衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)跨層資源管理方法研究

魏鑫

【摘要】 現(xiàn)階段，全球的信息化以及網(wǎng)絡(luò)化有著逐漸提高的需求，地面的通信網(wǎng)絡(luò)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能有效滿足逐漸增加的多媒體通信方面的實(shí)際需求，通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)來高效及時(shí)的傳輸數(shù)據(jù)已經(jīng)變?yōu)榉浅ｊP(guān)鍵的一個(gè)解決方法。衛(wèi)星通信技術(shù)的快速發(fā)展，這就造成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)變?yōu)槟軌蛴行С休d很多全新業(yè)務(wù)的一個(gè)重要載體，這就產(chǎn)生了跨層協(xié)議設(shè)計(jì)的相關(guān)思想。該設(shè)計(jì)方法對(duì)之前的分層協(xié)議結(jié)構(gòu)的局限性進(jìn)行了有效的打破，層和層間應(yīng)該利用跨層交互信息來對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行有效的優(yōu)化，有效提升無線網(wǎng)絡(luò)資源的實(shí)際利用率。

【關(guān)鍵詞】 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò) 跨層資源管理 無線資源

眾所周知，衛(wèi)星通信系統(tǒng)當(dāng)中頻譜資源極其的寶貴，為了有效滿足用戶的相關(guān)需求，應(yīng)該運(yùn)用相對(duì)比較合理的無線資源管理的相關(guān)算法來進(jìn)行有效的保障，該管理的具體目標(biāo)是在相對(duì)比較有限的資源之下，為了對(duì)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的用戶終端有效提供業(yè)務(wù)質(zhì)量方面的保障，最根本的出發(fā)點(diǎn)就是在網(wǎng)絡(luò)的各種業(yè)務(wù)量的分布不是非常均勻、信道特性因?yàn)楦蓴_以及衰弱而造成的起伏變化等相關(guān)的情況，對(duì)可以運(yùn)用的資源進(jìn)行靈活性的分配，進(jìn)而對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的利用率進(jìn)行最大程度的提高。

一、對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)跨層設(shè)計(jì)的思想進(jìn)行分析

通常來講，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的協(xié)議設(shè)計(jì)方式基本都是在開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）標(biāo)準(zhǔn)之上，一般情況下，OSI參考模型主要的目標(biāo)是為了有效實(shí)現(xiàn)開放系統(tǒng)互聯(lián)所構(gòu)建的功能分層的模型，這為計(jì)算機(jī)的互聯(lián)有效的提供了共同性的基礎(chǔ)以及框架，進(jìn)而為標(biāo)準(zhǔn)的兼容性以及一致性提供了一定的參考[1]。該模型已經(jīng)在一定程度上有效提供了功能性結(jié)構(gòu)以及概念性結(jié)構(gòu)，該模型具體將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)分成了七層，分別是應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層以及物理層。

這樣進(jìn)行劃分存在著很大的優(yōu)勢(shì)，具體為：將相對(duì)比較類似的功能在同一層次上進(jìn)行集中，進(jìn)而對(duì)隔層當(dāng)中的繼承以及描述功能進(jìn)行有效的完成，層與層之間的劃分應(yīng)該有效保證服務(wù)描述比較少，跨越邊界的交互也應(yīng)該相對(duì)比較少，各層之間的劃分應(yīng)該可以對(duì)接口標(biāo)準(zhǔn)提供一定的方便性[1]。在該模型當(dāng)中，各個(gè)層所具有的功能都是相對(duì)比較獨(dú)立的，也就是說，每一層都會(huì)對(duì)相對(duì)上一層進(jìn)行服務(wù)。

二、對(duì)跨層資源管理優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行分析

通常來講，跨層資源管理的實(shí)際目標(biāo)就是在相對(duì)比較有限的頻譜資源之下來對(duì)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行有效的提高。不同的服務(wù)質(zhì)量需要對(duì)各協(xié)調(diào)層所具有的功能進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)，對(duì)業(yè)務(wù)提供滿意的服務(wù)質(zhì)量。服務(wù)質(zhì)量能夠在網(wǎng)絡(luò)以及用戶兩角度來進(jìn)行描述。站在用戶角度，能夠?qū)⑵渚唧w定義成：用戶綜合評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)的服務(wù)滿意的實(shí)際程度以及業(yè)務(wù)服務(wù)的性能。QoS表示網(wǎng)絡(luò)能夠提供給用戶的實(shí)際服務(wù)質(zhì)量，這些參數(shù)具體包含丟包率、吞吐量、傳輸延遲[1]。

第一，丟包率：指的主要是數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中進(jìn)行傳輸時(shí)所丟失的數(shù)據(jù)包和已經(jīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)包總數(shù)之間的比值。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞或者鏈路發(fā)生干擾進(jìn)而引起衰落時(shí)，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的嚴(yán)重丟失。

第二，吞吐量：指的主要是網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中數(shù)據(jù)包的傳輸速率，能夠表示為峰值速率或者平均速率，取決于結(jié)點(diǎn)設(shè)備的端口速率以及鏈路速率，同時(shí)還包括網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量實(shí)際狀況。

第三，傳輸延遲：指的主要是在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中數(shù)據(jù)包從源端直接發(fā)送到目的端所經(jīng)歷的實(shí)際傳輸時(shí)間的具體間隔【2】。導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)發(fā)生延遲的非常關(guān)鍵的原因包括：排隊(duì)延遲、信道帶寬、鏈路的速度延遲等等。

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中主要包含兩種業(yè)務(wù)類型，分別是非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)以及實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，其中，非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)主要包含Web瀏覽、電郵業(yè)務(wù)以及FTP文件下載等等；實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)主要包含視頻點(diǎn)播、視頻會(huì)議以及話音業(yè)務(wù)等[2]。通常來講，實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)對(duì)延遲非常的敏感，應(yīng)該運(yùn)用傳輸?shù)男畔?shù)量來進(jìn)行描述。一般存在著非常嚴(yán)格的數(shù)據(jù)包丟失方面的要求，然而，對(duì)于一次傳輸完成不存在時(shí)間方面的限制。

總的來講，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)跨層資源管理方法的具體目標(biāo)是按照應(yīng)用層所能夠承載實(shí)際業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，在無線資源的相關(guān)限制之下，利用相對(duì)比較科學(xué)合理的對(duì)各層協(xié)議功能進(jìn)行調(diào)整，在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化當(dāng)中，來對(duì)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量方面的要求進(jìn)行有效的滿足。

三、對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)當(dāng)中的無線資源管理存在的問題進(jìn)行分析

通常來講，衛(wèi)星通信系統(tǒng)當(dāng)中的無線資源的概念是非常廣泛的，可以說頻率、碼字以及時(shí)間等。在任何一個(gè)角度，衛(wèi)星通信系統(tǒng)在資源方面都是受到一定限制的，并且，隨著衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)支持業(yè)務(wù)的迅速增加和服務(wù)質(zhì)量要求的提高，這就造成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)提出了全新的要求。所以，怎樣有效利用有限的無線資源來對(duì)逐漸進(jìn)行增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)要求進(jìn)行滿足，已變成急需進(jìn)行解決的一個(gè)問題[3]。

無線資源管理是對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)當(dāng)中的空中接口資源進(jìn)行調(diào)度以及規(guī)劃。具體的目標(biāo)是在相對(duì)比較有限的無線資源之下，為所有的用戶都提供相對(duì)比較滿意的服務(wù)質(zhì)量。通常來講，衛(wèi)星效率資源極其的寶貴，怎樣對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的分配，應(yīng)該依靠無線資源管理算法。這類算法具體有：數(shù)據(jù)包調(diào)度、接入控制以及帶寬分配等相關(guān)的技術(shù)。下面對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行具體的分析：

第一，接入控制：衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的信道屬于是相對(duì)比較開放的媒介，帶寬資源也是受到了一定的限制，因此，所有的節(jié)點(diǎn)都需要利用競(jìng)爭(zhēng)來發(fā)送數(shù)據(jù)。

第二，數(shù)據(jù)包的調(diào)度算法：衛(wèi)星通信系統(tǒng)當(dāng)中的很多全新業(yè)務(wù)的引入會(huì)造成上行路以及下行路線路當(dāng)中業(yè)務(wù)量相差非常大，其中下行鏈路業(yè)務(wù)是主要的，具體的發(fā)展趨勢(shì)相似于固定的因特網(wǎng)。為了能夠有效的適用上面的趨勢(shì)并對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)當(dāng)中的下行鏈路數(shù)據(jù)的傳輸速率以及頻譜效率進(jìn)行有效的提高，這就需要有效以及高速的調(diào)度算法來作為保證[3]。該算法的主要功能是當(dāng)衛(wèi)星包調(diào)度算法當(dāng)中存在很多的業(yè)務(wù)隊(duì)列時(shí)，根據(jù)哪種順序來調(diào)度業(yè)務(wù)隊(duì)列來有效保證服務(wù)質(zhì)量。因?yàn)樾l(wèi)星信道的高誤碼率特性以及長(zhǎng)延遲造成地面的無線網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中相對(duì)比較常用的調(diào)度算法在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生性能方面的降低。

第三，帶寬分配算法：該算法指的主要是在動(dòng)態(tài)或者動(dòng)態(tài)的資源分配的前提之下，將信道資源根據(jù)一定的方法向接入節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分配，保證節(jié)點(diǎn)能夠傳輸數(shù)據(jù)【3】。現(xiàn)階段，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的帶寬分配算法主要有根據(jù)恒定的速率分配，在連接的初始階段對(duì)傳輸速率進(jìn)行有效的協(xié)商，在整個(gè)的連接過程當(dāng)中來對(duì)速率維持不變。

四、結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)無線資源管理方法當(dāng)中的數(shù)據(jù)包調(diào)度、帶寬分配以及接入控制等相關(guān)的問題進(jìn)行了深入性的研究。對(duì)跨層設(shè)計(jì)的思想進(jìn)行有效的結(jié)合并給出了全新的思路以及方法，給出全新的研究結(jié)論，為之后的研究提供依據(jù)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]周坡，曹志剛. 基于網(wǎng)絡(luò)效用的OFDM衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)呼叫接納控制[J]. 宇航學(xué)報(bào)，2012，05：628-634.

[2]呂蓉，陸銳敏，曹志剛. 一種用于寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的跨層星上緩存管理策略[J]. 解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，01：1-5.

[3]呂蓉，曹志剛. 衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)中跨層設(shè)計(jì)的星上緩存管理優(yōu)化方案[J]. 宇航學(xué)報(bào)，2011，06：682-686+742.