楊 柳，張 寧

(1.解放軍理工大學 通信工程學院，江蘇 南京210007;2.網絡技術管理中心，北京100840)

0 引言

衛(wèi)星通信相對于其他通信手段，具有覆蓋范圍廣、接入容量大、可靠性高、組網靈活、機動性能好、生存能力強等優(yōu)點，在現代通信中扮演著重要角色。同時，衛(wèi)星通信的獨有特點也促使衛(wèi)星通信網絡成為未來戰(zhàn)爭的重要軍事通信手段［1］。現在，我國己經建成了多種衛(wèi)星通信網絡，如何充分有效發(fā)揮現有衛(wèi)星通信網絡作用已經成為重要研究方向。而在衛(wèi)星通信網絡運行過程中，對衛(wèi)星通信網絡進行評估，對于及時掌握衛(wèi)星通信網運行情況，評估網絡運行狀況，實時、準確的做出相應策略，配置網絡相關參數，提高衛(wèi)星通信網絡性能具有重要意義。

目前，已有大量關于衛(wèi)星通信系統(tǒng)效能評估的研究。參考文獻［2］研究了軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)效能評估指標體系，參考文獻［3］提出了基于模糊推理的衛(wèi)星系統(tǒng)綜合效能評估方法。但是多數研究都是針對衛(wèi)星通信網絡規(guī)劃方案的綜合評估，而很少針對正在運行的衛(wèi)星通信網絡進行評估。但是多數針對正在運行的衛(wèi)星通信網絡評估研究都是通過獲取衛(wèi)星通信網絡的丟包率、時延等IP協(xié)議層的指標對網絡通信情況評估［4］，而很少針對未采用IP體制的衛(wèi)星通信網絡進行評估。文中針對以話音為主要業(yè)務的非IP體制的衛(wèi)星通信網絡，建立了該衛(wèi)星通信網絡運行質量評估指標體系，研究了基于模糊綜合的網絡運行質量評估方法。

1 衛(wèi)星話音通信網運行質量評估指標體系

1.1 指標體系構建原則

為全面、科學的評價衛(wèi)星話音通信網［5］的運行質量，首先需要建立一個合理完善客觀的指標體系［6］。考慮到評價過程的可行性和科學性，結合衛(wèi)星通信網絡的特點，提出構建指標體系應遵循的下列原則:

(1)全面性原則

選取的指標能比較全面、有效地反映網絡的運行狀態(tài)。

(2)獨立性原則

構建的指標體系中各指標盡可能地獨立，減少指標內涵的重疊度，各個指標相對獨立反映網絡的某一方面現狀，避免冗余指標。

(3)定性與定量相結合原則

衛(wèi)星通信網絡存在著精確與模糊、可測度與不可測度、穩(wěn)定與不穩(wěn)定等多種情況，對整個網絡的評估需要定性與定量表示相結合。定性指標必須要有明確的定義，以便進行定性分析。定量指標必須要有明確測量方法，具有現實統(tǒng)計意義，以便于定量分析、操作和驗證。

(4)理論與實踐相結合的原則

指標體系的設置一方面可以參考相關標準、文獻或已有工作成果，另一方面也可以從收集實際網絡的數據開始，進行指標的探索性分析。

1.2 指標體系的要素分析

借鑒文獻［7］中IP網絡運行質量的定義，定義衛(wèi)星話音通信網運行質量是在實際運行過程中向用戶提供的服務特性與用戶的要求一致程度。從管理功能看，網絡質量應該包括網絡性能、網絡安全、網絡維護等方面的內容;網絡性能反映了網絡運行過程中基本組成要素的運行情況;網絡安全反映了相關網絡安全措施為網絡提供的安全防御能力;網絡維護網絡動態(tài)維護其運行有效性的能力，同時也反映了運營維護部門的維護能力。

(1)網絡性能

衛(wèi)星話音通信網是一種采用衛(wèi)星通信技術承載話音業(yè)務的基礎網絡。其網絡的運行質量直接影響業(yè)務的效果。反過來看，其網絡承載的業(yè)務性能即網絡狀態(tài)是否滿足業(yè)務傳輸的需求也能反映出網絡的運行質量。文中采用面向業(yè)務的思想代替面向設備的思想來考慮網絡性能的指標選取。

文中歸納的網絡性能指標包括全網平均每天呼叫總次數、全網平均每天呼通率、全網平均每天小站在線時長、全網平均每天小站通信時長、平均每天通信小站比率、平均每天在線小站比率。其中，小站是指組成衛(wèi)星通信網的機載站、車載站、便攜站、手持站等各類地球站的統(tǒng)稱。小站的在線狀態(tài)表示小站開機且中央站知道小站已經配置到該網絡頻段，但小站未發(fā)起通信請求。

(2)網絡維護

從物理結構看，網絡是由節(jié)點與鏈路組成。由于衛(wèi)星通信采用無線傳輸，組成網絡的節(jié)點是否能支撐網絡的良好運行，即設備性能，是影響網絡維護能力的重要因素。

文中歸納的網絡維護指標包括小站平均壽命、衛(wèi)星壽命、平均無故障時間、平均故障恢復時間、小站故障率。其中，故障的計算與統(tǒng)計包括中央站與各地球站。

網絡安全與網絡性能息息相關，一旦網絡安全受到威脅，網絡性能指標將會迅速惡化。網絡安全不僅包括正在運行的網絡系統(tǒng)的安全，也包含通過網絡傳遞的信息的安全。在衛(wèi)星話音通信網中，傳輸的話音安全通過密鑰加密來實現。密鑰加密算法的強度取決于密鑰的更換周期與長度。

文中歸納的網絡維護指標包括抗干擾能力、密鑰的更換周期、密鑰長度、空間電磁環(huán)境事件頻率、地面惡劣氣候環(huán)境事件、衛(wèi)星異常事件頻率。其中，抗干擾能力包括衛(wèi)星和小站對人為和非人為的電磁干擾的抵抗能力?？臻g電磁環(huán)境事件是指日凌、太陽風暴等無法采用抗干擾技術解決的大范圍電磁干擾。地面惡劣氣候環(huán)境事件包括暴風、大雪、臺風、強降雨、強風等造成電磁信號急劇衰落的事件。衛(wèi)星異常事件包括姿態(tài)異常、燃料泄漏、星蝕、電池異常、硬打擊。

1.3 衛(wèi)星話音通信網運行質量指標體系構建

按照層次結構分類歸納，構建如圖1所示的指標系。

圖1 衛(wèi)星話音通信網運行質量評估指標體系Fig.1 Index system of satellite communication network operating quality

2 衛(wèi)星通信網絡運行質量評估方法

由于網絡運行質量是根據多個指標的評測結果來確定的，雖然很多指標能夠得到一些數值，但還需要對一些數值進行定性判斷，這種定性具有一定的模糊性，并非完全準確，因此，文中采用模糊綜合評價法［6］研究衛(wèi)星話音通信網運行質量評估。

2.1 建立評語等級和確定影響評估對象的因素

建立評估對象的因素論域U，建立評語論域V及評語對應的分值S。

2.2 確定指標的權重

文中采用層次分析法層次分析法來計算指標權重，衛(wèi)星通信網絡運行質量的指標體系由兩級指標構成，假定一級指標域用A表示;二級指標域用B表示。

(1)構建權重判斷矩陣

當前許多地方是小動物依舊以散養(yǎng)為主，規(guī)?；?、集約化畜牧生產即使有發(fā)展趨勢，但占據比例小，無法滿足當代蓄禽業(yè)發(fā)展需求。許多動物是小規(guī)模生產，一家一戶形式，養(yǎng)殖場戶在生產中隨意添加飼料、藥物和添加劑，排泄物處理和管理等無法達到標準。免疫程序制定隨意，監(jiān)控管理難度大，尤其是防疫動物工作，無法根據免疫流程實施。

為了得到量化的判別矩陣，引入1－9的標度法，如表1所示。在1－9的標度法中，除了在表1中給出的值外，2、4、6、8也都是可以使用的中間值。在利用1－9的標度法量化過程中，如果指標i不如指標j重要，則取值為1/u，u為1－9。根據表1將所有的指標進行兩兩比較，構建判斷矩陣A:

其中，aij表示指標ai相對于指標aj的權重。

表1 1－9的標度法Table 1 Scalingmethod of 1－9

(2)指標權重計算和一致性檢驗

層次分析法的指標權重計算問題，可以歸納為判斷矩陣的特征向量求解問題，方法如下:計算判斷矩陣每行元素乘積Mi:

計算Mi的n次方根ˉWi:

其中n為判斷矩陣的階數。

則 W=［W1，W2，…，Wn］T即為所求的特征向量，

計算判斷矩陣的最大特征根λmax:

一致性檢驗:

其中，n為矩陣的維數。

設第一級指標各指標的權重為Wi，i=1，2，…，n。n為一級指標的個數。則通過以上步驟，就可以確定一級指標的權重向量:

2.3 建立模糊關系矩陣

在指標體系所有的二級評價指標與評語論域V之間進行單因素評估，建立模糊關系矩陣R:

其中，x為所有二級指標的個數，m評語等級個數。矩陣R中的元素rij表示指標域中第i個指標ai對應于評語等級V中第j個等級vj的隸屬程度。

對每一個二級指標域Bi來說，它的權重分配為Wij，則可以得到一級評判向量:

則對于每一個一級指標域來A說，它的單因素模糊關系矩陣為:

其中，n為一級指標的個數。

2.4 計算最終評估結果

將權值向量W與一級指標的模糊關系矩陣R經過模糊變換，得到評估結果向量B:

其中，m評語等級個數，bj表示評估對象從整體上看對vj等級模糊子集的隸屬度，“?”為模糊合成算子

將結果向量映射為具體的評估值，得到最終評價結果E:

E值即為衛(wèi)星話音通信網運行質量綜合指數。

3 結語

衛(wèi)星通信的獨有特點促使衛(wèi)星通信網絡已發(fā)展成為我國的重要傳輸網絡。作為衛(wèi)星通信網絡管理的重要組成部分，衛(wèi)星通信網絡質量的評估是一個非常關注的問題。文中針對以話音為業(yè)務的衛(wèi)星通信網絡，根據網絡管理實際運行和管理的需求，提出了一組衛(wèi)星話音通信網運行質量評估指標體系。本指標體系從網絡管理功能的角度出發(fā)，確定三個一級指標即網絡性能指標、網絡維護指標和網絡安全指標，再將影響衛(wèi)星話音通信網運行質量的各個因素歸納到一級指標下，并由上至下進行補充。最后，利用模糊綜合評價法完成了對衛(wèi)星話音通信網運行質量的評估，為衛(wèi)星話音通信網的管理提供了參考。

［1］ 尹志忠，陳靜毅，周賢偉.美軍衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展及其技術研究［J］.通信技術，2009，42(11):55 －58.YIN Zhi－ zhong，CHEN Jing － yi，ZHOU Xian － wei.Development and Technology of U.S.Military Satellite Communication Systems［J］.Communications Technology，2009，42(11):55 －58.

［2］ 尹江麗，王莉.軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)效能評估指標體系［J］.武器裝備自動化，2008，27(06):9－11.YIN Jiang － li，WANG Li.Research on Effectiveness Evaluation Index System ofMilitary Satellite Communication System［J］.Armament Automation，2008，27(06):9 －11.

［3］ 楊巧麗，葉淦華，陸銳敏.基于模糊推理的星座通信系統(tǒng)綜合效能評估方法［J］.無線電通信技術，2009，35(03):8－10.YANG Qiao－li，YEGan－h(huán)ua，LU Rui－min.Synthetic Performance Evaluation for ConstellationCommunication System Based on Fuzzy Theory［J］.Radio Communications Technology，2009，35(03):8 －10.

［4］ 張昭，邊東明，孫謙等.衛(wèi)星通信網絡性能評估方法研究［J］.數字通信世界，2010，5(03):61 －64.ZHANG Zhao，BIAN Dong － ming，SUN Qian et al.Research on Performance Evaluation Method of Satellite Communication Network［J］.Digital Communication World，2010，5(03):61 －64.

［5］ 馬刈非.衛(wèi)星通信網絡技術［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2003.MA Yi－ fei.Satellite Nework Communicate Technology［M］.Beijing:National Defense Industry Press，2003.

［6］ 張杰，唐宏，蘇凱，等.效能評估方法研究［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2009.ZHENG Jie，TANG Hong，SU Kai，et al.Research on the effectiveness evaluation method［M］.Beijing:National Defense Industry Press，2009.

［7］ 夏靖波，羅赟騫.IP網絡運行質量模糊綜合評估方法研究［J］.電子科技大學學報，2011，40(02):267 －272.XIA Jing－bo，LUO Yun－qian.Fuzzy Comprehensive E-valuation Method of IP Network Operational Quality［J］.Journal of University of Electronic Science and Technology of China，2011，40(02):267 －272.