就是服务质量(QoS, Quality of Service)问题。一方面,地面互联网的IP QoS问题依然存在于卫星互联网。另一方面,由于卫星通信自身特点又使得卫星互联网的QoS问题需要特殊考虑。因此,分析卫星互联网QoS保障需求,设计高效和易于实现的保障算法是一项重要的研究课题。 目前,对卫星互联网服务质量保障的研究主要集中在控制拥塞以及TCP在卫星链路下的适应性问题。然而基于端到端的TCP拥塞控制机制往往无法确知网络内部状态,同时TCP的反馈工作机制又使得各种基于TCP层的改进方法仍不能很好地适应卫星网络环境;此外,切换性和移动性又使得卫星网络中的资源分配变得比地面网络复杂。在分析国内外文献的基础上,本文对卫星互联网服务质量保障方法进行了深入研究,从业务层面入手,着重从网络(IP)层解决拥塞问题,同时改善资源分配方式。这些研究工作完善了卫星互联网QoS保障体系,对未来空天地一体化信息网络QoS保障具有积极意义与参考价值。本文针对卫星互联网QoS保障方法,主要研究了以下几个问题: 第一,对卫星网络业务自相似性的研究。考虑到近年来业务自相似性对QoS影响的研究多集中于地面网络,而对卫星网络中自相似性及其影响研究较少这一情况,针对卫星网络特点,研究了自相似业务在卫星网络中的汇聚和传播特性;进而,通过建立地面信关站模型,研究了地面有线网络自相似业务经过信关站进入卫星无线链路的传播特性,并通过仿真进行了验证。此外,仿真并分析了自相似业务对网络节点处队列性能的影响,为后文针对这些影响提出改善QoS的算法奠定基础。 第二,对自相似业务量预测的研究。针对卫星互联网中业务普遍存在的自相似性对网络性能产生的不利影响,考虑到自相似业务本身具有可预测性,提出了基于改进卡尔曼滤波的自相似业务量预测算法。针对经典卡尔曼滤波无法求解所提滤波模型这一情况,重新推导了滤波过程。为了提高滤波预测精度,还引入在线噪声估计。所提算法不仅精确度较高,并且与真实流量具有相近的相关结构。 第三,对基于业务预测的主动队列管理算法的研究。主动队列管理是IP层的网络拥塞控制方法,而业务量预测对于主动队列管理具有指导意义。鉴于现有主动队列管理算法对估计拥塞有效性不高的情况,提出基于业务量预测的主动队列管理算法。该算法使用改进卡尔曼滤波方法对拥塞进行预测,并结合基于测量的分组丢失率共同做出分组丢弃判决。该算法能动态调节分组丢弃概率,具有队列稳定,链路利用率高的特点。 第四,对卫星网络公平服务质量带宽分配算法的研究。针对目前卫星网络的带宽分配算法存在着过度预留和公平性欠佳的问题,提出了卫星网络中公平服务质量的带宽分配算法。该算法使用自适应带宽预留策略,根据效用公平带宽分配准则,保持了用户连接的有效性,保障了用户之间服务的公平性。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN927.2

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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【相似文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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