[论文解读] Analysis and Simulation of Delay and Buffer Requirements of satellite-ATM Networks for TCP/IP Traffic

Rohit Goyal, Sastri Kota+4 more|ArXiv.org|Sep 23, 1998

Network Traffic and Congestion Control参考文献 12被引用 19

一句话总结

本文分析并模拟了卫星-ATM网络中TCP/IP流量的端到端延迟及缓冲需求，重点关注地球同步轨道（GEO）和低地球轨道（LEO）星座中的传播延迟和缓冲延迟。本文对LEO路由进行建模以获得最优路径，并评估了ATM ABR和UBR服务类别下的缓冲延迟，结果表明在LEO系统中缓冲延迟占主导地位，且显著影响TCP性能。

ABSTRACT

In this paper we present a model to study the end-to-end delay performance of a satellite-ATM netowrk. We describe a satellite-ATM network architecture. The architecture presents a trade-off between the on-board switching/processing features and the complexity of the satellite communication systems. The end-to-end delay of a connection passing through a satellite constellation consists of the transmission delay, the uplink and downlink ground terminal-satellite propagation delay, the inter-satellite link delays, the on-board switching, processing and buffering delays. In a broadband satellite network, the propagation and the buffering delays have the most impact on the overall delay. We present an analysis of the propagation and buffering delay components for GEO and LEO systems. We model LEO constellations as satellites evenly spaced in circular orbits around the earth. A simple routing algorithm for LEO systems calculates locally optimal paths for the end-to-end connection. This is used to calculate the end-to-end propagation delays for LEO networks. We present a simulation model to calculate the buffering delay for TCP/IP traffic over ATM ABR and UBR service categories. We apply this model to calculate total end-to-end delays for TCP/IP over satellite-ATM networks.

研究动机与目标

• 分析卫星-ATM网络中TCP/IP流量的端到端延迟性能。
• 评估地球同步轨道（GEO）和低地球轨道（LEO）卫星星座中传播延迟和缓冲延迟的影响。
• 为LEO系统建模一种路由算法，以计算局部最优路径。
• 模拟ATM ABR和UBR服务类别下TCP/IP流量的缓冲延迟。
• 量化总端到端延迟，并识别卫星-ATM网络中主导的延迟成分。

提出的方法

• 将LEO星座建模为在地球周围圆形轨道上均匀分布的卫星。
• 开发一种简单路由算法，以在LEO网络中计算局部最优的端到端路径。
• 基于卫星几何结构和轨道参数，分析GEO和LEO系统的传播延迟。
• 使用ATM的ABR和UBR服务类别，对TCP/IP流量的缓冲延迟进行建模。
• 通过结合传播延迟、交换/处理延迟和缓冲延迟，模拟端到端延迟。
• 使用仿真模型计算总端到端延迟，特别强调缓冲延迟的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 在GEO和LEO卫星-ATM网络中，传播延迟对端到端延迟的贡献如何？
• RQ2 ATM ABR和UBR服务类别中的缓冲延迟如何影响TCP/IP流量性能？
• RQ3 卫星星座几何结构对LEO系统中端到端延迟的影响是什么？
• RQ4 在LEO卫星-ATM网络中，对于TCP/IP流量，传播延迟还是缓冲延迟占主导地位？
• RQ5 路由算法的选择如何影响LEO星座中的端到端延迟？

主要发现

• 在LEO卫星-ATM网络中，缓冲延迟是端到端延迟的主要贡献因素。
• 传播延迟在GEO和LEO系统中均具有显著影响，但由于轨道高度较低，LEO系统的总体传播延迟更低。
• 仿真结果表明，ABR服务类别产生的缓冲延迟更具可预测性，而UBR对流量负载更敏感。
• LEO网络中的端到端延迟主要由跳数和每个卫星的缓冲行为决定。
• 所提出的路由算法能有效最小化端到端路径长度，从而降低LEO星座中的传播延迟。
• 由于累积的缓冲延迟和传播延迟，LEO系统中的总端到端延迟显著高于地面网络。