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卫星通信上的QoS分析

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作者：官骏鸣; 孙恩昌; 何明
卫星链路由于其固有的特点(长时延 ， 非对称环境)对QoS(QualityofService)提出新的要求和挑战 ， 本文首先对两种QoS策略进行讨论 ， 然后对其在卫星链路上的性能及以后研究的方向进行了讨论 。
要害词卫星通信区分服务资源预留协议CRED
1、卫星系统概述
GEO系统的卫星位于地球赤道上35786km四周的地球同步赤道上 ， 所以其单向传输时延在230-270ms之间 ， 往返时延(roundtrIPdelay)长达540ms ， 约比地面链路上WAN的等待时间(latency)大一个数量级 。卫星链路的长时延增大了TCP端到端的时延 ， 导致确认信息的延缓 。这种缓慢的反馈会减弱流量控制 ， 降低了避免拥塞的性能 ， 并会影响吞吐量 。这样就会造成大量的数据包停留在卫星通信管道上 ， 增加了包丢失概率 ， 从而引起网络的拥塞[1] 。
链路轻易受到不同因素的影响(如干扰、衰落、阴影效应和雨衰) ， 因此会有很高的比特差错率(BER) 。大约为1O-6数量级 ， 这远远高于高速有线媒质(如光纤).高误码率严重削弱了卫星信道可靠传输数据的性能 ， 这是因为TCP是一个使用分组丢失来控制传输行为的丢失敏感协议 ， 它无法区分由于传输错误造成的数据包错误还是由于拥塞造成的数据包丢失 ， 对这两种都无法确认 ， 而被解释成网络拥塞的标志 。当接收到一个损坏的数据包 ， 即使没有拥塞发生 ， 窗口的大小随即变为原来的一半 ， 这就使得吞吐量大大减小 。
许多卫星系统在前向和反向数据信道间有较大的带宽不对称性 。从卫星到地面的前向链路远大于反向链路 。可以知道 ， 多个终端通过共享窄带上行链路实现与卫星的连接 ， 这就可能导致拥塞 。在大多数时间里上行链路传输的是纯粹的ACK．而TCP是“selfclocking”：即 。源端在接收到对应已发数据的ACK之后发送新的数据 ， 这样源端发送的新数据的速率和另一端返回的ACK的速率相匹配 。可以理解为上行链路的ACK流速率控制着下行链路的吞吐量 。在非对称行链路上会出现下列问题：1)由于拥塞窗口的增加依靠ACK ， 因此 ， ACK的速率越低 ， 拥塞窗口的增加就越慢 ， 这就降低了慢启动和拥塞避免的性能；2)由于反向信道的限制 ， 可能使得ACK包出现拥塞和丢失 ， 这也会导致吞吐量的降低 。
不对称比率(返回路径容量与前向路径容量之比)大于ACK包尺寸于数据包尺寸之比时,反向链路较前向链路先达到容量值 ， 从而造成拥塞,限制了前向链路的带宽利用 。这时会出现拥塞情况 ， 造成ACK的延迟和导致不必要的重传 。
【卫星通信上的QoS分析】 2、服务质量QoS(QualityofService)
现有的互联网所提供的是“尽量做好”best-effort的服务在这种服务模型下所有的业务流被“一视同仁”地公平地竞争网络资源 。网络只需尽快的完成服务 ， 而对业务的可靠性、延迟等不能提供任何保证 ， 随着IP技术和网络的发展 ， IP网正在从当初单纯传送数据向可传送数据、语音、活动/静止图像的多媒体网络转变 。我们可以把传输的业务分成两类：实时业务和非实时业务 。实时业务是指需要端到端的服务保证 ， 对资源的持续要求较高的媒体流传输业务 。这些业务对带宽、延迟、延迟抖动都有非凡要求 。主要包括语音、视频传输等；非实时业务是指那些对传输时延要求较低、只需尽量将数据包发送到目的地的业务 ， 内容包括Email、FTP、Web浏览等 。
我们关注的就是这些业务在卫星通信网传输之前 ， 如何根据它们的特性将它们区分 。以便区别的传送 。这就是QoS解决方案 ， QoS研究目标是如何有效的为用户提供端到端的服务质量和保证 。它无法创造带宽 ， 只是根据需求和网络状况来治理带宽 。具体可以量化为传输延迟、抖动、丢包率、带宽要求、吞吐量、业务可用性等指标 。为了解决QoS问题 ， IETF提出了下面几种服务模型和机制：集成服务和资源预留协议(IntServ/RSVP)、区分服务(DiffServ)、和多协议标签交换(Multiprotocollabelswitching ， MPLS) ， 本文主要讨论资源预留协议和区分服务在卫星链路上的应用 。

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