信道帶寬分配技術在衛星通信系統的應用

蔡 青，陳福鋼，高鵬飛

（南京熊貓漢達科技有限公司，南京 210014）

信道帶寬分配技術在衛星通信系統的應用

蔡 青，陳福鋼，高鵬飛

（南京熊貓漢達科技有限公司，南京 210014）

本文分析了基于業務預測的固定帶寬分配模型和基于優先級的帶寬分配模型在衛星通信系統的應用情況。

衛星通信；多業務；帶寬分配。

Abstract:This paper analyzes the fi xed bandwidth allocation model based on traff i c prediction and bandwidth allocation model of the priority application in satellite communication system.

Keywords:satellite communication; multi service; bandwidth allocation

1 引言

近年來，航天技術、信息網絡等技術有了很大的發展進步，一方面，通信速率越來越高，容量越來越大；另一方面，各種衛星應用、天地基礎設施的融合，形成天地一體化的通信網絡。衛星通信系統和通信技術的完善，能夠更好服務消費者。同時，消費者的需求也在不斷提升，衛星通信從傳統的話音業務傳輸，逐漸發展到話音、視頻、IP數據等綜合業務的傳輸。消費者不斷提升的業務需求和衛星通信系統的有限傳輸帶寬仍然是一組日益突出的矛盾。由于各種業務對傳輸時延，傳輸帶寬等有不同的要求，帶寬分配技術成為衛星通信正在研究的重要問題之一。本文對衛星通信基于業務預測的固定帶寬分配和基于優先級排隊的模型做了簡單介紹，結合筆者的研究，詳細描述了提出了基于優先級和固定帶寬分配相結合的動態帶寬分配模型。

2 衛星通信數據傳輸模型

利用一對兩點（點對點）衛星通信傳輸鏈路，使用2M的寬帶信道實現衛星通信節點的互聯互通，實現同時傳輸話音、視頻、網絡數據。兩點互聯互通的模型結構如圖1所示。

圖1 衛星通信數據傳輸模型

（1）衛星地球站1配置。衛星地球站由射頻和天伺饋系統，L波段分合路器，寬帶調制解調器，保密機，綜合業務接入設備組成，外接話音設備、視頻設備、網絡設備。其中話音為多路VoIP網絡電話數據，視頻為同步數據，通過綜合業務接入器允許話音、視頻、網絡數據的同時傳輸。

（2）衛星地球站2配置和衛星地球站1配置相同。

（3）各類數據業務的特點：

⊙ 話音業務：高優先級，對時延和時延抖動敏感，速率恒定，占用帶寬小。

⊙ 視頻業務：中優先級，對時延和時延抖動較話音要求稍低，速率恒定，占用帶寬大。

⊙ 網絡數據業務：低優先級，只需要盡力而為的傳輸，對時延和抖動要求低，要求誤碼率低，多數是突發性業務，占用帶寬變化很大。

3 固定帶寬分配模型

3.1 模型介紹

固定帶寬分配基本思想是在傳送數據之前，根據業務的QoS需求進行信道資源的預留，在業務傳輸過程中保證分配的帶寬不發生變化，從而為該數據流提供端到端的QoS保證。常見的固定帶寬分配模型入如圖2所示。

圖2 固定帶寬分配模型

（1）數據分類器：按照業務類型，對輸入的數據進行緩存，并把數據信息告知帶寬分配控制模塊。

（2）帶寬分配控制：實現資源預留功能，根據業務的類型和QoS要求計算出不同業務對應的帶寬，在業務數據傳輸過程中保持帶寬不變，并且在相應時刻通知調度器獲取相應的數據。

（3）調度器：根據帶寬分配的結果從數據分類器獲取相應的數據，并且把獲取的數據輸出給信道。

3.2 模型優缺點

基于業務預測的固定帶寬分配的算法可以絕對保證各種業務的QoS要求，但是實現方面存在一些問題，主要體現在下面一些方面：

（1）不利于突發數據的處理。固定帶寬分配算法需要不斷刷新和保存狀態信息，為各種業務預留固定帶寬，適用于占用固定帶寬并且長時間傳輸的業務，對于突發的業務數據，需要不斷調整帶寬分配策略，運算量大。

（2）需要端到端進行資源預留。固定帶寬分配可以保證信道方面絕對滿足QoS需求，通常衛星信道連接外部系統，需要各個節點為每個業務流進行資源預留才能達到整體的效果。

（3）部分信道資源的浪費。在對固定業務進行帶寬估計是通常需要多預留部分帶寬以滿足傳輸要求，多預留的資源會減少信道的利用率。

4 優先級排隊模型

4.1 模型介紹

優先級隊列模型如圖3所示。

圖3 優先級隊列模型

（1）數據分類器：把輸入的數據根據優先級進行緩存，具有最高優先級的非空隊列最先被選擇服務，如果最高優先級隊列為空，則選擇具有次優先級的隊列進行服務，以此類推。

（2）帶寬分配控制：根據總的帶寬和優先級隊列的數據情況，產生獲取數據信號。

（3）調度器：根據帶寬分配控制模塊產生的信號，從數據分類器獲取相應優先級的數據，把獲取數據輸出給信道。

4.2 模型優缺點

基于優先級算法的模型簡單有效，擴展性強，只需把業務按優先級區分，然而基于優先級隊列的模型也存在一些問題。

（1）不適合需要連續數據流的傳輸。例如，同步數據要求具有連續的數據流，在多種業務傳輸時，其他優先級的數據流量突然變大或變小會造成連續數據流的中斷，影響傳輸質量。

（2）不能滿足所有業務的QoS要求。基于優先級的算法會最先傳輸高優先級的任務，對于最高優先級的任務可以同時滿足時延和時延抖動的要求；當數據量大時，低優先級的的任務長時間得不到服務。另外，對于靜態配置的優先級，不能適應業務的擴展要求。

5 基于優先級和固定帶寬分配的模型

綜合考慮固定帶寬分配模型和優先級排隊模型的優缺點，提出一種基于優先級和固定帶寬分配的模型。該模型根據信道傳輸的業務類型進行分類，在滿足各業務的QoS要求下，盡可能提高信道的利用率。

5.1 模型介紹

基于優先級和固定帶寬分配的模型如圖4所示。

圖4 基于優先級和固定帶寬分配的模型

（1）數據分類器：對業務進行劃分，有特殊要求的業務緩存在特殊業務隊列，其余業務按優先級進行緩存，并把數據信息告知帶寬分配控制模塊。

（2）帶寬分配控制：實現資源預留功能，根據特殊業務信息劃分出固定的業務傳輸帶寬，在業務通信過程中保持傳輸帶寬不變；其余業務根據剩余的帶寬，按照業務的優先級通知調度器獲取相應數據。

（3）調度器：模塊根據帶寬分配控制模塊的結果從數據分類器獲取相應的數據，并且把獲取的數據輸出給信道

5.2 模型的特點

基于優先級和固定帶寬分配的模型，利用了固定帶寬分配和基于優先級傳輸的優點，可以在保證數據傳輸的基礎上，最大程度提高信道利用率。

根據不同業務的特點進行劃分，把需要連續傳輸的視頻數據流單獨進行預留帶寬，可以保證同步視頻流的連續性，其他業務的帶寬變化不會對視頻傳輸造成影響；話音數據和網絡數據按照優先級隊列進行傳輸，話音的優先級高，可以保證時延和時延抖動要求；最后，對于突發的網絡數據，可以有限帶寬內進行傳輸，也不會影響其他數據的傳輸。

6 結束語

本文提出了基于優先級和固定帶寬分配的信道分配模型，該模型在衛星通信系統下能較好的滿足話音、視頻、IP數據等的綜合業務數據的傳輸。隨著衛星通信網絡和地面通信網絡的不斷融合，本文提出的流量控制模型將在衛星通信領域得到越來越廣泛的應用，具有較強的應用性和推廣性。

[1] 王旭，郭志剛，壽國礎．EPON中支持多業務接入的動態帶寬分配算法研究，2006

[2] 黃飛,許輝,吳詩其．低軌衛星通信中基于公平性的信道借用策略，2006

[3] 楊世恩．多業務網絡動態帶寬分配算法研究，2011

[4] 劉治國，史二鑫，馬悅．基于動態令牌桶的衛星網絡帶寬分配方法，2016

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Application of the Channel Bandwidth Allocation Technology in Satellite Communication System

Cai Qing, Chen Fugang, Gao Pengfei
(Nanjing Panda Handa Technology Co., Ltd., Nanjing, 210014)

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.09.001

N927文獻標示碼：B

1672-7274（2017）09-0001-03