具有卫星链路的TCP/IP网络性能测量方法

分为RFC已经定义的指标和目前还是IETF中的一个草案的指标，前者包括连通性（RFC 2678）、单向延迟（RFC 2679）、单向包丢失（RFC 2680）、往返延迟（RFC 2681），后者包括瞬间包延迟变化、IP包延迟变化、单向丢失模式采样[5][6]。

4.1测试方法及性能参数选择

本项目采用主动测试方法：在网络上布置测试机器，主动发送测试流量，如，从A端到B端，获得两端点间的测试结果信息。

本项目选择的网络测量内容包括带宽、时延、时延抖动、丢包率、流量和吞吐量等。

4.2试验要点

①将实验网络设为某专用网络带宽，逐步加大业务，测量信息丢包率、时延和时延抖动等指标，目测视频传输的质量情况，标定上述指标的可容忍度。

②在给定业务容量情况下，逐步调低网络传输速率，按照标定指标进行判断，得出传输给定业务的所需的最小带宽。

③加入卫星信道模拟器，逐步加入噪声或加大时延，测试信息传输丢包率的变化情况，绘制丢包率、时延、噪声功率的双变量曲线。

④变化业务数，记录视频质量变化、各段带宽值的变化、各段时延值变化，丢包率指标变化，查找专用网络在带宽和时延上的“瓶颈”。这里的时延专指传播时延，不包括传输时延，因为传输时延已经由瓶颈带宽反映出来[7]。

4.3测试程序架构

测量程序采用Winpcap+Winsock的层次化测量架构。

Winpcap源于BPF（BerkleyPacketFilter）和libpcap函数库，支持Win32的网络监测程序设计。Winsock是人们很熟悉的Windows套接字编程工具，源于Berkley Socket技术。这两款网络开发工具各有特色，结合使用可以取长补短，提高软件开发的效率，增强软件的运行性能。Winpcap支持网络原始数据包的接收和发送，绕开了TCP/IP协议栈，有利于高速的数据包检测和分析；支持对数据包的过滤，只处理应用程序感兴趣的数据，可以提高程序运行性能，减少系统开销，但不能为端到端的应用提供面向连接和无连接的网络服务。

Winsock是建立在TCP/IP协议栈之上的程序开发工具，提供面向连接和的连接得网络服务，可以大大降低程序开发工作量。但是，网络程序必须从协议栈获取数据包，增加了运行的开销，降低了性能；由于链路层帧首部在提交给IP层之前就已经去掉，不便于网络低层的数据分析，应用范围有限。

图3测量程序架构

程序采用三层架构：网络接口层、网络层、测试层。

其中网络接口层就是网卡驱动程序模块，负责程序与网络设备间的交互。

网络层包括两部分：一个是基于NPF（网络数据包过滤器）的网络模块，一个是基于TCP/IP的网络模块。

测试层通过Winpcap编程接口来访问NPF，检测出原始数据包并获取数据包到达时刻；通过Winsock编程接口来访问TCP/IP，获取TCP会话信息。主从程序测试层均包括两个基本功能模块：数据包检测和TCP会话。数据包检测模块利用Winpcap接口获取网络中的原始数据包，测量开始后，主程序数据包检测模块直接解析出发送端计算机发出的数据包IP标识，记录进主测试窗口，从程序的数据包检测模块直接解析出接收端计算机接收的数据包IP标识，记录进从测试窗口，同时记录视频包的达到时刻；TCP会话模块利用Winsock接口建立主从程序间的TCP连接，控制测量步骤，并交互测量过程中获取的数据。窗口调节模块利用这两个基本功能动态调整测试窗口尺寸。根据正确接收的数据包和主程序通知确认的数据包序列，从程序的丢包确认模块检查数据包的丢失情况，并把丢包数据反馈给主程序。根据反馈的丢包信息，主程序的丢包率计算分析模块计算丢包率。从程序的延迟计算模块通过时间提取，计算相继到达视频包的延迟，并通过TCP会话连接将最后的延迟统计值返回给主程序的延迟获取模块。

5结论

通过将测量软件用于实验平台进行测试，验证了所选性能测量指标的可用性和测量方法的有效性。特别针对专用网络的具体情况，制定了适合网络承载业务传输的优先级方案，提出了改进网络性能的方案措施，为项目顺利结题打下了基础。在今后的工作中，将根据目标任务书要求，加强故障管理功能研究，并把网络性能测试和故障定位技术推广到新一代自组织网络中。在卫星信道模拟器方面，将把研究具有星际网络的综合性多功能模拟器作为目标。

本文作者的创新点是：（1）试验平台的可变速率设计为网络可用带宽的测试提供了条件；（2）引入卫星信道模拟器，实现大时延信道的TCP/IP传输研究。