劉立士 胡俊超 馬玉峰

摘 要：高級在軌系統(tǒng)（Advanced Orbiting System，AOS）協(xié)議是空間數(shù)據(jù)咨詢委員會提出的新一代衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用于解決空間鏈路中具有速率高、突發(fā)性強等特點的業(yè)務(wù)流的傳輸問題。為解決AOS中網(wǎng)絡(luò)擁塞的問題，本文對AOS中的隊列管理算法進行了研究。提出了一種基于權(quán)重參數(shù)反饋策略的隊列管理算法，給出了不同信源類型下AOS網(wǎng)絡(luò)擁塞控制策略，并采用MATLAB仿真方法進行了驗證。

關(guān)鍵詞：AOS 主動隊列管理 星上信源 擁塞控制

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（c）-0010-02

1 高級在軌系統(tǒng)

高級在軌系統(tǒng)[1]是一種適用于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，旨在解決當前衛(wèi)星鏈路中復雜業(yè)務(wù)類型下數(shù)據(jù)的傳輸問題，以適應(yīng)越來越多樣化和復雜化的空間業(yè)務(wù)需求。高級在軌系統(tǒng)中包含幀生成模塊和虛擬信道調(diào)度模塊，每個模塊負責不同的業(yè)務(wù)功能。為解決高級在軌系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)擁塞問題，本文以自相似流量模型作為源包到達模型，加入隊列管理模塊，形成的新模型如圖1所示。

2 多路復用機制

多路復用機制是高級在軌系統(tǒng)中的核心技術(shù)之一。對于資源比較緊張的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，多路復用機制能解決不同用戶對資源的爭搶問題。AOS中通過兩級多路復用機制為用戶提供服務(wù)，第一級是通過幀生成模塊來實現(xiàn)的包復用，其中幀生成算法有多種具體的實現(xiàn)，本文采用的是高效率幀生成算法[2]。第二級是通過調(diào)度模塊實現(xiàn)的虛擬信道復用。調(diào)度算法很多，本文采用的是一種具有廣泛適用性的虛擬信道調(diào)度算法[3]（Scheduling Algorithm with Broad Applicability，SABA）。

3 基于權(quán)重參數(shù)反饋策略的隊列管理算法

在本研究中，采用了ON/OFF[4]模型作為信源模型，用來模擬不同的星上信源類型。星上信源的類型大致分為三類：第一類是負載差別很大的信源類型。此種類型的信源中，往往有若干條鏈路中的數(shù)據(jù)量遠大于其他鏈路中數(shù)據(jù)量，可能會出現(xiàn)壟斷物理信道的情況。第二類是差別小的信源類型，這種情況下的信源，一般不存在某條信道壟斷物理信道。第三類是負載均衡類信源。此種類型的信源數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)速率都比較平均。

本文提出了一種基于權(quán)重參數(shù)反饋策略的主動隊列管理算法。該算法將ON/OFF模型中信源的到達看作是服從泊松分布的，每個到達的信源以恒定速率發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)的時間服從Pareto分布。如果發(fā)送數(shù)據(jù)的時間過長，則導致數(shù)據(jù)包丟棄，丟棄概率記為P1。在此基礎(chǔ)上，本文又對反饋機制進行了研究。在虛擬信道調(diào)度模塊中，幀緊迫度與虛擬信道傳輸緊迫度衡量了信道中數(shù)據(jù)幀的平均等待時間以及虛擬信道被調(diào)度的頻率。對于不同類型的星上信源，由于不同數(shù)據(jù)量的信道也具有不同的幀緊迫度， 所以本文設(shè)計一種反饋機制，將虛擬信道的幀緊迫度反饋給隊列管理模塊，計算出相應(yīng)數(shù)據(jù)包丟棄概率P2。最終的數(shù)據(jù)包丟棄概率為P=αP1+（1-α）P2，0≤α≤1。根據(jù)不同的星上信源類型，可以調(diào)節(jié)α的大小以適應(yīng)實際的環(huán)境。下文通過仿真實驗，來驗證該反饋策略的可行性。

4 仿真結(jié)果及分析

本文通過緩存中的平均隊列長度指標來進行仿真驗證。擁塞控制良好時，緩存中的平均隊列長度應(yīng)該比較小，且變化平緩。仿真參數(shù)設(shè)置如下：平均包到達率λ為0.8，其指數(shù)分布參數(shù)μ，gpmd（X，K，σ，θ）為Pareto分布函數(shù)，其參數(shù)設(shè)置情況為X=0.2，K=0.5，σ=θ=1。

由仿真結(jié)果可知，加入權(quán)重參數(shù)調(diào)節(jié)的隊列管理算法，當信源負載差別很大時，取α=0.2時，對應(yīng)的平均隊列長度和變異系數(shù)分別為159.6423和0.2295，取α=0.8時，所對應(yīng)的平均隊列長度均值和變異系數(shù)分別為126.3629和0.1643，隊列長度減少20.85%，變異系數(shù)減少28.41%，系統(tǒng)擁塞情況得到明顯改善。所以當信源類型差別很大時，應(yīng)當增加 的值，以減少平均隊列長度和相對方差，提升系統(tǒng)擁塞控制性能。

加入權(quán)重參數(shù)調(diào)節(jié)的隊列管理算法，當信源負載比較小，當α=0.2時，平均隊列長度和變異系數(shù)分別為134.2987和0.2514，當α=0.8，平均隊列長度和變異系數(shù)分別為129.7147和0.2172，隊列長度減少3.41%，變異系數(shù)減少 13.60%，系統(tǒng)擁塞情況有所改善，但效果不是十分明顯。

5 結(jié)語

本文研究了高級在軌系統(tǒng)中的隊列管理算法，在基于時間的主動隊列管理算法的基礎(chǔ)上，加入了基于權(quán)重參數(shù)的反饋機制，將虛擬信道調(diào)度模塊的幀緊迫度反饋給隊列管理模塊，并通過參數(shù)來調(diào)節(jié)，以適用于不同的星上信源類型。仿真結(jié)果表明，當信源類型比較大時，通過調(diào)節(jié)權(quán)重參數(shù)，增加α的取值，能明顯減少平均隊列長度和變異系數(shù)，擁塞控制效果提升明顯。

參考文獻

[1] Tian Ye，Wang Ruonan，Jiang Yueqiu，et al A novel multiple-channels scheduling algorithm based on timeslot optimization in the advanced orbiting systems[J].Multimedia Tools and Applicatio-ns，2017，76（3）：4523-4551.

[2] 趙曉曦.有限緩存下基于自相似業(yè)務(wù)流的AOS數(shù)據(jù)幀生成技術(shù)研究[D].沈陽理工大學，2017.

[3] 張艷琴.基于高級在軌系統(tǒng)的虛擬信道調(diào)度算法研究.[D].沈陽理工大學，2010.

[4] 胡嚴，張光昭.重尾ON/OFF源模型生成自相似業(yè)務(wù)流研究[J].電路與系統(tǒng)學報，2001（3），72-76.