第四章通信网络性能分析
卫星通信系统设计及卫星网络性能分析
卫星通信系统设计及卫星网络性能分析随着社会的不断发展，全球化的趋势不可避免地席卷全球，而卫星通信系统的设计和卫星网络性能分析也变得越来越重要。
卫星通信系统的设计需要考虑多方面因素，从信号传输到网络架构，都需要仔细设计和分析。
而卫星网络性能分析则需要考虑网络的带宽、时延、传输速率等因素，以保证网络的稳定和高效运行。
一、卫星通信系统设计1.1 信号传输在卫星通信系统中，信号传输是关键的一步。
由于在卫星通信中，信号需要从地球上的发射站传输到卫星上，再由卫星将信号传输到另一个发射站或用户终端。
因此，信号的传输速率和传输距离都是需要考虑的因素。
为了提高信号传输速率和传输距离，一些新的技术被引入到卫星通信系统中，如MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）和差分QPSK（Quadrature Phase-Shift Keying）。
MIMO技术可同时利用多个天线发送和接收信号，有效提高了信号传输速率和抵抗信号干扰的能力。
而差分QPSK技术则可以保证信号传输稳定，避免可能出现的误码率和信号失真问题。
1.2 网络架构在卫星通信系统中，网络架构通常分为星形网络、环形网络和网格网络三种。
星形网络是指所有用户终端都连接到一个中央卫星上。
这种网络架构具有较好的可靠性和故障恢复能力，但同时也面临着数据传输速率有限和建设成本高等问题。
环形网络是指多颗卫星组成一个环型的星座，每个卫星都需要在自己的轨道上移动。
这种网络架构具有高带宽和高速率的特点，并且能够提供全球范围内的可用性。
但同时也面临着成本高和复杂度高等问题。
网格网络是指由地球上多个终端互相连接组成的网络。
这种网络架构丰富多样，可以满足不同的应用要求，并且具有良好的扩展能力。
但同时也面临着卫星的轨道要求高和建设成本高等问题。
1.3 其他问题卫星通信系统的设计还需要考虑其他问题，如发射功率的问题、信道编码的问题、协议分析的问题等。
其中，协议分析是需要重点考虑的因素，因为它影响着整个网络的稳定性和性能。
空基弹性通信网络性能分析
17网络通信技术Network Communication Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering1 概述当前海上编队跨区域通信主要依靠卫星通信，数据传输架构为集中接入的分层网络形式，卫星通信的容量以及易受干扰的特性很难保障局部区域对抗条件下的通信保障任务，海上编队数据通信网络缺少弹性手段。
本文针对天基卫星通信网络遭受降级或拒止情况，提出利用空中有人和无人作战平台构建空基移动自组织网络，为海上编队提供弹性数据传输服务。
空基通信网络利用空中平台通信覆盖灵活、空间抗干扰能力强、抗毁生存能力强等特点，链接太空、空中、海面以及地面节点，构建了网络化的抗毁功能层。
本文利用基于STK 和QualNet 的混合仿真方法建立了海上编队数据传输仿真场景，评估了空基通信网络传输性能。
2 研究现状2.1 美军空基通信网络分析美军提出了发展联合空中层网络（JALN ）概念[1]，试图将美军各军兵种所有的空中平台都纳入到一个一体化的空基网络体系，成为美军空天地一体化网络的一部分。
JALN 将提供三项核心功能[2]，包括：大容量骨干网（HCB ），提供跨JOA 大批量信息传输能力以及通过地面或卫星通信接入GIG 的能力；分发/接入/距离扩展（DARE)，提供专用的、可伸缩网络传输能力；转换功能：即促进HCB 和DARE 功能间网络信息和波形交换和转换的能力。
当前，美军空中层网络现阶段最突出的问题就是各封闭通信网络系统之间的兼容性问题，目前智能依靠网关系统的转换来实现整个空中层网络的互联互通，这些网关系统也是现阶段美军空中层网络无缝运转的关键。
诺斯洛普•格鲁曼公司开发的战场机载通信节点（BACN ）[3]是一种可扩展通信距离的机载通信中继系统，已成功部署在阿富汗等地区提供指挥控制和地面节点之间的飞行中继通信。
2.2 机载网络通信协议机载网络路由协议要求在链路变化、带宽受限等情况下，能够实现快速收敛的路由生成与路由选择策略，保持链路畅通。
通信网络的性能分析与评价
通信网络的性能分析与评价随着信息技术的不断发展，通信网络已经成为了现代社会生产和生活的必要基础设施，而通信网络的性能分析和评价则成为了保障通信网络稳定运行的重要手段。
一、通信网络性能分析通信网络的性能分析可以从多个方面入手，如带宽、时延、可靠性、容量等等。
其中最重要的指标是带宽，带宽是指单位时间内数据传输的速率，通常用千字节/秒、兆字节/秒等单位来表示。
带宽越大，数据的传输速度就越快，用户的体验也就越好。
因此，提高带宽往往是通信网络性能分析的重点。
除此之外，时延也是通信网络性能分析中的重要指标之一。
时延即数据从源节点到目的节点所需要的时间，可以分为传输时延、排队时延、处理时延等几个方面。
其中，传输时延是数据传输过程中的物理时延；排队时延是网络设备处理大量数据包时产生的等待时间；处理时延是网络设备对数据包进行处理的时间。
时延越小，数据传输速度也就越快，这对某些需要时效性的应用非常关键，如实时视频传输、在线游戏等。
此外，可靠性也是通信网络性能分析的一个关键指标。
可靠性指的是网络在遭遇故障时的恢复能力。
在现实应用中，通信网络往往会遭受各种攻击和干扰，如黑客攻击、网络病毒、自然灾害等，因此可靠性的评估也成为了通信网络性能分析的重要内容之一。
二、通信网络性能评价通信网络性能评价是对通信网络进行全面评估的过程，旨在衡量网络是否满足用户需求，并为网络优化提供参考。
通信网络性能评价主要涉及网络质量评估、服务水平评估、安全性评估和成本评估等几个方面。
网络质量评估主要侧重于网络的基本性能指标，如带宽、时延、可靠性等，以及用户体验评估。
通过网络质量评估，我们可以了解到网络当前的瓶颈和不足之处，并采取相应的措施进行优化。
服务水平评估则侧重于网络服务是否达到用户的要求。
无论是企业还是个人用户，对通信网络的服务水平都有着严格的要求，如网络的可用性、稳定性等等。
因此，服务水平评估也成为了通信网络性能评价的一个重要方向。
安全性评估则侧重于网络的安全性能，包括网络攻击和用户隐私等方面的保护评估。
通信网络数据包转发算法的性能分析与优化
通信网络数据包转发算法的性能分析与优化一、引言通信网络的数据包转发是保障网络通信的重要环节，它涉及网络中各个节点之间的数据包传输和路由选择。
不同的数据包转发算法直接影响网络的性能和效率。
本文将对通信网络数据包转发算法的性能进行分析，并探讨如何优化这些算法。
二、性能分析1. 基本性能指标数据包转发算法的性能可以通过以下指标衡量：（1）吞吐量：吞吐量是指单位时间内网络所能传输的数据包数量。
一个高效的数据包转发算法应该具有较高的吞吐量，以提高网络传输的效率。
（2）延迟：延迟是指数据包从发送端到接收端所需要的时间。
较低的延迟意味着快速的数据传输，有助于提供实时通信和交互体验。
（3）可扩展性：可扩展性是指算法在面对不断增加的网络节点和数据流的情况下，能否保持良好的性能。
当网络规模扩大时，算法应能适应并保持较低的延迟和高的吞吐量。
2. 常见的数据包转发算法（1）最短路径算法：最短路径算法通常基于路由表和距离向量，通过计算出最短的路径来转发数据包。
它适用于小型网络，但在大规模网络中容易产生拥塞和延迟。
（2）链路状态算法：链路状态算法通过构建网络拓扑图，并根据链路状态信息进行路由选择。
它可以更好地适应网络拓扑的变化，但在大型网络中计算复杂度较高。
（3）自适应路由算法：自适应路由算法能够根据网络负载和拓扑变化实时调整路由路径，以提高网络性能。
其中比较流行的算法有OSPF和BGP。
3. 性能分析和问题以上算法各有优点和局限性。
在实际应用中，性能分析和问题涉及到以下几个方面：（1）网络拓扑：不同的网络拓扑对数据包转发算法的性能有不同的影响。
例如，星型拓扑会导致单点故障，而网状拓扑则相对稳定。
（2）网络负载：网络负载指网络中传输数据的总量，包括数据的大小和传输频率。
当网络负载较大时，算法需要快速且准确地选择最佳路径，以避免拥塞和延迟。
（3）路由表更新：在大规模网络中，路由表的更新可能导致性能下降和延迟增加。
因此，优化算法应考虑路由表更新的效率和时间。
第04章 SDH光传输系统及其性能分析
图 4 2 单 节 点 环 形 网 的 互 连 -
(2) 多节点互连 多节点互连
所谓多节点互连方式是指通过一个以 上的节点来完成两个环网之间的互连， 上的节点来完成两个环网之间的互连，如 所示。 图4-3所示。图中给出两种最简单的双节点 所示 互连方式。 互连方式。这样两个环间的业务互连就存 在一个以上的路径， 在一个以上的路径，因而即使某一互连路 径上的设备出现故障， 径上的设备出现故障，也可以利用迂回路 由完成互通，从而保证了业务的安全性。 由完成互通，从而保证了业务的安全性。 但与单节点互连方式相比一次性投资成本 较高。 较高。
图4-6 假设参考数字连接组成图
2.假设参考数字链路（通道） 2.假设参考数字链路（通道） 假设参考数字链路
把HRX中的两个相邻交换点的数字配 中的两个相邻交换点的数字配 线架间所有的传输系统、复接、分接设备 线架间所有的传输系统、复接、 等各种传输单元（不包括交换），用假设 等各种传输单元（不包括交换），用假设 ）， 参考数字链路（HRDL）表示。 参考数字链路（ ）表示。
（2） 色散受限系统
光纤自身存在色散，即材料色散、 光纤自身存在色散，即材料色散、波 导色散和模式色散。对于单模光纤， 导色散和模式色散。对于单模光纤，因为 仅存在一个传输模， 仅存在一个传输模，故单模光纤只包括材 料色散和波导色散。 料色散和波导色散。 比较重要的有三类，即码间干扰、 比较重要的有三类，即码间干扰、模 分配噪声和啁啾声。在此， 分配噪声和啁啾声。在此，重点讨论由这 三种因素造成的对系统中继距离的限制。 三种因素造成的对系统中继距离的限制。
光纤色散包括材料色散、 光纤色散包括材料色散、波导色散和 模式色散。 模式色散。前两种色散是由于信号不是由 单一频率而引起的， 单一频率而引起的，后一种色散是由于信 号不是单一模式而引起的。 号不是单一模式而引起的。 色散的程度用时延差表示： 色散的程度用时延差表示：不同速率 的信号，传输同样的距离， 的信号，传输同样的距离，所需的时间不 即各信号的时延不同， 同，即各信号的时延不同，这种时延上的 差别就称为时延差。时延差越大， 差别就称为时延差。时延差越大，色散就 越严重，信号传输距离越短。 越严重，信号传输距离越短。时延差的单 位是ps/(kmnm) 。 位是
通信工程中的通信网络性能监测与分析
通信工程中的通信网络性能监测与分析在当今数字化时代，通信网络已成为社会运转的关键基础设施，如同人体内的血管一样，为各种信息的传递提供着通道。
而通信网络性能的优劣，直接影响着信息传递的效率和质量，关乎着人们的生活、工作以及整个社会的发展。
因此，对通信网络性能进行监测与分析显得尤为重要。
通信网络性能监测，简单来说，就是对网络运行状态的实时观察和数据收集。
这就好比我们在开车时时刻关注仪表盘上的速度、油量等指标，以便及时了解车辆的运行状况。
在通信网络中，我们监测的指标众多，包括但不限于网络的带宽利用率、延迟、丢包率、信号强度等。
带宽利用率是衡量网络资源使用程度的重要指标。
想象一下一条高速公路，如果车辆过多，道路拥堵，通行速度就会下降。
同样，当网络中的数据流量超过带宽的承载能力时，就会出现网络拥塞，导致数据传输延迟增加，甚至丢包。
延迟则反映了信息从发送端到接收端所需的时间。
比如我们进行视频通话时，如果延迟过高，双方的交流就会出现明显的卡顿和不同步，严重影响沟通效果。
丢包率表示在传输过程中丢失数据包的比例。
就像邮寄包裹，如果有太多包裹在途中丢失，收件人就无法完整地收到所期望的物品。
在通信网络中，丢包会导致数据不完整，影响应用的正常运行。
信号强度则直接关系到通信的稳定性和可靠性。
在手机通信中，如果信号太弱，通话可能会中断，上网速度也会变得很慢。
为了获取这些性能指标的数据，需要运用各种监测技术和工具。
常见的有网络探针、流量监测软件、性能测试设备等。
网络探针就像是网络中的“侦察兵”，被部署在关键节点上，实时收集数据并反馈给监测系统。
流量监测软件则可以对网络中的数据流量进行分析，帮助我们了解不同应用和用户对网络资源的占用情况。
有了监测数据后，接下来就是对这些数据进行分析。
分析的目的是找出网络中存在的问题和潜在的风险，并提出优化和改进的方案。
通过对带宽利用率的分析，可以判断网络是否需要扩容，或者是否存在某些应用过度占用带宽的情况。
通信网络评估分析报告
通信网络评估分析报告1. 简介本次通信网络评估分析报告旨在对某公司的通信网络进行全面的评估和分析，以评估其性能和可靠性。
通信网络在现代商业环境中至关重要，因此确保其有效运行对于公司的成功至关重要。
2. 网络拓扑和设备配置首先，我们将分析该公司的网络拓扑和设备配置。
这包括查看网络的物理布局和各个网络设备之间的连接方式。
从中我们可以评估网络的可扩展性，寻找可能的瓶颈，以及确保网络设备的适当配置。
3. 带宽和传输速度接下来，我们将评估网络的带宽和传输速度。
我们将检查网络上的各个连接点和节点的带宽，并使用相应的工具测试网络传输速度，以确保网络能够满足当前和未来的通信需求。
4. 网络安全性网络安全性是通信网络评估的一个关键方面。
我们将评估网络的安全性措施，包括防火墙和入侵检测系统的配置，以及对敏感数据和信息的保护。
我们将检查网络是否存在潜在的漏洞，并提出相应的建议来加强网络的安全性。
5. 网络可靠性和容错性对于通信网络来说，可靠性和容错性也是非常关键的。
我们将评估网络的可靠性水平，包括网络的冗余性和备份机制，以及网络设备的故障恢复能力。
我们将评估网络的容错性，以确保在发生故障或中断时网络能够保持连通性。
6. 网络管理与监控网络管理和监控对于确保网络的稳定和高效运行至关重要。
我们将评估网络管理策略和工具，并检查网络的监控系统和报警机制。
我们将提出相关建议，以改进网络管理和监控，以及提高网络的性能和可靠性。
7. 总结与建议最后，我们将总结评估的结果，并提出一些建议来改进网络的性能和可靠性。
这些建议可能包括更新网络设备、增加带宽、改进安全措施、加强网络管理等。
我们将重点关注那些对网络性能和可靠性有最大影响的问题，并提供实用的解决方案。
请注意，以上内容只是一个通信网络评估分析报告的示例，具体内容和结构可根据实际情况进行调整和编写。
(完整版)通信网性能分析基础参考答案
第二章习题答案2-2 验证M/M/1的状态变化为一个生灭过程。
解：M/M/1排队系统在有顾客到达时，在时间内从状态k 转移到k+1（k>=0）的概(),t t t +∆率为，为状态的出生率；()t o t λ∆+∆λk 当有顾客服务完毕离去时，在时间内从状态k 转移到k-1（k>=1）的概率为(),t t t +∆，为状态的死亡率；()t o t μ∆+∆μk 在时间内系统发生跳转的概率为；(),t t t +∆()o t ∆在时间内系统停留在状态的概率为；(),t t t +∆k ()()1t o t λμ-+∆+∆故M/M/1排队系统的状态变化为生灭过程。
2-3 对于一个概率分布，令 称为分布{}k p ()∑∞==+++=02210...k k k x p x p x p p X g 的母函数。
利用母函数求M/M/1队长的均值和方差。
{}k p 解：对于M/M/1)1(ρρ-=k k p 0≥k ()'122''212111()(1)(1) (1)1[]()/1[][]()/[]([])1z k k z k k g z z zE k g z Var k k p kp g z E k E k ρρρρρρρρρ=∞∞===∴=-+-+=--∴==-=-=+-=-∑∑2-4 两个随机变量X,Y 取非负整数值，并且相互独立，令Z=X+Y ，证明：Z 的母函数为X,Y 母函数之积。
根据这个性质重新证明性质2-1。
证：设Z(!!!此处应为 X ???)的分布为：，Y 的分布为：...,,210p p p ...,,210q q q 由于{}{}{}{}{}∑∑∑=-===-===-====+==kr rk r kr k r q p r k Y p r X p r k Y r X p k Y X p k Z p 0,()()()()... (01100110022102210)0++++++++=++++++-k k k k x q p q p q p x q p q p q p x q x q q x p x p p所以 g(Z)=g(X)g(Y)对于两个独立的Poisson 流，取任意一个固定的间隔T ，根据Poisson 过程性质，到达k 个呼叫的概率分别为：i=1,2 这两个分布独立Tk i k i e k T T p λλ-=!)()(分布列的母函数分别为：)1(00!)()(--∞=-∞====∑∑x T T Tx k Tk k i kk k i i i i e e e e x k T x T p λλλλλ他们母函数之积为合并流分布列的母函数，而母函数之积)1()()1()1(2121-+--==x T x T x T e eeλλλλ所以 合并流为参数的 Poisson 过程。
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• 在给定了 a , s 和 之后，可以通过上面的方程， 使用迭代的方法求 aR ，呼损和通过的呼叫量。
例 4.1如果 a＝4.0erl, s 6, 0.5 ， 求 a R ，呼损和通过的呼叫量。
F (aR ) a aR B(s, aR )
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信息工程学院信息论教研室
第四章 通信网络性能分析
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无限条中继线溢出系统
s条中继线实际系统
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4.3 溢出呼叫流
4.3.1 溢出呼叫流的统计特征 • 考虑Erlang拒绝系统，到达的呼叫量为a， 中继线数目为s，则拒绝概率为 ， B ( s, a ) 溢出的呼叫量为 。 aB(s, a) • 如果对于溢出的呼叫流，提供第2条路由， 在第2条路由上，溢出呼叫流是否仍为 Poisson过程呢？
例4.1 （续）
• • • • 有重复呼叫流的系统 总呼叫量为 4.3erl 呼损为 0.139 通过的呼叫量为 3.70erl • • • • 无重复呼叫的系统 呼叫量 4erl 呼损 0.128 通过的呼叫量 3.49erl
•实践表明，当中继线群负荷较重时可以认为 1 。对 一般的中继线群，可以认为 0.55 。
依次迭代计算如下: F (aR ) 4.0 0.5aR B(6, aR ) F(4.0)=4.24 F(4.24)=4.29 F(4.29)=4.30, F(4.30)=4.30…… ∴
aR＝4.30erl
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（n - s 1）
s
2
用户数目有限
(n - 1)
.....
1
0
• Engset系统
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n
2
Hale Waihona Puke sBUPT Information Theory & Technology Education & Research Center
• • • • •
4.1 引言 4.2 重复呼叫流呼损计算 4.3 迂回呼叫流呼损计算 4.4 电话网络平均呼损 4.5 数据网络平均时延
目录
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4.1介绍
• 本章将在上一章的基础上，进一步讨论 通信网的性能分析，完成网络的平均呼 损计算和平均时延计算，了解网络各种 优化模型。 • 对于网络这个整体，实际上有许多交换 机，彼此之间相互影响。 • 一个单独交换系统或排队系统的分析是 基础，但是不充分。
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Erlang公式不适用的情形
• 首先考虑Erlang公式，这是一个局部呼损 的计算公式。在下面这些情况下，Erlang 公式将会不适用： • 交换机的中继线群不是全利用度。 • 用户数目有限。 • 大量重复呼叫流。 • 大量迂回呼叫流。
大量重复呼叫流
• 考虑即时拒绝系统，呼叫被拒绝后一般 会尝试重复呼叫。 • 当网络负载较重或发生拥塞时，重复呼 叫流的强度会很快上升。 • 导致到达交换机的呼叫流不平稳，瞬时 到达率随时间上升，影响网络性能。
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交换机的中继线群不是全利用度
• 呼叫不能到达任意空闲的中继线 • 部分利用度系统 • 中继线群的效率会降低，交换机呼损较 全利用度提高。 • 幅度与部分利用度的方式有关，并且计 算较复杂 • 例3.5、4.6等
• • • •
网络中端点间通常不止一条路由 第一路由 第二路由－在第一路由上溢出的呼叫流 第二路由上的呼叫流不是泊松流。
大量迂回呼叫流
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网络平均呼损和平均时延计算
• 已知条件 1 各节点之间呼叫量或包到达率； 2 网络拓扑结构； 物理拓扑结构 逻辑拓扑 3 网络容量配置； 4 网络路由规划
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迭代法求等效呼叫量
a 为增加的 • 原始呼叫流为 a ，由于重复呼叫， 呼叫量，则总呼叫量 a R 为：aR a a a R B ( s, a R ) • 被拒绝的呼叫量为： • 如果 a 占被拒绝的呼叫量的比例为 , (0 1) 则 a a a B(s, a )
• 路由表 • 路由使用方式（使用顺序）
服务对象
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4.2重复呼叫流
• 重复呼叫流不再是Poisson过程 • 近似计算方法假定重复呼叫流是Poisson 过程 • 原始呼叫流和重复呼叫流之和仍为 Poisson过程。