空间信息网络业务特征与流量分析理论研究

Under the circumstances of space information network, current network service analysis method is hard to be adopted to analyze the service features, due to the pertinence, periodicity, sparsity of the space information network service sources. At the same time, as the flux of space information network is highly dynamic and the relationship to space and time is very complex, the difficulty of flux analysis is increased extremely, which will bring huge difficulties and restrictions to the construction planning , analysis, and evaluation of space information network. Therefore, through the research on the service model based on space and time and the flow model based on large scale and highly dynamic topological structure, this project is aimed to build a space information network performance system based on the analytic network hierarchy process and synthetic evaluation method based on entropy weight and cloud model. A mechanism of space information network performance analysis and evaluation based on service features and traffic analysis is also meant to be formed and used as the theoretic basis and guide principle for the top level structure planning, structure and protocol design, development and construction, operation management of space information network.

在空间信息网络环境下，由于空间信息网络业务源的相关性、周期性、突发性和稀疏性的特点，使得现有的网络业务分析方法难以适用，无法有效地分析空间信息网络业务特征；同时由于空间信息网络流量的高动态性和时空关系复杂性，导致进行流量分析的复杂性极度增加，为空间信息网络的建设规划和分析评估带来了极大的困难和制约。为此，本项目通过开展基于空时相关的业务模型和基于大尺度、高动态拓扑结构的流量模型的研究，建立基于网络层次分析法的空间信息网络性能指标体系和基于熵权和云模型的网络性能综合评估方法，构建一种基于业务特征与流量分析的空间信息网络性能分析与评估机制，为空间信息网络的顶层架构规划、结构和协议设计、建设发展、运行管理等工作提供理论基础和指导原则。

本项目通过开展空间信息网络业务特征分析及建模和流量特性分析及建模，建立了一套评价空间信息网络传输性能的评价指标体系，为空间信息网络的顶层架构规划、协议设计、运行管理等工作提供理论基础和指导原则。具体地，本项目的研究内容分为四部分，一是“空间信息网络业务特征分析与建模”。二是“空间信息网络流量特性分析与建模”。三是“基于业务模型和流量分析的网络性能综合评估方法”。四是“面向典型任务的空间信息网络性能评估仿真与演示验证平台”。. 通过对以上四部分研究内容的研究，我们得到了以下重要成果。我们通过对业务数据产生机理的分析和仿真，从时间和空间两个角度上分别分析刻画了空间信息网络典型业务的时间特征和空间特征，并得到了相应的业务模型，同时得出了业务数据大小的分布成多项高斯分布，其特征与成像载荷直接相关的结论。我们通过对网络流量源的空间动态性的研究，设计了一个兼顾网络吞吐量、业务数据下传时延和用户公平性的传输调度算法。我们研究了在这个传输调度算法下空间信息网络的流量，设计了7个指标从不同角度分析空间信息网络的流量特征，建立了面向典型业务的空间信息网络流量模型，同时通过按时间线研究流量空间位置的方法，论证了流量在大时间尺度上的稀疏性和突发性，并且解释了业务数据和流量数据的空间分布的相关性。我们从用户体验质量和网络服务质量两个角度出发，从空间网络的物理传输能力、用户感知能力、管理员感知能力三个方面考察了空间信息网络的服务质量，通过评估几种典型的空间信息网络，我们得出了天线资源是空间信息网络关键资源的结论。. 我们的业务模型和流量模型为网络流量的预测分析提供了理论基础，对空间信息网络的容量设计有着指导意义。评估模型指明了网络的关键资源，对空间信息网络的结构设计、运行管理有着重要指导意义。我们的传输调度协议对空间信息网络的传输协议的设计有着重要参考意义。