基于模型的性能评价研究

1、基于模型的性能评价研究张1 石2(大学信息学院，北京 100000)1 (大学动画学院，成都 610000)2摘 要 本文通过建立SPN（随机Petri 网）模型来分析BGP-S（边界网关路由协议-卫星版）的性能。文章首先利用SPNP（随机Petri 网工具包）6.0 对所构建的SPN 模型进行了性能评价，分析了卫星的覆盖角、数据包大小、网络传输速率、对等体寄存器链路带宽等参数对网络平均时延的影响。该模型对卫星网络的设计和性能分析具有很好的理论指导意义。关键词 卫星网络，SPN模型，边界网关路由协议-卫星版，性能分析Research on Performa

2、nce Evaluation Based on ZHANG xxxx1, SHI yyyy 2 (School of Information , Xxxxxxxxx University of China, Beijing 100000)1( School of Animation, Yyyyyyyy University of China, Chengdu 610000)2Abstract: In this paper, a Stochastic Petri Net (SPN) model is constructed to analyze the performance of Border

3、 Gateway Protocol Satellite version (BGP-S) in satellite networks. Then, the effects of satellite coverage angle, data packet size, network data rate, Active Peer Register (APR) link bandwidth on average time delay and average throughput are also analyzed using Stochastic Petri Net Package (SPNP) 6.

4、0. Because of its easiness and accuracy, the proposed approach has great benefit to the design and performance analysis of satellite networks.Keywords: Satellite networks; SPN model; BGP-S; Performance analysis21. 引言卫星通信和现有的其它通信方式（如光纤通信和移动通信等）相比，具有通信容量大、覆盖地域广、不受地理条件限制和通信方式机动灵活等显著优点。随着互联网和卫星通信技术的迅速发展

5、，卫星网络也被考虑作为下一代互联网部分，提供宽带接入1, 2。卫星网络的另一个显著特点是具有良好的可扩展性 3。2. BGP-S协议介绍通常的混合网络包括陆地因特网和基于IP的卫星网。陆地因特网是以自治系统进行组织的。每个AS内，路由是通过内部网关协议（IGP）完成的。AS间的路由是基于外部网关协议（EGP），如BGP-4。卫星网络应该具有如下属性：卫星网络可在两个网关间转发单个数据包。 图 1 混合陆地/卫星网络结构_基金项目：国家下一代互联网示范工程(CNGI-04-12-2A)；广电总局高校科技项目(BG0206)作者简介：张，男，博士后，主要研究领域为卫星网络、通信网络的性能分析和计算

6、机图形学等；石，男，教授、博士生导师，主要研究领域为计算机动画、图论和建模仿真等。3. 卫星网络的特性分析3.1. 卫星网络节点的几何特性分析如图2所示，我们通过轨道高度为、半覆盖角为的卫星网络中的卫星节点进行几何特性分析5。其中，是卫星的仰角，是地球的半径（取6378.14km）。3.2. 卫星网络中时延组成分析数据包从地面发出、经过卫星网络传输，直到返回地面的过程中产生的时延迟有通过星地链路的传播时延、发送及接收数据包所产生的传输时延和排队时延等。3.2.1. 传播时延(propagation delay)根据通信源和目的的方向可将传播时延（）分为上行星地链路通信时延（）和下行星地链路通信

7、时延（）。3.2.2. 传输时延(transmission delay)传输时延（）为以网络传输速率传输数据包所产生的时延，计算公式如下：，其中表示数据包的大小；表示数据传输速率，一般情况下，数据传输速率为网络的带宽。3.3卫星网络中时延组成分析定义1：全双工通信是指节点向节点传递消息（数据包）的同时，节点也向节点传递消息（数据包）。在全双工通信模式下，会存在共同竞争使用资源（如缓存区、带宽等）的现象。4. 模型性能评价为了便于计算和求解SPN模型，我们采用如表1所示的统一计量单位：表 1 统一计量单位表对象名统一单位链路时延ms地球半径Rekm卫星轨道高度Hkm电磁波传输速率km/ms数据包

8、大小psbyte链路时延ms传输速率/带宽M byte/s变迁的实施速率ms-15. 结论本文采用基于SPN工具建模和性能评价的方法对卫星网络中的BGP-S协议进行了研究，首先分析了卫星网络的节点几何特性、时延组成和通信模式等有关特性，并在此基础上建立了在混合卫星/陆地网络结构下BGP-S的SPN模型，同时通过4组示例研究了卫星覆盖角度、数据包大小、网络数据传输速率和APR链路的带宽对网络平均时延的影响。通过示例分析，我们可以得出如下的结论：通过增加卫星的覆盖角度或增大数据包大小将导致卫星网络的平均时延变大，而增强数据包的传输速率将导致平均时延的下降，同时随着APR链路带宽的提升网络的平均时延

9、将明显减小。参考文献1 G. Stette, Standard in the field of satellite mobile and personal communications, Space communications on International Journal, 1995, 13(3).2 吴诗其，胡剑浩，吴晓文，曹世文等. 卫星移动通信新技术M. 北京：国防工业出版社,2001.3 Makhoul, Beyond Pie in the Sky. Satellite Communications, May 1997:46-484 Eylem Ekici, Ian F. Aky

10、ildiz, Michael D. Bender. “Network layer integration of terrestrial and satellite IP networks over BGP-S”, Proceedings of the IEEE, 2001. pp. 2698-27025 Petri CA. “Kommunkation mit automaten”, Bonn: Institut fur Lnstrum Entelle Mathematik, Schriften des IIM Nr. 3, 1962. Also English translation, “Communication with automata”. Technical Report RADC-TR-65-377. Rome Air Dev. Center, New York, 1966.6 林闯. 计算机网络和计算机系统的性能评价M. 北京: 清华大学出版社, 2001.7 陆维明,林闯. 生